CN110966457B - 水力驱动调压调流阀及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水力驱动调压调流阀及控制方法，调压调流阀包括阀体、导流体、活塞、活塞筒；阀体内设置有阀座，阀座将阀体的内腔分为进口腔、出口腔；导流体通过导流片固定于阀体的内腔且其内部为出口朝向阀座的活塞腔，阀体和导流体开设有连接活塞腔与外部管路的通孔；活塞滑动安装在活塞腔内侧壁且滑动行程为活塞腔与阀座之间；活塞筒与活塞固定连接以跟随活塞沿轴向运动，且活塞筒侧面具有可连通进口腔与出口腔的导流孔。只需控制活塞腔的压力，即可依靠水力驱动阀门的启闭与调节，可采用电磁阀、机械导阀、手动球阀等多种控制活塞腔的压力方式，不再需要采用高压电动驱动装置，便于前期安装和后期维护，且成本较低。

Description

水力驱动调压调流阀及其控制方法

技术领域

本发明涉及压力控制阀，具体涉及一种水力驱动调压调流阀及其控制方法。

背景技术

调流调压阀又名活塞阀，由于其独特的环型通道、平衡式阀芯等结构特点，具有很好的流量和压力调节性能，避免了蝶阀、闸阀等调节性能差及其可引起的汽蚀与噪声等问题，得到用户的高度认可，在国内、外许多大型引调水工程、市政管网流量、压力控制等工况大量应用。阀门安装管网上，有不少位置地处偏僻，而当前的调流调压阀都是要靠外力驱动，如中国专利201610256810.2和201420239851.7，其启闭件均是通过曲柄连杆机构带动，前后轴向的移动实现阀门启闭，曲柄又是通过外力驱动的阀轴带动，目前常规动力是电动装置。这给产品前期应用与后期运行维护带来了很大的障碍和麻烦。

在管网应用中，为减少漏损和降低爆管隐患，在干支管网安装压力控制阀是目前的普遍方式。在大口径管网上，安装电动调流调压阀按不同时段进行分级供压供水，是当前主要发展方向，但也一直存在采购成本高以及安装应用难以提供高压电源的矛盾。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种可配置机械导阀自力运行或弱电电磁阀控制运行的水力驱动调压调流阀及其控制方法。

本发明所采用的技术方案为：

一种水力驱动调压调流阀，包括阀体、导流体、活塞、活塞筒；所述阀体内设置有阀座，所述阀座将所述阀体的内腔分为进口腔、出口腔；所述导流体通过导流片固定于所述阀体的内腔且其内部为出口朝向所述阀座的活塞腔，所述阀体和导流体开设有连接所述活塞腔与外部管路的通孔；所述活塞滑动安装在所述活塞腔内侧壁且滑动行程为活塞腔与所述阀座之间；所述活塞筒与所述活塞固定连接以跟随所述活塞沿轴向运动，且所述活塞筒侧面具有可连通所述进口腔与出口腔的导流孔。

进一步，所述的水力驱动调压调流阀还包括外部管路和控制系统；所述外部管路包括进口端控制管路和出口端控制管路，所述进口端控制管路连接在所述进口腔与所述活塞腔之间以控制二者连通与截断，所述出口端控制管路连接在所述出口腔与所述活塞腔之间以控制二者连通与截断；所述控制系统包括PLC模块和与所述PLC模块电性连接的电源管理模块、第一压力传感器、位移传感器，所述第一压力传感器安装于所述出口腔下游以用于检测出口侧水压值并反馈给所述PLC模块，所述位移传感器安装于所述阀体内以用于检测所述活塞的位置信号并反馈给所述PLC模块；所述控制系统用于根据所述水压值和位置信号输出控制信号给所述进口端控制管路和出口端控制管路。

进一步，所述进口端控制管路包括进口端配管、进口端高频电磁阀，所述进口端配管一端与所述进口腔连通、另一端与所述控制腔连通，所述进口端高频电磁阀安装于所述进口端配管上且控制端与所述PLC模块电性连接。

