CN212297699U - 智能调节阀 - Google Patents

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任少臣
关际平
黄亚鹏
任少中
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Abstract

本发明公开了一种智能调节阀,包括阀体和执行器,执行器包括用于给电池充电的太阳能发电组件和温差发电组件;水温采集组件,包括设于阀体内的温度传感器,温度传感器分别与执行器和无线信号传输模块相连;无线信号传输模块,用于将温度传感器采集的温度值发送给控制平台以及接收控制平台发送的控制信号,并将控制信号传送给执行器。本发明能够实时的采集供热管道内的水温,并能将采集的水温通过无线传输的方式发送给控制平台,实时性好,效率高;通过设置发电组件和电池,使智能调节阀无需外接电源,实现了自供电;阀芯采用陶瓷V型开孔阀,有效的保证了水流量调节的等百分比,且具有阻力小不结垢的特征,增加了阀门的使用寿命。

Description

智能调节阀
技术领域
本实用新型涉及供热阀门调节技术领域,具体来说,涉及一种智能调节阀。
背景技术
由热平衡方程可以得到,散热器向房间传热应与房间向室外的传热量相同,即:
Figure DEST_PATH_GDA0002774030730000011
其中:q为建筑物的体积供热指标,V为建筑物的外部体积,tn为室内温度,tw为室外温度,K为散热器的传热系数,F为散热器的散热面积,
Figure DEST_PATH_GDA0002774030730000012
为散热器热煤平均温度。
由上式可解出:
Figure DEST_PATH_GDA0002774030730000013
即,在稳定工况下,室温为供回水平均温度和外温的加权平均,系数由建筑物的综合传热系数与散热器的传热系数之比决定,如果在比值差不多的情况下,测各热力站的
Figure DEST_PATH_GDA0002774030730000014
值基本上反映了该热力站所负责建筑的平均室温,如果各支路的供回水平均温度调为一致,则可以近似认为采暖房间的室温是彼此均匀的。
由于从热力站出来的各支路供水温度是一致的,只要把各支路的回水温度调整成一致就可以了,这也是回水温度平衡法的理论依据。
目前,由于一般换热站供热面积较大,二次侧管网复杂,管线上的阀门调整性能差,容易造成该小区水力工况失调,在供热期间,水流量分配不均,造成离换热站的近端用户过热,离换热站的远端用户不热,冷热不均会造成小区的耗热量居高不下,供热品质也难以令用户满意,究其原因就是二次侧的水力平衡没有调整好,现有的热用户的阀门都是手动阀门,线性差、也不能进行远程调节。目前主要通过红外线测温枪测量回水温度,首先确定回水温度平均值及误差范围,对于超差的回水管道,利用管道上的阀门进行调整,平稳后观察,反复调整直到达标。按照现有的方法进行调节,调整时间长,测温不同步,测温误差大。一般使用红外测温仪测温+人工手动调整,属于移动测温,实时性差,效率不高属于表面测温,测温误差大,并且配套阀门调整性能差。
另外,现有的管网阀门供电均采用市电供电方式,这种供电方式不仅电气施工麻烦,而且成本也比较高。
所以迫切需要一种快速的、科学的、自动化的智能调节阀来解决二次侧的户端热平衡的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提出一种智能调节阀,以克服现有技术中存在的上述不足。
为实现上述技术目的,本实用新型的技术方案是这样实现的:
一种智能调节阀,包括阀体和执行器,所述阀体内设有阀芯,所述执行器包括用于调节所述阀芯开度的阀芯控制模块,所述执行器还包括:
太阳能发电组件,包括设于执行器上的太阳能电池板,所述太阳能电池板与电池相连;
温差发电组件,包括包覆设于阀体外侧的温差发电片组,所述温差发电片组与电池相连;
水温采集组件,包括设于阀体内的温度传感器,所述温度传感器分别与执行器和无线信号传输模块相连;
无线信号传输模块,用于将温度传感器采集的温度值发送给控制平台以及接收控制平台发送的控制信号,并将所述控制信号传送给执行器。
作为一种优选,还包括:
水流发电转换组件,包括与阀体一端连通的水流发电齿轮组,所述水流发电齿轮组依次通过水流发电转换模块、AC-DC转换电路与电池相连。
作为一种优选,所述无线信号传输模块采用NB-IoT通信模组。
作为一种优选,所述阀芯采用陶瓷V型开孔球阀。
作为一种优选,所述温度传感器采用PT1000温度传感器。
作为一种优选,还包括:
显示模块,用于显示阀门开度值和温度传感器采集的温度值。
作为一种优选,还包括:
