专利名称：电子式动态流量平衡功能的电动调节阀的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电动阀门，更具体地说，是涉及一种基于电子式原理实 现动态流量平衡功能，并具有理想等百分比调节特性的电动调节阀，简称动态平 衡电动调节阀。
背景技术：
水系统管网中普遍存在着水力失调现象，管网水力不平衡易造成系统能源的 浪费和设备运行噪声的增加，动态平衡电动调节阀技术是解决水力平衡和节能控 制的最佳手段。
目前普遍应用的动态平衡电动调节阀又称电动动态调节阀，本质上是一种具 有机械式动态流量平衡功能的压力无关型电动调节阀，其动态流量平衡的原理比 较简单，即一体型或组合型动态平衡电动阀的两端压差DP = Pt —P3随机变化 时，利用机械自力式压差控制装置(阀)通过改变DP2二P2 — P3的值自动控制 DP1 = P1 —P2恒定，或者利用机械自力式压差平衡控制器(阀)通过改变DP1 =
P1 — P2的值确保DP2=P2—P3自动恒定，当电动阀体两端压差自动平衡时，相
应实现了动态流量的平衡。
基于弹簧机械自力式原理实现的动态平衡电动阀，存在通流能力小、动态工 作压差控制范围有限、应用不灵活、工作压差起始点高，阀两端阻力损失大等缺 点。
本发明人曾经提出一种基于高级特征计算的智能平衡控制方法，并结合内置 孔板、压差传感器、智能控制器、模拟量电动调节蝶阀进行组合一体化控制，实 现具有理想阀门调节特性的动态流量平衡电动调节阀控制方法及阀门。本发明人 也曾提出了基于插入式流量传感器实现一种具有等百分比调节特性的动态平衡电
动控制阀实现方法及阀门；或者基于微型压力传感器测量出阀门两端的压力，计
算出压力差值，根据阀门的调节特性曲线通过修正输出电动执行器的机械开度，
实现理想等百分比调节特性，并具有动态流量平衡功能的电动调节阀。以上本发 明人提出的实现方法及阀门装置简称电子式动态平衡电动调节阀。
这类电子式动态平衡电动调节阀还可以从流量装置、控制方法、机械结构等 角度进一步创新。
发明內容
本实用新型的目的是提供一种电子式动态流量平衡功能的电动调节阀，该电 动调节阀基于电子式原理实现动态流量平衡功能，并具有理想等百分比调节特 性。本实用新型可以克服现有技术中基于弹簧机械自力式原理实现的动态平衡电 动阀，存在的通流能力小、动态工作压差控制范围有限、应用不灵活、工作压差 起始点高，阀两端阻力损失大等缺点。
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电子式动态流量平衡功能的电动调节阀，包括阀体入 流口、阀体出流口、电动阀体组件和电动执行器，阀体入流口或阀体出流口内部 安设有流量装置；压差传感器分别连接高压端测量咀和低压端测量咀，其中低压 端测量咀设在流量装置上，高压端测量咀设在流量装置或阀体入流口的壁上；智 能控制器通过电缆线分别与压差传感器、电动执行器连接。
作为一种改进，所述电动执行器是模拟量角行程电动执行器或模拟量直行程 电动执行器。
作为一种改进，所述电动阀体组件是电动调节蝶阀、电动调节球阀或电动调 节型座阀的任一种。
作为一种改进，所述智能控制器上还设置有i/o接线端子。
作为一种改进，所述阀体入流口、电动阀体组件和阀体出流口通过螺帽/螺 栓组件3依次连接。
作为一种改进，所述阀体入流口、电动阀体组件和阀体出流口依次连接并呈 外部一体化的机械结构。
作为一种改进，所述阀体入流口或阀体出流口是等径内流筒体或变径内流筒体。
作为一种改进，所述的流量装置是低阻损内藏流线型孔板的流量测量装置。 作为一种改进，所述的流量装置是低阻损流线形绕流体的流量测量装置。
智能控制器的外部输入信号给定动态平衡流量的设定值(这是一种动态的流 量设定值，即设定值随外部输入电信号而改变)，利用压差传感器测量流量装置 的微压差，计算得到阀门动态平衡流量测量值。当阀门的动态平衡流量测量值与 动态平衡流量设定值发生偏差时，利用智能控制器的APID控制方法和程序,通过 修正电动阀体组件的机械开度，实现阀门的流量自动控制在某动态设定值，即具 有动态流量平衡功能的电动调节阀门。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是-
本实用新型提供的一种电子式原理实现动态流量平衡功能，并具有理想等百 分比调节特性的电动调节阀，是一种基于智能控制技术实现的压力无关型电动控 制阀，且工作压差起始值小、通流能力大、结构简单、运行稳定、成本低廉，适 合小批量多品种生产，当应用于空调、供热管网水系统控制时其综合节能效果十 分明显。