进一步，所述进口端控制管路还包括依次设置在所述进口端配管上的进口端检修阀、进口端调节针阀。

进一步，所述出口端控制管路包括出口端配管、出口端高频电磁阀，所述出口端配管一端与所述出口腔连通、另一端与所述控制腔连通，所述出口端高频电磁阀安装于所述出口端配管上且控制端与所述PLC模块电性连接。

进一步，所述出口端控制管路还包括依次设置在所述出口端配管上的出口端检修阀、出口端调节针阀。

进一步，所述控制系统还包括与所述PLC模块连接的无线通讯模块，所述无线通讯模块连接有天线以用于与上位机之间无线通信。

所述导流体设置有端盖组件，所述活塞连接有标识杆，端盖组件开设有容纳所述标识杆轴向运动的凹槽，且所述位移传感器位于该凹槽内以用于通过所述标识杆间接检测所述活塞的位置信号。

本发明要求保护与上述技术方案同一发明构思的技术方案，一种应用所述水力驱动调压调流阀的控制方法，包括以下步骤：

检测出口侧水压值；

若所述出口侧水压值大于系统设定值，则通过外部管路及通孔给所述活塞腔加压，以驱动活塞朝向阀座运动进而减小阀门开度，直到出口侧水压值等于系统设定值；

若所述出口侧水压值小于系统设定值，则通过外部管路及通孔给所述活塞腔减压，以驱动活塞朝远离阀座运动进而减小增大阀门开度，直到出口侧水压值等于系统设定值。

进一步，所述活塞腔加压是通过外部管路及通孔连接进口腔，且在外部管路上设置用电磁阀、机械导阀或手动球阀控制通断；所述活塞腔减压是通过外部管路及通孔连接出口腔或外界大气，且在外部管路上设置用电磁阀、机械导阀或手动球阀控制通断。

本发明具体实施例的有益效果：

本技术方案的水力驱动调压调流阀只需控制活塞腔的压力，即可依靠水力驱动阀门的启闭与调节，可采用电磁阀、机械导阀、手动球阀等多种控制活塞腔的压力方式，不再需要采用高压电动驱动装置，便于前期安装和后期维护，且成本较低，还可根据实际安装应用条件，以及控制精度要求，灵活选择控制端的配置方式，实现自动化控制。

附图说明

下面通过附图及具体实施方式对本发明进行详细的说明。

图1为本发明第一实施例的结构示意图；

图2为本发明第一实施例的运行示意图；

图3为本发明第二实施例的结构示意图

图4为本发明第三实施例的结构图；

图5为本发明实施例水力驱动调压调流阀的阀门全闭状态图；

图6为本发明实施例水力驱动调压调流阀的阀门全开状态图；

图7为本发明实施例水力驱动调压调流阀的阀门调节状态图。

具体实施方式

如图1、图2所示，为本发明第一实施例的一种水力驱动调压调流阀，包括阀体110、导流体120（又称内阀体）、活塞130、活塞筒140；所述阀体110内设置有阀座150，所述阀座150将所述阀体110的内腔分为进口腔102、出口腔103；所述导流体120通过导流片124固定于所述阀体110的内腔且其内部为出口朝向所述阀座150的活塞腔121，所述阀体110和导流体120开设有连接所述活塞腔121与外部管路的通孔122；所述活塞130滑动安装在所述活塞腔121内侧壁且滑动行程为活塞腔121与所述阀座150之间；所述活塞筒140与所述活塞130固定连接以跟随所述活塞130沿轴向运动，且所述活塞筒140侧面具有可连通所述进口腔102与出口腔103的导流孔。

在本实施例中，所述阀体110可由前端主阀体和后端副阀体组成，也可采用一体式阀体结构；活塞130的外径D1大于活塞筒140的外径D2且二者衔接面之间构成环面积A1，套筒外径D2构成圆面积A2，活塞130的外径D1构成圆面积A3。上游进口腔102的压力为P1，通过活塞筒140后减为P2，活塞腔121通过外部管路与阀门上游、下游或外部相连，通过外部控制形成压力P3。

