专利名称：装备各自独立并相同的阀门加阀门定位器的风压调节系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及建筑幕墙物理三性检测(气密性能，水密性能及抗风压性能的检测)用的风压调节系统，尤其涉及一种装备各自独立并相同的阀门加阀门定位器的风压调节系统。
背景技术：
目前市场上有关风压调节的产品大致分为两大类一类以德国KS公司的产品为代表，另一类以日本本田公司产品为代表。两家公司的产品各有其特点，同时也存在不足之处，其内容简要表述如下德国KS公司仅仅采用变频调速的方式来控制风机的转建，从而控制风量，进而达到控制风压的目的，但由于风机自身的惯性，变频调节的方式无法达到国家标准中抗风压测试所要求的5秒为周期的风压变化，而且由于这种控制方法对控制算法要求高，从而加重了软件开发的工作量。对负压该KS公司采用一种灵活的伺服驱动风口调节机构，这样可以利用同一个风机实现正负压的灵活切换，但是其中一个明显的缺点是该机构为了灵活安装，采用了木材作为安装底版，然而，这种机构在国内的实际使用中，由于天气潮湿，经常造成底版膨胀，从而加大了伺服机构的运动阻力，由于选取的伺服电机力矩较小，因此经常造成电机烧毁。
日本本田公司设计了一套机械四联动阀门，并采用了电液伺服驱动，充分利用了电液伺服系统的大驱动力，高速度和定位精度，能够保证高的响应速度又简化了控制算法，从而能很好地完成设计要求的风压控制曲线，符合国家标准的测试要求。同时，由于恰当的利用了四联调节阀之间的相位差不但能够实现正负压切换，而且可以方便实现主动泄压，提高了箱体压力的变换周期，但也存在一些问题(1)因为四联驱动是联动的，为了补偿阀门通径误差的影响，在四个阀门前都各装了一个调零阀门以保证当电液伺服阀处于平衡位置处的时候，测试腔体里的压力与大气压力相同，(2)电液伺服价格高，此外，采用电液伺服必将要求配备液压附件及有关设备，给维修保养带来额外工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种装备四套各自独立并相同的阀门加阀门定位器的风压调节系统，该风压调节系统结合了德国KS公司与本田公司产品的优点，并克服了它们存在的不足之处，其主要特点是利用大功率变频器控制风压转速，并在风路上采用了高精度的阀门定位器和独立控制的四套气动高速调节蝶阀，形成主动泄压回路，从而确保风压曲线的控制周期能够满足国家测试标准的要求。
实现上述目的的技术方案是提供一种装备各自独立并相同的阀门加阀门定位器的风压调节系统，包括PLC控制系统、变频器、控制电路、风机、主和支风管、阀门，其特征在于，所述风压调节系统中，在2条通大气的支风管及2条通过主风管与测试腔体相连通的支风管上分别装置四套各自独立并相同的气动调节蝶阀加阀门定位器；在主风管上接近测试腔体的前面装置了五孔管，在五孔管的一个孔上，设置了小量程压力传感器及大量程压力传感器；所述五孔管的前面装置了快速切断阀；在快速切断阀和五孔管之间的主风管上还设置了高等级的金属软密封阀；在进风管和出风管之间装置的风机是高压离心风机。
上述的装配各自独立并相同的阀门加阀门定位器的风压调节系统，其特征在于，所述的气动调节蝶阀的阀板是两侧板面带筋的空芯结构，材质为不锈钢1Cr18Ni9，阀门轴是空心轴，材质为不锈钢2Cr13及Cr18Ni9。
上述的装备各自独立并相同的阀门加阀门定位器的风压调节系统，其特征在于，在五孔管上设置的小量程压力传感器的量程为±500Pa，大量程压力传感器的量程为±15kPa，在小量程压力传感器之前设置了一个气动保护球阀。
上述的装备各自独立并相同的阀门加阀门定位器的风压调节系统，其特征在于，从五孔管的一个孔上引出气管，该气管通过一带分支的金属弯管连接小量程压力传感器及大量程压力传感器。
