一种供水管网的电动阀门以及供水管网外源入侵测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及供水管网的阀门，特别涉及一种供水管网的电动阀门以及供水管网外 源入侵测量系统。
【背景技术】
[0002] 在城市供水管网系统中，阀门的启闭会导致管网内部产生低负压事件，即管内压 力的波动变化，其中，供水管网中的低负压问题是引起管网水污染的重要原因，影响管网供 水的安全性。低负压事件其实是一种水击（或水锤）过程，当管道中流速迅速改变时，流速 骤然减小或增加并伴有压力的大幅度波动。在正常供水条件下，管道内压力大于管外压力， 水从管网缺陷处流失。一旦发生低负压事件，管道内压力就会低于管外压力，管外污水就会 从管网缺陷处被吸入管网，称为管网入侵污染。
[0003] 目前，公知的电动阀门执行器是以电能为主要能量来源驱动阀门的机械装置，其 构造由电子控制系统和机械执行装置两部分组成。操作人员通过电子控制系统输入动作指 令，控制系统随即驱动机械装置，机械装置通过传动轴带动阀门阀杆转动，即实现阀门的启 闭作业。这一类执行器多适用于蝶阀、球阀、旋塞阀等需要通过阀杆回转动作来进行启闭作 业的阀门，可实现阀门的开启和关闭以及对开度的调节，在供水管路中，调节阀门主要是通 过调节阀门的开度来控制流量。
[0004][0005] 但是上述电动阀门仅可以实现对阀门开度的调节，虽然精度很高，却不能控制阀 门启闭的速度，无法对阀门动作的行程时间进行调节，而阀门启闭的速度亦即阀门动作的 行程时间直接影响水锤的强度。因此，控制阀门启闭的速度或行程时间对削减水锤强度，保 障管网供水的安全性有重要意义。
【发明内容】
[0006] 本发明公开了 一种供水管网的电动阀门，可精确控制阀门的开度和启闭速度，有 效减小管网中阀门启闭过程水锤的强度，同时兼顾效率，保障管网供水安全。
[0007] -种供水管网的电动阀门，包括安装在供水管网的管路中的阀门本体，驱动阀门 本体启闭的步进电机，控制步进电机的电机驱动器，连接电机驱动器的控制器，以及连接并 控制各电路通断和步进电机启闭的开关元件，所述控制器用于输入步进电机转角参数通过 调节电机驱动器控制步进电机的旋转角度，所述控制器用于输入步进电机转速参数通过调 节电机驱动器控制步进电机的转速。
[0008] 所述控制器可以在其操作面板上设定电机驱动器输出的脉冲信号的个数和频率， 脉冲信号的个数和频率分别为步进电机转角参数和步进电机转速参数，并连同方向信号一 起输出给电机驱动器，控制所述三相步进电机的转动动作的方向、转角和转速，从而控制阀 门本体的启闭、开启角度（即阀门本体的开度）和启闭速度。当步进电机的每转步数确定 后，输入的脉冲信号个数多，阀门本体开度大，反之则小；脉冲信号频率高，阀门本体启闭速 度快，行程时间短，反之则速度慢，时间长。从而可以根据需求控制阀门本体的开度和启闭 速度，实际使用时，可以根据供水官网内负压情况来控制电动阀门的启闭速度，保障管网供 水安全。
[0009] 优选的，所述阀门本体为球阀，所述步进电机的输出轴通过联轴器与所述球阀阀 杆连接。球阀使用时通过转动阀杆来实现阀门的启闭，与步进电机的输出形式相适应，可以 通过脉冲信号的个数和频率精确控制阀门的启闭速度和开度。
[0010] 为了简化控制参数的设定，使阀门运行更稳定，所述开关元件为四位开关，所述四 位开关的输入端接交流电源，输出端与所述控制器和所述电机驱动器连接，所述四位开关 一位控制所述电机驱动器启闭，二位控制所述控制器启闭，三位和四位通过控制器控制步 进电机的转动方向。步进电机运动方向通过更换四位开关确定，从而无需在控制器里进行 电机正反转设定，便于实现和操作。
[0011] 使用时，将四位开关接入交流电源，打开四位开关的一位和二位，控制器和电机 驱动器通电开启，在控制器操作面板上设定脉冲信号的个数和频率，打开四位开关的三位 (或四位），此时控制器将脉冲信号和方向信号输出给电机驱动器，电机驱动器接收脉冲信 号和方向信号并输出驱动信号给步进电机，电机接收驱动信号开始转动动作，电机轴通过 联轴器带动球阀阀杆转动，从而实现球阀的开启（或关闭）。球阀阀杆的转动角度和转动时 间，亦即电机输出轴的转角和转速由控制器输出的脉冲信号的个数和频率决定，脉冲信号 个数多，球阀阀杆转动角度大，反之则小；脉冲信号频率高，球阀阀杆转动速度快，行程时间 短，反之则速度慢，时间长。所以，调整脉冲信号的个数和频率即可实现对球阀启闭作业的 开度和行程时间的调节。
[0012] 优选的，通过电机驱动器将步进电机的每转步数设定在1600~3200步/转，所述 控制器输出频率范围〇~9999Hz。所述球阀自完全关闭到完全开启，阀杆转过90°，因此， 上述设定使球阀自闭合到完全开启的最短时间不小于〇. 〇4s，适用于供水管网，且具有很大 的调节区间，可以根据需要进行选择；如果每转步数选择太小，会引起电机震动大，容易造 成烧坏电极驱动器现象；而转步数选择太大，又会导致球阀最小开闭时间过大，影响使用效 率。
[0013] 所述电机驱动器、控制器和开关元件组成电子控制装置，固定于电气控制柜内，可 保护电子器件不受水汽和灰尘的侵害。
[0014] 所述步进电机的电机轴和阀门本体的阀杆在同一轴线上，从而使阀杆不因电机轴 的转动动作而发生偏移。
[0015] 本发明还公开了一种供水管网外源入侵测量系统，装有上述的电动阀门，通过调 节电动阀门的启闭速度，使管网产生不同的负压变化，从而实现测量不同负压情况下的外 源入侵量。
[0016] -种供水管网外源入侵测量系统，包括：
[0017] 上述的电动阀门，安装在供水管网的主管上；
[0018] 入侵管路，与主管连通且设有入侵开口；
[0019] 水箱，用于储存入侵管路输出水流；
[0020] 观察管，与水箱连通用于观察水位变化；
[0021] 液位传感器，安装在水箱内的测量水位变化以计算管网外源入侵的实际值；
[0022] 压力传感器，安装在主管内，用于测量主管内的水压变化，并结合液位传感器测量 的压力变化数据计算管网外源入侵的理论值。
[0023] 本发明系统使用时，管网正常供水（电动阀门为开启或者关闭），主管内压力大于 水箱的压力，主管内的水经过入侵管路流入水箱，并从观察管流失；
[0024] 此时开启或者关闭电动阀门，会在主管内发生低负压事件，主管内压力剧烈波动， 随着压力的减小，水箱中的水就会被吸入主管，实际反映为观察管的水位下降，同时引起液 位传感器读数变化，通过观察观察管内水位变化可以直观地感受到入侵现象并作出定性分 析，与此同时，液位传感器水箱的液位变化信息，累加计算得到外