專利名稱：大流量比例控制水閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金行業(yè)中在軋制帶鋼工藝中進(jìn)行冷卻用的閥門，更具體地指一種大流量比例控制水閥。
背景技術(shù)：
目前在軋鋼領(lǐng)域，一塊鋼的軋制節(jié)奏控制在2min左右，對冷卻水系統(tǒng)而言，其有效投入處于卷取張力建立后進(jìn)行增速軋制時的瞬間，因此對冷卻水系統(tǒng)流量的實(shí)際控制投入要求時間短、精度高、響應(yīng)快。
寶山鋼鐵股份有限公司使用的精軋機(jī)F2-F6機(jī)架間的帶鋼冷卻系統(tǒng)也稱功率加速度冷卻水系統(tǒng)，其功能主要是直接按照軋制速度的變化來對帶鋼實(shí)施冷卻，把帶鋼升速軋制過程中所產(chǎn)生的熱量消除掉，從而準(zhǔn)確地對帶鋼的精軋溫度進(jìn)行控制。該系統(tǒng)對冷卻水量的調(diào)節(jié)是由電氣比例控制的薄膜閥來實(shí)現(xiàn)的。目前冷卻水系統(tǒng)使用的比例流量控制水閥有兩種形式，一種是氣動比例先導(dǎo)控制型，一種是電動比例先導(dǎo)驅(qū)動型。國內(nèi)外目前使用的大流量比例閥也主要是這兩種形式。
氣動先導(dǎo)比例控制水閥的工作原理請參見圖1所示，由過程機(jī)根據(jù)軋制工藝規(guī)程設(shè)定控制冷卻水流量的數(shù)據(jù)，經(jīng)精軋機(jī)BA后轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流信號(4-20毫安)，再經(jīng)電流/氣壓(I/P)閥即電氣轉(zhuǎn)換器7輸出氣體壓力信號(對應(yīng)0.2-1bar)，該氣體壓力信號通過氣管1(約30m長)的傳輸?shù)轿挥谲垯C(jī)旁的氣動先導(dǎo)薄膜水閥位置調(diào)節(jié)器，即先導(dǎo)控制單元6上，通過氣缸位置的跟蹤經(jīng)凸輪機(jī)構(gòu)和復(fù)位彈簧作用，將壓差變成位移量信息，該位移量信息反饋到先導(dǎo)控制單元6實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，直接控制氣閥的輸出氣壓量，通過聯(lián)接閥桿3實(shí)現(xiàn)主閥體4上主閥芯5開口度大小，最終實(shí)現(xiàn)介質(zhì)流量大小的控制，即對功率加速度冷卻水水量的控制。氣動先導(dǎo)比例控制水閥存在問題主要有1)從電流/氣壓(I/P)閥轉(zhuǎn)換器輸出的控制氣通過長約30m氣管輸送到氣動先導(dǎo)薄膜水閥的氣壓輸入端，控制該水閥主閥的開度。由于氣體壓力的傳遞通道過長(約30m)產(chǎn)生了一個很大的滯后，使對水流量的控制精度大大降低。
2)水閥氣動先導(dǎo)部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜，連接氣管接頭多，在接頭處極易產(chǎn)生泄漏。再加上現(xiàn)場工況環(huán)境惡劣，氣管結(jié)構(gòu)不良等原因常常造成接頭脫開，使傳輸?shù)奖∧にy的控制氣壓信號不準(zhǔn)，嚴(yán)重影響對冷卻水流量的調(diào)節(jié)。
3)水閥氣動先導(dǎo)部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制系統(tǒng)可靠性差，調(diào)整困難，發(fā)生問題時處理時間長。
控制系統(tǒng)采用局部閉環(huán)、整個系統(tǒng)是開環(huán)的控制原理。溫度對管道氣體壓力影響較大，因此整個控制信號滯后大、精度差、頻率響應(yīng)低。
電動比例先導(dǎo)驅(qū)動型水閥的控制原理為比例電動力矩馬達(dá)根據(jù)計(jì)算機(jī)的設(shè)定值對應(yīng)的驅(qū)動電流，通過絲桿和曲柄控制水閥內(nèi)部主閥芯的位置。電動比例先導(dǎo)驅(qū)動型水閥的主要問題則是先導(dǎo)機(jī)構(gòu)機(jī)械杠桿復(fù)雜，機(jī)械間隙大、故障頻繁、流量控制不準(zhǔn)。且電氣驅(qū)動的力矩馬達(dá)屬于精密電氣設(shè)備，故障率高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對傳統(tǒng)的氣動先導(dǎo)比例控制水閥以及電動比例先導(dǎo)驅(qū)動型水閥存在的上述缺點(diǎn)，提出一種控制精度高、響應(yīng)快、故障率低的大流量比例控制水閥。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案該大流量比例控制水閥包括主閥芯、氣缸、位移傳感器、方向流量閥、電路控制器、氣源處理單元；
