DE102019111765A1

DE102019111765A1 - Intelligent control valve

Info

Publication number: DE102019111765A1
Application number: DE102019111765.8A
Authority: DE
Inventors: Leon Lu; Wayne Gong; Jacky Pan; Fanny Feng; Frank Hu
Original assignee: Tvd Shanghai Co Ltd
Current assignee: Tvd Shanghai Co Ltd
Priority date: 2018-05-07
Filing date: 2019-05-07
Publication date: 2019-11-07
Also published as: CN210179029U

Abstract

Diese Erfindung ist eine Art intelligentes Regelventil. Dieses Ventil besteht aus einem Hauptventil, das von eigenen Medien und einer intelligenten Steuereinheit angetrieben wird. Das Hauptventil besteht aus Verlängerungsrohren, Kugelventilen, Manometern, Führungsventilen, Filtern, Kolbenventilen und hydraulischen Aktuatoren; die intelligenten Steuereinheiten bestehen aus USM-Modul und MCU/IoT-Steuermodul. Dieses Ventil arbeitet ohne Stromversorgung, wie z.B. Strom oder Druckluft, ist für IP68 Level ausgelegt, ist sicher unter schweren Betriebsbedingungen. Das Basisventil ist ein Kolbenventil, das die Vorteile eines niedrigen Drehmoments, eines niedrigen Strömungswiderstands und einer wesentlich besseren Leistung bei Kavitation aufweist. Dieses intelligente Steuermodul wird durch IoT-Kommunikationstechnologie, Druck-/Positionssensoren, MCU-Steuerplatine und USM-Treiber betrieben, verfügt über Datenaufzeichnung und - berichterstattung, drahtlose Fernbedienung und lokal programmierbare Steuerfunktionen. Dieses Ventil ist schlank strukturiert und einfach zu bedienen, attraktiv für die Anwender.

This invention is a kind of intelligent control valve. This valve consists of a main valve that is powered by its own media and an intelligent control unit. The main valve consists of extension tubes, ball valves, manometers, pilot valves, filters, piston valves and hydraulic actuators; The intelligent control units consist of USM module and MCU / IoT control module. This valve works without power supply, such as electricity or compressed air, is designed for IP68 level, is safe under severe operating conditions. The base valve is a spool valve that has the advantages of low torque, low drag, and significantly better performance in cavitation. Operated by IoT communication technology, pressure / position sensors, MCU control board and USM driver, this intelligent control module features data logging and reporting, wireless remote control and locally programmable control functions. This valve is slim structured and easy to use, attractive for the users.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung gehört zum technischen Gebiet der Durchflussregel- und Druckregelventile, insbesondere zu einem intelligenten Regelventil.The invention belongs to the technical field of flow control and pressure control valves, in particular to an intelligent control valve.

HintergrundtechnologieBackground Technology

Im Zeitalter der Vernetzung der Dinge kann der Einsatz von Smart City und Smart Pipe Netzwerktechnologie den Energieverbrauch erheblich reduzieren, die Reaktionseffizienz des Gesamtsystems verbessern und die Verschwendung von Ressourcen reduzieren. Das intelligente Regelventil ist die zentrale Ausführungsausrüstung intelligenter Rohrleitungsnetzwerke. Das Kolbenregelventil ist eines der Ventile. Aufgrund seiner vielfältigen Steuerungsfunktionen und vieler Vorteile wird das Kolbenregelventil in der Produktion immer häufiger eingesetzt. Die aktuelle Technologie muss jedoch von externer Energie angetrieben werden, was ihre praktische Anwendung einschränkt. Derzeit sind die auf dem Markt befindlichen automatischen Regelventile hauptsächlich Membranventile und deren Derivate; mit großem Strömungswiderstand übertreffen die automatischen Regelventile in der bestehenden Technologie die allgemeinen Anforderungen des kommunalen Rohrleitungsnetzes, und gleichzeitig ist bei großer Druckdifferenz das Kavitationsphänomen hinter den Ventilen offensichtlich;, wenn die Regelleistung bei geringem Durchfluss instabil oder sogar unwirksam ist. Aufgrund der oben genannten Mängel benötigt der Markt ein intelligentes Regelventil, um die Vorteile dieser beiden bestehenden Ventile zu vereinen.In the age of networking, the use of Smart City and Smart Pipe networking technology can significantly reduce energy consumption, improve the overall system response efficiency, and reduce the waste of resources. The intelligent control valve is the central execution equipment of intelligent piping networks. The piston control valve is one of the valves. Due to its diverse control functions and many advantages, the piston control valve is used more and more frequently in production. However, current technology needs to be powered by external energy, which limits its practical application. Currently, the automatic control valves on the market are mainly diaphragm valves and their derivatives; with high flow resistance, the automatic control valves in the existing technology exceed the general requirements of the municipal piping network, and at the same time, with large pressure difference, the cavitation phenomenon behind the valves is evident; if the control power is unstable or even ineffective at low flow. Due to the above shortcomings, the market needs an intelligent control valve to combine the advantages of these two existing valves.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Um die Mängel der bestehenden Technologie zu beheben, bietet die Erfindung ein intelligentes Regelventil mit einfachem und vernünftigem Aufbau und hervorragender Leistung.To remedy the shortcomings of existing technology, the invention provides an intelligent control valve with a simple and reasonable construction and excellent performance.

