CN202402729U - 一种智慧型动态平衡气动调节阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及气动调节阀，旨在提供一种智慧型动态平衡气动调节阀。该调节阀包括阀体、压力传感器、温度传感器、气缸、定位器和控制器；其特征在于，所述压力传感器和温度传感器安装于阀体上，控制器和气缸分别通过控制器支架、气缸支架安装于阀体上，定位器通过定位器支架安装在气缸上；压力传感器、温度传感器、定位器分别通过电缆和控制器相连接。本实用新型的阀体可以是具有理想的等百分比或者线性调节特性，属于一种压力无关型气动调节阀，且机械结构和加工工艺简单、工作压差起始值小、通流能力大，当应用于建筑、工业水系统时其综合节能效果十分明显。

Description

一种智慧型动态平衡气动调节阀

技术领域

本实用新型涉及气动调节阀。更具体地说，本实用新型涉及一种基于高级计算的智慧型动态平衡气动调节阀。 

背景技术

在工业、建筑水系统管网中普遍存在着水力失调现象，管网水力不平衡易造成系统能源的浪费和设备运行噪声的增加，具有高级智能动态流量平衡功能的流体控制阀是解决复杂管网水力平衡的最佳手段。 

目前普遍应用的动态流量平衡电动控制阀，本质上是一种具有机械自力式压差自动控制功能的压力无关型电动阀，其动态平衡的原理比较简单，即一体型或组合型动态平衡电动阀的两端压差DP＝P₁-P₃随机变化时，利用机械自力式压差控制装置(阀)通过改变DP₂＝P₂-P₃的值自动控制DP₁＝P₁-P₂恒定，或者利用机械自力式压差平衡控制器通过改变DP₁＝P₁-P₂的值确保DP₂＝P₂-P₃自动恒定。 

动态平衡电动阀最新产品普遍采用弹簧机械自力式的实现原理，因而存在通流能力小、动态工作压差控制范围有限、应用不灵活、工作压差起始点高，阀两端总体压损偏高等缺点(由于DP＝DP₁+DP₂，实际使用时须以牺牲压差控制器的压力来维持电动调节阀分压差如DP₁的恒定，显然牺牲压差控制器的压力也是浪费能耗)。 

在工业水系统管网中往往使用开关型阀门进行粗放的管理和控制，在较少的情况下会使用基于最简单PID控制原理的调节阀，实际调节效果较差，造成能耗浪费严重等现象。 

目前还没有发现基于高级智能算法配合压力传感器、温度传感器、定位器和控制器进行控制的智慧型动态平衡气动调节阀。 

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种智慧型动态平衡气动调节阀。 

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种智慧型动态平衡气动调节阀，包括阀体、压力传感器、温度传感器、气缸、定位器和控制器；所述压力传感器和温度传感器安装于阀体上，控制器和气缸分别通过控制器支架、气缸支架安装于阀体上，定位器 通过定位器支架安装在气缸上；压力传感器、温度传感器、定位器分别通过电缆和控制器相连接。 

作为一种改进，所述压力传感器有两个，分别安装在阀体的入水口和出水口。 

作为一种改进，所述控制器上设置有I/O接线端子。 

作为一种改进，所述阀体是具有调节特性的调节阀阀体。 

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是： 

利用控制器的数据采集功能读入外部输入的阀的动态行程设定值，采用等百分比或者其他特性公式计算出阀的动态平衡流量设定值，当流进阀体的动态平衡流量测量值(利用流量传感器直接进行测量)与动态平衡流量设定值发生偏差时，利用APID控制算法直接调节阀体的开度，从而直接实现动态流量的自动平衡。 

本实用新型的阀体可以是具有理想的等百分比或者线性调节特性，属于一种压力无关型气动调节阀，且机械结构和加工工艺简单、工作压差起始值小、通流能力大，当应用于建筑、工业水系统时其综合节能效果十分明显。 

附图说明

图1是本实用新型实施例中智慧型动态平衡气动调节阀结构示意与装配图。 

图例中标记：1阀体、2压力传感器、3温度传感器、4气缸支架、5气缸、6定位器支架、7定位器、8、气管、9控制器、10控制器支架。 

具体实施方式

参考附图1，下面将对本实用新型进行详细描述。 

图中给出了一种智慧型动态平衡气动调节阀，包括阀体1、压力传感器2、温度传感器3，气缸支架4、气缸5、定位器支架6、定位器7、控制器支架10、控制器9。安装于阀体1上的两个压力传感器2，以及温度传感器3通过电缆和控制器9相连接，安装于气缸5上的定位器7通过电缆和控制器9相连接；气缸5通过气缸支架4安装于阀体1上，定位器7通过定位器支架6安装在气缸5上，控制器9通过控制器支架10安装于阀体1上，压力传感器2和温度传感器3安装于阀体1上。 

压力传感器2分别安装在阀体1的入水口和出水口，用于测量阀体1入水口和出水口的压力，通过电缆传输给控制器9；温度传感器3安装于阀体1上，用于测量流进阀体1介质的温度，通过电缆传输给控制器9；气缸5通过气缸支架4安装在阀体1上，与阀体1的阀杆相连接，驱动阀体1的开度；定位器7通过定位器支架6安装在气缸5上，通过气管8驱动气缸5的动作，并通过电缆和控制器9相连接；控制器9通过电缆和定位器7相连接，传输阀门的开度和获得阀门开度位置的反馈。 

