CN2777311Y - 具有自动压差平衡功能的小口径电动动态调节阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有自动压差平衡功能的小口径电动动态调节阀，包括设有进口(19)和出口(18)的配电动执行器的标准电动调节阀(2)，还包括自动压差控制阀，此自动压差控制阀包括呈Y形的压差控制阀流筒(4)，压差控制阀流筒(4)由相互连通的进口筒(17)、出口筒(20)、调节筒(14)组成，进口筒(17)与出口(18)相连通；在调节筒(14)内设置调节组件，调节组件与设置在进口筒(17)与出口筒(20)之间的压差控制阀芯(6)相连。本实用新型的具有自动压差平衡功能的小口径电动动态调节阀，控制品质好，能确保系统运行稳定。

Description

具有自动压差平衡功能的小口径电动动态调节阀

技术领域

本实用新型涉及一种电动阀门；更具体地说，本实用新型涉及一种具有机械自力式高精度自动压差平衡功能的小口径电动动态调节阀。

背景技术

电动调节阀可以广泛应用于流体流动的调节与控制。在采暖、空调的大量异程管网水系统中，因水力不平衡容易造成系统能源的大量浪费、运行噪声的增加和设备使用寿命的缩短，解决复杂管网水力平衡的方法已经由机械式静态平衡、机械式动态平衡向一体化动态平衡电动调节阀发展。

目前刚刚开始普及应用的某著名进口品牌的一体化动态平衡电动调节阀本质上是一种机械自力式压差控制功能的普通电动调节阀(或者称电动动态调节阀、或称压力无关型电动调节阀)，这种进口阀目前价格特别昂贵，并已经有大量的项目应用。经过我们的实际测试和研究发现，该类进口一体电动阀存在如下不足：

1、根据DN25-40mm一体化阀的公开资料发现，如表一所示，调节曲线本质上属于一种拟快开特性，实际测试与资料数据基本一致。这种调节特性的电动阀应用于空调末端热交换器的能量输出控制是很不合理的，并将会导致系统能耗浪费、噪声增加、设备寿命的缩短，严重时还会导致水力管网的控制振荡，系统运行处于不稳定状态。

                             表一

阀体调节行程(圈数)	1	2	3	4	5	6
							流量值(L/S)	0.53	1.06	1.50	1.85	2.12	2.34

2、这种电动动态调节阀本质上是一种普通的弹簧机械自力式压力无关型调节阀，属于调节阀体两端压差值自力式固定不变的流量调节阀，因此调节阀体两端压差控制值不可以在现场再设定和再调整，应用范围受限制。

3、流量平衡方法采用电子拨位开关模式设定，例如：针对DN25-40mm一体化阀，其最大流量为2.34L/S，最大调节行程为6圈(角行程电动执行器控制)。为了设定某应用需要的上限流量1.30L/S，必须通过查找设备随带的附表确定一个电子拨位开关编码(如：000011)，同时得到了一个阀体调节行程上限值为2.5圈。此时的调节阀控制信号与流量对应关系为：2～10VDC(或4～20mA)的控制信号对应于0～2.5圈的调节行程(对应流量范围0～1.30L/S)。这种调节方式机械灵活性差、用于负荷多变的空调水系统控制时调节阀的阀芯往往处于小开度状态或者始终处于ON/OFF控制状态，而调节阀体的两端还是维持在高压差恒定值，这显然是浪费能耗。且一旦电路板损坏容易导致瘫痪。

4、从阀体结构分析，当调节阀体处于最大流量的全开模式、或者接近全关闭模式时，薄膜活动行程过大、薄膜两端受压过大，容易导致薄膜的破损而失去了调节能力。

5、压力探测孔采用内置方式，虽然体积紧凑，但孔径太小、检修和维护不方便，并容易因水中含杂质引起堵塞，从而失去了调节能力，且更换或维修成本普遍很高。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本实用新型提供一种控制品质好，能确保系统运行稳定的具有自动压差平衡功能的小口径电动动态调节阀。