上述的装备各自独立并相同的阀门加阀门定位器的风压调节系统，其特征在于，在主风管上平行并连通地安装了一文丘里管，所述文丘里管中部装置了一空气流量传感器。
上述的装备各自独立并相同的阀门加阀门定位器的风压调节系统，其特征在于，阀门定位器由定位器和气缸组成，定位器，气缸和气动调节蝶阀中的阀板轴以连接轴进行同轴机械连接。
上述的装备各自独立并相同的阀门加阀门定位器的风压调节系统，其特征在于，定位器通过压缩空气管与压缩空气机相连，另外，气动调节蝶阀，定位器、气缸通过导线与PLC控制系统相连形成风压控制电路。
上述的装备各自独立并相同的阀门加阀门定位器的风压调节系统，其特征在于，所述高压离心风机以导线与一风机变频器相连。
采用上述的技术方案具有下列效果本风压调节系统的设计和应用在吸取一些国外相关的先进技术的基础上有所创新和突破，在充分保障系统安全运行的条件下，使系统达到了很高的技术性能指标，全面满足国家标准的相关要求，其主要特点表现在如下方面1、风压控制精度高，响应迅速。
在风压控制上，利用了110kW大功率变频器控制大流量高压离心风机的转速，结合采用高精度的阀门定位器和独立控制的四套气动高速调节蝶阀组成的风路切换机构所形成的主动泄压回路，再加上所述四套气动高速调节蝶阀的阀板和阀板轴的空芯结构的作用，大大提高了风压控制的灵活性和准确性，实际运行结果表明，压力控制可以达到1Pa的控制精度，响应迅速，可以快速实现压力波动控制，从而满足国家标准的抗风压测试中所要求的5秒为周期的风压变化。
2、波动风压曲线对称性好。
由于利用同一台风机对测试腔体实现正负压控制加上采用相同类型的调节阀对称地切换气路，因此测试腔体的正负压力控制过程基本都由风机的特性决定，可以实现风压曲线的良好对称性。
3、设备易维护，能各自独立调节阀位，灵活控制压力。
由于采用了四套各自独立并相同的气动高速调节蝶阀加高精度阀门定位器来实现类似的功能，这样不但能够避免因日本本田公司的电液伺服所配备的专用设备所带来的不易维护性，也提高了更加灵活的控制手段，省去了日本本田公司的风压系统中必须配备的调零阀门。同时，在进行压力控制时，由于四套相同的气动调节蝶阀可根据实际工况各自独立调节其阀位，从而避免了“喘振”现象。
4、提高了密封性实验的测试精度，降低了设备要求。
采用了恰当的并行管路设计，通过设置文丘里管和高等级的气动金属软密封蝶阀，一方面减小管路截面积并使得空气流动均匀化，大大提高了空气流量检测的精度，另一方面，最大限度地降低了管路内部的附加渗漏，保证了试件空气渗漏特性检测的准确性，该设计方式也有效提高了小流量时的测试精确。
5、确保进入测试腔体的气动压力的测量精度。
为确保了进入测试腔体的气体压力的测量精度在风压系统的五孔管上，设置了小量程压力传感器(±500Pa)及大量程压力传感器(±15kPa)，并在小量程传感器之前设置了一个气动保护球阀，以保护小量程压力传感器在高压下不被损坏。
附图的简要说明
图1装备四套各自独立并相同的气动调节蝶阀加阀门定位器的风压调节系统原理示意图；图2正压全压时，四个气动调节蝶阀阀板转角位置示意图；图3负压全压时，四个气动调节蝶阀阀板转角位置示意图；图4正压低压时，四个气动调节蝶阀阀板转角位置示意图；图5负压低压时，四个气动调节蝶阀阀板转角位置示意图；图6平衡状态时，四个气动调节蝶阀阀板转角位置示意图；图7小量程压力传感器，大量程压力传感器，气动保护球阀与五孔管的连接放大示意图；图8气动调节蝶阀阀板转角调节原理示意图；
