一种智能检测控制阀的制作方法

本实用新型涉及一种阀门，应用于公路径流安全检测和控制、液态危险化学品、水质安全、水污染、紧急切断阀、工厂排污、船舶排污油污泄漏、液态食品生产、石油开采冶炼等领域。

背景技术：

阀门是流体输送系统中的重要控制部件，具有截止、调节、导流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压等功能。从最简单的截止阀到极为复杂的自控系统中所用的各种阀门，其品种和规格相当繁多。随着阀门技术的不断发展，阀门应用领域的不断拓宽。

近年来阀门市场急速膨胀，国营企业受体制影响遭遇关停危机，乡镇、民营企业因技术力量有限，只能进行模仿生产，这是造成国产阀门质量较低的主要原因。国家已经出台了振兴装备制造业的政策，尤其重点支持通用基础制造业的发展。我国正面临着从农业时代向工业化时代的转变，将大幅增加工业对阀门产品的需求。因此，开发出一体化技术、电子计算机技术、检测技术水平高的液体控制阀，更是市场迫切的需求。

技术实现要素：

根据目前环保、危化品运输、食品安全、管道运输等行业的迫切需求，本实用新型提出了一种集检测、控制于一体的智能检测控制阀，可用于需要检测液体污染、品质、安全、质量、性质等方面。适用于公路径流安全检测和控制、液态危险化学品、水质安全、水污染、工厂排污、船舶排污油污泄漏、液态食品生产、石油开采冶炼和河流检测和控制等领域。

本实用新型所采用的技术方案：

一种智能检测控制阀，包括阀体（1），阀体设进水口、出水口、执行机构及阀芯（2），所述阀芯（2）顶部与进水口配合设计为活塞结构，阀芯整体嵌套安装在进水口下部的阀体内腔，阀体（1）上与所述阀芯（2）配合设有执行机构，所述阀芯整体结构为倒置的空心筒状，空心筒内安装执行机构配套结构，阀芯外部两侧设有实现阀门闭合的张紧弹簧（3），在空心筒内侧上端对应进水口安装有液体检测单元（4），所述液体检测单元（4）与同样安装在空心筒内的控制单元（5）交互连接，所述控制单元（5）控制连接阀门执行机构。

所述的智能检测控制阀，阀门执行机构包括电动控制部分，所述电动控制部分由两个电机、扇形齿轮（6）、齿条（7）和锥形单齿轮（8）组成，电机和阀体（1）固定连接，齿条（7）和阀芯固定连接；一个电机和扇形齿轮（6）传动连接，所述扇形齿轮（6）和齿条（7）配合联动，另一个电机和锥形单齿轮（8）传动连接，所述锥形单齿轮（8）和齿条（7）配合联动。

所述的智能检测控制阀，阀门执行机构包括机械控制部分，所述机械控制部分包括操作手柄(11)、循环卡槽体(12)、卡勾(13)以及机械控制滑轨(10)；所述机械控制滑轨为两个，对称设置在阀体两侧，循环卡槽体匹配设置于所述机械控制滑轨内，所述循环卡槽体上端连接张紧弹簧（3），卡勾上端与循环卡槽体上设置的循环卡槽相配合，所述卡勾下端与阀体内壁相固定，所述循环卡槽体与阀芯联动连接，操作手柄(11)与循环卡槽体连接。

所述的智能检测控制阀，阀芯顶部设有橡胶密封垫（15），所述橡胶密封垫（15）下面设有压力触发装置（16），所述压力触发装置（16）由两层硬质弹性绝缘材料构成分离空间，在两层硬质弹性绝缘层(16-1)的表面各自设有导电体(16-2)，从所述导电体分别引出开关引线接入控制单元。

所述的智能检测控制阀，液体检测单元采用介电常数传感器、微波传感器或太赫兹波传感器，或前述两种或三种传感器组合使用；或结合使用电导率传感器、pH率传感器、密度传感器或温度传感器；与所述控制单元（5）连接设有通讯模块（14），所述通讯模块（14）安装在空心筒内。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型智能检测控制阀，设计合理，结构简单，安装便捷、操作方便。本实用新型具有智能检测液体质量、安全性、污染、浓度、酸碱度、电导率等液体的基本性质，并具备控制功能，可广泛用于公路桥面径流、污水排放、液态危险化学品、水质安全、液态食品、输油管道、船舶排污和河流水质检测和控制等领域，具有很高的实用价值。