本实用新型为达到以上目的，是通过这样的技术方案来实现的：提供一种具有自动压差平衡功能的小口径电动动态调节阀，包括设有进口和出口的配电动执行器的标准电动调节阀，还包括自动压差控制阀，此自动压差控制阀包括呈Y形的压差控制阀流筒，此压差控制阀流筒由相互连通的进口筒、出口筒、调节筒组成，进口筒与出口相连通，在调节筒内设置调节组件，调节组件与设置在进口筒与出口筒之间的压差控制阀芯相连。

作为本实用新型的一种改进：调节组件包括位于调节筒内部、且活动相连的调节轴和调压滑块，调节轴与设置在调节筒上的调节手轮相连；带受压薄板的活动薄膜组件与调节筒内壁密封相连，压差控制阀芯与带受压薄板的活动薄膜组件相连，在调压滑块和带受压薄板的活动薄膜组件之间设置弹性装置。

作为本实用新型的进一步改进：用于限制压差控制阀芯活动位置的行程挡杆与调节筒相连。

作为本实用新型的进一步改进：调节筒的筒壁上设有通孔，通孔与配电动执行器的标准电动调节阀的进口相连通。

作为本实用新型的进一步改进：上述通孔内设有高压端测量口装置，此高压端测量口装置与配电动执行器的标准电动调节阀的进口相连通；在进口筒的筒壁上也设有通孔，在此通孔设有低压端测量口装置。

作为本实用新型的进一步改进：高压端测量口装置通过细铜管与进口相连通。

作为本实用新型的进一步改进：弹性装置为弹簧。

本实用新型的具有自动压差平衡功能的小口径电动动态调节阀，具有以下有益效果：

1、由于采用具有等百分比调节特性的标准型电动阀通用产品作为电动调节阀部分，因此无需专门的研发、设计与制造，只需通过电动调节阀的出口处再配装一个压差控制阀；就能实现一体化，确保末端的能量输出与控制阀的行程(开度)成线性关系，提升调节阀的控制品质。

2、由于这是弹簧机械自力式压差无关型的电动动态调节阀，且调节阀体两端压差值可以在现场通过调节手轮进行设定和调整；因此应用十分灵活，并可确保系统能耗最低、噪声最小、运行十分稳定。

3、流量平衡方法采用机械模式设定，并可采用调试仪表进行动态测量压差值、动态计算流量值，确保管网系统中每一个空调末端结点的调节阀始终处于最佳阀权度值，而调节阀体两端的压差自动恒定控制在合适值，如果为了调整系统的新平衡、将管网系统中局部空调末端点加大压差控制值、局部空调末端点降低压差控制值时，调整与设定十分方便。

4、将电动调节阀与压差控制阀分离成两个完全独立单元并组装成一体化，运行与维护更方便。且压差控制阀内的调节薄膜始终处于小行程运动，使用寿命更长。一旦几年以后薄膜因疲劳破损，此时的压差控制阀利用水流作用自动变成了一个普通的节流元件，电动调节阀照常可以正常工作，因此这种一体化的电动动态调节阀运行更可靠、控制更稳定。

5、压力探测孔采用外置方式，检修和测量十分方便，即使因水中含杂质引起压力探测孔堵塞，此时的压差控制阀也是自动变成了一个普通的节流元件，电动调节阀照常可以正常工作，且更换或维修成本很低。

6、本实用新型的具有自动压差平衡功能的小口径电动动态调节阀，同样可以推广应用到其它流体介质的流动控制。

附图说明

图1是本实用新型的具有自动压差平衡功能的小口径电动动态调节阀的剖视结构示意图。

图中各零部件的附图标记为：

1-阀前测量嘴、2-配电动执行器的标准电动调节阀、3-螺纹连接件、4-压差控制阀流筒、5-行程挡杆、6-压差控制阀芯，7-带受压薄板的活动薄膜组件、8-调节轴、9-弹簧，10-调压滑块、11-高压端测量口装置、12-通孔、13-调节手轮、14-调节筒、15-细铜管、16-低压端测量口装置、17-进口筒、18-出口、19-进口、20-出口筒。