Die Erfindung wird durch die folgenden technischen Schemata verwirklicht: ein intelligentes Regelventil, einschließlich eines selbsttätigen Regelventilkörpers und einer intelligenten Steuerung. Der selbsttätige Regelventilkörper besteht aus einem Vorventil-Verlängerungsrohr, einem Nachventil-Verlängerungsrohr, einem Dreiwegekugelventil, einem Vorventil-Manometer, einem Nachventil-Manometer, einem Kolbenregelventil, einem Führungsventil, einem Filterventil und einem hydraulischen Aktuator. Eine akustische Motorantriebseinheit, Drucksensor, Positionssensor und MCU/IoT-Steuermodul sind zusammengesetzt; das Druckführungsrohr und das Dreiwege-Kugelventil sind am vorderen Verlängerungsrohr und am hinteren Verlängerungsrohr des Ventils angeschlossen, und das Vierwegeventil am Kolbenregelventil ist mit dem Manometer vor dem Ventil, dem Manometer nach dem Ventil, dem Führungsventil beziehungsweise dem Dreiwege-Kugelventil verbunden, und das Führungsventil ist mit dem hydraulischen Aktuator, dem vorderen Verlängerungsrohr bzw. dem hinteren Verlängerungsrohr verbunden. Dann wird der hydraulische Aktuator über die Antriebswelle und den selbstregelnden Ventilkörper verbunden; die Ultraschallmotorantriebseinheit der intelligenten Steuerung wird mit dem oberen Teil des Führungsventils verbunden, um die Druckeinstellung des Führungsventils einzustellen, und die Antriebseinheit des Ultraschallmotors ist ebenfalls über das Kabel mit dem MCU/IoT-Steuermodul verbunden, und der Drucksensor und der Positionssensor sind mit dem MCU/IoT-Steuermodul verbunden.The invention is realized by the following technical schemes: an intelligent control valve, including an automatic control valve body and an intelligent control. The automatic control valve body consists of a pilot valve extension tube, a post-valve extension tube, a three-way ball valve, a pilot valve gauge, a post-pressure gauge, a piston control valve, a pilot valve, a filter valve and a hydraulic actuator. An acoustic motor drive unit, pressure sensor, position sensor and MCU / IoT control module are assembled; the pressure guide tube and the three-way ball valve are connected to the front extension tube and the rear extension tube of the valve, and the four-way valve on the piston control valve is connected to the pressure gauge before the valve, the pressure gauge after the valve, the guide valve and the three-way ball valve, and the guide valve is connected to the hydraulic actuator, the front extension tube and the rear extension tube, respectively. Then, the hydraulic actuator is connected via the drive shaft and the self-regulating valve body; the intelligent motor ultrasonic motor driving unit is connected to the upper part of the pilot valve to adjust the pilot valve pressure setting, and the ultrasonic motor driving unit is also connected to the MCU / IoT control module via the cable, and the pressure sensor and the position sensor are connected to the MCU / IoT control module connected.