所述的主閥芯置于所要控制的水管管路中，主閥芯與氣缸活塞桿連動；所述的氣缸的活塞桿上連接位移傳感器，位移傳感器的輸出與電路控制器的輸入相接，電路控制器的輸出接到方向流量閥；所述的氣源處理單元出氣端與方向流量閥的輸入端相接，方向流量閥的出氣端與氣缸相接。
該控制水閥還進(jìn)一步包括減壓閥，減壓閥的進(jìn)氣端與氣源處理單元的出氣端相接，減壓閥的出氣端與氣缸相接。
所述的控制水閥在結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)為一體雙層結(jié)構(gòu)，主閥芯位于控制水閥的下層，氣缸、位移傳感器、方向流量閥、電路控制器、氣源處理單元置于控制水閥的上層。
與傳統(tǒng)的控制水閥相比，本發(fā)明的大流量比例控制水閥有以下優(yōu)點(diǎn)1)采用電信號直接控制，代替了傳統(tǒng)控制水閥采用氣管的氣體壓力傳輸控制，電信號無滯后，提高了水閥的控制速度控制精度，另外，克服了原氣動先導(dǎo)水閥因管道泄漏等引起系統(tǒng)工作不正常，從而提高了水閥的可靠性，且結(jié)構(gòu)簡單。
2)采用了包括位移傳感器、減壓閥構(gòu)成的閉環(huán)控制方式，既有利于水閥的控制精度的提高和響應(yīng)速度的提高，也有利于主閥芯工作的穩(wěn)定性和可靠性。
3)采用一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，現(xiàn)場容易安裝和拆卸，易于維護(hù)。


圖1為傳統(tǒng)的大流量比例控制水閥的原理結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的大流量比例控制水閥的原理結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明的大流量比例控制水閥一體化結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
為了能更好地理解本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
請參閱圖2所示，本發(fā)明的大流量比例控制水閥20包括主閥芯21、氣缸22、位移傳感器23、方向流量閥24、電路控制器25、氣源處理單元26，所述的主閥芯21置于所要控制的水管管路30中，主閥芯21與氣缸活塞桿221連動；所述的氣缸的活塞桿221上連接位移傳感器23，位移傳感器23的輸出與電路控制器25的輸入相接，電路控制器25的輸出接到方向流量閥24；所述的氣源處理單元26出氣端與方向流量閥24的輸入端相接，方向流量閥24的出氣端與氣缸22相接。
該控制水閥20還進(jìn)一步包括減壓閥27，減壓閥27的進(jìn)氣端與氣源處理單元26的出氣端相接，減壓閥27的出氣端與氣缸22相接。
本發(fā)明的控制水閥基本工作原理描述如下外接的恒定壓力氣源在通過氣源處理單元26后分兩路，一路輸入方向流量閥24后作用于氣缸22的下腔(氣缸22有上腔和下腔)，另一路輸入減壓閥27經(jīng)減壓后作用于氣缸22的上腔，以控制氣缸22的背壓。氣缸22的活塞桿221上連接著位移傳感器23，該位移傳感器23主要用于將氣缸活塞桿221的實(shí)際行程轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號。位移傳感器23輸出的電信號與控制水閥的設(shè)定電流信號疊加后電路控制器25)再作用于方向流量閥24，驅(qū)動方向流量閥24動作，完成了小閉環(huán)控制。
當(dāng)需要控制水閥的主閥芯21在水管管路30中的開度時，打開氣源處理單元6，設(shè)定一特定的電流值直接輸至方向流量閥24，控制流量閥24的流量輸出，該流量閥24輸出的壓縮空氣直接輸至主閥芯21驅(qū)動氣缸的下腔，氣體流量隨著控制電信號的變化而變化。由于氣缸的活塞桿221與控制水流量的主閥芯21相連，氣缸22有流量輸入時，驅(qū)動水閥的主閥芯21，提起主閥芯21控制通過水管管路30的流量。而活塞桿221上連接著位移傳感器23以及電路控制器24、方向流量閥27所形成的小閉環(huán)控制主要是控制主閥芯21有一個恒定的開度，使通過水管管路30的水流量控制在一個較為恒定的輸出流量。也就實(shí)現(xiàn)了對主閥芯21的開度控制和水閥輸出流量的調(diào)節(jié)控制。
