CN117167503B - 一种精准控制的废气焚烧用阀门结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于废气处理领域，涉及阀门控制技术，具体为一种精准控制的废气焚烧用阀门结构；阀门结构包括阀体，启闭机构、调节机构，启闭机构由气缸控制阀轴90°旋转用于实现阀体的开闭；调节机构设有限流板，限流板与启闭机构的蝶板都平行于阀轴的中轴线，限流板通过伺服电机驱动旋转，用以调节限流板与蝶板的之间的开合角度，改变阀体流道有效截面积从而实现流量的精准控制；控制箱设置有PID控制模块，通过流量传感器、编码器对实时流量和限流板转角的检测与反馈，完成当前介质参数下符合设定流量值参数的精准调整，直至系统进入稳定工作状态区间，实现智能化准确控制。

Description

一种精准控制的废气焚烧用阀门结构

技术领域

本发明属于废气处理领域，涉及阀门控制技术，具体为一种精准控制的废气焚烧用阀门结构。

背景技术

在废气处理领域，废气输送进焚烧炉的管路中都会安装有阀门，阀门用来开闭管路、调节和控制输送介质的参数，阀门一般会采用气动蝶阀（又叫翻板阀），是用圆盘式启闭件往复回转90°实现开启、关闭或调节介质流量的一种阀门，蝶阀具有启闭方便迅速的优点； 但是，利用蝶阀控制流量需要对蝶板开度进行调整，蝶板轴与阀体上密封组件的摩擦会导致密封磨损，造成密封性能下降甚至损坏的情况，影响正常使用；而且蝶阀的尺寸规格较大，虽然蝶阀具备流量调节功能，但无法精准的进行控制。

发明内容

（一）技术问题

本发明的目的在于提供一种精准控制的废气焚烧用阀门结构，通过设置与蝶板同转轴的限流板，采用PID控制器对限流板的开合角度进行高精度调节，改变阀体有效过流通道截面的大小，实现废气焚烧装置中阀门的精准控制和智能控制，解决现有技术中控制效果差的问题；调节过程无需改变蝶板角度，避免阀轴与阀体间密封组件因摩损导致密封性能下降。

（二）技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种精准控制的废气焚烧用阀门结构，包括阀体，启闭机构、调节机构、流量传感器和控制箱，所述启闭机构包括气缸组件、连为一体阀轴和蝶板，所述阀轴贯穿所述阀体并两端延伸至阀体外部，所述阀轴内部具有中空腔室，所述阀轴上端与所述气缸组件连接；所述调节机构包括限流板、驱动轴和伺服电机；所述驱动轴通过轴承旋转设置在所述中空腔室内，所述伺服电机固定在所述阀轴下端且所述伺服电机的驱动端与所述驱动轴连接；所述限流板与所述驱动轴固定连接，所述限流板与所述蝶板都与所述驱动轴的中轴线平行，所述伺服电机带动所述驱动轴旋转，用以调节所述限流板与所述蝶板的之间的开合角度，以改变阀体流道的有效截面积从而控制流量的大小；

所述控制箱包括PID控制模块、通信模块及驱动模块，所述通信模块将所述流量传感器测得的实时流量值发送至控制箱，PID控制模块通过对比实时流量值与设定目标流量值之间的流量偏差并利用PID算法得到限流板的设定偏转角度，由PID控制模块生成控制指令发送至驱动模块，经驱动模块产生驱动信号并对伺服电机进行控制，伺服电机驱动限流板旋转并达到设定偏转角度。

优选的，所述阀体包括圆柱形的筒体及两侧平行设置的法兰盘，所述筒体一端对称设有两个安装台，另一端设有气缸支架；所述安装台上固定有带座轴承。

优选的，所述阀轴两端穿设在所述带座轴承内，所述阀轴顶端设有螺纹段并在其一侧设有键槽；所述螺纹段上端套接有螺母；所述阀轴管壁开设有与其内部连通的导槽，所述阀轴底端连接有电机安装板。

