CN2777312Y - 具有自动压差平衡功能的大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大口径电动动态调节阀，包括由电动执行器(3)和电动调节蝶阀(4)组成的电动调节阀，还包括由相互连通的进口筒(19)、出口筒(1)、控制筒(18)组成的Y形前阀体流筒，电动调节蝶阀(4)的入口端与出口筒(1)相连，压差控制器组件与控制筒(18)相连；电动调节蝶阀(4)的出口端与后阀体流筒(5)相连。本实用新型的具有自动压差平衡功能的大口径电动动态调节阀，充分利用了机械自力式原理，能将阀体两端的压差自动恒定控制在合适值。

Description

具有自动压差平衡功能的大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自动压差平衡功能的大口径电动动态调节阀。

背景技术

采暖、空调的大量异程管网水系统中，水力系统不平衡易造成系统能源的浪费、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型电动调节阀发展。

目前刚开始普及应用的一体化大口径动态平衡型电动调节阀，主要由某进口品牌垄断国内市场，这类电动阀本质上是带一种机械自力式压差控制功能的紧凑型电动调节阀(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昂贵、品种单一，并已经有大量的工程应用。

经过我们的实测和研究发现，该类进口一体化大口径电动阀存在如下不足之处：

1、根据资料数据显示，调节阀的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能量输出的控制是很不合理的，并会导致系统能耗浪费、噪声增加，严重时还会导致水力管网系统运行处于不稳定状态。

2、这种电动动态调节阀本质上是一种基于弹簧机械自力式原理、调节阀体两端压差值自动恒定不变的压力无关型流量调节阀，因此调节阀的阀体两端压差控制值不可再设定或再调整，应用不灵活。

3、流量平衡方法采用电子拨位开关模式设定，这种调节方式可靠性差、适应面窄，当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绝对机械小开度状态(尽管控制信号始终处于大值)、或者始终处于ON/OFF控制状态，而调节阀的阀体两端还是维持在高压差的出厂恒定控制值，这显然是浪费能耗。

4、从阀的结构分析，当调节阀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、薄膜两端承压过大，这容易导致薄膜的破损而失去调节能力。

5、压力探测孔采用内置方式且压力测量孔偏小、检修维护不方便，并容易因水中杂质引起堵塞，从而失去了调节能力，且更换或维修成本很高。

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全新智能型的具有自动压差平衡功能的大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大口径电动动态调节阀，包括由电动执行器和电动调节蝶阀组成的电动调节阀，还包括由相互连通的进口筒、出口筒、控制筒组成的Y形前阀体流筒，电动调节蝶阀的入口端与出口筒相连，压差控制器组件与控制筒相连；电动调节蝶阀的出口端与后阀体流筒相连。

作为本实用新型的一种改进：所述压差控制器组件包括部分位于控制筒内的压差控制流筒，此压差控制流筒将进口筒与出口筒之间相隔离；此压差控制流筒的筒壁上设有与出口筒相通的通孔；压差控制器箱体与控制筒固定相连，在压差控制器箱体内设有相连的压差控制薄膜和受压活动板，压差控制薄膜与压差控制器箱体密封相连，从而将压差控制器箱体的内腔分隔成上腔和下腔，在下腔上设有调压螺帽，在受压活动板和调压螺帽之间设置弹性件；压差控制阀芯的一端位于压差控制流筒内、另一端与受压活动板相连。

作为本实用新型的进一步改进：电动调节蝶阀的入口端与压差控制器箱体的下腔相连通；电动调节蝶阀的出口端与压差控制器箱体的上腔相连通。

作为本实用新型的进一步改进：电动调节蝶阀的入口端设置高压测量嘴，压差控制器箱体的下腔上设置另一个高压测量嘴，上述两个高压测量嘴之间相连通；电动调节蝶阀的出口端设置低压测量嘴，压差控制器箱体的上腔设置另一个低压测量嘴，上述两个低压测量嘴之间相连通。

作为本实用新型的进一步改进：在压差控制流筒和压差控制器箱体之间设置密封圈。

作为本实用新型的进一步改进：在压差控制器箱体的上腔内设有导向套筒，压差控制阀芯由圆锥形的调节阀芯和阀轴组成，此阀轴依次穿过密封圈、导向套筒后与受压活动板相连。

作为本实用新型的进一步改进：弹性件为弹簧。

本实用新型的具有自动压差平衡功能的大口径电动动态调节阀，其有益效果如下：

1、采用了具有对称式双蝶板结构的电动调节蝶阀作为调节阀，这种蝶阀因在蝶板上面开具特殊设计的配流孔，使其具有等百分比的调节特性，同时还因对称结构可明显改善流动状态，降低流动噪声，减少大口径阀的水锤冲击，降低电动执行器的平衡力矩，且造价低廉、运行可靠。

2、通过在具有等百分比调节特性的电动调节蝶阀的入口处配装一个压差控制器，并实现一体化装置，确保空调末端的能量输出控制与阀的机械行程(开度)成线性关系，调节阀控制品质好。

