CN114110248A - 一种计量监测型闸阀 - Google Patents

Abstract

本发明隶属阀门及其流体参数监测的技术领域，具体为一种计量监测型闸阀，旨在为自来水网、燃气网、供热网提供一种新型的流体参数监测与调控融合的一体化设备，为管网量平衡监测监控系统的实现提供技术手段。其技术方案为：在靠近法兰的内侧设置两个相互平行且插入阀体内通道中央的换能器安装柱，进水端换能器柱上，安装有导流罩；在换能器安装柱上，可安装一个或多个换能器，与另一换能器安装柱上对应的换能器构成一个或多个超声波测量声道，由此，在闸阀打开时，可实现多声道的流量测量；配合以相似方式安装的压力及温度传感器的数据采集，实现了一种计量、监测与调控融合的一体化设备。

Description

一种计量监测型闸阀

技术领域

本发明隶属阀门及其流体参数监测的技术领域，具体涉及一种计量监测型闸阀。

背景技术

管网是由多条管道相连接的管路网络，管网中各分支管道口称为管网的节点，管网有一个或数个管网源头，有很多个终端出口，管网实现着把流体从管网源头输送到管网各终端出口的功能；而阀门，特别是闸阀是在管网中对流体流通或截止控制的最常用设备。阀门常规的作用就是对流体的通、断或流通量限制的控制，其在管网中的使用范围广泛、数量很大。

在工业及民生自来水、燃气、供热领域，涉及一个庞大的管网，如自来水网、燃气网、供热网。对管网运行的技术管理和贸易管理而言，不仅需要掌握终端用户的供应量，还需掌握管网中各个支线、各个子线的输运量，这样才能获知管网的运行状况。

对于民用自来水网，目前的产销差很大，贸易结算量仅占水厂供给的60～80%，也就是说有40～20%水量不知去向，水表计量的准确与合理性只是其中的一个方面。

DMA（District Metering Area，独立计量区域），其概念1980年由英国水工业协会首次提出，现在更多的解释为分区管理+漏损检测，其范围含盖输水管、配水管和层叠式管路。如何减小水资源的产销差，是目前供水单位最关心和亟待解决的重要课题。

目前，在流体管网上，能提供管道流体参数如流量、压力和温度的设备就是流量计，但流量计通常安装在终端用户处，其作用是对使用量进行贸易结算。所以，其数量相对管网的节点而言占比较小，对于一个庞大的流体管网，特别是管网铺设在路面以下情况，要想获知管网内流体流量、压力和温度参数的分布，极其困难。

基于对上述DMA的认识、理解、深化和技术提升，本申请提出了管网量平衡、以及管网量平衡监测监控系统的概念。管网量平衡包括两个方面的平衡，一方面是管网内流体的数量平衡，另一方面是管网内流体所含能量的平衡。管网量平衡不仅可揭示管网的泄露与损耗，以保证对终端用户的供给，还可以揭示管网的结构性能，如保温性能、压损性能、输运能量损耗性能等，这为管网的技术改造、防止资源的浪费、促进科学利用水、燃气、热资源等提供重要的技术保证。当今，在步入物联网大数据及人工智能与工业自控时代，已为管网的量平衡提供了物联网通信技术，若在管网中加入计量监测单元与控制单元的分布，就构成了对现代管网技术升级的管网量平衡监测监控系统，它不仅可获知管网量平衡，还可对管网中阀门的开、关及开度进行远程数据跟踪和精准调节与控制。

管网量平衡监测监控系统的实现，是以管网计量为基础的。对于民生的自来水网、燃气网、供热网而言，应在管网各节点设置计量表。由于管网入口节点即管网源头已装设有计量表，在管网末端即终端用户也已装设有计量表，如水表、燃气表、热量表，那么只要在管网中各个支线、各个子线入口节点装设计量表，就可实现管网量平衡的监测。由于管网中各个支线、各个子线的入口节点，都设置有阀门，在该阀门处再加装计量表，就可完成管网量平衡的监测和监控，以保证对终端用户的供给量。就技术而言，阀门和计量表是两种不同用途的设备，阀门是对流体的通、断或流通量进行调节的控制设备，而计量表是对经过阀门的流通量进行计量的设备，虽然阀门和计量表的技术目的不同，但两者是相关的，把这两者有机合成起来就可实现按照流通量进行调节与控制。要实现管网的量平衡监测监控，就要在管网中各个支线、各个子线的入口节点处既要装设阀门、还要装设计量表，如此就导致在安装和监测上的不便，导致安装工作量大、建设费用高、监测难度增大。由此可见，在管网量平衡监测监控技术发展上，就很期待一种具有计量监测功能的阀门，这一管网重要部件的引入，可使管网量平衡的监测监控更便利实现，这正是本发明的技术目的。这样，对管网而言，当装配了具有计量监测功能的阀门，基于互联网通讯的管网量平衡监测监控系统，不仅可获知管网流量、压力、温度等分布的实时信息，而且可实现对管网精准无误的调节与控制，以保证对终端用户的输配。