优选的，所述蝶板为圆形结构并垂直设置在所述筒体内部；所述蝶板边缘与所述筒体内壁形成相互适配的密封副；所述蝶板一侧沿流体流动的方向设有多组水平排布的加强筋，所述加强筋呈扇形且在扇形的圆弧处设有滑槽。

优选的，所述限流板位于相邻的加强筋之间，所述限流板一端穿过所述导槽并与所述驱动轴采用螺钉固定连接，所述限流板另一端设有导杆，所述导杆滑动地设置在滑槽内。

优选的，所述气缸组件包括气缸和连杆，所述气缸后端设置有与所述气缸支架连接的铰接底座，所述气缸的活塞杆前端设置Y型接头，所述连杆一端与所述Y型接头铰接，另一端与所述螺纹段连接。

优选的，所述流量传感器安装在靠近所述气缸支架一端的筒体上。

优选的，所述调节机构还包括编码器，所述伺服电机、编码器与所述控制箱之间通过导线连接。

优选的，所述编码器对角度监测以获取限流板的实时角度，所述PID控制模块通过对比实时角度与设定偏转角度，对控制指令进行修正，纠正补偿误差实现闭环控制。

（三）有益效果

本发明的一种精准控制的废气焚烧用阀门结构，在控制阀体开闭的启闭机构上设置调节机构，通过调节机构的限流板改变开合角度，改变阀体的有效过流面积，实现流量的精准控制；控制箱设有PID控制模块，通过流量传感器、伺服电机编码器对实时流量和限流板的转角的检测与反馈，完成当前介质参数下符合设定流量值的角度调整，直至系统进入稳定工作状态区间，实现智能化准确控制；阀门在调节流量时无需对蝶板开度进行调整，因此阀轴与阀体间的密封组件无相对运动，不会因磨损造成密封性能下降，提高了阀门的使用寿命。

附图说明

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其有益效果显而易见。

图1是本发明一种精准控制的废气焚烧用阀门结构示意图；

图2是本发明剖视结构示意图；

图3是本发明启闭机构与调节机构示意图；

图4是本发明调节机构示意图；

图5是本发明控制逻辑结构框图。

图中：10.阀体；11.筒体；12.法兰盘；13.安装台；14.支架；15.带座轴承；20.启闭机构；21.气缸组件；211.气缸；212.连杆；213.铰接底座；214.Y型接头；22.阀轴；22a.中空腔室；221.螺纹段；222.导槽；23.蝶板；24.螺母；25.电机安装板；26.加强筋；261.滑槽；30.调节机构；31.限流板；32.驱动轴；33.伺服电机；331.编码器；34.轴承；35.螺钉；36.导杆；40.流量传感器；50.控制箱。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请所保护的范围。

如图1、图2、图3所示，本发明描述的一种精准控制的废气焚烧用阀门结构，包括阀体10，启闭机构20、调节机构30、流量传感器40和控制箱50，启闭机构20和调节机构30实现阀门开闭及流量的精准控制，启闭机构20包括气缸组件21、阀轴22和蝶板23，阀轴22与蝶板23连为一体，阀轴22贯穿阀体10并两端延伸至阀体10外部，阀轴22内部具有中空腔室22a，阀轴22上端连接气缸组件21；调节机构30包括限流板31、驱动轴32和伺服电机33；驱动轴32通过轴承34旋转设置在中空腔室22a内，伺服电机33固定在阀轴22下端且伺服电机33的驱动端与驱动轴32连接；限流板31与驱动轴32固定连接，限流板31和蝶板23都平行于驱动轴32的中轴线，伺服电机33带动驱动轴32旋转，用以调节限流板31与蝶板23的之间的开合角度，以改变阀体10内流道有效截面从而控制流量的大小；