2、本实用新型智能检测控制阀，通过安装在阀芯上的检测单元，能够检测进入阀体检测箱内的液体是否达到预设的标准或指标，并将液体的理化检测数据或液体属性通过通讯模块（14），传送至监控中心，便于及时分析和控制。如检测数据达不到预设的标准或指标，阀门自动关闭，不合格液体通过连接在阀门上端的三通，排入不合格液体收集桶内。如果巡视人员发现液体不达标或需人工干涉时，可通过人工操作，及时封堵阀门。

3、本实用新型智能检测控制阀，外壳和内部构件均可采用硬质绝缘材料加工而成，以减少对阀门内部检测单元的干扰，保证检测结果准确、可靠；实用新型内部的电动执行机构在没有得到“命令”时，基本上处于待机状态，使阀门内部检测单元不会受到电动执行机构各种电子电器设备产生的辐射和电磁干扰；即便电动执行机构在启动运转时，所用电动部分电器部件较少，功率较小，对检测结果也影响不大，因此可应用在需要精密检测和控制的液体生产和加工行业。

4、本实用新型智能检测控制阀的执行部分包括机械装置和电动装置，由于采用了机械装置，电动部分在正常工作时，应用较少，因此既方便了人工干预控制，同时也减少了阀门装置的日常耗电量，便于长期使用和野外使用。

5、本实用新型智能检测控制阀，由液体检测单元、控制单元、通讯模块、电动控制单元、机械控制单元五部分组成。其中液体检测单元可采用介电常数传感器、微波传感器或太赫兹波传感器中的任一种，即可实现本阀门的检测控制功能。当然也可以两种或三种传感器组合使用；或结合使用电导率传感器、pH率传感器、密度传感器或温度传感器，以实现更多参数检测与控制功能。

附图说明

图1：本实用新型智能检测控制阀外部结构示意图；

图2：本实用新型智能检测控制阀阀芯外形示意图；

图3：本实用新型智能检测控制阀内部结构示意图；

图4：本实用新型智能检测控制阀剖视结构示意图（俯视）；

图5：智能检测控制阀阀芯表面触发装置层剖面图；

图6（a）为智能检测控制阀闭合状态示意图（左边为机械部分状态比较）；

图6（b）为智能检测控制阀打开状态示意图（左边为机械部分状态比较）；

图7：循环卡槽滑动轨迹图；

图8：卡勾形状示意图；

图9：单侧阀门壁上的固定滑轨、循环卡槽；

图10：桥面径流水质安全检测和控制专用阀门整体结构示意图；

图11：是智能检测控制阀阀门应用1—桥面径流水质安全检测和控制系统示意图；

图12：是智能检测控制阀阀门应用2—牛奶、饮料浓度（质量）监控；

图13：是智能检测控制阀阀门应用3—工厂废水水质污染监控。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

参见图1、图2、图3、图4、图6（a）、图6（b），本实用新型智能检测控制阀，包括阀体1，阀体设进水口、出水口、执行机构及阀芯2，阀芯2顶部与进水口配合设计为活塞结构，阀芯整体嵌套安装在进水口下部的阀体1内腔，阀体1上与所述阀芯2配合设有执行机构，阀芯2整体结构为倒置的空心筒状，空心筒内安装执行机构配套结构，阀芯外部两侧设有实现阀门闭合的张紧弹簧3，同时在空心筒内侧上端对应进水口安装有液体检测单元4，液体检测单元4与同样安装在空心筒内的控制单元5交互连接，控制单元4控制连接阀门执行机构。

实施例2

参见图1、图2、图3，本实施例的智能检测控制阀，与实施例1不同的是，进一步限定了采用的阀门执行机构。所述阀门执行机构采用电动控制方式，电动控制部分由2个电机（和阀体固定连接，图中未示出，电机均由控制单元控制）、扇形齿轮6、齿条7和锥形单齿轮8组成；其中一个电机（驱动电机）和扇形齿轮6传动连接，齿条7和阀芯2固定连接，扇形齿轮6和齿条啮合传动，另一个电机和锥形单齿轮8传动连接，锥形单齿轮8和齿条7啮合传动。扇形齿轮的作用主要是通过啮合齿条来开启阀门；锥形单齿轮的作用主要是当阀门需要关闭时，此时循环卡槽体被卡勾勾住，需要锥形单齿轮往下“拨动”，才能使卡勾放开循环卡槽体，并在张紧弹簧的拉力下，实现阀门闭合（复位）。