需要說明的是在本發(fā)明的控制水閥中，電路控制器25主要是電流放大器，其作用是將位移傳感器23輸出的電流信號經(jīng)過處理放大，放大后的信號然后控制方向流量閥24的電磁線圈，以控制流量閥24是向氣缸22送氣與否，實(shí)現(xiàn)電路控制器25的方式很多，可以采用簡單的放大器，也可以采用CPU構(gòu)成的控制器。由于在本發(fā)明中，該電路控制器不尋求保護(hù)，因此也不進(jìn)行詳細(xì)的描述。
減壓閥27主要是保證氣缸22有一個恒定的力作用在主閥芯21上，使主閥芯21處于一個較為恒定狀態(tài)。
最后請參閱圖3所示，所述的控制水閥20在結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)為一體雙層結(jié)構(gòu)，主閥芯21位于控制水閥20的下層，在主閥芯21的上方設(shè)有傳動軸，此傳動軸即可驅(qū)動位于下層的主閥芯作提起、下降動作，傳動軸上套置彈簧。氣缸22、位移傳感器23、方向流量閥24、電路控制器25、氣源處理單元26置于控制水閥的上層，在上層設(shè)有一外罩，外罩將上層內(nèi)的各部分罩合。
本發(fā)明的大流量比例控制水閥在上海寶鋼2050熱軋生產(chǎn)線試驗(yàn)表明，水閥的控制精度和響應(yīng)快速性都有所提高，達(dá)到如下技術(shù)指標(biāo)從0％上升至50％的上升時間為0.925秒，流量最大偏差為4.5％，且該水閥故障率低、維修方便。該控制水閥能適合在類似的大流量設(shè)備上推廣應(yīng)用。
本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上的實(shí)施例僅是用來說明本實(shí)用新型，而并非用作為對本實(shí)用新型的限定，只要在本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對以上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本實(shí)用新型的權(quán)利要求書范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種大流量比例控制水閥，其特征在于該水閥包括主閥芯、氣缸、位移傳感器、方向流量閥、電路控制器、氣源處理單元，所述的主閥芯置于所要控制的水管管路中，主閥芯與氣缸活塞桿連動；所述的氣缸活塞桿上連接位移傳感器，位移傳感器的輸出與電路控制器的輸入相接，電路控制器的輸出接到方向流量閥；所述的氣源處理單元出氣端與方向流量閥的輸入端相接，方向流量閥的出氣端與氣缸相接。
2.如權(quán)利要求1所述的大流量比例控制水閥，其特征在于該控制水閥還進(jìn)一步包括減壓閥，減壓閥的進(jìn)氣端與氣源處理單元的出氣端相接，減壓閥的出氣端與氣缸相接。
3.如權(quán)利要求1或2所述的的大流量比例控制水閥，其特征在于所述的控制水閥在結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)為一體雙層結(jié)構(gòu)，主閥芯位于控制水閥的下層，氣缸、位移傳感器、方向流量閥、電路控制器、氣源處理單元置于控制水閥的上層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種的大流量比例控制水閥，該水閥包括主閥芯、氣缸、位移傳感器、方向流量閥、電路控制器、氣源處理單元，主閥芯置于所要控制的水管管路中，主閥芯與氣缸活塞桿連動；氣缸活塞桿上連接位移傳感器，位移傳感器的輸出與電路控制器的輸入相接，電路控制器的輸出接到方向流量閥；氣源處理單元出氣端與方向流量閥的輸入端相接，方向流量閥的出氣端與氣缸相接。該水閥具有控制精度高、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡單，以及穩(wěn)定性和可靠性好的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G05D7/00GK101046255SQ20061002519
公開日2007年10月3日 申請日期2006年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月29日
發(fā)明者甄茂新, 李明, 王軍, 嚴(yán)梅良 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司