CN1130607C - 管道调节配件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及管道中调节体积流量用的一种管道调节配件(1)，其中在通流箱体中至少集成一个传感器(6)来探测体积流量，该传感器与一个估算单元以及与一个数据存储器连接，该存储器存储相应配置的通流箱体的流量特性曲线。

Description

管道调节配件
技术领域
本发明涉及管道特别是公用事业系统的管道体积流量调节和测量用的一种管道调节配件，其中用带有估算和显示手段的测量仪表来测定体积流量的实际状态，并用配件的一个调节机构来调节额定状态。
背景技术
管道系统把某种输送介质分配到一座建筑物内或一种设备的单个用户。这种管道系统通常具有许多支管，并存在这样的问题，必须对单个用户保证一个相当于满负荷情况时所需的供应量。这种调节是在管道系统的最不利的运行状态下进行的，在这种状态下所有用户同时要求最大的需要量。例如热交换器这样的用户就应当既不欠量供应又不过量供应。众所周知，为此需要对单根管道进行相应调节。
配备有压力测量管道的管接头的管道调节配件构成为此所用的一种辅助手段。一种可单独连接其上的压力测试仪测量两个空间上相互隔开的测试点之间的配件内的差压。通常在两个测试点之间还设置有管道调节配件的一个关断元件。在差压测量后，借助配件现存的特定特征值和对相应关断元件所在的配合位置来算出实际的体积流量。为了借助于进一步的测量和调节过程来调节一个要求的体积流量，可通过该关断元件的位置改变来改变体积流量。从DE-C 40 30104、EP-A 0 671 578和WO 92/0 36 77中已知管调节用的这类配件。
管道调节的这种方式是很费时的，不方便的，且其实施在大的以及分支的管道中变得更加麻烦。众所周知，在这方面还提出了把在管道调节配件算出的差压借助于测量计算机换算成相应的流量。为此，测量计算机中必须存储该配件的特定数据。为此还必须知道关断元件相对于相应配合的瞬时位置。关断元件的位置改变引起流量的变化。根据结构不同，必须由操作人员测量一种管道流量调节配件的关断元件的相应提升位置或旋转位置并用手工输入该测量计算机中。
这种管道调节配件虽然能够精确调节各种管道系统中的流量，但也有一些缺点：如果所需的压力测量管道没有彻底地排气时，则箱体中的测量孔存在污染的危险，从而可出现严重的测量误差。此外，在一个可能保持高温和/或高压的受压力作用的箱体上安装或拆卸测量管道也有大的危险性。为了避免由于箱体中涡流引起的测量的不精确性和涡流对测量值的负面影响，通常在测试点的前和后需要足够长的稳流段才能保证足够的测量精确度。整个测量装置的操作也很麻烦。
管道调节的另一种方式是，用格布吕德·托不勒股份公司(GebrüderTobler)，CH-8902乌多夫(Urdorf)，1994出版的房屋技术装备系统产品目录2.59和2.60页上的产品TACO-SETTER，该产品涉及一种直接用于管道系统中的带有一个集成微调阀的流量测量仪表。借助这种微调阀可改变由流量测量仪表指示的流量。但这种产品的缺点是，局限于使用在干净的流体上。由于这种流量测量仪表的机械结构，需要周期地进行维修和附加的检验费用。所以在脏的介质情况下，必须会产生错误测量。此外，这种直接装在流动通道中的流量测量仪表也会改变管道系统的流动阻力。对最后的这个缺点，人们试图借助于别的解决办法来避免，即把流量计装在一个关断阀的旁通管道中。虽然这个解决办法可改善功能，但引起测量精度的降低。
从FR-A-2 713 764已知一种具有集成温度探头的压力监控器形式的传感器，这种装入一条管道中的传感器具有一个根据压力变化反应的膜片。在超过规定的极限值时发出一个接通信号或断开信号。借助于温度探头，同时还确定流体的存在，并借助附加的仪表显示出来。