无线参数设置模块,用于设置无线信号传输模块传送信号的时间和频率。
本实用新型的有益效果:本实用新型智能调节阀能够实时的采集供热管道内的水温,并能将采集的水温通过无线传输的方式发送给控制平台,实时性好,效率高;通过设置发电组件和电池,使智能调节阀无需外接电源,实现了自供电;阀芯采用陶瓷V型开孔阀,有效的保证了水流量调节的等百分比,且具有阻力小不结垢的特征,增加了阀门的使用寿命。
附图说明
图1是本实用新型实施例所述智能调节阀的立体图;
图2是本实用新型实施例所述智能调节阀的爆炸图;
图3是本实用新型实施例所述智能调节阀的正面结构示意图;
图4是图3中B-B方向的剖视图;
图5是本实用新型实施例所述智能调节阀的侧面结构示意图;
图6是图5中A-A方向的剖视图;
图7是本实用新型实施例所述水流发电齿轮组的正面结构示意图;
图8是图7中A-A方向的剖视图;
图9是图7中B-B方向的剖视图;
图10是本实用新型实施例所述智能调节阀的电路结构框图;
图11是全通径阀门在10KPa的压差下的阀门开度与阀门流量的关系图;
图12是本实用新型V型球阀在5KPa的压差下的阀门开度与阀门流量的关系图;
图13是本实用新型V型球阀在10KPa的压差下的阀门开度与阀门流量的关系图;
图14是传统材质阀门在开度0%、50%和100%各阶段的扭矩变化示意图;
图15是陶瓷阀门在开度0%、50%和100%各阶段的扭矩变化示意图;
图16是主控MCU和存储中主控芯片的电路图;
图17是主控MCU和存储中复位电路的电路图;
图18是主控MCU和存储中晶振电路的电路图;
图19是主控MCU和存储中电源滤波电路的电路图;
图20是主控MCU和存储中IIC EEPROM存储器接口的电路图;
图21是NB-Iot模块电路中主控芯片的电路图;
图22是NB-Iot模块电路中SIM接口的电路图;
图23是NB-Iot模块电路中供电电路的电路图;
图24是NB-Iot模块电路中SIM卡接口的电路图;
图25是配置参数电路中红外通讯的电路图;
图26是配置参数电路中红外接收的电路图;
图27是MCU和NB供电电压转换输入电路图;
图28是MCU和NB供电电压转换稳压电路图;
图29是阀门控制和开度检测电路模块中的阀门输出控制电路图;
图30是阀门控制和开度检测电路模块中的阀门电机控制电路图;
图31是阀门控制和开度检测电路模块中的阀门开度检测电路图;
图32是PT1000测温电路模块中的测温检测电路图;
图33是PT1000测温电路模块中的测温电路输出电路图;
图34是PT1000测温电路模块中的测温电路输入电路图;
图35是PT1000测温电路模块中的测温电路隔离计算电路图;
图36是PT1000测温电路模块中的测温电路输入引脚电路图;
图37是PT1000测温电路模块中的测温电路输出引脚电路图;
图38是电源管理电路模块中的5V输入电路图;
图39是电源管理电路模块中的5V稳压电路图;
图40是锂电池管理电路图。
图中所示:
1-6V多晶太阳能电池板;2-6V锂电池;3-6V温差发电片组;4-阀体;5-PT1000温度传感器;6-执行器;7-陶瓷V型开孔球阀;8-PT1000连接电缆;9-水流发电组件连接螺纹;10-水流发电齿轮组;11-水流发电转换电路;12-AC/DC转换电路;13-电源管理电路;14-LCD显示器;15-无线参数设置电路;16-NB-IoT通信模组;17-MCU;18-控制平台;19-阀门驱动电路;20-阀门开度检测电路;21-电路板。
具体实施方式
下面结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
在本实用新型的描述中,需要说明的是,如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
阀门供热时,阀门供热管道内的温度为40-60摄氏度,阀门外壁温度是室内温度,为10-20 摄氏度。
基于上述原理,如图1-10和16-40所示,根据本实用新型的实施例所述的一种智能调节阀,包括阀体4和与所述阀体4可拆卸连接的执行器6,所述阀体4内设有阀芯,所述执行器6包括外壳和设于外壳内的电路板21,执行器6还包括:太阳能发电组件,包括设于外壳上端的6V多晶太阳能电池板1,所述6V多晶太阳能电池板1与电路板21插针焊接;6V锂电池仓,内设有6V锂电池2,与电路板21插针焊接;温差发电组件,包括包覆设于阀体4外侧的6V温差发电片组3,所述6V温差发电片组3与阀体4通过密封胶固定,并通过电缆线与电路板21连接;水温采集组件,包括设于阀体4内的PT1000温度传感器5,所述PT1000 温度传感器5与阀体4螺纹连接,并通过PT1000连接电缆8与电路板21连接。所述电路板 21上集成有MCU17和与MCU17分别电连的电源管理电路13、阀门控制电路、无线参数设置电路15和NB-IoT通信模组16,其中,电源管理电路13用于电能的变换、分配、检测及其它电能管理,所述阀门控制电路包括阀门开度检测电路20和阀门驱动电路19,所述NB-IoT通信模组16与控制平台18相连。