本发明的技术目的在于发明一种具有计量监测功能的阀门，由此本申请提出了一种带超声波流量测量和压力、温度数据监测的闸阀，其目的是为了向管网量平衡监测监控系统的实现提供技术手段，填补国内外管网输运技术上的缺陷和不足。

超声波流量计与电磁流量计是目前水计量领域最普遍使用的高精度、宽量程全电子模式流量计。电磁流量计的工作原理决定了需要在流量计管体外侧加装励磁线圈，所以不适合在阀门上配置应用。从技术先进性而言，用超声波测量流体流量，比电磁流量计有更小的始动流量、更宽的量程比，而且重要的是它的流速测量部件体积小，便于在各种应用空间设置，就这点而言，电磁流量计无法实现。因此在闸阀里设置体积较小、流量测量精度高、量程宽的超声波流量测量装置是解决管网量平衡监测监控系统问题，以及发现与解决供水产销差的有效途径。

发明内容

目前为止，在阀门上同时设置有流量、压力、温度的设备极少，特别是在阀门上设置超声波流量测量装置的仍为空白。本发明的技术目的在于发明一种具有计量监测功能的阀门，由此本申请提出了一种带有超声波流量计量/测量和压力、温度数据监测的闸阀，本发明可为管网量平衡监测监控系统的实现提供技术手段，填补国内外在管网输运监测监控技术上的缺陷和不足。

对于阀门内设置超声波流量测量装置，要兼顾两方面约束：一是保证阀门的正常工作，主要是不增加阀门水阻；二是要满足流量、压力、温度测量的条件，使其测量参数有效。因此，本发明提出对具有计量监测功能的阀门的技术原则：

（1）超声波测量的声程最大化原则：依据超声波流量测量与测量量程比间的关系结论，即增大两换能器间在流量计管路水流方向的投影距离，就可有效提高流量计的量程比。所以，阀门内设置超声波器件作为流量数据测量，必须满足在较宽流量范围都能进行超声波流量测量，即要满足超声波测量有较大的量程比，尽量将超声波换能器安置在靠近两法兰的内侧，使一对换能器间的声程较大，以增大测量的量程范围即量程比。

有关超声波流量计的量程比与换能器之间的距离推到如下：

在水计量领域，量程比

定义为

，其中，

为对应某管径下的常用流量，它是一个给定值；

为满足一定计量精度要求的最小流量（比如二级流量计的计量精度为±5%）。

以下本文经深入分析与推导，得出了一个重要的结论：对通过流量计管路内的流体而言，所计量的始动流量（即流量计可感知计量的最小流量）

越低（对应其流速

就越低，而

与超声波流量计的时差芯片分辨率及流量计的管路结构有关），与此对应，

也成比例地对应变低（即对应的最小流速

就变低）。通常，在实际应用中，其经验值是

（

随超声波流量计电路及换能器产生总体零漂及流量计管路水阻设计不同而不同）。由此，可以导出在某个口径下（流过流量计管路的

与

所用的时间间隔相等），量程比

与两换能器间距

之间的关系为：

上式中，

为某口径流量计的常用流量，

为与

相对应的流量计管路内流体的流速，

为满足一定计量精度要求的最小流量，

为与

相对应的流量计管路内流体的流速，对某口径流量计而言，

和

为常量(选定值)，

为圆周率，

为流量计管路的内半径，

为计量用时，

为超声波流量计管路内两换能器对射面之间的间距，

为两换能器之间连线在流量计管路水流方向的夹角（

为锐角，当

时，两换能器连线与水流方向一致，

,

为与流量计的计量时差、声速有关的已知量，

为与流量计的计量时差、声速有关的已知量，令

=

,为常数，而

通过超声波流量计时差公式计算

得出，即

，因而，在具体计算时，

按照

代入。由上面

的关系式可得出如下结论：增大两换能器间在流量计管路水流方向的投影距离

，就可有效提高流量计的量程比

。

（2）超声波换能器间对射式安装原则：对射式安装的声波信号由一对换能器间相互直接发、收，这样有效信号幅值就最强。在闸阀的情况下，最佳方式是采用与水流方向一致的对射安装结构。

（3）多声道原则：为使阀门内流量测量有较高精度和可靠性，应设置多对即多声道模式（即多组换能器）。这是因为，对射多声道换能器模式，除了能对流体在管道内不同层面进行分别计算，提高计量精度和准确性外，多声道还是计量可靠性的重要保障。