控制箱50包括PID控制模块、通信模块及驱动模块，控制箱50接收流量传感器40测量的实时流量值，计算实时流量值与设定目标流量值之间的偏差，PID控制模块通过比例、积分、微分三个环节的控制，利用PID算法得出限流板31的设定偏转角度并生成控制指令，该控制指令经驱动模块产生驱动信号并根据驱动信号对伺服电机33的驱动电路进行控制，伺服电机33带动限流板31一同旋转并达到设定偏转角度，实现智能化准确控制。

其中，阀体10包括圆柱形的筒体11及两侧平行设置的法兰盘12，筒体11外壁一端对称焊接有两个安装台13，另一端焊接有气缸支架14；安装台13上采用紧固件固定有带座轴承15。

进一步的，阀轴22两端穿设在带座轴承15内，阀轴22顶端为螺纹段221并在其一侧设有键槽；螺纹段221上端套接有螺母24；阀轴22顶端为实心结构，中空腔室22a位于顶端以下，阀轴22管壁开设有与阀轴22内部联通的导槽222，阀轴22底端连接有电机安装板25。

如图3所示，蝶板23为圆形结构并垂直设置在筒体11内部；蝶板23边缘与筒体11内壁形成相互适配的密封副；蝶板23背离阀轴的一侧面沿流体流动的方向设有多组水平加强筋26，加强筋26呈扇形且扇形的圆心角为锐角，在启闭机构20开启状态下，圆心角的指向与流体流向相反，加强筋26的圆弧处设有滑槽261，滑槽261的弧度与导槽222的弧度一致。

其中，限流板31分布在相邻的加强筋26之间，限流板31一端穿过导槽222与驱动轴32通过螺钉35固定连接，限流板31另一端设有导杆36，导杆36滑动地设置在滑槽261 内；驱动轴32下端与伺服电机33驱动端连接；伺服电机33旋转带动限流板31以驱动轴32为轴转动，实现限流板31与蝶板23开合角度的调整。

其中，气缸组件21包括气缸211和连杆212，气缸211后端设置有与气缸支架14连接的铰接底座213，气缸211活塞杆的前端设置Y型接头214，连杆212两端设有圆孔，一端与Y型接头214铰接，另一端通过平键与螺纹段221固定连接。

其中，流量传感器40安装在靠近气缸支架14一端的筒体11上，流量传感器40前端的探头伸入筒体11内，流量传感器40用于测量实时流量；流量传感器40和控制箱通讯连接。

其中，调节机构30还包括编码器331，伺服电机33、编码器331与控制箱50之间通过导线连接。

进一步的，控制箱50设有操作面板，可输入设定参数，PID控制模块执行比例、积分和微分一体的PID算法，依据设定目标流量值与实时流量值之间的流量偏差，通过PID运算得到限流板31的设定偏转角度；编码器331对角度监测以获取限流板31的实时角度，PID控制模块通过对比实时角度与设定偏转角度，对控制指令进行修正，纠正补偿误差实现闭环控制，在伺服电机33驱动下限流板31达到并稳定在设定偏转角度，实现精准控制。

通过采用上述技术方案，在控制箱50的操作面板上设定废气的流量值，气缸组件21动作驱使阀轴20旋转90°，法兰盘12两端的管到连通，废气通过阀门10；流量传感器40将测得的实时流量值反馈给控制箱50，PID控制模块对比实时流量值与设定目标流量值，通过PID运算得到限流板31的设定偏转角度并输出控制信号至驱动模块，驱动模块驱动伺服电机33旋转，限流板31同步改变相应的角度，同时编码器331形成角度反馈用于修正控制信号，完成当前介质参数下的限流板331角度调整并达到设定偏转角度，改变阀门10过流通道截面积实现精准控制流量，使实时流量值符合设定目标流量值，至系统进入稳定工作状态区间；该阀门参数设定简单、调整方便，实现了智能化准确控制；阀门在调节流量过程中无需对蝶板23开度进行调整，因此阀轴22与阀体10间的密封组件无相对运动，不会因磨损造成密封性能下降，提高了阀门的使用寿命。