所述控制器9内嵌入或者下载一种“基于高级计算实现压力无关型的具有理想调节特性”的控制程序。利用该程序的高级计算，控制器输出标准控制信号通过电缆线直接调节定位器，通过控制阀体1的开度实现动态平衡流量的自动控制。这是一种典型的属于压力无关型的智能动态流量平衡控制方法。 

对于本实用新型的智慧型动态平衡气动调节阀，可以引入一个外部输入的阀的动态行程设定值变量Y(即对应于外部输入的标准模拟量电信号)。 

例如0～10VDC电信号表示Y∈[0，10]、4～20mA电信号表示Y∈[4，20]。 

不妨假设阀的无量纲阀动态行程设定值变量X，例如： 

(1)对于0～10VDC标准电信号，取 

X＝Y/10        (1-1) 

(2)对于4～20mA标准电信号，取 

X＝(Y-4)/16    (1-2) 

(3)对于2～10VDC标准电信号，取 

X＝(Y-2)/10；  (1-3) 

(4)对于0～5VDC标准电信号，取 

X＝Y/5；       (1-4) 

对于等百分比调节特性，定义控制阀的可调比R为常数，则有量纲的等百分比调节特性计算公式： 

Q＝Q_MAX·R^X-1    (2) 

对应于无量纲的等百分比调节特性计算公式： 

$\frac{Q}{Q_{\mathrm{MAX}}}=R^{X-1}---\left(3\right)$

显然，公式(2)～公式(3)也可以采用近似数学拟合公式进行描述 

显然，公式(2)～公式(3)也可以采用近似数学拟合公式进行描述。 

所述控制器9既可以采用具有高级数学函数计算功能和可实现APID控制算法的通用型智能控制器产品，也可以专门开发智能控制器产品(例如基于单片机MCU的开发)。 

所述控制器9还包括一些I/O接线端子。 

当外部输入的阀的动态行程设定值Y给定时(即外部输入方式设定动态流量值)，对应的无量纲动态电行程设定值变量X也即给定，利用等百分比调节特性计算公式(2)容易计算出动态平衡流量Q的设定值(这是一种动态流量设定值，即设定流量随外部输入电信号的大小而改变)。当阀的动态平衡流量测量值与动态平衡流量设定值发生偏差时，利用控制器9的内置APID控制算法通过改变阀体1的开度，实现阀门流量自动恒 定在某动态设定值，即动态平衡流量的自动控制。 

本实用新型的智慧型动态平衡电动调节阀实现方法步骤如下： 

(1)在控制器9中设定阀门的动态平衡流量最大值Q_MAX； 

(2)控制器9读入外部输入的阀的动态行程设定值Y，并将阀位动态电行程设定值Y的模拟量控制信号转换成无量纲变量X； 

(3)根据计算公式(2)计算出动态平衡流量设定值Q_S； 

(4)利用阀体1入口处和出口处的压力，阀体1位置反馈信号，配合阀体1调节特性测量流经阀体的动态流量测量Q_P； 

(5)将动态平衡流量测量值Q_P与动态平衡流量设定值Q_S进行比较，运行APID控制算法调节与控制阀体1的开度，直接实现动态平衡流量的自动控制。 

本实用新型的智慧型动态平衡电动调节阀具体举例如下： 

对于本实用新型其中一种DN80规格的智慧型动态平衡电动调节阀产品，设计工作压差范围(16～400)KPa，设计额定的动态平衡流量最大控制值32m³/h(在该范围内可以任意设定动态平衡流量最大值Q_MAX)，控制阀的可调比取R＝50，则对应的无量纲动态行程设定值X、动态工作压差、动态平衡流量数据如下表所示： 

有量纲的动态行程设定值Y、无量纲的动态行程设定值X与标准电信号对应换算关系如下表： 

实际使用时，只需要更换控制器的特征计算公式(通过算法实现)，还可以实现线性调节特性、或者抛物线调节特性，且这些理想调节特性均属于压力无关型的调节。 

显然，上述表格中的动态工作压差起始值才16kPa，而动态平衡流量最大控制值可达到32m³/h，整体技术数据优势十分明显。

显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。 

Claims (4)

1.一种智慧型动态平衡气动调节阀，包括阀体、压力传感器、温度传感器、气缸、定位器和控制器；其特征在于，所述压力传感器和温度传感器安装于阀体上，控制器和气缸分别通过控制器支架、气缸支架安装于阀体上，定位器通过定位器支架安装在气缸上；压力传感器、温度传感器、定位器分别通过电缆和控制器相连接。

2.根据权利要求1所述的调节阀，其特征在于，所述压力传感器有两个，分别安装在阀体的入水口和出水口。

3.根据权利要求1所述的调节阀，其特征在于，所述控制器上设置有I/O接线端子。

4.根据权利要求1所述的调节阀，其特征在于，所述阀体是具有调节特性的调节阀阀体。

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