CN2781127Y - 高精度气体流量自动控制阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种阀门，旨在提供一种具有机械自力式高精度自动流量控制、适用于中压气体系统的流量控制阀。本实用新型的控制阀，包括阀筒，有一安装板垂直于阀筒轴向安装并紧密连接于其内壁，安装板上至少设置有一个自动流量控制装置，所述自动流量控制装置包括安装螺口、流量控制阀阀体，流量控制阀阀芯，弹簧和压紧盖，流量控制阀阀体在安装螺口处有一密封圈，安装螺口穿过安装板与安装螺帽连接，使自动流量控制装置固定在安装板上。本实用新型具有流向尺寸小、适应范围广，且整机控制精度高、结构简单、制造方便、安装灵活、成本低廉，同时系统维修方便、扩展容易，可以彻底解决气体管网系统多结点的流量平衡问题。

Description

高精度气体流量自动控制阀

技术领域

本实用新型涉及一种阀门。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流量控制、适用于中压气体系统的流量控制阀。

背景技术

中压气体系统涉及大量需要流量控制的应用。如：生产过程中多相流气体喂料系统，当窑腔内的用料减少时，由于空气管网阻力的突然变小，中压风机流量突然增大，将会导致电机转速的骤增，不仅导致生产工艺的不稳定，而且容易引起整个机械系统的不稳定运行甚至被严重损坏。

目前国内外普遍采用气体流量传感器、智能控制器与大型调节阀组成一套复杂且昂贵的流量控制系统，其中电动流量调节阀进行气体流量控制，由气动控制阀进行开关控制，电动流量调节阀的执行机构采用庞大的减速机、电动执行器。但这样使得整个装置的结构复杂、运行成本高，可靠性低，一旦流量传感器损坏容易导致系统瘫痪。

为满足中压气体系统中流量的自动控制要求，设计一种具有机械自力式原理的高精度自动流量控制阀不仅成本低廉、安装方便、运行可靠，而且可以彻底解决气体管网系统的流量平衡。

目前公知的还没有发现大口径、高精度、机械自力式的中压气体流量控制阀。

发明内容

本实用新型的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种具有机械自力式高精度自动流量控制、适用于中压气体系统的流量控制阀。

为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型提供了一种高精度气体流量自动控制阀，包括阀筒100，有一安装板101垂直于阀筒100轴向安装并紧密连接于其内壁，安装板上至少设置有一个自动流量控制装置102，所述自动流量控制装置包括安装螺口1、流量控制阀阀体3，流量控制阀阀芯4，弹簧6和压紧盖7，流量控制阀阀体3在安装螺口1处有一密封圈2，安装螺口穿过安装板与安装螺帽连接，使自动流量控制装置固定在安装板上。

所述自动流量控制装置在弹簧6和流量控制阀阀体3之间还有一个衬套5。

所述阀筒100两端是法兰。

所述自动流量控制装置102在安装板上是均匀布置的。

所述流量控制阀芯4是中空的，壁上开有至少二个通孔。

所述流量控制阀芯4的通孔具有沿着流体流动方向逐渐放大的弧形侧流通孔。

所述流量控制阀芯4顶端开有一通孔。

与现有技术相比，本实用新型阀的有益效果是：

本实用新型具有采用机械自力式原理，阀的流量控制由模数化、小流量、高精度的流量自动控制装置组合而成，流向尺寸小、适应范围广(方管、圆管及其它特殊截面形状的大口径风管均可使用)、且整机控制精度高、结构简单、制造方便、安装灵活、成本低廉。本实用新型具有无压力堵塞现象，同时系统维修方便、扩展容易，可以彻底解决气体管网系统多结点的流量平衡问题。

附图说明

图1是本实用新型的实施例1的气体流量控制阀结构示意图。

图2是图1中气体流量控制阀门的左视图

图3是流量自动控制装置的结构示意图

图中各部件的附图标记为：

阀筒100、安装板101、自动流量控制装置102、安装螺口1、密封圈2、流量控制阀阀体3、流量控制阀阀芯4、衬套5、弹簧6、压紧盖7。

具体实施方式

参考附图1至3，下面将对本实用新型进行详细描述。

具体实施例1提供了一种高精度气体流量自动控制阀，包括阀筒100，阀筒100两端是法兰，有一安装板101垂直于阀筒100轴向安装并紧密连接于其内壁，安装板上设置有多个均匀布置的自动流量控制装置102(附图1至2表示为选择四个自动流量控制装置102时的配置图，且这四个自动流量控制装置102在安装板上101是均匀布置的。)