从DE-A 34 32 494中已知管道气体或液体流量调节或控制用的一种调节和/或控制装置，这种装置可在工业或技术设备的改造或扩建上进行灵活的配备。为此提出的解决方法是，将调节元件、热行元件、传感器和控制装置组成一个结构单元，并将该结构单元放入管道中。这种组合的结构单元比较容易安装在管道的一个适当的部位。与迄今为止由分散的元件构成的和需要很多占地面积的调节系统比较，其优点是，放在唯一的一个箱体中的单个元件的连接技术比较简单，这些单个元件由一个共同的电源供电。但按图1这种调节单元仍然具有相当大的结构体积。它必须至少设计这样大才能容纳一个三通阀、与该三通阀连接的管道部件以及一个较长的管段。在该管段中离该三通阀一定距离设置一个传感器，设置该传感器必须离该三通阀有较大的距离才能通过作为稳流段工作的管段来抵消配件中产生的涡流。该文献始终只着重涉及管道中装入的传感器，该传感器根据结构不同而可探测某种介质的不同的物理状态、化学状态或生物学状态。
这种按积木式结构组成的调节单元只能装配一个传感器，其中，必须保证从装配的不同传感器传出的调节量与一个控制装置的输入信号值兼容。除了可互换的传感器输入控制装置中的调节量外，还有另一个永久设置的传感器作为温度传感器。由于在大多数使用场合中，温度是一个干扰量并可影响调节过程，所以由该永久设置的温度传感器传出的干扰量和由与输送介质保持接触的可更换的传感器提供的调节量要在控制装置中进行处理并处理成一个补偿了干扰量的控制信号。
这个自给自足的分散的智能形式的解决办法具有一个很大的结构体积，所以只适用于大型处理设备。虽然组成结构单元而可方便安装，但由于多道阀和由于在起总管作用的管道中设置了离该多道阀有一定距离安装的传感器，要把它布置在一个共同的箱体内是一个难于搬动的组合体。出于测量技术上的理由，配件和传感器之间通过管道构成一定的距离在功能上是必要的。因为，为了获得一个可重复的测量信号，在这种解决方案中，传感器必须通过起稳流段作用的管段与阀门分开布置。阀箱中形成的涡流在流向传感器的过程中被补偿。
在箱体内设置的一个阀门的伺服马达、一个传动机构、一个用来探测调节元件的锁闭机构的终端位置用的终端位置传感器以及一个用来消除作为干扰量的温度变化的温度传感器同样需要附加的结构体积。
一种很精确的和无接触的以及没有附加流动阻力的流量测量仪表例如是所谓的电感流量计。因为这种仪表很贵，所以通常只是短时间地用于测量点的调节。这就造成设备停止，设备排空以及测量仪表的安装和拆卸和随后设备的开动这一系列的高的花费。如果设备在结构上要改变，则需要同样高的重复测量的花费。
发明内容
本发明的问题在于，提出一种简单的方法来调节管道，用这种方法以很少的花费就可使体积流量适应相应的管道情况。
上述问题的技术解决方案在于一种管道的体积流量调节用的管道调节配件，该管道调节配件具有管道调节配件箱体，在该管道中采用测量仪表、估算方法和显示方法测出一种实际状态，并用一个设置在管道调节配件的通流空间内的调节机构和/或关断机构调节额定状态，其特征在于：在通流空间的范围内至少设置了一个直接或间接测量体积流量的传感器；在一个电子数据存储器中存入了该管道调节配件箱体的特定特征值；一个估算单元从传感器的测量值中和从所述电子数据存储器的特征值中计算体积流量。
根据这个问题的又一种解决方案，管道配件的流动空间与一个单独的通流箱体的流动空间保持有效连通，一个直接或间接测量流动空间的体积流量的传感器设置在单独的通流箱体的流动空间的范围内，一个作为结构单元构成的管道调节配件的特定特征值存储在一个电子数据存储器中，一个估算单元从传感器的测量值和数据存储器的特征值中算出体积流量。