Die Verlängerungsleitung vor dem Ventil und die Verlängerungsleitung nach dem Ventil sind über einen Flansch mit dem Kolbentyp-Durchflussregelventil verbunden. Das Führungsrohr der Verlängerungsleitung vor dem Ventil und die Verlängerungsleitung nach dem Ventil sind aus Edelstahl gefertigt. Der Abstand zwischen dem Führungsrohr und dem Flansch des Kolbentyp-Durchflussregelventils beträgt mehr als das 1,5-fache des Durchmessers des Führungsventils.The extension pipe in front of the valve and the extension pipe after the valve are connected by a flange to the piston type flow control valve. The guide tube of the extension line in front of the valve and the extension line after the valve are made of stainless steel. The distance between the guide tube and the flange of the piston type flow control valve is more than 1.5 times the diameter of the pilot valve.

Der hydraulische Aktuator ist die zentrale Antriebskomponente. Je nach unterschiedlichem Betriebsdruck werden ein hydraulischer Aktuator mit Antriebssystem mit exzentrischer Zahnstange oder ein hydraulischer Aktuator mit Antriebssystem mit Gabelmitte verwendet. Je nach Bedarf kann die Endverzögerungseinstellvorrichtung am hydraulischen Aktuator installiert werden.The hydraulic actuator is the central drive component. Depending on the different operating pressure, a hydraulic actuator with drive system with eccentric rack or a hydraulic actuator with drive system with fork center are used. As required, the final deceleration adjustment device can be installed on the hydraulic actuator.

Der innere Teil des Führungsventils ist mit einer Regulierungsfeder und einer Spule versehen. Die Regulierungsfeder ist am oberen Teil montiert. Das Führungsventil kann durch ein Magnetventil ersetzt werden.The inner part of the guide valve is provided with a regulating spring and a coil. The regulating spring is mounted on the upper part. The pilot valve can be replaced by a solenoid valve.

Die MCU/IoT-Steuereinheit der intelligenten Steuerung wird mit Batterien betrieben, und die intelligente Steuerung ist mit IP68-Level vollständig versiegelt. Die Manometer vor und nach den Ventilen bestehen alle aus stoßfesten Manometern.The intelligent control MCU / IoT control unit is battery powered, and the intelligent control is fully sealed to IP68 level. The pressure gauges before and after the valves all consist of impact-resistant manometers.

Der positive Effekt der Erfindung besteht darin, dass das intelligente Steuerventil in der Erfindung die Funktion der Entfernung großer Partikel durch die Einstellung eines Filterventils und einer Sandentfernungsvorrichtung realisieren kann, und die Verstopfung und Reduzierung der Energieeffizienz des Gesamtsystems durch Schadstoffe verhindern kann. Der hydraulische Aktuator stabilisiert den Druck hinter dem Ventil oder vor dem Ventil durch den Flüssigkeitsdruck der Rohrleitung und reduziert so den Druck ohne externe Stromversorgung oder andere Energiequellen erheblich. Ein niedriger Energieverbrauch und das Schutzniveau IP68 sind realisierbar, was den Bedienkomfort deutlich erhöht. Der Kolben im intelligenten Steuerventil der Erfindung hat die gleiche Bewegungsrichtung wie die Fluidrichtung, und der Strömungskanal ist einfach, so dass der Strömungswiderstand reduziert wird und besser für die Bedürfnisse des städtischen Leitungsnetzes geeignet ist. Die Leistung gegen Kavitation der Auslassteile wird durch die Anpassung des Durchflusses und der Energieverteilungsmethode deutlich verbessert, und der Anti-Kavitationseffekt ist unter der hohen Druckdifferenz bemerkenswert. Das intelligente Steuerventil der Erfindung ist mit einem Dreiwege-Kugelventil ausgestattet, der mit dem vorderen Teil des Ventils, dem hinteren Teil des Ventils und dem Führungsventil zur Realisierung einer Notabschaltung verbunden ist.The positive effect of the invention is that the smart control valve in the invention can realize the function of removing large particles by adjusting a filter valve and a sand removing device, and can prevent clogging and reduction of the energy efficiency of the whole system by pollutants. The hydraulic actuator stabilizes the pressure behind the valve or in front of the valve by the liquid pressure of the pipeline, thus reducing the pressure without external power supply or others Energy sources significantly. A low energy consumption and the protection level IP68 can be realized, which significantly increases the ease of use. The piston in the smart control valve of the invention has the same direction of movement as the fluid direction, and the flow channel is simple, so that the flow resistance is reduced and better suited to the needs of the urban pipeline network. The performance against cavitation of the outlet parts is significantly improved by the adjustment of the flow and the energy distribution method, and the anti-cavitation effect is remarkable under the high pressure difference. The smart control valve of the invention is equipped with a three-way ball valve connected to the front part of the valve, the rear part of the valve and the pilot valve for realizing an emergency shutdown.