（4）低压损原则：为了不增加阀门的阻力，所设置的超声波换能器安装结构尽量有较小的尺寸。

（5）管体密封安全原则：无论是超声波换能器还是压力、温度传感器及其引出线，都能做到IP68的防护等级，以保障设备的可靠性、耐久性。

（6）结构简单、方便装配原则：结构简约化、安装有唯一的确定性，从而整体易装配，有高的一致性。

按照上述技术原则的标准来，现提出本发明的技术方案：对于闸阀而言，其阀杆、阀板位于阀体中部，为了固定阀板，阀体中间及其外部占用较大空间，所以，有效的方案是采取将换能器安装在换能器安装柱内，而换能器安装柱安置于靠近法兰内侧，避开阀体中间部位，又能在一对换能器之间，获得较大的距离（声程）。一组立柱中可安装多对换能器，形成多声道测量模式，一对换能器形成一对对射式组合，而且换能器连线与水流方向一致，其投影距离就是两换能器的间距，所以这样可获得较大声程即流量测量范围，即量程比；为了减小水阻，在尽量减小换能器安装柱直径的同时，在进水端换能器柱上安装V形导流罩，这样，即可有效减少水流阻力，又可提高被测水流稳定性。一对对射换能器的水平方向由换能器安装柱的下端进行方向定位及固定；换能器安装柱上端进行位置定位；在阀体法兰内侧，垂直于换能器安装柱方向的进水端，安装压力传感器；出水端安装温度传感器，其测温杆不影响流量测量。因此，在闸阀阀体、超声波换能器安装柱及换能器、压力和温度传感器及流量、温度、压力积算电路的协同下，构成一种带超声波流量计量和压力、温度数据监测的闸阀，为管网量平衡监测监控系统的实施，提供有效的硬件手段。

本发明为一种计量监测型闸阀，其特征在于:包括两端带有法兰的含有闸板的闸阀体、换能器安装柱、换能器、导流罩、换能器安装座、温度传感器安装座及温度传感器、压力传感器安装座及压力传感器、信号引线管及固定方式、积算电路盒等。

通过在工字形即由两个法兰与阀体金属套管构成的闸阀上，位于法兰内测与中间阀体之间，靠近法兰端，设置两个相互平行且插入阀体内通道中央的换能器安装柱，进水端换能器柱上，安装有导流罩；在换能器安装柱上，可安装一个或多个换能器，与另一换能器安装柱上对应的换能器间构成一个或多个超声波测量声道，由此，在闸阀打开时，可实现多声道的流量测量；配合压力及温度传感器的数据采集，实现了一种计量监测型闸阀。

所述的换能器安装柱安置于安装座内，所述的安装座位于法兰内侧、阀体套管外侧，由上、下两个座形成一组结构。换能器安装柱由下安装座插入，下安装座对换能器安装柱起到转动定位、压紧固定和密封等作用；上安装座对换能器安装柱只起到密封和位置定位作用；进一步，下安装座内由两个半圆形槽对准换能器安装柱端帽上对应的两个半圆形凸台，由此，对换能器安装柱进行方向定位；柱上有轴向密封圈及帽内侧密封圈对换能器安装柱进行侧密封和压紧密封等两种不同方式的密封，有效保证了换能器安装柱的密封安全性。所述内六角外螺纹堵头，结合其下部的弹性垫圈，起到对换能器安装柱端帽的压紧作用；所述外六角堵头盖安装于内六角外螺纹堵头的内六角腔内，用以防止内六角外螺纹柱被外人旋转及也起到美观效果。

所述内六角外螺纹帽及其下部延伸一体的套筒，安装于上安装座上方，其下有铜密封垫用于硬密封。内六角外螺纹帽通过其下部延伸的套筒对换能器安装柱起到位置定位的作用；为了安全起见，可将所述内六角帽与上安装座之间用点焊固定（这个固定端以后不用拆卸）。

所述引出线管固定帽分别用于对换能器固定柱引出线金属管和压力、温度引出线金属管的固定、密封作用，即将金属引出线管从引出线根部密封且固定。其密封方式是通过旋紧引出线管固定帽帽螺纹柱，在线管与侧壁间通过垫片压缩密封圈密封。

在进水端的换能器安装柱上安装有导流罩，所述的导流罩通过安装于换能器安装柱上的燕尾槽进行方向定位和固定，又通过换能器安装柱上的螺丝进行高度定位、固定。

所述导流罩的安装过程为：将换能器安装柱从下安装座穿入，这时在闸阀入水口处，将导流罩L形扣边插入换能器安装柱燕尾槽中，推动换能器安装柱即可安装，此后转动换能器安装柱，露出螺丝孔，上紧螺丝固定导流罩中间隔板对应的孔，进行高度定位。导流罩的作用是减小换能器安装柱对水的阻力以及稳定流体，保障流量测量精度。