这样就以简单的方式实现了将标准关断元件转换成一个管道调节配件的可能性。装有传感器的通流箱体设置在关断配件的附近，可使管道配件构成一个容易安装的结构单元。一个作为结构单元这样构成的管道调节阀只需一次校准就能测量流体的有效连通。流体的有效连通可通过调节机构和/或关断机构的位置变化来控制。这个结构单元的校准提供了用传感器进行合理测量的先决条件。与单独装在一根管道中的体积流量测量仪表比较，作为结构单元构成的和校准的管道调节配件明显缩短了总长度。因为这种整体布置可取消单独的通流箱体和管道配件之间的稳流段，而在市售的体积流量测量仪表和管道调节配件之间的这种稳流段对要测量的流体的稳流是必不可少的。
在现有的管道系统即所谓老设备的情况下，例如可把阀门总长度较长的关断阀更换成由一个短的小型阀门和一个装有传感器的单独通流箱体组成的作为结构单元的管道调节配件。在用所需的平衡结构长度差的情况下，可直接装入而不用更改现有的管道。
所用的传感器将要测量的物理量及其变化转变为可进行电子处理或传输的电量及其变化。根据传感器的结构和使用的集成度和/或微型化程度，传感器中也可装入信号处理器。
本发明的一种方案设置了一个按测热的测量原理工作的传感器。根据所用的配件箱体，传感器的安装部位应选择在保持可重复流动情况的关键的节流范围内。这种流动情况与关断元件相对于它的阀座位置无关。简单地说，导流箱体的入流侧特别是在入口侧，即与主轴中心线错开90°的范围就是这种情况。所以为了确定体积流量不再需要测量关断元件相对于它的阀座的位置。测量信号和体积流量之间的关系例如可用校准过程的形式用试验方法求出。
如果采用的配件由于结构形状存在困难的流动情况，则可采用多个传感器。这些传感器在被测量的流体横截面范围内均布在整个圆周上。对这种使用场合，体积流量通过单个传感器的测量值的平均值来确定。
按本发明的另一种结构，传感器在流动空间的壁内至少端面齐平或稍微伸入流动空间中。这个措施一方面保证了与测量信号保持可重复的关系的体积流量的可靠测量，另一方面由此引起的配件阻力系数的增加很小，而可略去不计。
根据本发明的又一种结构，估算单元直接或通过连接方法与传感器连接。所以该估算单元可作为紧凑的高集成的单元直接装在传感器上，或通过中间连接的方法安装在该配件上。借助于显示方法可直接读出配件中存在的瞬时体积流量。根据估算单元的结构读出可经常进行，或只有在需要的情况中才进行。
根据另一种结构，箱体的特定特征值以表格形式、特性曲线形式或作为算法存储在电子数据存储器中。如果传感器例如集成在配件箱体的一个法兰上并配有一个自己的电子数据存储器，则可按最简单的方式进行管道调节。该箱体的典型的特征值固定存储在安装的传感器中。每个传感器都可根据其特定的安装部位在厂家进行校准。现在估算单元与该传感器连接，以对设备进行精确调节。根据传感器提供的测量值和相应的特征值，可借助估算单元以最简单的方式快速和不成问题地调节要求的体积流量。为此，只需根据结构，用手工或自动改变关断元件的位置。不需要输入附加的计算值例如关断元件的位置。在记录一条校准曲线时，在相应箱体的关键体积流量范围内对多个和不同的预先调定的体积流量测出相应的测量值并预以赋值。这样就可抵消不精确性；结果比较精确，并与迄今为止部分用手工的和计算的费用比较起来，可实现节约。数据可用特性曲线、表格、算法或别的已知的形式存入电子存储器中。也可用已知的方法从体积流量算出并显示质量流量。
其中，电子数据存储器可以表格的形式、特性曲线的形式或作为算法存储箱体的特定特征值。根据使用的电子存储器的种类和结构，可将该配件的典型特性值以一种形式存储，这些特征值可通过估算单元和位于其中的计算元件不成问题的读出。数据存储器也可集成在该传感器或该估算单元中。同样该数据存储器也可部分地设置在传感器中和部分地设置在估算单元中，其中集成在传感器内的数据存储器至少具有一个配件识别码。此外，该估算单元除了具有一个微控制器外，还有一个电源，该电源可设计成到外部设备的连接线或设计成电池、蓄电池或类似形式的内部设备。此外，还具有显示方法、操作元件和必要的连接元件。