本实用新型还可以广泛应用于各种流体流动的控制。
图1是实施例中电动调节阀结构示意与装配图2是动态平衡电动调节阀的流量平衡特性曲线图3是实施例中流量装置的剖面示意图中附图标记为l阀体出流口、 2电动阀体组件、3螺栓順冒组件、4阀体 入流口， 5流量装置、6安装流量装置的支架、7流量装置的高压端测量咀、8流 量装置的低压端测量咀，9微压差传感器，IO智能控制器、111/0接线端子、12 连接电缆线、13电动执行器、14阀门内流压力测量咀。
图2中横坐标为压差，纵坐标为相对流量；图中四条曲线由上至下依次为 10、 8、 5、 2VDC电信号时对应的动态平衡电动调节阀的流量平衡特性曲线图。
具体实施方式
参考附图1 图3，下面将对本实用新型进行详细描述-
图中给出基于电子式原理实现动态流量平衡功能，并具有理想等百分比调节 特性的电动调节阀，包括电动阀体组件2和与电动阀体组件2相连的电动执行器 13，用来实施电动阀体的模拟量调节。阀体入流口 4、电动阀体组件2、阀体出
流口 l通过螺栓/螺冒组件3依次连接，或者采用外形一体化的机械结构。智能控 制器10通过电缆线12依次与压差传感器9、电动执行器13连接。
电动执行器4配装在电动阀体组件2上，电动阀体组件2可以是电动调节蝶 阀组件，或者是电动调节球阀组件、或者电动调节型座阔组件。
模拟量电动执行器13将电动阀组件2中的阀体打开时，水从阀体入流口 4 流入，绕流电动阀体组件2后，从阀体出流口 l的流道出流。
流量装置5、压差传感器9、智能控制器IO、电动执行器13，电动阀体组件 2共同组成了阀门的动态流量平衡控制装置。
压差传感器9 (也可以采用两个压力传感器计算压差值)的高压端、低压端 的连接管口分别连接于流量装置的高压端测量咀7、流量装置的低压端测量咀 8。
作为一种改进，压差传感器9的高压端、低压端的连接管口分别连接阀体的 来流压力测量咀7和流量装置的低压端测量咀8。
流量装置5可以采用内藏流线型孔板的低阻损测量装置，利用孔板压差测量 原理计算得到阀门的流量值。也可以采用低阻损流线形绕流体的流量测量装置， 利用绕流物体的压差测量值标定换算得到平均流速，进而计算出阀门的流量。
智能控制器10内嵌入或者下载一种APID控制程序。当调节阀门两端压差 随管网变化时，阀门的动态平衡流量测量值也随之发生改变，智能控制器10通 过调用该APID程序计算出动态控制信号输出值，直接调节模拟量电动执行器13 的开度，通过修正控制电动阀体组件2的机械开度实现阀门动态流量的平衡控 制。这是一种电子式原理实现动态流量平衡的控制方法。
一种本实用新型的实际控制方法，引入一个有量纲的动态平衡流量控制信号 输入设定值变量Y (即外部输入的标准模拟量电信号)。
例如0 10VDC电信号表示Fe[O , 10] 、 4 20mA电信号表示7e[4 ， 20]。
不妨假设阀的无量纲动态平衡流量控制信号输入设定值变量义，例如
(1) 对于0 10VDC标准控制信号，取
义="10 (l-l)
(2) 对于4 20mA标准控制信号，取
Z = (y-4)/16 (1-2) (3) 对于2 10VDC标准控制信号，取
义=(7-2)/8; (l誦3)
(4) 对于0 5VDC标准控制信号，取
义=175; (1-4) 电动阀门的流量调节特性计算公式-
(2)
其中流量系数^=^(") (3)
定义电动调节阀的理想可调比R，则理想等百分比调节特性计算公式
i^-《r^O二〖w'(及x一1)/(^ — 1) (4—1)
或者近似简化公式^-^(jn^^^F-1 (4-2)
其中调节阀的最大流量系数 Kra=^(D (5)
动态平衡流量设定值&=^'V^ = ^(Z)'V^ (6-1) 或者 2s^尺w'(及7—1)/(及一1).V^ (6-2)
其中阀门全开时i^ = > 对，由工厂根据阀门特性进行标定。
定义智能控制器10的无量纲控制信号输出值变量《，有量纲的控制信号输
出值变量z。
例如
(1) 于0 10VDC标准控制信号，取
Z = 10《 (7-1)
(2) 对于4 20mA标准控制信号，取
Z = 16.《+ 4 (7-2)
(3) 对于2 10VDC标准控制信号，取
Z = 8《+ 2 (7-3)
(4) 对于0 5VDC标准控制信号，取
Z = 5《 (7画4) 给定阀门的动态平衡压差设定值A^-(《-尸2)5，智能控制器IO读入有量纲 的动态平衡流量控制信号输入设定值变量Y，换算成无量纲动态平衡流量控制信 号输入设定值变量Z，根据公式(6-1)或者(6-2)计算出动态平衡流量的设定 值2"根据流量装置的工厂标定结果，利用微压差传感器测量流量真正的压差