当扇形齿轮6顺时针旋转并和齿条7相互啮合时，阀芯/活塞下移，机械控制部分的卡勾勾住循环卡槽体，阀门打开。需要电动关闭阀门时，使用锥形单齿轮8。由于阀门处于打开状态，此时阀芯位于阀体下部，锥形单齿轮旋转360度，与阀芯齿条啮合传动，使阀芯向下移动一小段距离，机械控制部分的卡勾顺势摆动至循环卡槽体最右侧，阀芯/活塞受到机械控制部分的弹簧拉力，并在减速齿轮组的作用下向上运动，实现阀门关闭。

由于断电或人工操作等原因，在使用机电控制时，阀门封堵状态可能不明确。因此在日常使用时，锥形单齿轮可以做为阀门阀芯的“复位”装置。即在每次开机时，控制程序均使锥形单齿轮顺时针旋转360度，以保证阀门处于关闭状态。具体原理如下：开机前阀芯有两种状态，阀门关闭时，此时阀芯齿7条位于阀体上部，锥形单齿轮旋转放空；阀门打开时，此时阀芯齿条位于阀体下部，锥形单齿轮8旋转，并与阀芯齿条7啮合传动，实现阀门关闭。

扇形齿轮分度圆的扇形弧线长度约等于齿条的长度，扇形齿轮6、锥形单齿轮的分度圆均和齿条7分度线相切。扇形齿轮和锥形单齿轮转动时，每次均顺时针旋转360度一次。以确保扇形齿轮和锥形单齿轮回到原始位置，此时扇形齿轮和锥形单齿轮的无齿部分对着齿条，这样的设计保证扇形齿轮和锥形单齿轮有齿部分不和齿条啮合，避免了机械操作时扇形齿轮和锥形单齿轮与齿条相互啮合干扰问题。具体见图6（a）、图6（b）所示的智能检测控制阀闭合、打开状态结构示意图（左边为机械部分状态比较）。

实施例3

本实施例的智能检测控制阀，与实施例2不同的是，参见图1、图6（a）、图6（b）-图9，智能检测控制阀执行机构包括机械控制部分，所述机械控制部分包括操作手柄11、循环卡槽体12、卡勾13以及机械控制滑轨10；所述机械控制滑轨为两个，对称固定在阀体内壁两侧，循环卡槽体12匹配设置于所述机械控制滑轨内，所述循环卡槽体12上端连接张紧弹簧3，卡勾13上端与循环卡槽体12上设置的循环卡槽相配合，所述卡勾13下端与阀体内壁相固定，所述循环卡槽体12与阀芯联动连接，操作手柄11与循环卡槽体12连接。

图中标号10-1为控制滑轨安装壳，对称固定在阀门壳体内壁或外壁两侧。

图4为智能检测控制阀剖视结构示意图（俯视），阀芯2上端为橡胶密封垫15，阀体两侧突出部分为用于安放机械控制滑轨10的控制滑轨安装壳10-1。阀体内壁两侧对称固定2个机械控制滑轨，其作用是可以使活塞（阀芯）上下活动时保持均衡。

张紧弹簧3上端固定在阀体上（不可活动），下端固定在循环卡槽体12上，循环卡槽体12与阀芯2固定连接，随着阀芯上下运动。循环卡槽体与阀芯、弹簧下端固定在一起，卡勾下端固定，上端沿循环卡槽的“循环轨道”移动。循环卡槽与卡勾一起控制着阀芯的运动轨迹和阀门开关闭合状态。

安装有滑轮的循环卡槽体内置于机械控制滑轨10内，循环卡槽体在滑轨内滑动，以减少上下运动时的摩擦。

本实用新型智能控制阀开关闭合动作原理描述（手动按压）：

阀门原始状态为封闭（弹簧处于收缩状态，此时受到弹簧的拉力，阀芯封闭阀门）。当操作手柄11受到按压时，阀芯向下移动，带动循环卡槽体向下移动，弹簧拉伸，此时卡勾在循环卡槽内沿着“滑动轨道”移动（滑动轨迹见图7 循环卡槽滑动轨迹图）。“滑动轨道”表面根据需要，设计为凸凹不平的高度，以控制着卡勾的沿滑动轨迹循环重复滑动（A → B → C → D → E → F → A）。

当卡勾移动到卡槽最高点H时，受到卡槽的限制，操作手柄11无法往下按压，操作人员放开操作手柄11，此时卡勾顺势勾住G点，控制着阀芯保持不动，阀门打开。卡勾在槽内按照轨迹滑动：A → B → C → D → H → G；