根据要求的和在估算单元中显示的体积流量通过管路调节配件的关断机构的简单调节进行管路的调节。根据要求，该估算单元可设计成固定安装的部件或移动式仪器。估算单元和相应传感器之间的连接可用一般的连接方法。可以是固定的连接，或可拆卸的连接，或无线通信方法例如红外线传输、无线电波等等。
本发明的其他结构是，集成在该传感器中的一个只有很小存储容量的数据存储器具有一个配件识别码。位于估算单元中的电子数据存储器具有特性曲线或表格形式的配件特征值。
估算单元具有一个相当大的电子数据存储器，它存储了可调节的配件的全部特征值。这样传感器的小的数据存储器只含有该传感器装入的相应管道配件的识别码。在传感器和估算单元之间的通信根据相应的识别码从估算单元较大的存储器中读出相应配件的数据，并为处理作好准备。作为电子存储器可用一般的存储介质。
用一个或多个连接在一个母线系统上的接口可将传感器的测量值以及相应箱体的相应特性曲线传输到一个控制中心或控制站。通过接口的数据交换可将数据或测量值与一个控制中心或控制站或与管道系统的其他元件进行交换。
根据本发明，估算单元和传感器中的至少一个具有一个或多个接口用于数据交换。该估算单元可以设置在该管道调节配件上或导流箱上，也可以集成在一个或多个传感器中。
也可在电子估算单元中集成一个显示器来根据传感器测出的测量值直接显示出实际的体积流量。为了保持小的结构费用，传感器设计成无源元件，其电源由估算单元来保证。这时可用众所周知的能源。
此外，在传感器中可附加地配备一个温度探头来测定箱体内介质的温度，从而确定热功率和/或热量。测出的温度值也可在估算单元的显示器上显示出来。
就这样以最简单的方式达到另一个优点，即计算并显示出在管道内传输的热功率和/或耗热量。例如从前后(Vor-und Rücklauf)的体积流量之间的温差测量或计算中可计算管道系统中存在的热功率。为了计算耗热量只需一个附加的时间测量，所需的测量值和计算值以及附加的结构元件和操作元件都可集成在一个估算单元中或一个控制中心内。传感器也可用相应的连接线与该控制中心连接。
本发明的一个基本优点还在于，相应的体积流量和瞬时的介质温度可直接在管道调节配件上读出，而不需要另外的人工费用。管道为此所需的附加流量测量仪表如同借助于在管道调节配件上连接附加的软管来进行的麻烦的压力损失测量一样同样可以取消。这样就可显著减少相应调节的费用，同时还可节省占地面积。通过传感器集成在一个普通的关断配件中或一个共同作用的单独的通流箱体中，其关断功能保持不变，并可取消特殊的管道调节配件和采集测量数据用的难于解决的连接管道。
估算单元也可在调节过程中将要求的体积流量的一个额定值直接输入估算单元中。借助估算单元和传感器之间的传输方法可将这个额定值存储在传感器的数据存储器中。根据设备的结构在临时或永久检验时可按最简单的方式通过一次额定值与实际值比较就能确定是否存在偏差。如果存在偏差，可借助配件操作进行再调节。调节机构可以是一个一般的手轮、手柄或执行机构。由于直接在显示器上显示出可见的瞬时体积流量和不需要测量关断机构的位置所需的附加测量技术上的花费，所以可按最简单的方式进行再调节。如果将固定式或移动式的估算单元永久设置在一个要监控的箱体上，则其固定方法可这样选择，即显示与要监视的箱体的安装位置无关。
下面结合附图和说明采详细阐述本发明的几个实施例。
附图说明
图1表示一个作为管道调节配件设计的关断配件的带部分截面的俯视图；
图2表示显示单元的另一个视图；
图3表示作为多件结构单元设计的管路调节配件；
图4表示图3的变型结构。
具体实施方式                            传感器6.根