所述的换能器安装柱由工程塑料PPS、PPO、PPA、PA66注塑完成，其可获得的益处是：（1）大大降低了金属部件的加工成本；（2）方便添加换能器安装柱端帽内的密封圈（如果换成金属件，金属部件很难加工）；（3）方便将换能器外壳与换能器安装柱孔的边沿通过激光焊接成为一体（同为工程塑料，可以用激光焊接连接）。

由于技术应用水平参差不齐，目前多数厂家生产的超声波流量计仍采用前端直径Φ17、后端直径Φ21的1MHz换能器，其体积较大，换能器在安装柱上安装的方式为用金属板压住、螺丝固定的形式，如专利授权公告号CN 208921195 U中的图5所示；所以只能用较粗的换能器安装柱安装；用这种方式通常对应的安装柱的直径为30mm。安装柱粗，水阻大，不适合在阀体里应用。

本发明所述换能器为行业标准规定中的频率2MHz或4MHz，直径8mm陶瓷片封装成的外壳直径10mm的等径筒形小型换能器，换能器内部由换能器组件即陶瓷片、PCB及引出线组成，所述的陶瓷片用环氧胶与外壳内底部粘接；外壳后部有U形槽便于引出线在换能器安装柱内走线。

所述换能器与换能器安装柱上安装孔之间的连接：在换能器安装柱孔底部涂胶，再将换能器插入固定，待胶干后，用激光对换能器外边沿与换能器安装柱上换能器安装内孔沿之间焊接密封。由于换能器在管道内所受是外侧向里的压力，所以，对换能器只有由外部向内推动的力，故，用胶粘及激光焊接密封不但强度足够而且省去了密封圈，提高了密封安全性。

由于换能器的在换能器柱上采用了新的安装方案，本发明所采用的换能器是一等径直筒形，直径为10mm，这与常规在换能器下面要安装密封圈形式的凸形换能器有明显的区别，由于筒形换能器上下尺寸一致，加上不采用金属板及螺丝固定，所以，由此所带了的有益效果是，除了采用频率2MHz或4MHz直径较小的换能器陶瓷片外，上、下直径一致的筒状结构可以有效地将换能器安装柱的直径减小到16mm。

所述温度传感器固定座位于管体套管外侧中部，靠近出水口端法兰内侧。所述温度传感器固定头位于温度传感器固定座上，所述温度传感器固定头通过其下方的铜密封垫圈密封，温度传感器安置在出水端，其测温杆不会影响对流体流动的测量。

所述压力传感器固定座位于管体套管外侧中部，靠近入水口端法兰内侧，所述压力传感器固定头位于压力传感器固定座上，所述压力传感器固定头通过其下方的铜密封垫圈密封，压力传感器安置在进水端不外露，所以其探头不影响对流体流动的测量。

所述积算电路盒由螺丝固定于阀体外壳侧面中部，其内部有流量积算电路、温度压力采集电路及无线数据发送电路及电池，流量及压力、温度信号线管也连接到仪表电路盒内部，如果需要做IP68防护，可在仪表电路盒内部灌封防水密封胶。

综上所述，与现有技术相比，本发明能做到在闸阀上加载流量计量、压力、温度数据信息采集的系统，具有突出的实质性特点和显著技术进步，表现为：

第一，本发明提供了一种把计量与调节融为一体的可计量监测的阀门，即一种计量监测型闸阀，它是对现有技术的一种突破，不仅能对流体实施通、断或流通量调节和控制，还能对流量进行大量程比、高精度的测量，同时还可对流体的压力与温度进行实时测量。本发明为管网量平衡监测监控系统的实现提供了技术手段，填补国内外管网输运技术上的缺陷和不足。

第二，本发明采取了多声道阀门通道流量测量的设置，使流量测量更为准确。通过在工字形即由两个法兰与阀体金属壳体构成的闸阀上，位于法兰内测与中间阀体之间，靠近法兰端，设置两个相互平行且插入阀体内通道中央的换能器安装柱，在换能器安装柱上，可安装一个或多个换能器，与另一换能器安装柱上对应的换能器构成一个或多个超声波测量声道，由此，在闸阀打开时，可实现多声道的流量测量。如果超声波无法测量，说明闸阀关闭，如果靠近阀板下部的声道可以测量而靠近上部的不能测量，则说明阀门阀板处于半开状态。

第三，本发明采取了流量测量的宽量程设置，使流量测量的量程比大。由于换能器安装柱分别都靠近法兰的内侧，根据超声波流量测量量程比与声程成正比的原理，这种安装模式可以获得流量测量有较大的量程比。