通过修正计算得到流量的测量值&,当阀门的动态平衡流量设定值a与动态平
衡流量测量值^发生偏差时，利用高级控制器10内置APID控制程序,通过快速 修正电动阀体组件的机械开度(即Z信号直接控制电动执行器13的开度)，实 现了阀门流量自动控制在动态流量设定值，即实施了阀门流量的动态平衡功能。
所述智能控制器3既可以采用具有高级数学函数计算功能和可实现PID控制 算法的通用型控制器，也可以专门开发智能控制器产品(例如基于单片机MCU 开发)。
所述智能控制器3还设置有一些I/O接线端子。 本实用新型的动态平衡电动调节阀实现方法步骤如下
(1) 工厂标定流量装置、阀门的相关参数，预先输入到智能控制器10中。
(2) 智能控制器IO设定阀门的动态平衡压差设定值AP,;
(3) 智能控制器读入动态控制信号输入设定值Y，并将有量纲的动态控制 信号输入设定值Y转换成无量纲变量^。根据计算公式(6-1)或者(6-2)计算 出阀门的动态平衡流量设定值込；
(4) 测量阀门的动态平衡流量^。可以直接利用压差传感器测量流量装置 5的压差,通过标定数据修正计算得到仏；
(4) 当阀门的动态平衡流量测量值"与动态平衡流量设定值&发生偏差 时，根据APID算法，智能控制器计算出无量纲的控制信号输出值《，利用线性
变换可得到有量纲的控制信号输出值Z;
(5) 利用控制信号输出值Z直接调节控制驱动模拟量电动阀的机械开度，
实现动态流量的自动平衡控制。
实际使用时，只需要更换智能控制器的特征计算公式(通过算法实现).，还 可以实现线性调节特性、或者抛物线调节特性，且这些理想调节特性均属于压力 无关型的调节，并具有动态流量平衡功能。
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。
权利要求1、一种电子式动态流量平衡功能的电动调节阀，包括阀体入流口(4)、阀体出流口(1)、电动阀体组件(2)和电动执行器(13)，其特征在于，阀体入流口(4)或阀体出流口(1)内部安设有流量装置(5)；压差传感器(9)分别连接高压端测量咀(7)和低压端测量咀(8)，其中低压端测量咀(8)设在流量装置(5)上，高压端测量咀(7)设在流量装置(5)或阀体入流口(4)的壁上；智能控制器(10)通过电缆线(12)分别与压差传感器(9)、电动执行器(13)连接。
2、 根据权利要求1所述的电动调节阀，其特征在于，所述电动执行器(13) 是模拟量角行程电动执行器或模拟量直行程电动执行器。
3、 根据权利要求1所述的电动调节阀，其特征在于，所述电动阀体组件(2) 是电动调节蝶阀、电动调节球阀或电动调节型座阀其中任意一种。
4、 根据权利要求1所述的电动调节阀，其特征在于，所述智能控制器(10) 上还设置有I/0接线端子。
5、 根据权利要求l所述的电动调节阀，其特征在于，所述阀体入流口 (4)、 电动阀体组件(2)和阀体出流口 (1)通过螺帽/螺栓组件(3)依次连接。
6、 根据权利要求l所述的电动调节阀，其特征在于，所述阀体入流口 (4)、 电动阀体组件(2)和阀体出流口 (1)依次连接并呈外部一体化的机械结构。
7、 根据权利要求l所述的电动调节阀，其特征在于，所述阀体入流口 (4) 或阀体出流口 (1)是等径内流筒体或变径内流筒体。
8、 根据权利要求l所述的电动调节阀，其特征在于，所述的流量装置(5) 是低阻损内藏流线型孔板的流量测量装置。
9、 根据权利要求l所述的电动调节阀，其特征在于，所述的流量装置(5) 是低阻损流线形绕体流量测量装置。
专利摘要本实用新型公开了一种电动阀门，旨在提供一种电子式动态流量平衡功能的电动调节阀。该阀门包括阀体入流口、阀体出流口、电动阀体组件和电动执行器，阀体入流口或阀体出流口内部安设有流量装置；压差传感器分别连接高压端测量嘴和低压端测量嘴，其中低压端测量嘴设在流量装置上，高压端测量嘴设在流量装置或阀体入流口的壁上；智能控制器通过电缆线分别与压差传感器、电动执行器连接。本实用新型提供的电动调节阀，是一种基于智能控制技术实现的压力无关型电动控制阀，且工作压差起始值小、通流能力大、结构简单、运行稳定、成本低廉，适合小批量多品种生产，当应用于空调、供热管网水系统控制时其综合节能效果十分明显。
文档编号G05D7/06GK201011392SQ200620140299
公开日2008年1月23日 申请日期2006年11月24日 优先权日2006年11月24日
发明者朱文斌, 杨春节, 沈新荣, 章威军, 郁辉球, 焱 黎 申请人:沈新荣