当P3×A3大于P1×A1+ P2×A2 时，活塞130与活塞筒140向右移动，直至关闭（活塞130贴紧阀座150）；

当P3×A3小于P1×A1+ P2×A2 时，活塞130与活塞筒140向左移动，直至全开；

当P3×A3等于P1×A1+ P2×A2 时，活塞130与活塞筒140处于左右平衡的调节状态。

如上所述，本技术方案的水力驱动调压调流阀只需控制活塞腔的压力，即可依靠水力驱动阀门的启闭与调节，可采用电磁阀、机械导阀、手动球阀等多种控制活塞腔的压力方式，不再需要采用高压电动驱动装置，便于前期安装和后期维护，且成本较低。

如图3所示，为本发明第二实施例的一种水力驱动调压调流阀，在第一实施例的基础上，增设了外部管路和控制系统；所述外部管路包括进口端控制管路210和出口端控制管路220，所述进口端控制管路210连接在所述进口腔102与所述活塞腔121之间以控制二者连通与截断，所述出口端控制管路220连接在所述出口腔103与所述活塞腔121之间以控制二者连通与截断；所述控制系统包括PLC模块310和与所述PLC模块310电性连接的电源管理模块320、第一压力传感器340、位移传感器330，所述第一压力传感器340安装于所述出口腔103下游以用于检测出口侧水压值并反馈给所述PLC模块310，所述位移传感器330安装于所述阀体110内以用于检测所述活塞130的位置信号并反馈给所述PLC模块310；所述控制系统300用于根据所述水压值和位置信号输出控制信号给所述进口端控制管路210和出口端控制管路220。

作为本实施例上述进口端控制管路210和出口端控制管路220的具体实现：

进口端控制管路210包括进口端配管211、进口端高频电磁阀212，进口端配管211一端与进口腔102连通、另一端与活塞腔121连通，进口端高频电磁阀212安装于进口端配管211上且控制端与PLC模块310电性连接。

出口端控制管路220包括出口端配管221、出口端高频电磁阀222，出口端配管221一端与出口腔103连通、另一端与活塞腔121连通，出口端高频电磁阀222安装于出口端配管221上且控制端与PLC模块310电性连接。

在上述方案的基础进一步的改进，进口端控制管路210还包括依次设置在进口端配管211上的进口端检修阀213、进口端调节针阀214。出口端控制管路220还包括依次设置在出口端配管221上的出口端检修阀223、出口端调节针阀224。检修阀可以为检修时提供便利，针阀可调节两组管路的流量。

在上述方案的基础进一步的改进，所述导流体120设置有端盖组件123，所述活塞130连接有标识杆131，端盖组件123开设有容纳所述标识杆131轴向运动的凹槽，且所述位移传感器330位于该凹槽内以用于通过所述标识杆131间接检测所述活塞130的位置信号。

在本实施例的控制系统还包括与PLC模块310连接的无线通讯模块350，无线通讯模块350连接有天线360以用于与上位机之间无线通信。

如图4所示，为本发明第三实施例，相比第二实施例，本实施例的控制系统还包括与PLC模块310连接的第二压力传感器370，第二压力传感器370安装于进口腔102的上游，以用于检测进口侧水压值并反馈给PLC模块310。

第二压力传感器370所检测的进口侧水压值和第一压力传感器340所检测的出口侧水压值均向PLC模块310反馈压力时，即可获得阀门前后的压差△P，根据流量Q=，通过位移传感器330检测阀位，获得阀门对应开度的Kv值，即可计算并显示出介质通过阀门的流量，成为可以调节控制和计量流量的“流量控制和计量阀” 。