Die intelligente Steuerung, unterstützt durch USM-Technologie, IoT-Technologie und MCU-Technologie, macht das selbsttätige Regelventil und das intelligente Rohrnetzsystem zur perfekten Kombination und realisiert die Kombination von Ferneinstellung, Fernbedienung und lokal programmierbarer automatischer Steuerung. IoT-Technologie, einschließlich NBIoT-Technologie und eMTC-Technologie, im Vergleich zur GPRS-Kommunikationstechnologie der zweiten Generation in der bestehenden Technologie, kann nicht nur den Verbrauch deutlich reduzieren, sondern auch die Signalintensität deutlich verbessern, so dass die Nutzung der Batteriestromversorgung auch noch länger als zwei Jahre funktionieren kann. Der Ultraschallmotor USM ist ein neuer Motortyp. Im Vergleich zu herkömmlichen elektromagnetischen Motoren hat der USM-Ultraschallmotor die Vorteile der schnellen Ansprechgeschwindigkeit und des Drehmoments bei niedriger Drehzahl. Er hat die Vorteile der Selbstsicherung und des geringen Stroms. Er eignet sich besonders für die Einstellung und Regelung von Ventilen.The intelligent control, supported by USM technology, IoT technology and MCU technology, makes the self-acting control valve and intelligent piping system the perfect combination and realizes the combination of remote control, remote control and locally programmable automatic control. IoT technology, including NBIoT technology and eMTC technology, compared to the second-generation GPRS communication technology in existing technology, can not only significantly reduce consumption, but also significantly improve signal intensity, so that the use of battery power supply even can last for more than two years. The ultrasonic motor USM is a new type of engine. Compared to conventional electromagnetic motors, the USM ultrasonic motor has the advantages of fast response speed and low-speed torque. He has the advantages of self-assurance and low power. It is particularly suitable for adjusting and regulating valves.

Diese Erfindung ist eine Art intelligentes Regelventil. Dieses Ventil besteht aus einem Hauptventil, das von eigenen Medien und einer intelligenten Steuereinheit angetrieben wird. Das Hauptventil besteht aus Verlängerungsrohren, Kugelventilen, Manometern, Führungsventilen, Filtern, Kolbenventilen und hydraulischen Aktuatoren; die intelligenten Steuereinheiten bestehen aus USM-Modul und MCU/IoT-Steuermodul.This invention is a kind of intelligent control valve. This valve consists of a main valve that is powered by its own media and an intelligent control unit. The main valve consists of extension tubes, ball valves, manometers, pilot valves, filters, piston valves and hydraulic actuators; The intelligent control units consist of USM module and MCU / IoT control module.

Dieses Ventil arbeitet ohne Stromversorgung, wie z.B. Strom oder Druckluft, ist für IP68 Level ausgelegt, ist sicher unter schweren Betriebsbedingungen. Das Basisventil ist ein Kolbenventil, das die Vorteile eines niedrigen Drehmoments, eines niedrigen Strömungswiderstands und einer wesentlich besseren Leistung bei Kavitation aufweist. Dieses intelligente Steuermodul wird durch IoT-Kommunikationstechnologie, Druck-/Positionssensoren, MCU-Steuerplatine und USM-Treiber betrieben, verfügt über Datenaufzeichnung und -berichterstattung, drahtlose Fernbedienung und lokal programmierbare Steuerfunktionen.This valve works without power supply, such as Electricity or compressed air, designed for IP68 level, is safe under severe operating conditions. The base valve is a spool valve that has the advantages of low torque, low drag, and significantly better performance in cavitation. Operated by IoT communication technology, pressure / position sensors, MCU control board and USM driver, this intelligent control module features data logging and reporting, wireless remote control and locally programmable control functions.