图1表示配有法兰2、3和一个手轮4的管道调节配件1的俯视图。在这个实施例中，在流入侧5的法兰2中集成一个传感器6。根据这里示出的传感器结构尺寸，该法兰2有一个带一个孔8的槽7。该孔8用来安装传感器6，该传感器6用其端部10稍微伸入流体空间11中。为了同时探测位于边缘区的边界层流以外的实际流动情况，超出流体空间11的箱体壁面12的一定尺寸具有重要的意义。借助密封13防止流动介质从孔8中流出。用一个锁紧环9进行轴向内的机械锁定。根据箱体的结构，该传感器也可设置在一个用很小花费就可进行安装的别的部位。
在传感器的一个输出端上连接了一个与显示单元15连接的连接装置14，该连接装置可以设计成建立电连接用的插接、螺丝连接或别的一般连接装置。
显示单元15可由一个外部电源16和/或一个集成的电源供电。在这种情况下，可以是蓄电池、电池、交流电源等等。用相应的开关元件或显示元件在必要时或连续地将相应的体积流量和必要时将相应的温度显示出来。
这种管道调节配件箱体的特定特征值存储在传感器6的一个数据存储器中，相应的校准和编程过程可在制造厂家进行或必要时在安装地点输入。为了调节，传感器6与一个估算单元连接，该估算单元可从集成的数据存储器中读出相应的特征值并借助测量信号算出和显示出流量，而不需要其他数据例如在ΔP方法时手工输入的提升位置。箱体的相应特征值直接存储在该传感器中，以最简单的方式用于避免误差。在相应特征值存储在一个外部单元中的那种设备的情况下，必须保证在每次调节时也在待调节的箱体和相应特征值之间进行精确的对应。
图2所示的显示单元表示额定值实际值比较的一种可能的实施方案。为了调节体积流量，该显示单元具有不同识别或颜色的指示灯。在用不同颜色的发光二极管17、18、19的情况下，红色的发光二极管17、19指示不容许的体积流量，而一只绿色的发光二极管18则用于容许的体积流量。所以，一次简单的调节以及以后的一次检验都可通过颜色调节来进行。显示单元的电压供应可从电网分接。这里在传感器内存储特性值的可能性也以有利的方式提供了一个简单的校准可能性和容易的事后调节可能性。额定值和实际值比较的另一种可能性在于，在低于额定值时，显示器内显示出低(LOW)的字样，而在超过额定值时则显示出高(HIGH)的字样。
在这里作为数字显示的显示器20显示测出的体积流量。为此所用的工程上的测量单位很容易适应不同的单位制，并不限于图中所示的单位m3/h(米3/小时)。同样可用模拟显示。
图3表示设计成多件结构单元的管道调节配件，为此可用一个普通的关断配件，在图中用一个结构长度短的小型阀可与一个单独的通流箱体22连接。其中，一个传感器6集成在单独的通流箱体22中。这里例如示出了使用多个传感器6的传感器布置方案，这些传感器均布在整个圆周上。传感器的角度距离必须适合配件中存在的流动情况。通流箱体22可以是单件或多件的。这样一种传感器布置也可象图1和图4那样的结构型式。这些传感器6的布置、固定和密封与图1传感器所示的一致。传感器6用它的一端10可与通流箱体端面齐平或稍微伸入通流箱体22的流动空间23中。通流箱体22在本实施例中例如设计成法兰盘，以便在中间连接密封24或配合件的情况下与作为法兰配件表示的关断配件21和-这里未示出的-管道进行简单的连接。这种设计成结构单元的管道调节配件的校准在安装好的形状下进行，以便测出全部影响。这样一种设计成结构单元的管道调节配件适用于现有管道系统的改造工程。例如可把一个设计成管道调节阀单元的管道调节配件来代替一个通常较长的阀门结构长度的关断配件。通过管道调节阀单元进行一次校准后，就可不成问题地在测量技术方面获得可重复的测量结果，用这些测量结果可对种类繁多的各种管道进行精确的调节。这样一种管道调节配件的主要优点在于，比迄今为止的功能上需要长的稳流段的常用体积流量测量仪表的总长度较短。
