一种流量计量调节阀的制作方法

本发明属于管道流体过程控制阀领域，具体涉及一种流量计量调节阀。

背景技术：

一般应用于石油天然气、化工、电力等行业的过程控制阀门多数为手动或电动调节阀门，并不具备流体流量计量功能，在需要流体流量计量功能时，一般通过在管线中串接安装流量计来实现此功能。在需要控制管线内流体流量时以人为读取流量计的数据作为反馈信号，手动调节阀门开度从而实现管线内流体的流量调节，该种操作方式效率低、实时性差且人为引入误差大。

除此而外，也有使用流量计和阀门控制分开的形式进行组合使用的情况，但这种情况会导致仪器体积庞大、需要多种流量计量程范围以满足多种应用场景。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种流量计量调节阀，既能够实现自动调节阀门功能又同时兼有测量流量的功能，具有效率高、实时性好、误差小、流量测量范围宽的特点。

本发明采取的技术方案是：

一种流量计量调节阀，包括智能电动执行机构、阀门、阀门连接件、连接卡扣、阀前压力变送器、阀后压力变送器和温度变送器；

阀门连接件将智能电动执行机构和阀门通过螺栓固定连接；

所述智能电动执行机构包括电机、减速机构、显示器、智能控制系统、防爆箱体和减速器推杆；电机、减速机构、智能控制系统均设置在防爆箱体内；显示器通过螺栓固定在防爆箱体外；

所述阀门包括阀杆、阀体、阀芯、上游连接法兰和下游连接法兰；上游连接法兰和下游连接法兰分别与流体输送管道连接；连接卡扣将阀杆和减速器推杆通过螺栓机械连接；

在阀体的上游位置设置阀前压力变送器、下游位置设置阀后压力变送器和温度变送器；所述阀前压力变送器、阀后压力变送器和温度变送器均与智能控制系统采用电信号连接。

进一步的，所述电机为直流无刷电机。

进一步的，所述智能控制系统包括mcu系统，其输出端分别连接有显示器和电机驱动电路，输入端分别连接按键电路模块、阀前压力采集电路、阀后压力采集电路和温度数据采集电路；所述电机驱动电路连接有电机；所述阀前压力采集电路、阀后压力采集电路和温度数据采集电路分别连接阀前压力变送器、阀后压力变送器和温度变送器。

进一步的，所述阀前压力变送器、阀后压力变送器的精度不小于0.05%fs。

利用所述流量计量调节阀控制流量的方法，包括以下步骤：

步骤一：阀前压力变送器、阀后压力变送器和温度变送器将实时测量结果分别通过各自的采集电路传输给mcu系统；

步骤二：mcu系统根据预输入的数学算法计算流量值，并与预设的目标流量值进行比较，当二者不一致时，通过电机驱动电路控制电机，使其转动而调整阀门的开度，阀门开度的改变又会影响阀前和阀后压力的改变，进而改变实时计算的流量值；通过此过程的多次调节，使得最终的计算流量值逼近预设值，达到既能调节流量又能计量流量的目的。

进一步的，所述数学算法为推导的管线内流体流量计算公式：

其中，c：流量系数；n9：数字常量；fp：管道几何形状系数；p1：入口绝对压力；y：膨胀系数；xsizing：压差比；m：摩尔量；t1：入口温度；z1：压缩系数；

相关数据计算公式如下：

1）流量系数

式中：q：体积流量；n1：数字常量；ρ1/ρ0=1；△p：阀前阀后压差；

2）管道几何形状系数

式中：cr：100%额定行程时的额定流量系数；

3）膨胀系数

式中：当x<xchoked时，xsizing=x；当x≥xchoked时，xchoked=xsizing；

x：实际压差比，x=△p/p1；xchoked：阻塞压差比，xchoked=fγxtp，

fγ=γ/1.4；γ：比热比。

本发明的有益效果：

本发明根据阀门内置算法自动开关和流体计量，将智能电动开关和流量计量合为一体，组成了一套完整的过程控制系统。其大大降低了控制系统的过程滞后，极大地节省了工艺成本。

使用过程控制阀实现了智能开关、流体流量计量等功能。

附图说明

图1和图2是本申请发明在角阀阀门中的使用情况；

图3和图4是本申请发明在直通型阀门中的使用情况；

图5是本发明智能控制系统原理图；

图中，1、智能电动执行机构，1-1、电机，1-2、减速机构，1-3、显示器，1-4、智能控制系统，1-5、防爆箱体，1-6、减速器推杆，2、阀门，2-1、阀杆，2-2、阀体，2-3、阀芯，2-4、上游连接法兰，2-5、下游连接法兰，3、阀门连接件，4、连接卡扣，5、阀前压力变送器，6、阀后压力变送器，7、温度变送器。