Dieses Ventil ist schlank strukturiert und einfach zu bedienen, attraktiv für die Anwender.This valve is slim structured and easy to use, attractive for the users.

Figurenlistelist of figures

1 Fig. 12 is a schematic diagram of the front structure of the smart control valve of the invention.
2 Fig. 4 is a side structure diagram of the smart control valve of the invention.

Figur: 1- Kolben-Durchflussregel- und Druckregelventil; 2- Führungs-Ventil; 3-Wege-Kugelventil; 4- Ventil-Vorderdruckmanometer; 5- Vorderes Ventil-Verlängerungsrohr; 6- HydraulikAktuator; 7-Ultraschallmotor-Antriebseinheit; 8- intelligente Steuerung; 9- Hinteres Ventildruckmanometer; 10-Hinteres Ventil-Verlängerungsrohr.Figure: 1- piston flow control and pressure control valve; 2- guide valve; 3-way ball valve; 4-valve front pressure gauge; 5- Front valve extension tube; 6- Hydraulic actuator; 7-ultrasonic motor drive unit; 8- intelligent control system; 9- rear valve pressure gauge; 10-rear valve extension tube.

Spezifische ImplementierungsmethodenSpecific implementation methods

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen und spezifischen Ausführungsformen ausführlich beschrieben.The present invention will be described below in detail in conjunction with the accompanying drawings and specific embodiments.

Wie in 1 bis 2 dargestellt, beinhaltet ein intelligentes Regelventil einen selbsttätigen Regelventilkörper und eine intelligente Steuerung 8 sowie einen selbsttätigen Regelventilkörper.As in 1 to 2 As shown, an intelligent control valve includes an automatic control valve body and an intelligent controller 8th and an automatic control valve body.

Fig.3 BewegungsschemaFig.3 movement scheme

Bewegungsschema:Movement scheme:

Der Ultraschallmotor treibt die Druckeinstellschraube an, um den Druck stromabwärts zu erhöhen, und treibt die Schraube heraus, um den Druck stromabwärts zu senken. Der C USM-Treiber wird von der B_MCU-Karte gesteuert, die Stromversorgung erfolgt über den Batteriesatz.The ultrasonic motor drives the pressure adjusting screw to increase the pressure downstream and drives the screw out to lower the pressure downstream. The C USM driver is controlled by the B_MCU card, powered by the battery pack.

Die B_MCU-Karte holt die Daten des D_sensors für den Duck stromabwärts und stromaufwärts, zeichnet die Daten alle x Minuten auf und lädt die Daten über das AIoT-Modul hoch.The B_MCU card fetches the data of the D_sensors for the Duck downstream and upstream, records the data every x minutes and uploads the data via the AIoT module.

Die Daten zum Durchflusswiderstand des Hauptventils werden in die B_MCU-Karte geladen, mit den Druckdaten und den Daten von E_angel kann der Durchfluss berechnet werden. Wenn der Durchflusswert in einer bestimmten Zeit zu viel über dem spezifizierten Ventil liegt, befiehlt die MCU dem USM, die Stellschraube herauszufahren, um das Ventil abzuschalten. Dies ist die Funktion „Rohrbruchschutz“ .The main valve flow resistance data is loaded into the B_MCU card, and the pressure data and E_angel data can be used to calculate the flow rate. If the flow rate is too much above the specified valve in a given amount of time, the MCU commands the USM to remove the set screw to shut off the valve. This is the "pipe break protection" function.

Die B_MCU hat ein Programm installiert und kann durch die heruntergeladene Datei geändert werden.The B_MCU has a program installed and can be changed by the downloaded file.

H_USB ist der Anschluss für die Erstkonfiguration.H_USB is the port for the initial configuration.

G_RS485 aktiviert die MCU-Karte kann an andere Geräte wie Durchflussmesser, Wasserqualitätssensoren usw. angeschlossen werden.G_RS485 activates the MCU card can be connected to other devices such as flow meters, water quality sensors, etc.

