專利名稱：電子式動(dòng)態(tài)流量平衡功能的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電動(dòng)閥門，更具體地說，是涉及一種基于電子式原理實(shí) 現(xiàn)動(dòng)態(tài)流量平衡功能，并具有理想等百分比調(diào)節(jié)特性的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，簡(jiǎn)稱動(dòng)態(tài)平 衡電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。
背景技術(shù)：
水系統(tǒng)管網(wǎng)中普遍存在著水力失調(diào)現(xiàn)象，管網(wǎng)水力不平衡易造成系統(tǒng)能源的 浪費(fèi)和設(shè)備運(yùn)行噪聲的增加，動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)閥技術(shù)是解決水力平衡和節(jié)能控 制的最佳手段。
目前普遍應(yīng)用的動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)閥又稱電動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)閥，本質(zhì)上是一種具 有機(jī)械式動(dòng)態(tài)流量平衡功能的壓力無關(guān)型電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，其動(dòng)態(tài)流量平衡的原理比 較簡(jiǎn)單，即一體型或組合型動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)閥的兩端壓差DP = Pt —P3隨機(jī)變化 時(shí)，利用機(jī)械自力式壓差控制裝置(閥)通過改變DP2二P2 — P3的值自動(dòng)控制 DP1 = P1 —P2恒定，或者利用機(jī)械自力式壓差平衡控制器(閥)通過改變DP1 =
P1 — P2的值確保DP2=P2—P3自動(dòng)恒定，當(dāng)電動(dòng)閥體兩端壓差自動(dòng)平衡時(shí)，相
應(yīng)實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)流量的平衡。
基于彈簧機(jī)械自力式原理實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)閥，存在通流能力小、動(dòng)態(tài)工 作壓差控制范圍有限、應(yīng)用不靈活、工作壓差起始點(diǎn)高，閥兩端阻力損失大等缺 點(diǎn)。
本發(fā)明人曾經(jīng)提出一種基于高級(jí)特征計(jì)算的智能平衡控制方法，并結(jié)合內(nèi)置 孔板、壓差傳感器、智能控制器、模擬量電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥進(jìn)行組合一體化控制，實(shí) 現(xiàn)具有理想閥門調(diào)節(jié)特性的動(dòng)態(tài)流量平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制方法及閥門。本發(fā)明人 也曾提出了基于插入式流量傳感器實(shí)現(xiàn)一種具有等百分比調(diào)節(jié)特性的動(dòng)態(tài)平衡電
動(dòng)控制閥實(shí)現(xiàn)方法及閥門；或者基于微型壓力傳感器測(cè)量出閥門兩端的壓力，計(jì)
算出壓力差值，根據(jù)閥門的調(diào)節(jié)特性曲線通過修正輸出電動(dòng)執(zhí)行器的機(jī)械開度，
實(shí)現(xiàn)理想等百分比調(diào)節(jié)特性，并具有動(dòng)態(tài)流量平衡功能的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。以上本發(fā) 明人提出的實(shí)現(xiàn)方法及閥門裝置簡(jiǎn)稱電子式動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。
這類電子式動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)閥還可以從流量裝置、控制方法、機(jī)械結(jié)構(gòu)等 角度進(jìn)一步創(chuàng)新。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種電子式動(dòng)態(tài)流量平衡功能的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，該電 動(dòng)調(diào)節(jié)閥基于電子式原理實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)流量平衡功能，并具有理想等百分比調(diào)節(jié)特 性。本實(shí)用新型可以克服現(xiàn)有技術(shù)中基于彈簧機(jī)械自力式原理實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)平衡電 動(dòng)閥，存在的通流能力小、動(dòng)態(tài)工作壓差控制范圍有限、應(yīng)用不靈活、工作壓差 起始點(diǎn)高，閥兩端阻力損失大等缺點(diǎn)。