图4表示设计成结构单元的管道调节配件具有另一种连接方式。关断配件25具有一个套筒结构形式的箱体，要连接的管道插入或拧入该箱体中。根据该管件的内部结构，一个单独的通流箱体26固定在校准时得出最有利的可重复的数值的箱体那侧上，象试验证明的那样，所指的箱体那侧通常就是流入侧。在通流箱体26中类似于图1和图3布置在传感器6。传感器的安装不限于图中所示的形式。根据传感器的形状和结构也可选用另一种不同于图中所示的安装、密封、固定和连接。所用的传感器的大小及其外壳的形状可用螺丝、夹紧、铆接、粘接和别的众所周知的方式固定传感器。
所以可制造这样一种管调节配件，它可作为功能单元以最简单的方式从一种成批产品的改型中产生。通过传感器直接或间接的简单集成在关断配件的箱体中或箱体上便构成一个便于调节各种管道的管道调节配件。其中这样构成的管道调节配件具有良好的节流性能是有利的，但不是前提，并具有符合测量技术的校准。

Claims (18)

1.管道的体积流量调节用的管道调节配件，该管道调节配件具有管道调节配件箱体，在该管道中采用测量仪表、估算方法和显示方法测出一种实际状态，并用一个设置在管道调节配件的通流空间内的调节机构和/或关断机构调节额定状态，其特征在于：在通流空间(11)的范围内至少设置了一个直接或间接测量体积流量的传感器(6)；在一个电子数据存储器中存入了该管道调节配件箱体的特定特征值；一个估算单元从传感器(6)的测量值中和从所述电子数据存储器的特征值中计算体积流量。
2.按权利要求1的管道调节配件，其特征在于：管道调节配件的通流空间与一个单独的通流箱体(22)的一个通流空间(23)保持连通，上述通流箱体(22)的通流空间(23)具有一个传感器(6)。
3.按权利要求1的管道调节配件，其特征在于，至少一个传感器(6)设置在管道调节配件的通流空间(11)的范围内。
4.按权利要求1或2的管道调节配件，其特征在于，传感器(6)根据测热法的测量原理工作。
5.按权利要求1的管道调节配件，其特征在于，传感器(6)在通流空间(11、23)的壁(12)内设置成至少端面齐平或伸入该通流空间(11、23)中。
6.按权利要求1的管道调节配件，其特征在于，估算单元直接或通过连接装置(14)与传感器(6)连接。
7.按照权利要求1的管道调节配件，其特征在于，所述电子数据存储器存储有以表格形式、特性曲线形式或作为算法的管道调节配件箱体的特定特征值。
8.按权利要求7的管道调节配件，其特征在于，所述电子数据存储器集成在该传感器(6)中。
9.按权利要求7的管道调节配件，其特征在于，集成在该传感器(6)中的一个电子数据存储器具有一个配件识别码。
10.按权利要求7的管道调节配件，其特征在于，所述电子数据存储器集成在该估算单元中。
11.按权利要求1的管道调节配件，其特征在于，该估算单元和该传感器(6)中的至少一个具有一个或多个接口用于数据交换。
12.按权利要求11的管道调节配件，其特征在于，该估算单元设置在该管道调节配件上或导流箱体上。
13.按权利要求11的管道调节配件，其特征在于，该估算单元设计成移动式的仪器。
14.按权利要求6的管道调节配件，其特征在于，该估算单元集成在一个或多个传感器(6)中。
15.按权利要求6的管道调节配件，其特征在于，该估算单元配备了一个显示器(15)。
16.按权利要求15的管道调节配件，其特征在于，该估算单元配备一个电源(16)。
17.按权利要求5的管道调节配件，其特征在于，该传感器(6)设置在导流箱体的流入侧上。
18.按权利要求5的管道调节配件，其特征在于，该传感器(6)附加地配备了一个温度探头，以确定热功率和/或热量。
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