具体实施方式

参照上述附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。图1给出了一种具有自动压差平衡功能的小口径电动动态调节阀，由配电动执行器的标准电动调节阀2和自动压差控制阀这两大部件组成。作为现有技术的配电动执行器的标准电动调节阀2，设有进口19和出口18，为了方便测量在进口19处设有阀前测量嘴1。自动压差控制阀包括呈Y形的压差控制阀流筒4，此压差控制阀流筒4由相互连通的进口筒17、出口筒20、调节筒14组成。进口筒17通过螺纹连接件3与出口18相连通，实现了配电动执行器的标准电动调节阀2和自动压差控制阀之间的连接。在进口筒17与出口筒20之间设有圆锥型的压差控制阀芯6，压差控制阀芯6是用来控制进口筒17与出口筒20之间的开关程度。在调节筒14内设置调节组件，此调节组件包括位于调节筒14内部的相互活动连接的调节轴8和调压滑块10，在调节筒14的外壁设有调节手轮13，调节手轮13和调节轴8连接在一起。亦就是说，当转动调节手轮11时，调节轴8能相应的转动，最终带动调压滑块10能沿着调节轴8发生相应的移动。带受压薄板的活动薄膜组件7与调节筒14内壁密封相连，阻止流经进口筒17与出口筒20之间的液体进入调节筒14的内部。在调压滑块10和带受压薄板的活动薄膜组件7之间设置弹簧9。带受压薄板的活动薄膜组件7的另一端与压差控制阀芯6固定连接。为了限制压差控制阀芯6的活动位置，使得与其相连的带受压薄板的活动薄膜组件7始终处于小行程运动，特设置了一个与调节筒14相连的行程挡杆5，此行程挡杆5设有上、下限位端面，压差控制阀芯6只能在此上、下限位端面之间移动。在调节筒14的筒壁上设有与其内腔相连通的通孔12，在此通孔12内设置高压端测量口装置11。利用测量压差的细铜管15，一端与阀前测量嘴1相连，以此实现与配电动执行器的标准电动调节阀2的进口19相连通；另一端与高压端测量口装置11相连，以此实现与调节筒14的内腔相连；高压端测量口装置11用于测量进口19处的压力，此压力定义为P1。这样，进口19的水压P1就能作用到带受压薄板的活动薄膜组件7的一侧(指的是与弹簧9相连的一侧)。在进口筒17的筒壁上设有一个与其内腔相通的通孔，在此通孔内设置低压端测量口装置16，此低压端测量口装置16用于出口18处压力值，此压力定义为P2。出口18出来的水压P2，通过压差控制阀芯6间接作用到带受压薄板的活动薄膜组件7的另一侧。

本实用新型的具有自动压差平衡功能的小口径电动动态调节阀，由于带受压薄板的活动薄膜组件7内的活动薄膜能发生相对的位移，而压差控制阀芯6与此活动薄膜相连，因此两者一起移动，当ΔP＝P₁-P₂增大时，压差控制阀芯6的两端压差上升，压差控制阀芯6向关闭方向移动，直到使弹簧9产生相应的变形、对压差控制阀芯6的拉力维持新的平衡为止。

工作基本原理如下：当阀体进水时，水流作用在压差控制阀芯6上，使压差控制阀芯6与压差控制阀流筒4有相对的位移z。同时在压差控制阀芯6两侧形成压力降(压差)ΔP＝P₁-P₂。此时经过压差控制阀流筒4的流量(Q)表达式：

$Q=\mathrm{Cv}\×\sqrt{\mathrm{\ΔP}}$

Cv为压差控制阀的流量系数。

压差控制阀芯6在动作时，通流面积在改变，使其有不同的流通能力，Cv是位移z的函数，其数学表达式：

Cv＝Cv(z)；

两端压降ΔP＝P₁-P₂作用于压差控制阀芯6的力与弹簧力F平衡，弹簧力F是位移z(即弹簧压缩量)的函数，ΔP也是位移z的函数。假设与压差控制阀芯6组成一个整体的受压薄板的顶端投影面积Ap(属于固定常数)，初试弹簧力F₀，弹簧9的弹性模量K，它们有如下关系式：