為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
本實(shí)用新型提供了一種電子式動(dòng)態(tài)流量平衡功能的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，包括閥體入 流口、閥體出流口、電動(dòng)閥體組件和電動(dòng)執(zhí)行器，閥體入流口或閥體出流口內(nèi)部 安設(shè)有流量裝置；壓差傳感器分別連接高壓端測(cè)量咀和低壓端測(cè)量咀，其中低壓 端測(cè)量咀設(shè)在流量裝置上，高壓端測(cè)量咀設(shè)在流量裝置或閥體入流口的壁上；智 能控制器通過電纜線分別與壓差傳感器、電動(dòng)執(zhí)行器連接。
作為一種改進(jìn)，所述電動(dòng)執(zhí)行器是模擬量角行程電動(dòng)執(zhí)行器或模擬量直行程 電動(dòng)執(zhí)行器。
作為一種改進(jìn)，所述電動(dòng)閥體組件是電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)球閥或電動(dòng)調(diào) 節(jié)型座閥的任一種。
作為一種改進(jìn)，所述智能控制器上還設(shè)置有i/o接線端子。
作為一種改進(jìn)，所述閥體入流口、電動(dòng)閥體組件和閥體出流口通過螺帽/螺 栓組件3依次連接。
作為一種改進(jìn)，所述閥體入流口、電動(dòng)閥體組件和閥體出流口依次連接并呈 外部一體化的機(jī)械結(jié)構(gòu)。
作為一種改進(jìn)，所述閥體入流口或閥體出流口是等徑內(nèi)流筒體或變徑內(nèi)流筒體。
作為一種改進(jìn)，所述的流量裝置是低阻損內(nèi)藏流線型孔板的流量測(cè)量裝置。 作為一種改進(jìn)，所述的流量裝置是低阻損流線形繞流體的流量測(cè)量裝置。
智能控制器的外部輸入信號(hào)給定動(dòng)態(tài)平衡流量的設(shè)定值(這是一種動(dòng)態(tài)的流 量設(shè)定值，即設(shè)定值隨外部輸入電信號(hào)而改變)，利用壓差傳感器測(cè)量流量裝置 的微壓差，計(jì)算得到閥門動(dòng)態(tài)平衡流量測(cè)量值。當(dāng)閥門的動(dòng)態(tài)平衡流量測(cè)量值與 動(dòng)態(tài)平衡流量設(shè)定值發(fā)生偏差時(shí)，利用智能控制器的APID控制方法和程序,通過 修正電動(dòng)閥體組件的機(jī)械開度，實(shí)現(xiàn)閥門的流量自動(dòng)控制在某動(dòng)態(tài)設(shè)定值，即具 有動(dòng)態(tài)流量平衡功能的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是-
本實(shí)用新型提供的一種電子式原理實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)流量平衡功能，并具有理想等百 分比調(diào)節(jié)特性的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，是一種基于智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)的壓力無關(guān)型電動(dòng)控 制閥，且工作壓差起始值小、通流能力大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定、成本低廉，適 合小批量多品種生產(chǎn)，當(dāng)應(yīng)用于空調(diào)、供熱管網(wǎng)水系統(tǒng)控制時(shí)其綜合節(jié)能效果十 分明顯。
本實(shí)用新型還可以廣泛應(yīng)用于各種流體流動(dòng)的控制。

圖1是實(shí)施例中電動(dòng)調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)示意與裝配圖2是動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的流量平衡特性曲線圖3是實(shí)施例中流量裝置的剖面示意圖中附圖標(biāo)記為l閥體出流口、 2電動(dòng)閥體組件、3螺栓順冒組件、4閥體 入流口， 5流量裝置、6安裝流量裝置的支架、7流量裝置的高壓端測(cè)量咀、8流 量裝置的低壓端測(cè)量咀，9微壓差傳感器，IO智能控制器、111/0接線端子、12 連接電纜線、13電動(dòng)執(zhí)行器、14閥門內(nèi)流壓力測(cè)量咀。