第四，本发明采取了换能器精准定位和严谨密封的结构。所述的换能器安装柱安置于安装座内，所述的安装座位于法兰内侧、阀体套管外侧，由上、下两个座组成一组结构。换能器安装柱由下安装座插入，下安装座对换能器安装柱起到转动定位、压紧固定和密封等作用；上安装座对换能器安装柱只起到密封和位置定位作用；进一步，下安装座内由两个半圆形槽对准换能器安装柱端帽上对应的两个半圆形凸台，由此，对换能器安装柱进行方向定位；柱上有轴向密封圈及帽内侧密封圈对换能器安装柱进行侧密封和压紧密封等两种不同方式的密封，有效保证了换能器安装柱的密封安全性。所述内六角外螺纹堵头，结合其下部的弹性垫圈，起到对换能器安装柱端帽的压紧作用；所述外六角堵头盖安装于内六角外螺纹柱的内六角腔内，用以防止内六角外螺纹堵头被外人旋转及也起到美观效果。

第五，本发明采取了导流罩在换能器安装柱的定位安装与减小水流阻力结构。为了减小水阻力和稳定被测水流，在阀门进水端的换能器安装柱上安装有导流罩，所述的导流罩通过安装于换能器安装柱上的燕尾槽进行方向定位，通过换能器安装柱上的螺丝进行高度固定的。

第六，本发明采取了换能器安装柱的高性能材料和加工工艺。所述的换能器安装柱由工程塑料PPS、PPO、PPA、PA66注塑完成，其可获得的益处是：（1）大大降低了金属部件的加工成本；（2）方便添加换能器安装柱端帽上的密封圈（金属部件很难加工）；（3）方便将换能器外壳与换能器安装柱孔的边沿通过激光焊接成为一体形成永久的密封结构。

第七，本发明采取了新颖的换能器设置结构，显著减小了换能器安装柱尺寸，从而显著减小了流体经过阀门的流体阻力。由于换能器的在换能器柱上采用了新颖的安装方案，即采用的换能器是一等径直筒形，直径为10mm，这与常规在换能器下面要安装密封圈形式的凸形换能器有较大区别，所带了的有益效果是，除了采用频率2MHz或4MHz较小直径的换能器外，上、下直径一致的筒状结构可以有效地将1MHz换能器30mm的安装柱减小到现在2MHz或4MHz 换能器，16mm直径的安装柱。

第八，本发明采取了换能器与换能器安装柱上安装孔之间的精巧工艺方式，提高了换能器的提高了密封安全性。在换能器安装柱孔底部涂胶，再将换能器插入固定，待胶干后，用激光对换能器外边沿与换能器安装柱换能器安装内孔沿之间焊接密封。由于换能器在管道内所受是外侧压力，对换能器只有向内推动的力，所以用胶粘及激光焊接密封不但强度足够而且省去了密封圈，提高了密封安全性。

第九，本发明采用了压力及温度传感器在阀体内的布局与装配，既能实现对压力与温度的监测，还不影响对流体流量的测量。在阀体套管外侧中部靠近法兰内侧，进水口端装配有压力传感器，出水口端装配有温度传感器；所述压力及温度传感器都不影响对流体流动的测量。

第十，本发明采取了引出线的固定与密封的精巧布局，实现了对引出线的固定与密封。所述引出线管固定帽用于换能器固定柱引出线和压力、温度引出线及金属线管的固定、密封作用：将金属引出线管从引出线根部密封且固定。其密封方式是通过旋紧引出线管固定帽螺纹柱，在线管与侧壁间压缩密封圈密封。

第十一，本发明采取了引出线与仪表电路盒的精巧布局，实现了引出线与仪表电路盒牢靠和密封连接。所述仪表电路盒由螺丝固定于阀体外壳侧面中部，其内部有积算电路、温度压力采集电路及及无线数据发送电路及电池。流量及压力、温度信号线管连接到仪表电路盒内部，如果需要IP68防护，可在仪表电路盒内部灌封防水密封胶。