$Q=\mathrm{Cv}\left(s\right)\×\sqrt{\mathrm{\ΔP}\left(z\right)}$

F＝K(z)×z+F₀＝ΔP(z)×Ap

$\mathrm{\ΔP}=P_1-P_2=\frac{K\left(z\right)\·z+F_0}{\mathrm{Ap}}=\frac{F_0}{\mathrm{Ap}}+\frac{1}{\mathrm{Ap}}K\left(z\right)\·z=C_0+\mathrm{CI}\·K\left(z\right)\·z=\mathrm{const}$

在流体流经压差控制阀芯6时，利用上述弹簧关系保持自动压差的平衡，其中C₁、C₀均为常数，K为弹簧9的非线性弹性模量，通过阀门模数化流量时利用实验数据标定得到。

本实用新型的自动压差控制阀，就是利用这种数学关系控制压差的高精度恒定。通过机械式的调节手轮13设定配电动执行器的标准电动调节阀2两端需要平衡的压差值，当调节手轮13手动顺时针方向旋转时，调压滑块10沿着调节轴8由外至内旋紧，从而调整弹簧9的初始位移和初始弹簧力。不同的弹簧初始力得到不同的C₀值，就得到了不同的压差设定值。本实用新型的利用弹簧机械自力式原理实现的压差无关型的电动动态调节阀，调节阀体两端压差值可以在现场通过调节手轮13再设定和再调整，应用灵活，并确保管网系统能耗最低、噪声最小、运行十分稳定。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的一个具体实施例。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 (7)

1、一种具有自动压差平衡功能的小口径电动动态调节阀，包括设有进口(19)和出口(18)的配电动执行器的标准电动调节阀(2)，其特征是：还包括自动压差控制阀，所述自动压差控制阀包括呈Y形的压差控制阀流筒(4)，所述压差控制阀流筒(4)由相互连通的进口筒(17)、出口筒(20)、调节筒(14)组成，所述进口筒(17)与出口(18)相连通；在所述调节筒(14)内设置调节组件，所述调节组件与设置在进口筒(17)与出口筒(20)之间的压差控制阀芯(6)相连。

2、根据权利要求1所述的具有自动压差平衡功能的小口径电动动态调节阀，其特征是：所述调节组件包括位于调节筒(14)内部、且活动相连的调节轴(8)和调压滑块(10)，所述调节轴(8)与设置在调节筒(14)上的调节手轮(13)相连；带受压薄板的活动薄膜组件(7)与调节筒(14)内壁密封相连，所述压差控制阀芯(6)与带受压薄板的活动薄膜组件(7)相连，在所述调压滑块(10)和带受压薄板的活动薄膜组件(7)之间设置弹性装置(9)。

3、根据权利要求2所述的具有自动压差平衡功能的小口径电动动态调节阀，其特征是：用于限制压差控制阀芯(6)活动位置的行程挡杆(5)与所述调节筒(14)相连。

4、根据权利要求3所述的具有自动压差平衡功能的小口径电动动态调节阀，其特征是：所述调节筒(14)的筒壁上设有通孔(12)，所述通孔(12)与配电动执行器的标准电动调节阀(2)的进口(19)相连通。

5、根据权利要求4所述的具有自动压差平衡功能的小口径电动动态调节阀，其特征是：所述通孔(12)内设有高压端测量口装置(11)，所述高压端测量口装置(11)与进口(19)相连通；所述进口筒(17)的筒壁上设有通孔，在所述通孔设有低压端测量口装置(16)。

6、根据权利要求5所述的具有自动压差平衡功能的小口径电动动态调节阀，其特征是：所述高压端测量口装置(11)通过细铜管(15)与进口(19)相连通。

7、根据权利要求6所述的具有自动压差平衡功能的小口径电动动态调节阀，其特征是：所述弹性装置(9)为弹簧(9)。