圖2中橫坐標(biāo)為壓差，縱坐標(biāo)為相對(duì)流量；圖中四條曲線由上至下依次為 10、 8、 5、 2VDC電信號(hào)時(shí)對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的流量平衡特性曲線圖。
具體實(shí)施方式
參考附圖1 圖3，下面將對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述-
圖中給出基于電子式原理實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)流量平衡功能，并具有理想等百分比調(diào)節(jié) 特性的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，包括電動(dòng)閥體組件2和與電動(dòng)閥體組件2相連的電動(dòng)執(zhí)行器 13，用來實(shí)施電動(dòng)閥體的模擬量調(diào)節(jié)。閥體入流口 4、電動(dòng)閥體組件2、閥體出
流口 l通過螺栓/螺冒組件3依次連接，或者采用外形一體化的機(jī)械結(jié)構(gòu)。智能控 制器10通過電纜線12依次與壓差傳感器9、電動(dòng)執(zhí)行器13連接。
電動(dòng)執(zhí)行器4配裝在電動(dòng)閥體組件2上，電動(dòng)閥體組件2可以是電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶 閥組件，或者是電動(dòng)調(diào)節(jié)球閥組件、或者電動(dòng)調(diào)節(jié)型座闊組件。
模擬量電動(dòng)執(zhí)行器13將電動(dòng)閥組件2中的閥體打開時(shí)，水從閥體入流口 4 流入，繞流電動(dòng)閥體組件2后，從閥體出流口 l的流道出流。
流量裝置5、壓差傳感器9、智能控制器IO、電動(dòng)執(zhí)行器13，電動(dòng)閥體組件 2共同組成了閥門的動(dòng)態(tài)流量平衡控制裝置。
壓差傳感器9 (也可以采用兩個(gè)壓力傳感器計(jì)算壓差值)的高壓端、低壓端 的連接管口分別連接于流量裝置的高壓端測(cè)量咀7、流量裝置的低壓端測(cè)量咀 8。
作為一種改進(jìn)，壓差傳感器9的高壓端、低壓端的連接管口分別連接閥體的 來流壓力測(cè)量咀7和流量裝置的低壓端測(cè)量咀8。
流量裝置5可以采用內(nèi)藏流線型孔板的低阻損測(cè)量裝置，利用孔板壓差測(cè)量 原理計(jì)算得到閥門的流量值。也可以采用低阻損流線形繞流體的流量測(cè)量裝置， 利用繞流物體的壓差測(cè)量值標(biāo)定換算得到平均流速，進(jìn)而計(jì)算出閥門的流量。
智能控制器10內(nèi)嵌入或者下載一種APID控制程序。當(dāng)調(diào)節(jié)閥門兩端壓差 隨管網(wǎng)變化時(shí)，閥門的動(dòng)態(tài)平衡流量測(cè)量值也隨之發(fā)生改變，智能控制器10通 過調(diào)用該APID程序計(jì)算出動(dòng)態(tài)控制信號(hào)輸出值，直接調(diào)節(jié)模擬量電動(dòng)執(zhí)行器13 的開度，通過修正控制電動(dòng)閥體組件2的機(jī)械開度實(shí)現(xiàn)閥門動(dòng)態(tài)流量的平衡控 制。這是一種電子式原理實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)流量平衡的控制方法。
一種本實(shí)用新型的實(shí)際控制方法，引入一個(gè)有量綱的動(dòng)態(tài)平衡流量控制信號(hào) 輸入設(shè)定值變量Y (即外部輸入的標(biāo)準(zhǔn)模擬量電信號(hào))。
例如0 10VDC電信號(hào)表示Fe[O , 10] 、 4 20mA電信號(hào)表示7e[4 ， 20]。
不妨假設(shè)閥的無量綱動(dòng)態(tài)平衡流量控制信號(hào)輸入設(shè)定值變量義，例如
(1) 對(duì)于0 10VDC標(biāo)準(zhǔn)控制信號(hào)，取
義="10 (l-l)
(2) 對(duì)于4 20mA標(biāo)準(zhǔn)控制信號(hào)，取
Z = (y-4)/16 (1-2) (3) 對(duì)于2 10VDC標(biāo)準(zhǔn)控制信號(hào)，取
義=(7-2)/8; (l誦3)
(4) 對(duì)于0 5VDC標(biāo)準(zhǔn)控制信號(hào)，取
義=175; (1-4) 電動(dòng)閥門的流量調(diào)節(jié)特性計(jì)算公式-
(2)
其中流量系數(shù)^=^(") (3)
定義電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的理想可調(diào)比R，則理想等百分比調(diào)節(jié)特性計(jì)算公式