第十二，本发明采取了将流量、压力、温度测量件与阀门件融为一体的布局结构，使流量、压力、温度测量装置结构简单、安装有唯一的确定性，从而整体易装配，有很高的一致性。

附图说明

图1 是一种带超声波流量计量和压力、温度数据监测的闸阀外观示意图；

图2 是一种带超声波流量计量和压力、温度数据监测的闸阀内部结构剖视图；

图3 是换能器安装柱及其导流罩安装固定结构示意图；

图4 是换能器及其结构和组件示意图；

图5 是换能器安装柱在安装座内的定位结构示意图；

图6 是换能器安装柱、导流罩及其压力传感器、温度传感器安装位置剖视图；

图7 是换能器安装柱、导流罩及其配件安装爆炸图A；

图8 是换能器安装柱、导流罩及其配件安装爆炸图B；

图9 是换能器安装柱、导流罩及其配件安装位置剖视图；

图中：

11.进水口管体法兰；12.出水口管体法兰；21.管体金属套管；61. 阀体；611.阀杆；612.阀板；22、23.换能器安装柱下固定座；26、27.换能器安装柱上固定座；24.压力传感器固定座；25.温度传感器固定座；244.压力传感器；243、253.铜垫圈；242、252.密封圈；241、251、313.引出线管固定帽；221.外六角堵头盖；222.内六角外螺纹帽；31.换能器安装柱；33.导流罩；34.固定螺丝；36.换能器安装柱帽；361.定位凸头；315. 换能器安装柱帽密封圈；314. 换能器安装柱侧密封圈；312.垫片；311.密封圈； 317.换能器安装孔；318. 信号线走线通道；32.换能器；321.陶瓷片；322.PCB；323.出线U形槽；324.信号线；228.下安装座半圆形凹槽；41.换能器信号线护管；42.压力及温度传感器护管；71.积算电路盒；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施做进一步详细说明。

实施例：

本实施例是一种计量监测型闸阀，具体为带超声波流量计量和压力、温度数据监测的DN150口径闸阀。

如图1所示，本实施例包括两端带有法兰11、12的含有闸板612的闸阀体61、换能器安装柱31、换能器32、导流罩33、换能器下安装座22、23和换能器上安装座26、27；温度传感器安装座25及温度传感器254、压力传感器安装座24及压力传感器244、信号引线管41、42及固定方式、积算电路盒71等。

通过在工字形即由两个法兰11、12与阀体金属套管21构成的闸阀上，位于法兰内测与中间阀体61之间，靠近法兰端，设置两个相互平行且插入阀体内通道中央的换能器安装柱31，进水端换能器柱上，安装有导流罩；在换能器安装柱31上，可安装一个或多个换能器32，与另一换能器安装柱上对应的换能器构成一个或多个超声波测量声道，由此，在闸阀阀板612打开时，可实现多声道的流量测量；配合压力及温度传感器的数据采集，实现了一种带计量监测型闸阀。

所述的换能器安装柱31安置于下安装座22、23及上安装座26、27内，所述的安装座位于法兰内侧、阀体套管21外侧，由上、下两个座形成一组结构。换能器安装柱31由下安装座22、23插入，下安装座对换能器安装柱起到转动定位、压紧固定和密封等作用；上安装座26、27对换能器安装柱只起到密封和位置定位作用；进一步，下安装座内由两个半圆形槽228对准换能器安装柱端帽36上对应的两个半圆形凸台361，由此，对换能器安装柱进行方向定位；柱上有轴向密封圈314及帽内侧密封圈315对换能器安装柱进行侧密封和压紧密封等两种不同方式的密封，有效保证了换能器安装柱的密封安全性。所述内六角外螺纹堵头222，结合其下部的弹性垫圈223，起到对换能器安装柱端帽36的压紧作用；所述外六角堵头盖221安装于内六角外螺堵头222的内六角腔内，用以防止内六角外螺纹堵头被外人旋转及也起到美观效果。

所述内六角外螺纹帽261及其下部延伸一体的套筒，安装于上安装座上方，其下有铜密封垫262用于硬密封。内六角外螺纹帽通过其下部延伸的套筒对换能器安装柱31起到位置定位的作用；为了安全起见，可将所述内六角帽与上安装座之间用点焊固定（这端以后不用拆卸）。

所述引出线管固定帽313、241、251分别用于对换能器固定柱引出线金属管41和压力、温度引出线金属管42的固定、密封作用，即将金属引出线管从引出线根部密封且固定。其密封方式是通过旋紧引出线管固定帽螺纹柱，在线管与侧壁间通过垫片312压缩密封圈311密封。

在进水端的换能器安装柱31上安装有导流罩33，如图3所示，所述的导流罩通过安装于换能器安装柱上的燕尾槽进行方向定位和固定，又通过换能器安装柱上的螺丝34进行高度定位、固定。

所述导流罩33的安装过程为：将换能器安装柱31从下安装座穿入，这时在闸阀入水口处，将导流罩L形扣边插入换能器安装柱燕尾槽中，推动换能器安装柱即可安装，此后转动换能器安装柱，露出螺丝孔，上紧螺丝34固定住导流罩中间隔板对应的孔，进行高度定位。导流罩的作用是减小换能器安装柱对水的阻力以及稳定流速，保障流量测量精度。

所述的换能器安装柱31由工程塑料PPS、PPO、PPA、PA66注塑完成，其可获得的益处是：（1）大大降低了金属部件的加工成本；（2）方便添加换能器安装柱端帽36上的密封圈315（金属部件很难加工）；（3）方便将换能器32外壳与换能器安装柱孔317的边沿通过激光焊接成为一体形成永久的密封结构。