具体实施方式

本发明附图1和2是角阀阀门，图3和4是直通型阀门。本实施例给出本申请发明在两种阀门类型中的使用情况。原理相同，仅以其中一种为示例进行阐述。

一种流量计量调节阀，包括智能电动执行机构1、阀门2、阀门连接件3、连接卡扣4、阀前压力变送器5、阀后压力变送器6和温度变送器7；所述阀前压力变送器5、阀后压力变送器6的精度不小于0.05%fs。

阀门连接件3将智能电动执行机构1和阀门2通过螺栓固定连接；

所述智能电动执行机构1包括电机1-1、减速机构1-2、显示器1-3、智能控制系统1-4、防爆箱体1-5和减速器推杆1-6；电机1-1、减速机构1-2、智能控制系统1-4均设置在防爆箱体1-5内；显示器1-3通过螺栓固定在防爆箱体1-5外；

所述阀门2包括阀杆2-1、阀体2-2、阀芯2-3、上游连接法兰2-4和下游连接法兰2-5；上游连接法兰2-4和下游连接法兰2-5分别与流体输送管道连接；连接卡扣4将阀杆2-1和减速器推杆1-6通过螺栓机械连接；

在阀体2-2的上游位置设置阀前压力变送器5、下游位置设置阀后压力变送器6和温度变送器7；所述阀前压力变送器5、阀后压力变送器6和温度变送器7均与智能控制系统1-4采用电信号连接。

所述智能控制系统1-4包括mcu系统，其输出端分别连接有显示器1-3和电机驱动电路，输入端分别连接按键电路模块、阀前压力采集电路、阀后压力采集电路和温度数据采集电路；所述电机驱动电路连接有电机1-1；所述阀前压力采集电路、阀后压力采集电路和温度数据采集电路分别连接阀前压力变送器5、阀后压力变送器6和温度变送器7（参见图5）。

利用所述流量计量调节阀控制流量的方法，包括以下步骤：

步骤一：阀前压力变送器5、阀后压力变送器6和温度变送器7将实时测量结果分别通过各自的采集电路传输给mcu系统；

步骤二：mcu系统根据预输入的数学算法计算流量值，并与预设的目标流量值进行比较，当二者不一致时，通过电机驱动电路控制电机1-1，使其转动而调整阀门2的开度，阀门开度的改变又会影响阀前和阀后压力的改变，进而改变实时计算的流量值；通过此过程的多次调节，使得最终的计算流量值逼近预设值，达到既能调节流量又能测定（此处所说的测定，不是直接元器件的结果反馈，而是通过计算获得）流量的目的。

所述数学算法为推导的管线内流体流量计算公式：

其中，c：流量系数；n9：数字常量；fp：管道几何形状系数；p1：入口绝对压力；y：膨胀系数；xsizing：压差比；m：摩尔量；t1：入口温度；z1：压缩系数；

相关数据计算公式如下：

1）流量系数

式中：q：体积流量；n1：数字常量；ρ1/ρ0=1；△p：阀前阀后压差；

2）管道几何形状系数

式中：cr：100%额定行程时的额定流量系数；

3）膨胀系数

式中：当x<xchoked时，xsizing=x；当x≥xchoked时，xchoked=xsizing；

x：实际压差比，x=△p/p1；xchoked：阻塞压差比，xchoked=fγxtp，

fγ=γ/1.4；γ：比热比。

本发明各系统的功能介绍如下：

智能控制系统功能：

1．用于采集过程传感器（阀前压力、阀后压力和温度）数据，用于实现内置开关阀相关算法和流体计量；

2．通过驱动电机启停、正反转控制电动执行机构，间接控制阀门开关；

电动执行机构功能：由智能控制系统驱动，直接控制阀门开关。

阀门功能：由电动执行机构控制，完成管线的打开、关闭。

阀前/阀后压力传感器功能：采集阀前压力数据，作为相关开关井制度的判断依据，参与管线内流体流量计算。

温度传感器功能：采集管道内实时温度数据，作为预防冻堵算法的判断依据；参与管线内流体流量计算。

系统功能描述：计量智控阀智能开关井制度说明：智能控制系统通过采集阀前压力、阀后压力及温度数据，可计算出管线内流体流量；然后根据已知的压力、流量、温度数据可实现智能开关算法。