i^-《r^O二〖w'(及x一1)/(^ — 1) (4—1)
或者近似簡(jiǎn)化公式^-^(jn^^^F-1 (4-2)
其中調(diào)節(jié)閥的最大流量系數(shù) Kra=^(D (5)
動(dòng)態(tài)平衡流量設(shè)定值&=^'V^ = ^(Z)'V^ (6-1) 或者 2s^尺w'(及7—1)/(及一1).V^ (6-2)
其中閥門全開時(shí)i^ = > 對(duì)，由工廠根據(jù)閥門特性進(jìn)行標(biāo)定。
定義智能控制器10的無量綱控制信號(hào)輸出值變量《，有量綱的控制信號(hào)輸
出值變量z。
例如
(1) 于0 10VDC標(biāo)準(zhǔn)控制信號(hào)，取
Z = 10《 (7-1)
(2) 對(duì)于4 20mA標(biāo)準(zhǔn)控制信號(hào)，取
Z = 16.《+ 4 (7-2)
(3) 對(duì)于2 10VDC標(biāo)準(zhǔn)控制信號(hào)，取
Z = 8《+ 2 (7-3)
(4) 對(duì)于0 5VDC標(biāo)準(zhǔn)控制信號(hào)，取
Z = 5《 (7畫4) 給定閥門的動(dòng)態(tài)平衡壓差設(shè)定值A(chǔ)^-(《-尸2)5，智能控制器IO讀入有量綱 的動(dòng)態(tài)平衡流量控制信號(hào)輸入設(shè)定值變量Y，換算成無量綱動(dòng)態(tài)平衡流量控制信 號(hào)輸入設(shè)定值變量Z，根據(jù)公式(6-1)或者(6-2)計(jì)算出動(dòng)態(tài)平衡流量的設(shè)定 值2"根據(jù)流量裝置的工廠標(biāo)定結(jié)果，利用微壓差傳感器測(cè)量流量真正的壓差
通過修正計(jì)算得到流量的測(cè)量值&,當(dāng)閥門的動(dòng)態(tài)平衡流量設(shè)定值a與動(dòng)態(tài)平
衡流量測(cè)量值^發(fā)生偏差時(shí)，利用高級(jí)控制器10內(nèi)置APID控制程序,通過快速 修正電動(dòng)閥體組件的機(jī)械開度(即Z信號(hào)直接控制電動(dòng)執(zhí)行器13的開度)，實(shí) 現(xiàn)了閥門流量自動(dòng)控制在動(dòng)態(tài)流量設(shè)定值，即實(shí)施了閥門流量的動(dòng)態(tài)平衡功能。
所述智能控制器3既可以采用具有高級(jí)數(shù)學(xué)函數(shù)計(jì)算功能和可實(shí)現(xiàn)PID控制 算法的通用型控制器，也可以專門開發(fā)智能控制器產(chǎn)品(例如基于單片機(jī)MCU 開發(fā))。
所述智能控制器3還設(shè)置有一些I/O接線端子。 本實(shí)用新型的動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)方法步驟如下
(1) 工廠標(biāo)定流量裝置、閥門的相關(guān)參數(shù)，預(yù)先輸入到智能控制器10中。
(2) 智能控制器IO設(shè)定閥門的動(dòng)態(tài)平衡壓差設(shè)定值A(chǔ)P,;
(3) 智能控制器讀入動(dòng)態(tài)控制信號(hào)輸入設(shè)定值Y，并將有量綱的動(dòng)態(tài)控制 信號(hào)輸入設(shè)定值Y轉(zhuǎn)換成無量綱變量^。根據(jù)計(jì)算公式(6-1)或者(6-2)計(jì)算 出閥門的動(dòng)態(tài)平衡流量設(shè)定值込；
(4) 測(cè)量閥門的動(dòng)態(tài)平衡流量^?？梢灾苯永脡翰顐鞲衅鳒y(cè)量流量裝置 5的壓差,通過標(biāo)定數(shù)據(jù)修正計(jì)算得到仏；
(4) 當(dāng)閥門的動(dòng)態(tài)平衡流量測(cè)量值"與動(dòng)態(tài)平衡流量設(shè)定值&發(fā)生偏差 時(shí)，根據(jù)APID算法，智能控制器計(jì)算出無量綱的控制信號(hào)輸出值《，利用線性
變換可得到有量綱的控制信號(hào)輸出值Z;
(5) 利用控制信號(hào)輸出值Z直接調(diào)節(jié)控制驅(qū)動(dòng)模擬量電動(dòng)閥的機(jī)械開度，
實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)流量的自動(dòng)平衡控制。
實(shí)際使用時(shí)，只需要更換智能控制器的特征計(jì)算公式(通過算法實(shí)現(xiàn)).，還 可以實(shí)現(xiàn)線性調(diào)節(jié)特性、或者拋物線調(diào)節(jié)特性，且這些理想調(diào)節(jié)特性均屬于壓力 無關(guān)型的調(diào)節(jié)，并具有動(dòng)態(tài)流量平衡功能。