由于技术应用水平参差不齐，目前多数厂家生产的超声波流量计仍采用前端直径Φ17、后端直径Φ21的1MHz换能器，其体积较大，换能器在安装柱上安装的方式为用金属板压住、螺丝固定的形式，如专利授权公告号CN 208921195 U中的图5所示；所以只能用较粗的换能器安装柱安装；用这种方式通常对应的安装柱的直径为30mm。安装柱粗，水阻大，不适合在阀体里应用。

本实施例所述换能器为行业标准规定中的频率2MHz或4MHz，直径8mm陶瓷片封装成的外壳直径10mm的等径筒形小型换能器32，换能器内部由换能器组件即陶瓷片312、PCB板322及引出线324组成，所述的陶瓷片用环氧胶与外壳内底部粘接；外壳后部有U形槽323便于引出线在换能器安装柱内走线。

所述换能器32与换能器安装柱上安装孔317之间的连接：在换能器安装柱孔317底部涂胶，再将换能器插入固定，待胶干后，用激光对换能器32外边沿与换能器安装柱换能器安装内孔沿317之间焊接密封。由于换能器在管道内所受是外侧向里的压力，所以，对换能器只有由外部向内推动的力，故，用胶粘及激光焊接密封不但强度足够而且省去了密封圈，提高了密封安全性。

由于换能器的在换能器柱上采用了新的安装方案，本实施例所采用的换能器32是一等径直筒形，直径为10mm，这与常规在换能器下面要安装密封圈形式的凸形换能器有较大区别，由此，所带了的有益效果是，除了采用频率2MHz或4MHz直径较小的换能器陶瓷片外，上、下直径一致的筒状结构可以有效地减小换能器安装柱的直径，本实施例采用2MHz换能器及其上、下直径一致的筒形结构，改进后，可以将1MHz换能器直径30mm安装柱减小至16mm。

所述温度传感器固定座25位于管体套管外侧中部，靠近出水口端法兰12内侧。所述温度传感器固定头254位于温度传感器固定座25上，所述温度传感器固定头通过其下方的铜密封垫圈253密封，温度传感器安置在出水端其测温杆不会影响对流体流动的测量。

所述压力传感器固定座24位于管体套管外侧中部，靠近入水口端法兰11内侧，所述压力传感器固定头244位于压力传感器固定座上，所述压力传感器固定头通过其下方的铜密封垫圈243密封，压力传感器安置在进水端不外露，所以其探头不影响对流体流动的测量。

所述积算电路盒71由螺丝固定于阀体外壳侧面中部，其内部有积算电路、温度压力采集电路及无线数据发送电路及电池，流量及压力、温度信号线管连接到仪表电路盒内部，如果需要做IP68防护，可在仪表电路盒内部灌封防水密封胶。

通过以上例证对本发明中DN150口径带超声波流量计量和压力、温度数据监测的闸阀，进行了实施应用说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明内容所做的任何改动或变形均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种计量监测型闸阀，其特征在于: 包括两端带有法兰(11)、(12)的含有闸板(612)的闸阀体(61)、换能器安装柱(31)、换能器(32)、导流罩(33)、换能器下安装座(22)、(23)和换能器上安装座(26)、(27)；温度传感器安装座(25)及温度传感器(254)、压力传感器安装座(24)及压力传感器(244)、信号引线管(41)、(42)及固定方式、积算电路盒(71)等；通过在工字形即由两个法兰（11）、（12）与阀体金属套管（21）构成的闸阀上，位于法兰内测与中间阀体（61）之间，靠近法兰端，设置两个相互平行且插入阀体内通道中央的换能器安装柱（31），进水端换能器柱上，安装有导流罩；在换能器安装柱（31）上，可安装一个或多个换能器（32），与另一换能器安装柱上对应的换能器构成一个或多个超声波测量声道，由此，在闸阀阀板（612）打开时，可实现多声道的流量测量；配合压力及温度传感器的数据采集，实现了一种带超声波流量计量和压力、温度数据监测的闸阀。