下面将分三步介绍水力驱动调压调流阀的全闭、全开、调节过程。

如图5所示，当PLC模块310通过第一压力传感器340检测到出口侧水压值大于系统设定值时，PLC模块310发出控制信号使得进口端高频电磁阀212开启、出口端高频电磁阀222闭合，即进口端控制管路210导通、出口端控制管路220截断，水流从进口腔102经进口端配管211、进口端检修阀213、进口端调节针阀214、进口端高频电磁阀212进入活塞腔121，从而给活塞腔121加压，进而推动活塞130、活塞筒140向阀座方向运动，位移传感器330将活塞130的位置信号反馈给PLC模块310，PLC模块310持续检测出口侧水压值和系统设定值，并检查活塞130的位置信号，直至活塞130（向右运行）关至最小，活塞130与阀座140接触并密封，截断进口腔102至出口腔103的通道。

如图6所示，当PLC模块310通过第一压力传感器340检测到出口侧水压值低于系统设定值时，PLC模块310发出控制信号使得出口端高频电磁阀222开启、进口端高频电磁阀212闭合，即出口端控制管路220导通、进口端控制管路210截断，活塞腔121与出口腔103导通，由于进口腔102的压力高于出口腔103的压力，活塞130在进口端介质压力及下游介质压力推动下，向远离阀座140的方向运行（向左运行），使活塞腔121内的介质经出口端高频电磁阀222、出口端调节针阀224、出口端检修阀223流入出口腔103，活塞腔121失压，位移传感器330将活塞130的位置信号反馈给PLC模块310，PLC模块310持续检测出口侧水压值和系统设定值，并检查活塞130的位置信号，直至活塞130完全进入活塞腔达到全开，实现进口腔102与出口腔103之间的最大开度。

如图7所示，PLC模块310通过第一压力传感器340动态分析出口侧水压大小与系统设定值，分别控制进口端高频电磁阀212和出口端高频电磁阀222的开启与关闭，并通过位移传感器330检查阀位信号，使活塞130根据压力需求动态调整开度，保障出口侧压力始终符合设定要求。

本发明要求保护与上述技术方案同一发明构思的技术方案，一种应用水力驱动调压调流阀的控制方法，包括以下步骤：

检测出口侧水压值；

若所述出口侧水压值大于系统设定值，则通过外部管路及通孔给所述活塞腔加压，以驱动活塞朝向阀座运动进而减小阀门开度，直到出口侧水压值等于系统设定值；

若所述出口侧水压值小于系统设定值，则通过外部管路及通孔给所述活塞腔减压，以驱动活塞朝远离阀座运动进而减小增大阀门开度，直到出口侧水压值等于系统设定值。

在本技术方案的一些实施例中，所述活塞腔加压是通过外部管路及通孔连接进口腔，且在外部管路上设置用电磁阀、机械导阀或手动球阀控制通断；所述活塞腔减压是通过外部管路及通孔连接出口腔或外界大气，且在外部管路上设置用电磁阀、机械导阀或手动球阀控制通断。

本技术方案的水力驱动式调流调压阀的阀口径范围可从DN200至DN3000，通过电磁阀的弱电控制，即可驱动主阀的可靠运行，结合风、光等电源解决方案，使该阀摆脱了高压电源的限制，适应范围更广、安装运行成本更低。

此外，本技术方案的水力驱动式调流调压阀具有自我学习和自我调整功能，可以以日为单位、月为单位和年为单位进行全时段压力调整，确保各时段、各月份、各季节管网内的压力均为刚刚满足而不冗余的智慧型控制，相对机械导阀形式，智能化更高，使用寿命更长。

以上实施例是对本发明的解释，但是，本发明并不局限于上述实施方式中的具体细节，本领域的技术人员在本发明的技术构思范围内进行的多种等同替代或简单变型方式，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种水力驱动调压调流阀，其特征在于：包括阀体（110）、导流体（120）、活塞（130）、活塞筒（140）；

所述阀体（110）内设置有阀座（150），所述阀座（150）将所述阀体（110）的内腔分为进口腔（102）、出口腔（103）；

所述导流体（120）通过导流片（124）固定于所述阀体（110）的内腔且其内部为出口朝向所述阀座（150）的活塞腔（121），所述阀体（110）和导流体（120）开设有连接所述活塞腔（121）与外部管路的通孔（122）；