自动流量控制装置102包括安装螺口1、流量控制阀阀体3、流量控制阀阀芯4、不锈钢衬套5、不锈钢弹簧6和压紧盖7，流量控制阀阀体3在安装螺口1处有一密封圈2，安装螺口1穿过安装板101与安装螺帽连接，使自动流量控制装置102固定在安装板101上。

流量控制阀芯4是中空的，流量控制阀芯4顶端开有一通孔，壁上开有至少二个具有沿着流体流动方向逐渐放大的弧形曲线。流量控制阀芯4能沿着气流方向移动。当压力升高时，流量控制阀芯4推动弹簧6压缩，阀芯通孔的通流面积减少；当压力降低时，流量控制阀芯4因为弹簧6作用力而伸长，阀芯通孔的通流面积增加，从而实现阀门流量的自动控制功能。

气流作用在流量控制阀芯4上时，使流量控制阀芯4与衬套5有相对运动位移s，同时在流量控制阀芯4两侧形成压降ΔP。

此时经过控制阀阀体的流量(Q)表达式：

$Q=\mathrm{Cv}\×\sqrt{\mathrm{\ΔP}}$

Cv为阀门的流量系数

流量控制阀芯4在动作时，侧流通孔面积在改变，使其有不同的流通能力，Cv是位移s的函数，其数学表达式：

Cv＝Cv(s)

流量控制阀芯4两端压降ΔP作用在阀芯4的力与弹簧力F平衡，本实施例采用具有线性变形特性的高精度不锈钢弹簧，弹簧力F是位移s(即弹簧压缩量)的线性函数，ΔP也是位移s的函数。

假设流量控制阀芯4的顶端投影面积Ap(属于常数)，初试弹簧力F₀，K为弹簧的弹性模量，它们有如下关系式：它们有如下关系式：

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

F＝K×s+F₀＝ΔP(s)×Ap

侧流通孔过流面属于圆柱面开孔，因此侧流通孔过流面面积A可以通过展开图面积表示：

A＝A(s)

根据流体力学连续性方程和动量方程方程的一维模型简化，在流体流经阀门的流量控制阀芯4时，为了保持流量恒定，可以通过联立求解方程组得到关系式：

A(s)＝C₁×(F₀+K×s+C₂)^-1/2

其中C₁、C₂、F₀均为常数，K为弹簧的弹性模量，通过实验标定容易得到，具体数据可以查找模数化样本。

这种过流面积的开孔在数控加工机上很容易实现。

本实用新型所述流量自动控制装置102就是利用这种数学关系控制流量的高精度恒定。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的具体实施例。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、一种高精度气体流量自动控制阀，包括阀筒(100)，其特征在于，有一安装板(101)垂直于阀筒(100)轴向安装并紧密连接于其内壁，安装板上设置有至少一个自动流量控制装置(102)，所述自动流量控制装置包括安装螺口(1)、流量控制阀阀体(3)，流量控制阀阀芯(4)，弹簧(6)和压紧盖(7)，流量控制阀阀体(3)在安装螺口(1)处有一密封圈(2)，安装螺口穿过安装板与安装螺帽连接，使自动流量控制装置固定在安装板上。

2、根据权利要求1所述的气体流量自动控制阀，其特征在于，所述自动流量控制装置在弹簧(6)和流量控制阀阀体(3)之间还有一个衬套(5)。

3、根据权利要求1所述的气体流量自动控制阀，其特征在于，所述阀筒(100)两端是法兰。

4、根据权利要求1所述的气体流量自动控制阀，其特征在于，所述自动流量控制装置(102)在安装板上是均匀布置的。

5、根据权利要求1所述的气体流量自动控制阀，其特征在于，所述流量控制阀芯(4)是中空的，壁上开有至少二个通孔。

6、根据权利要求5所述的气体流量自动控制阀，其特征在于，所述流量控制阀芯(4)的通孔具有沿着流体流动方向逐渐放大的弧形侧流通孔。

7、根据权利要求5所述的气体流量自动控制阀，其特征在于，所述流量控制阀芯(4)顶端开有一通孔。

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