以上仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种精准控制的废气焚烧用阀门结构，其特征为，包括阀体（10），启闭机构（20）、调节机构（30）、流量传感器（40）和控制箱（50），所述启闭机构（20）包括气缸组件（21）、连为一体的阀轴（22）和蝶板（23），所述阀轴（22）贯穿所述阀体（10）并两端延伸至阀体（10）外部，所述阀轴（22）内部具有中空腔室（22a），所述阀轴（22）上端与所述气缸组件（21）连接；所述调节机构（30）包括限流板（31）、驱动轴（32）和伺服电机（33）；所述驱动轴（32）通过轴承（34）旋转设置在所述中空腔室（22a）内，所述伺服电机（33）固定在所述阀轴（22）下端且所述伺服电机（33）的驱动端与所述驱动轴（32）连接；所述限流板（31）与所述驱动轴（32）固定连接，所述限流板（31）与所述蝶板（23）都与所述驱动轴（32）的中轴线平行，所述伺服电机（33）带动所述驱动轴（32）旋转，用以调节所述限流板（31）与所述蝶板（23）间的开合角度，以改变阀体（10）流道有效截面从而控制流量大小；

所述控制箱（50）包括PID控制模块、通信模块及驱动模块，所述通信模块将所述流量传感器（40）测得的实时流量值发送至控制箱（50），所述PID控制模块通过对比实时流量值与设定目标流量值之间的流量偏差并利用PID算法确定所述限流板（31）的设定偏转角度，由所述PID控制模块生成控制指令并发送至驱动模块，所述驱动模块产生驱动信号对所述伺服电机（33）进行控制，所述伺服电机（33）驱动所述限流板（31）旋转并达到设定偏转角度;所述阀体（10）包括圆柱形的筒体（11）及两侧平行设置的法兰盘（12），所述筒体（11）一端对称设有两个安装台（13），另一端设有气缸支架（14），所述安装台（13）上固定有带座轴承（15）;所述阀轴（22）两端穿设在所述带座轴承（15）内，所述阀轴（22）顶端设有螺纹段（221）并在其一侧设有键槽；所述阀轴（22）管壁开设有与其内部连通的导槽（222），所述阀轴（22）底端连接有电机安装板（25）;所述蝶板（23）为圆形结构并垂直设置在所述筒体（11）内部；所述蝶板（23）边缘与所述筒体（11）内壁形成相互适配的密封副；所述蝶板（23）一侧沿流体流动的方向设有多组水平排布的加强筋（26），所述加强筋（26）呈扇形且在扇形的圆弧处设有滑槽（261）;所述限流板（31）位于相邻的加强筋（26）之间，所述限流板（31）一端穿过所述导槽（222）并与所述驱动轴（32）固定连接，所述限流板（31）另一端设有导杆（36），所述导杆（36）滑动地设置在滑槽（261）内。

2.根据权利要求1所述的一种精准控制的废气焚烧用阀门结构，其特征为，所述气缸组件（21）包括气缸（211）和连杆（212），所述气缸（211）后端设置有与所述气缸支架（14）连接的铰接底座（213），所述气缸（211）的活塞杆前端设置Y型接头（214），所述连杆（212）一端与所述Y型接头（214）铰接，另一端与所述螺纹段（221）连接。

3.根据权利要求1所述的一种精准控制的废气焚烧用阀门结构，其特征为，所述流量传感器（40）安装在靠近所述气缸支架（14）一端的筒体（11）上。

4.根据权利要求1所述的一种精准控制的废气焚烧用阀门结构，其特征为，所述调节机构（30）还包括编码器（331），所述伺服电机（33）、编码器（331）与所述控制箱（50）之间通过导线连接。

5.根据权利要求4所述的一种精准控制的废气焚烧用阀门结构，其特征为，所述编码器（331）对角度监测以获取所述限流板（31）的实时角度，所述PID控制模块通过对比实时角度与设定偏转角度，对控制指令进行修正，纠正补偿误差实现闭环控制。