2.如权利1所述的一种计量监测型闸阀，其特征在于：所述的换能器安装柱(31)安置于下安装座(22)、(23)及对应的上安装座(26)、(27)内，所述的安装座位于法兰内侧、阀体套管（21）外侧，由上、下两个座形成一组结构；换能器安装柱（31）由下安装座(22)、(23)插入，下安装座对换能器安装柱起到转动定位、压紧固定和密封等作用；上安装座(26)、(27)对换能器安装柱只起到密封和位置定位作用；进一步，下安装座内由两个半圆形槽（228）对准换能器安装柱端帽（36）上对应的两个半圆形凸台（361），由此，对换能器安装柱进行方向定位；柱上有轴向密封圈（314）及帽内侧密封圈（315）对换能器安装柱进行侧密封和压紧密封等两种不同方式的密封，有效保证了换能器安装柱的密封安全性；所述内六角外螺纹堵头（222），结合其下部的弹性垫圈（223），起到对换能器安装柱端帽（36）的压紧作用；所述外六角堵头盖（221）安装于内六角外螺堵头（222）的内六角腔内，用以防止内六角外螺纹堵头被外人旋转及也起到美观效果；所述内六角外螺纹帽（261）及其下部延伸一体的套筒，安装于上安装座上方，其下有铜密封垫（262）用于硬密封；内六角外螺纹帽通过其下部延伸的套筒对换能器安装柱（31）起到位置定位的作用；为了安全起见，可将所述内六角帽与上安装座之间用点焊固定。

3.如权利1所述的一种计量监测型闸阀，其特征在于：在进水端的换能器安装柱(31)上安装有导流罩(33)，如图3所示，所述的导流罩通过安装于换能器安装柱上的燕尾槽进行方向定位和固定，又通过换能器安装柱上的螺丝(34)进行高度定位、固定；所述导流罩（33）的安装过程为：将换能器安装柱（31）从下安装座穿入，这时在闸阀入水口处，将导流罩L形扣边插入换能器安装柱燕尾槽中，推动换能器安装柱即可安装，此后转动换能器安装柱，露出螺丝孔，上紧螺丝（34）固定住导流罩中间隔板对应的孔，进行高度定位。

4.如权利1所述的一种计量监测型闸阀，其特征在于：所述的换能器安装柱（31）由工程塑料PPS、PPO、PPA、PA66注塑完成，其可获得的益处是：（1）大大降低了金属部件的加工成本；（2）方便添加换能器安装柱端帽（36）上的密封圈（315）；（3）方便将换能器（32）外壳与换能器安装柱孔（317）的边沿通过激光焊接成为一体形成永久的密封结构。

5.如权利1所述的一种计量监测型闸阀，其特征在于：所述换能器为行业标准规定中的频率2MHz或4MHz，直径8mm陶瓷片封装成的外壳直径10mm的小型等径筒形换能器(32),换能器内部由换能器组件即陶瓷片（312）、PCB（322）及引出线（324）组成，所述的陶瓷片用环氧胶与外壳内底部粘接；外壳后部有U形槽（323）便于在换能器安装柱内走线；所述换能器（32）与换能器安装柱上安装孔（317）之间的连接：在换能器安装柱孔底部涂胶，再将换能器插入固定，待胶干后，用激光对换能器（32）外边沿与换能器安装柱换能器安装内孔沿（317）之间焊接密封；由于换能器在管道内所受是外侧向里的压力，所以，对换能器只有由外部向内的推动力，故，用胶粘及激光焊接密封不但强度足够而且省去了密封圈，提高了密封安全性；由于换能器的在换能器柱上采用了上述安装方案，且换能器（32）是一直筒形，直径为10mm，这与常规在换能器下面要安装密封圈形式的凸形换能器有较大区别，由此，所带了的有益效果是，除了采用频率2MHz或4MHz直径较小的换能器陶瓷片外，上、下直径一致的筒状结构可以有效地减小换能器安装柱的直径。

6.如权利1所述的一种计量监测型闸阀，其特征在于：所述闸阀带有温度及压力传感器；所述温度传感器固定座（25）位于管体套管外侧中部，靠近出水口端法兰（12）内侧；所述温度传感器固定头（254）位于温度传感器固定座（25）上，所述温度传感器固定头通过其下方的铜密封垫圈（253）密封，温度传感器安置在出水端，所以测温杆不会影响对流体流动性的测量；所述压力传感器固定座（24）位于管体套管外侧中部，靠近入水口端法兰（11）内侧，所述压力传感器固定头（244）位于压力传感器固定座上，所述压力传感器固定头通过其下方的铜密封垫圈（243）密封，压力传感器安置在进水端，其探头不外露，所以不影响对流体的测量。

7.如权利1所述的一种计量监测型闸阀，其特征在于：所述引出线管固定帽（313）、（241）、（251）分别用于换能器固定柱引出线金属管（41）和压力、温度引出线金属管42的固定、密封作用，即将金属引出线管从引出线根部密封且固定；其密封方式是通过旋紧引出线管固定帽螺纹柱，在线管与侧壁间通过垫片（312）压缩密封圈（311）密封。

8.如权利1所述的一种计量监测型闸阀，其特征在于：所述积算电路盒（71）由螺丝固定于阀体外壳侧面中部，其内部有积算电路、温度压力采集电路及无线数据发送电路及电池，流量及压力、温度信号线管连接到仪表电路盒内部，如果需要做IP68防护，可在仪表电路盒内部灌封防水密封胶。

Images