所述活塞（130）滑动安装在所述活塞腔（121）内侧壁且滑动行程为活塞腔（121）与所述阀座（150）之间；

所述活塞筒（140）与所述活塞（130）固定连接以跟随所述活塞（130）沿轴向运动，且所述活塞筒（140）侧面具有可连通所述进口腔（102）与出口腔（103）的导流孔；

还包括外部管路和控制系统；

所述外部管路包括进口端控制管路（210）和出口端控制管路（220），所述进口端控制管路（210）连接在所述进口腔（102）与所述活塞腔（121）之间以控制二者连通与截断，所述出口端控制管路（220）连接在所述出口腔（103）与所述活塞腔（121）之间以控制二者连通与截断；

所述控制系统包括PLC模块（310）和与所述PLC模块（310）电性连接的电源管理模块（320）、第一压力传感器（340）、位移传感器（330），所述第一压力传感器（340）安装于所述出口腔（103）下游以用于检测出口侧水压值并反馈给所述PLC模块（310），所述位移传感器（330）安装于所述阀体（110）内以用于检测所述活塞（130）的位置信号并反馈给所述PLC模块（310）；所述控制系统（300）用于根据所述水压值和位置信号输出控制信号给所述进口端控制管路（210）和出口端控制管路（220）；

所述进口端控制管路（210）包括进口端配管（211）、进口端高频电磁阀（212），所述进口端配管（211）一端与所述进口腔（102）连通、另一端与所述活塞腔（121）连通，所述进口端高频电磁阀（212）安装于所述进口端配管（211）上且控制端与所述PLC模块（310）电性连接；

所述出口端控制管路（220）包括出口端配管（221）、出口端高频电磁阀（222），所述出口端配管（221）一端与所述出口腔（103）连通、另一端与所述活塞腔（121）连通，所述出口端高频电磁阀（222）安装于所述出口端配管（221）上且控制端与所述PLC模块（310）电性连接。

2.根据权利要求1所述的水力驱动调压调流阀，其特征在于：所述进口端控制管路（210）还包括依次设置在所述进口端配管（211）上的进口端检修阀（213）、进口端调节针阀（214）。

3.根据权利要求1所述的水力驱动调压调流阀，其特征在于：所述出口端控制管路（220）还包括依次设置在所述出口端配管（221）上的出口端检修阀（223）、出口端调节针阀（224）。

4.根据权利要求1所述的水力驱动调压调流阀，其特征在于：所述控制系统还包括与所述PLC模块（310）连接的无线通讯模块（350），所述无线通讯模块（350）连接有天线（360）以用于与上位机之间无线通信。

5.根据权利要求1所述的水力驱动调压调流阀，其特征在于：所述导流体（120）设置有端盖组件（123），所述活塞（130）连接有标识杆（131），端盖组件（123）开设有容纳所述标识杆（131）轴向运动的凹槽，且所述位移传感器（330）位于该凹槽内以用于通过所述标识杆（131）间接检测所述活塞（130）的位置信号。

6.一种应用权利要求1至5任一所述水力驱动调压调流阀的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

检测出口侧水压值；

若所述出口侧水压值大于系统设定值，则通过外部管路及通孔给所述活塞腔加压，以驱动活塞朝向阀座运动进而减小阀门开度，直到出口侧水压值等于系统设定值；

若所述出口侧水压值小于系统设定值，则通过外部管路及通孔给所述活塞腔减压，以驱动活塞朝远离阀座运动进而减小增大阀门开度，直到出口侧水压值等于系统设定值。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：

所述活塞腔加压是通过外部管路及通孔连接进口腔，且在外部管路上设置用电磁阀、机械导阀或手动球阀控制通断；

所述活塞腔减压是通过外部管路及通孔连接出口腔或外界大气，且在外部管路上设置用电磁阀、机械导阀或手动球阀控制通断。