3、这是一种机械自力式压差自动控制功能的电动动态调节阀，且调节阀体两端压差值可以在现场通过调压螺帽再设定或再调整，应用灵活，并可确保系统能耗与噪声控制达到最优、运行十分稳定。

4、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、可以将管网系统中局部节点加大压差控制设定值、局部节点降低压差控制设定值时，调整与设定十分方便。

5、将电动调节阀与压差控制器分离成两个完全独立单元并组装成一体化装置，运行与维护、检修十分方便。且压差控制器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，此时的压差控制阀因水压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装置更可靠、更稳定。

6、压力探测孔采用外置方式，利用普通细铜管连接，检修和测量方便，即使因水中杂质引起压力探测孔堵塞，此时的压差控制器也是自动变成了一个普通的节流元件，电动调节蝶阀照常可以正常工作，且更换或维修成本很低。

7、本实用新型的具有自动压差平衡功能的大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大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-出口筒、2-高压测量嘴、3-电动执行器、4-电动调节蝶阀、5-后阀体流筒、6-备用测量嘴、7-低压测量嘴、8-毛细铜管、9-调压螺帽、10-压差控制器箱体、11-压差控制薄膜、12-弹簧、13-受压活动板、14-导向套筒、15-密封圈、16-压差控制阀芯、17-压差控制流筒、18-控制筒、19-进口筒、20-通孔、21-低压测量嘴、22-高压测量嘴、23-下腔、24-上腔、25-毛细铜管

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大口径电动动态调节阀，包括由电动执行器3和电动调节蝶阀4组成的电动调节阀；电动调节蝶阀4可采用对称式双蝶板结构蝶阀，这种蝶阀的新蝶板上面开具特殊设计的配流孔，使其具有等百分比的调节特性，同时还因对称结构可明显改善流动状态，降低流动噪声，减少大口径阀的水锤冲击，降低电动执行器3的平衡力矩。本实用新型的具有自动压差平衡功能的大口径电动动态调节阀，还包括一个Y形前阀体流筒，此Y形前阀体流筒由相互连通的进口筒19、出口筒1、控制筒18组成。电动调节蝶阀4的入口端与Y形前阀体流筒的出口筒1相连通，电动调节蝶阀4的出口端与后阀体流筒5相连通。对电动调节蝶阀4进行压差控制的压差控制器组件包括一个压差控制流筒17，此压差控制流筒17的一部分位于控制筒18内、且与控制筒18固定在一起；此压差控制流筒17的另一部分位于进口筒19与出口筒1之间，起到将进口筒19与出口筒1之间相隔离的目的。在压差控制流筒17的筒壁上设有与出口筒1相通的通孔20。压差控制器箱体10与控制筒18的外壁固定相连，在压差控制流筒17和压差控制器箱体10之间设置密封圈15，保证两者之间不相连通，即压差控制流筒17内的液体无法进入压差控制器箱体10的内部。在此压差控制器箱体10内部设有固定相连、组装成一体的压差控制薄膜11和受压活动板13；此压差控制薄膜11的两个端点分别与压差控制器箱体10的内壁密封相连；从而将压差控制器箱体10的内腔分隔成上腔24和下腔23；压差控制薄膜11可由受压活动板13带动，在其行程范围内上下移动。在位于下腔23的压差控制器箱体10上设有调压螺帽9，在受压活动板13和调压螺帽9之间设置弹簧12；即弹簧12的一端顶着受压活动板13、另一端顶着调压螺帽9。在位于下腔23的压差控制器箱体10上设有高压测量嘴22，此高压测量嘴22与下腔23相连通。在位于上腔24的压差控制器箱体10上设有低压测量嘴21，此低压测量嘴21与上腔24相连通。在压差控制器箱体10的上腔24内设有与压差控制器箱体10相连的导向套筒14。由圆锥形的调节阀芯和阀轴组成的压差控制阀芯16，其调节阀芯位于压差控制流筒17的内部，其阀轴依次穿过密封圈15、导向套筒14后与受压活动板13相连。压差控制阀芯16的调节阀芯在受压活动板13的带动下，可在通孔20的轴向范围内上下移动。

在Y形前阀体流筒的出口筒1上设有与其相通的高压测量嘴2，以此实现高压测量嘴2与电动调节蝶阀4的入口端相连通。在后阀体流筒5上设有与其相连通的低压测量嘴7，以此实现低压测量嘴7与电动调节蝶阀4的出口端相连通。在后阀体流筒5上还设有与其相连通的备用测量嘴6。高压测量嘴2与高压测量嘴22之间通过毛细铜管25相连通，以此实现电动调节蝶阀4的入口端与下腔23相连通；低压测量嘴7与低压测量嘴21之间通过毛细铜管8相连通，以此实现电动调节蝶阀4的出口端与上腔24相连通。