在本实施例中,所述智能调节阀为温控阀。
使用时,NB-IoT通信模组16根据无线参数设置电路15设置的信号发送的时间和频率将 PT1000温度传感器5采集的供热管道内的回水温度值发送给控制平台18,控制平台18根据回水温度平衡法计算出对应阀门的目标开度值,并将目标开度值发送给MCU17,MCU17通过阀门控制电路控制阀芯调至目标开度值。阀体4和执行器6采用分体式设计,从而便于将同一执行器6应用于多个阀体4,减少了供热管道调节的成本。NB-IoT通信相比其它的无线通讯方式具有如下突出优势:1、覆盖广,相比传统GSM,一个基站可以提供10倍的面积覆盖;2、海量连接,200KHz的频率可以提供10万个联接;3、低功耗,使用AA电池(5号电池)便可以工作十年,无需充电;4、低成本。太阳能和温差发电很好的解决了智能调节阀的供电问题,避免了供电施工的麻烦。
在本实施例中,如图1-2以及图7-9所示,对于安装在光照条件不好位置的智能调节阀,为了保证智能调节阀有足够的工作电量,所述智能调节阀还设有水流发电转换组件,包括水流发电齿轮组10,一端设有用于与阀体4连接的水流发电组件连接螺纹9,所述水流发电齿轮组10依次通过水流发电转换电路11、AC/DC转换电路12与6V锂电池2相连。
在本实施例中,如图5所示,所述阀芯采用陶瓷V型开孔球阀7。阀芯结构采用V形开孔球阀,有效的保证了水流量调节的等百分比。具体的,结合图11-13的实验得知,传统全通径的阀门的阀门开度与阀门流量之间呈抛物线特性,即流量按行程的平方成比例变化,大体具有线性和等百分比特性的中间特性,此种阀门通过调节阀门开度控制阀门流量比较复杂。而本申请采用的V形开孔球阀其流量与开度曲线呈对数曲线。这种特性在行程的每一点上,行程变化百分之多少和流量变化百分之多少是相等的。特点是开度小时,流量变化小,开度大时,则流量变化大。相对于调节来说,就是在不同开度上,具有相同的调节精度。相对行程和相对流量成直线关系。单位行程的变化所引起的流量变化是不变的。流量大时,流量相对值变化小,流量小时,则流量相对值变化大。阀芯材质采用陶瓷,其相比较传统铜材质具有如下特点:1、不易腐蚀:供水供热管网的特点之一就是,水有可能是流动的也有可能是静止的,在静止状态下传统铜材质与水中的钠离子、钙镁离子进行化学反应,产生结垢,会造出电动阀门关闭不严,驱动不动的现象,然而陶瓷材质不存在腐蚀结垢现象;2、耐磨性强:陶瓷阀芯经受50万次以上的开关操作以后仍然可以顺畅省力的操作,能够耐久使用。陶瓷阀芯的耐老化、耐磨损、无需维修,保证了运行的稳定性;3、阀门阻力稳定:如图14-15所示的试压验证,在开度0%、50%和100%各阶段,陶瓷阀门扭矩没有变化,表明陶瓷阀芯为恒扭矩特性。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种智能调节阀,包括阀体和执行器,所述阀体内设有阀芯,所述执行器包括用于调节所述阀芯开度的阀芯控制模块,其特征在于,所述执行器还包括:
太阳能发电组件,包括设于执行器上的太阳能电池板,所述太阳能电池板与电池相连;
温差发电组件,包括包覆设于阀体外侧的温差发电片组,所述温差发电片组与电池相连;
水温采集组件,包括设于阀体内的温度传感器,所述温度传感器分别与执行器和无线信号传输模块相连;
无线信号传输模块,用于将温度传感器采集的温度值发送给控制平台以及接收控制平台发送的控制信号,并将所述控制信号传送给执行器。
2.根据权利要求1所述的智能调节阀,其特征在于,还包括:
水流发电转换组件,包括与阀体一端连通的水流发电齿轮组,所述水流发电齿轮组依次通过水流发电转换模块、AC-DC转换电路与电池相连。
3.根据权利要求1所述的智能调节阀,其特征在于,所述无线信号传输模块采用NB-IoT通信模组。
4.根据权利要求1所述的智能调节阀,其特征在于,所述阀芯采用陶瓷V型开孔球阀。
5.根据权利要求1所述的智能调节阀,其特征在于,所述温度传感器采用PT1000温度传感器。
6.根据权利要求1所述的智能调节阀,其特征在于,还包括:
显示模块,用于显示阀门开度值和温度传感器采集的温度值。
7.根据权利要求1所述的智能调节阀,其特征在于,还包括:
无线参数设置模块,用于设置无线信号传输模块传送信号的时间和频率。
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