当操作手柄11“再次”受到按压时，循环卡槽体下移，卡勾在循环卡槽内沿着“滑动轨道”向上移动一点，受到卡槽I点的限制，操作手柄11无法往下按压，操作人员松开操作手柄11，循环卡槽体受到弹簧拉力，向上移动，卡勾沿“滑动轨道”右侧直道滑行，阀芯整体上移，封堵住阀门，阀门关闭，滑动轨迹：G → E → F → A。

智能控制阀开关闭合动作原理描述（电动控制）：

本实用新型智能检测控制阀执行部分为电动控制部分与机械控制部分两部分组成，其中机械部分可独立完成阀门的打开和闭合动作，电动部分完成阀门的打开和闭合动作需机械部分参与配合，才能完成。

当液体检测单元发来“合格”信号时，电机带动扇形齿轮旋转（360度）并和齿条相互啮合，阀芯/活塞下移，带动循环卡槽下移，当扇形齿轮和齿条相互不咬合时，此时卡勾正好移动到卡槽最高点H，循环卡槽上移一点，卡勾顺势勾住G点，控制着阀芯保持不动，此时阀门打开。

当液体检测单元发来“不合格”信号时，安装在阀体下部的锥形单齿轮旋转，并与阀芯齿条啮合，随机相互脱开，循环卡槽下移一小段（相当于人手按压一下），受到弹簧拉力，循环卡槽向上移动，卡勾沿“滑动轨道”右侧直道滑行，阀芯整体上移，封堵住阀门，滑动轨迹：G → E → F → A。

实施例4

参见图2、图4、图5，本实施例的智能检测控制阀，与前述各实施例不同的是：阀芯顶部橡胶密封垫15下面设有压力触发装置16，所述压力触发装置16由两层硬质弹性绝缘材料16-1构成分离空间，在两层硬质弹性绝缘材料的表面各自设有导电体16-2，从所述导电体分别引出开关引线接入控制单元。

当控制单元收到压力触发装置16有“液体流入”信号时，启动检测单元进行检测。图5所示为智能检测控制阀阀芯表面触发装置层剖面图，当有液体流入，压力触发装置16受到液体重量的压力，上层硬质弹性绝缘材料（可为塑料）发生形变，并与下层硬质弹性绝缘材料的导电体16-2相接，接通系统安装的触发电路，控制单元立即“通知”检测单元进行检测；当没有液体时，上层硬质弹性绝缘材料回弹，不发生形变，与下层硬质弹性绝缘材料的导电体脱开，控制单元立即“通知”检测单元停止检测。

本实用新型智能检测控制阀，液体检测单元可采用介电常数传感器、微波传感器或太赫兹波传感器中的任一种，即可实现本阀门的检测控制功能。当然也可以两种或三种传感器组合使用；或结合使用电导率传感器、pH率传感器、密度传感器或温度传感器，以实现更多参数检测与控制功能。参见图3，与所述控制单元连接有通讯模块14，所述通讯模块14与阀门外部的通讯主机连接，以实现远程数据传输；通讯模块14安装在空心筒内。

目前公路交通运载化学危险品的车辆越来越多，危险品种类也越来越复杂，一旦发生泄漏事故，对当地的环境易造成污染。国家明确规定：为防范危险化学品运输带来的环境风险，应在桥梁上设置桥面径流水收集系统，并在桥梁两侧设置沉淀池，对发生污染事故后的桥面径流进行处理，确保饮用水安全。

对于小桥来说，设置桥面径流水收集系统，并在桥梁两侧设置收集沉淀池以预防危险化学品泄漏容易实现。但对于特大桥来说（例如：黄河大桥、长江大桥）设置桥面径流水收集系统极其不易。主要原因是：特大桥因汇水量较大，遇暴雨时汇水管排放不及时，易造成桥面积水，引发交通安全事故；因汇水量较大，雨水集中处理会增加桥梁承重，引发不安全因素；因汇水量较大，需设计较大的桥面径流收集沉淀池，由于特大桥下方一般均为敏感水体（或湿地保护区），加上防洪和泄洪的需要，河岸两侧一定范围内又不允许建设较大建筑物，收集池的选址很难在桥梁附近选择。因而特大桥设置桥面径流水收集系统不太现实，截至目前全国也无成功建成的案例。

本实用新型智能检测控制阀针对特大桥桥面径流水质安全监控的特点和桥面径流水质特性，在智能检测控制阀的基础上，衍变出一种桥面径流水质安全检测和控制专用阀门，整体结构见图10，应用在桥面径流水质安全监控方面，能有效解决特大桥桥面径流水质安全监控的问题。桥面径流水质安全检测和控制专用阀门只将智能检测控制阀操作手柄移至阀门进水口中部，操作手柄直接固定连接阀芯／活塞，其它结构均不改变，改变操作手柄主要是方便了桥面上的人工控制。