实际工作时：水流通过进口筒19进入压差控制流筒17，再由压差控制流筒17筒壁上的通孔20进入出口筒1，最后进入电动调节蝶阀4。电动调节蝶阀4进口端的高压测量值(定义为P₁)依次通过高压测量嘴2、毛细铜管25、高压测量嘴22传递到下腔23。电动调节蝶阀4出口端的低压测量值(定义为P₂)依次通过低压测量嘴7、毛细铜管8、低压测量嘴21被传递到上腔24。那么，当电动调节蝶阀4的进、出口两端压差值增大时，受压活动板13能克服弹簧12的阻力向上移动，并机械地与弹簧12所产生的弹力维持新的平衡为止；此时压差控制阀芯16由受压活动板13带动向上移动，慢慢地关闭通孔20与出口筒1之间的流通范围(即压差控制阀芯16的圆锥形调节阀芯向关闭方向移动)；从而起到自动控制电动调节蝶阀4两端压差的恒定。

本实用新型的具有自动压差平衡功能的大口径电动动态调节阀，工作原理如下：

水流作用在压差控制阀芯16上，使压差控制阀芯16与压差控制流筒17有相对的位移z。同时，与压差控制阀芯16连成一体的受压活动板13两侧形成压力降(压差)ΔP＝P₁-P₂。

此时经过压差控制流筒17的流量(Q)表达式：

$Q=\mathrm{Cv}\×\sqrt{\mathrm{\ΔP}}$

Cv为流量系数

压差控制阀芯16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作用于受压活动板13的力与弹簧12所产生的弹簧力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16连成一个整体的受压活动板13的当量投影面积Ap(属于固定常数)，弹簧12的初试弹簧力F₀，弹簧12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16时，利用上述弹簧关系保持电动调节蝶阀4两端的自动压差平衡，其中C₁、C₀均为常数，K为弹簧的非线性弹性模量，通过阀门模数化流量时利用实验数据标定得到。

本实用新型的压差控制器组件就是利用这种数学关系控制压差的高精度恒定。通过机械式的调压螺帽9设定电动调节蝶阀4两端需要平衡的压差值，当调压螺帽9沿顺时针方向手动旋转时，弹簧12被由外至内旋紧，从而调整弹簧12的初始位移和初始弹簧力。不同的弹簧12初始力得到不同的C₀值，就得到了不同的压差设定值。

利用弹簧机械自力式原理实现的自动压差平衡功能的电动动态调节蝶阀，电动调节蝶阀4两端压差值可以在现场通过调压螺帽9再设定，实现压力无关型的调节阀。这种阀的应用灵活，并可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大口径电动动态调节阀，包括由电动执行器(3)和电动调节蝶阀(4)组成的电动调节阀，其特征是：还包括由相互连通的进口筒(19)、出口筒(1)、控制筒(18)组成的Y形前阀体流筒，所述电动调节蝶阀(4)的入口端与出口筒(1)相连，压差控制器组件与所述控制筒(18)相连；所述电动调节蝶阀(4)的出口端与后阀体流筒(5)相连。

2、根据权利要求1所述的具有自动压差平衡功能的大口径电动动态调节阀，其特征是：所述压差控制器组件包括部分位于控制筒(18)内的压差控制流筒(17)，所述压差控制流筒(17)将进口筒(19)与出口筒(1)之间相隔离；所述压差控制流筒(17)的筒壁上设有与出口筒(1)相通的通孔(20)；压差控制器箱体(10)与控制筒(18)固定相连，在所述压差控制器箱体(10)内设有相连的压差控制薄膜(11)和受压活动板(13)，所述压差控制薄膜(11)与压差控制器箱体(10)密封相连，从而将压差控制器箱体(10)的内腔分隔成上腔(24)和下腔(23)，在所述下腔(23)上设有调压螺帽(9)，在所述受压活动板(13)和调压螺帽(9)之间设置弹性件(12)；所述压差控制阀芯(16)的一端位于压差控制流筒(17)内、另一端与所述受压活动板(13)相连。

3、根据权利要求2所述的具有自动压差平衡功能的大口径电动动态调节阀，其特征是：所述电动调节蝶阀(4)的入口端与下腔(23)相连通；所述电动调节蝶阀(4)的出口端与上腔(24)相连通。

4、根据权利要求3所述的具有自动压差平衡功能的大口径电动动态调节阀，其特征是：所述电动调节蝶阀(4)的入口端设置高压测量嘴(2)，所述下腔(23)上设置高压测量嘴(22)，所述高压测量嘴(2)与高压测量嘴(22)相连通；所述电动调节蝶阀(4)的出口端设置低压测量嘴(7)，所述上腔(24)设置低压测量嘴(21)，所述低压测量嘴(7)与低压测量嘴(21)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大口径电动动态调节阀，其特征是：在压差控制流筒(17)和压差控制器箱体(10)之间设置密封圈(15)。

6、根据权利要求5所述的具有自动压差平衡功能的大口径电动动态调节阀，其特征是：在所述压差控制器箱体(10)的上腔(24)内设有导向套筒(14)，所述压差控制阀芯(16)由圆锥形的调节阀芯和阀轴组成，所述阀轴依次穿过密封圈(15)、导向套筒(14)后与受压活动板(13)相连。

7、根据权利要求6所述的具有自动压差平衡功能的大口径电动动态调节阀，其特征是：所述弹性件(12)为弹簧(12)。