I_Batteriesätze sind für einen Verbrauch von 2 Jahren ausgelegt. Nicht wiederaufladbar.I_Battery sets are designed for a consumption of 2 years. Non-rechargeable.

Claims

An intelligent control valve is characterized in that the intelligent control valve comprises an automatic control valve body and an intelligent controller; the automatic control valve body consists of a pilot valve extension tube, a post-valve extension tube, a three-way ball valve, a pilot valve pressure gauge, a post-pressure gauge, a piston control valve, a pilot valve, a filter valve and a hydraulic actuator; the intelligent controller consists of a pilot valve extension tube, a post-valve extension tube, a three-way ball valve, a pilot valve gauge, a post-pressure gauge, a piston; the subject of the patent consists of an ultrasonic motor drive unit, a pressure sensor, a position sensor and an MCU / IoT control module; a pressure guide pipe at the front extension pipe of the valve and the rear extension pipe of the valve connected to the three-way ball valve and a four-way valve at the piston flow control and pressure control valve each with a pressure gauge before the valve, a pressure gauge after the valve, a pilot valve and a three-way valve -Kugelventil connected, and the guide valve is executed in each case with the hydraulic pressure .; the hydraulic actuator is connected via a drive shaft to the main body of the self-actuated control valve; the ultrasonic motor drive unit of the intelligent controller is connected to the upper part of the pilot valve, and the ultrasonic motor drive unit is also connected to the MCU / IoT control module via a cable, and the pressure sensor and the position sensor are all connected to the MCU / IoT control module; the connection of the MCU / IoT control module is described.

This in 1 The intelligent control valve described is characterized in that both the front extension tube and the rear extension tube of the valve are connected by the flange and the piston flow control valve, the guide tube of the front extension tube and the rear extension tube of the valve is made of stainless steel, and the distance between the guide tube and the flange of the piston flow control valve exceeds 1.5 times the diameter of the valve.

An intelligent control valve operating in 1 or 2 is characterized in that the hydraulic actuator is an eccentric rack drive hydraulic actuator or a central fork-and-fork drive hydraulic actuator to which a final deceleration control device can be installed.

An in 1 or 2 described intelligent control valve is characterized in that a setting spring and a coil are arranged within the guide valve and the adjusting spring is mounted on the upper part; The function of the guide valve can also be realized by an electromagnetic valve.

This in 1 or 2 The intelligent control valve described is characterized in that the MCU / IoT control unit of the intelligent control is battery operated and the intelligent control is completely sealed at IP68 level.

This in 1 or 2 described intelligent control valve is characterized in that the pressure gauge in front of the valve and the pressure gauge behind the valve all consist of impact-resistant manometers; The pressure sensor is installed in the control box to reduce signal disturbances and pressure fluctuations.

According to Claim 5 is an intelligent control valve characterized by : the MCU / IoT control module consists of an MCU motherboard connected to the IoT communication module Internet of Things, an IoT communication module connected to the antenna, an MCU connected to the Pressure sensor, the opening sensor or the temperature sensor is connected and operated by a battery pack; at the same time the MCU is connected to the USB port, the RS485 port and the USM ultrasonic motor drive units; where: The running program of the MCU motherboard is adapted by downloading files; the basic settings are made via the USB port; according to the setting procedure, the MCU motherboard acquires the pressure values before and after the valve and the opening data of the valve from the pressure sensor every X minutes, stores them on the MCU Motherboard and uploads it to the server, which is realized by the communication module IoT Internet of Things, the adjusting nut is driven by the drive unit of the ultrasonic motor, and the set value of the back pressure of the control valve is rotated clockwise to increase the back pressure of the valve and counterclockwise to reduce the back pressure of the valve; the main valve flow resistance opening curve is stored on the MCU motherboard, and real-time flow data is counted by combining the pressure before and after the valve and the opening data of the MCU; if this data is much larger than the set value, the MCU motherboard automatically closes the main valve by adjusting the drive unit of the ultrasonic motor to the breakaway protection; The RS485 interface is used to connect other devices, including flow meters and water quality sensors.

According to Claim 7 an intelligent control valve is characterized in that the battery pack is a non-rechargeable lithium-ion dry battery with a life of 2 years.