图11是本实用新型智能控制阀（图中a）应用于桥面径流水质安全检测和控制系统示意图。将阀门进水口直接安装在特大桥排水口处，或通过桥梁排水管下端的引管，用发箍固定连接。在桥面径流水质安全检测和控制系统中增加“雨量计”装置作为“有无降水”的判断信号。同时将阀门检测单元和控制单位的数据，通过光纤等数据线或无线方式，接入桥上通讯主机，并接入监控中心计算机监控系统。由于水的介电常数较大，而危险化学品介电常数较小，两者相差很大，因此检测单元可采用介电常数传感器或微波检测传感器，必要时加上电导率传感器，采用“否定检测”的方法，即可对径流水质进行准确检测。检测数据符合标准的雨水径流可以直接排出，检测数据不符合标准的雨水径流，阀门直接封堵，并通过专门的危险液体输送管道运输至桥下预设的50吨或100吨的危险液体储存罐中。

下面分“无降水”和“有降水”两种情况进行阐述：

无降水时，系统通过雨量计“无雨”信号，通知控制单元将桥面径流水质安全检测和控制专用阀门关闭。一旦桥上发生事故，危险化学品或不明液体流入阀门，触发了阀门的触发装置层，阀门检测单元立即启动，同时发出报警信息，并将检测结果通过通讯模块传送至监控中心。桥面设有危险液体储存罐（50吨或100吨），桥面任何不明液体将通过阀门D口直接流入危险液体储存罐，即使不明液体量很大，造成危险液体储存罐存满，也只会致使不明液体溢出到桥面，不会流入桥下水体，此时利用桥面做为危险品的临时储存载体。一般化学危险品运输车辆承载吨数为30-50吨，危险液体储存罐设计为50吨或100吨，加上路面滞留的液体，这样的设计足以保证不会造成桥下水体污染事故的发生。

有降水时，系统通过雨量计的“有雨”信号，通知控制单元将桥面径流水质安全检测和控制专用阀门打开，同时启动检测单元立即进行水质安全检测，数据达标、无污染的径流雨水直接通过阀门S口排出。一旦发现检测数据异常，阀门关闭，同时发出报警信息，并将检测结果通过通讯模块传送至监控中心。危险液体通过阀门D口流入专门的危险液体输送管道，并运输至桥下预设的50吨或100吨的危险液体储存罐中。在特殊情况下，监控人员也远程将阀门关闭，避免造成桥下水体污染事故的发生，将污染事故控制在最小范围之内。

本实用新型应用在高速公路桥面径流收集系统的监控中，符合我国环保政策的需求，能有效解决特大桥和一般桥梁的桥面径流危险化学品监控的问题，具有巨大的社会效益和经济效益。

图12为本实用新型在饮料行业（牛奶、饮料浓度、质量）的应用。机电一体化是当前饮料机械设备发展的最重要的趋势，在线检测装置能否自动检测各项参数，计量精确，直接影响到工作效率和产品质量。本实用新型智能检测控制阀可用于饮料生产线关键环节的质量检测和控制，例如将检测单元安装上微波检测装置，即可对饮料浓度进行检测；将检测单元安装上pH检测装置可检测饮料的酸碱度；将检测单元安装上介电常数装置，可以根据检测的数据，对饮料的综合质量进行评价和判断。同时，在饮料的生产过程中，如现场发现质量问题，也可人工及时切断阀门，避免生产质量事故的发生。

图13为本实用新型在工厂废水水质污染监控方面的应用。随着我国经济的发展，环境污染与经济发展成了一个不可避免的矛盾体。企业排放的工业废水需经过处理并达标排放，工厂废水水质污染监控是国家节能减排考核的重要内容。目前针对工业废水排放监控开发的在线监测系统较多，监控系统主要针对污水的流量、COD、氨氮、pH值等参数进行检测。但这些监测系统、控制系统、数据传输系统等均没有高度集成，不但安装不便，而且在关键时刻，也无法手动进行控制，只能靠设备关闭阀门，不便于及时控制。根据污水排放特性，在本实用新型的检测单元采用介电常数传感器或微波检测传感器，并加上电导率传感器，采用“否定检测”的方法，即可对污水水质进行准确判断。同时为了精确检测单个水质标准，可以附加上电导率传感器或pH率传感器或密度传感器进行单个指标的精确检测。