顯然，本實(shí)用新型不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員能從本實(shí)用新型公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本 實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1、一種電子式動(dòng)態(tài)流量平衡功能的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，包括閥體入流口(4)、閥體出流口(1)、電動(dòng)閥體組件(2)和電動(dòng)執(zhí)行器(13)，其特征在于，閥體入流口(4)或閥體出流口(1)內(nèi)部安設(shè)有流量裝置(5)；壓差傳感器(9)分別連接高壓端測(cè)量咀(7)和低壓端測(cè)量咀(8)，其中低壓端測(cè)量咀(8)設(shè)在流量裝置(5)上，高壓端測(cè)量咀(7)設(shè)在流量裝置(5)或閥體入流口(4)的壁上；智能控制器(10)通過電纜線(12)分別與壓差傳感器(9)、電動(dòng)執(zhí)行器(13)連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，其特征在于，所述電動(dòng)執(zhí)行器(13) 是模擬量角行程電動(dòng)執(zhí)行器或模擬量直行程電動(dòng)執(zhí)行器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，其特征在于，所述電動(dòng)閥體組件(2) 是電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)球閥或電動(dòng)調(diào)節(jié)型座閥其中任意一種。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，其特征在于，所述智能控制器(10) 上還設(shè)置有I/0接線端子。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，其特征在于，所述閥體入流口 (4)、 電動(dòng)閥體組件(2)和閥體出流口 (1)通過螺帽/螺栓組件(3)依次連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，其特征在于，所述閥體入流口 (4)、 電動(dòng)閥體組件(2)和閥體出流口 (1)依次連接并呈外部一體化的機(jī)械結(jié)構(gòu)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，其特征在于，所述閥體入流口 (4) 或閥體出流口 (1)是等徑內(nèi)流筒體或變徑內(nèi)流筒體。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，其特征在于，所述的流量裝置(5) 是低阻損內(nèi)藏流線型孔板的流量測(cè)量裝置。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，其特征在于，所述的流量裝置(5) 是低阻損流線形繞體流量測(cè)量裝置。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種電動(dòng)閥門，旨在提供一種電子式動(dòng)態(tài)流量平衡功能的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。該閥門包括閥體入流口、閥體出流口、電動(dòng)閥體組件和電動(dòng)執(zhí)行器，閥體入流口或閥體出流口內(nèi)部安設(shè)有流量裝置；壓差傳感器分別連接高壓端測(cè)量嘴和低壓端測(cè)量嘴，其中低壓端測(cè)量嘴設(shè)在流量裝置上，高壓端測(cè)量嘴設(shè)在流量裝置或閥體入流口的壁上；智能控制器通過電纜線分別與壓差傳感器、電動(dòng)執(zhí)行器連接。本實(shí)用新型提供的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，是一種基于智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)的壓力無關(guān)型電動(dòng)控制閥，且工作壓差起始值小、通流能力大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定、成本低廉，適合小批量多品種生產(chǎn)，當(dāng)應(yīng)用于空調(diào)、供熱管網(wǎng)水系統(tǒng)控制時(shí)其綜合節(jié)能效果十分明顯。
文檔編號(hào)G05D7/06GK201011392SQ200620140299
公開日2008年1月23日 申請(qǐng)日期2006年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月24日
發(fā)明者朱文斌, 楊春節(jié), 沈新榮, 章威軍, 郁輝球, 焱 黎 申請(qǐng)人:沈新榮