图9气动调节蝶阀结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，装备四套各自独立并相同的气动调节蝶阀(例如ZSGW-DN600-PN6等)加阀门定位器(例如6DR5520-0NN00-0AA0等)的风压调节系统一包括主风管10、支风管11、12、13、14、进风管15、出风管16文丘里管17、五孔管18、气动调节蝶阀21、22、23、24及其阀体211、221、231、241、阀板212、222、232、242、阀板定位器25、26、27、28、高压离心风机3(例如9-267.1D等)，金属软密封蝶阀41(例如ZSHWR-10-DN600-PN10等)、快速切断阀42(例如ZQGP-16-DN50等)、空气流量传感器51(例如.SS20.502等)、小量程压力传感器52(例如NS-I15007111等)、大量程压力传感器53(例如NS-I15007112等)、过滤器7、入口消音器61、出口消音器62、静压箱63。其中，小量程压力传感器52及大量程压力传感器53分别安装在五孔管18的一个孔上，五孔管设置在主风管10上，并位于金属软密封蝶阀41和测试腔体8之间，靠近测试腔体8的部位。金属软密封蝶阀41和快速切断阀42分别设置在主风管10上，其中金属软密封蝶阀41在快速切断阀42和五孔管18之间。文丘里管17与主风管10平行并相连通，空气流量传感器51设置在文丘里管17的中部。如上所述测试腔体8位于主风管8的一端。主风管8的另一端设置了入口消音器61、出口消音器62、静压箱63、在入口消音器61的前端安装了网状过滤器7。
在远离测试腔体8的一端设置了高压离心风机3，高压离心风机3与入口消音器61及出口消音器62之间分别设置了支风管11、14。高压离心机3与静压箱63之间分别设置了支风管12、13。入口消音器61、出口消音器62、静压箱63相对支风管11、12、13、14是体积扩大了的箱式容器。入口消音器61及出口消音器62与大气相通，静压箱63与主风管10相连通。支风管11、12与进风管15相连通，支风管13、14与出风管16相连通。四套各自独立并相同的气动调节蝶阀21、22、23、24及阀门定位器25、26、27、28分别设置在支风管11、12、13、14上。
如图7所示，小量程压力传感器52，大量程压力传感器53连接在五孔管18的一个孔上，在小量程压力传感器52之前安装了气动保护球阀42(例如4V210-08B等)气管182从五孔气管18引出后，采用金属弯管181连接小量程压力传感器52及大量程压力传感器53。
如图8所示为以四套各自独立并相同的气动调节蝶阀21、22、23、24加阀门定位器25、26、27、28中的一套气动调节蝶阀21及相配的阀门定位器25为例对其阀板转角进行说明的原理示意图。该图中，定位器251、气缸252及气动调节阀门21以机械连接轴29同轴相连，定位器251通过压缩空气管(图中未示出)与压缩空气机(图中未示出)相连。另外，定位器251，比较器55(定位器251中的一个元件)与PLC控制系统(例如CPU-314C及扩展模块等)之间以及角度传感器54(气动调节蝶阀21中的一个元件)，比较器55与气动调节蝶阀21之间均以导线相连形成阀板转角的控制电路。
如图9所示为以四个各自独立并相同的气动调节蝶阀21、22、23、24中的一个气动调节蝶阀21为例说明其结构的示意图。该图中，气动调节蝶阀21由阀体211、阀板212、阀板轴214所组成。其中，阀板212及阀板轴214为空芯结构，在阀板212有阀板筋213、阀体211上设有一系列螺栓孔215。
本发明的工作原理及操作步骤简述如下如图1所示，在风压系统1中，大气中的气体通过网状过滤器7的网格滤去砂粒和尘埃等物质后进入入口消音器61，通过该消音器体积扩大的作用达到消音目的后的气体再通过气动调节蝶阀21、支风管11，进入进风管15。测试腔体8中的气体通过金属软密封蝶阀41，主风管10，进入静压箱63，通过该静压箱导流板和体积扩大的作用达到从动压到静压的消动压和消音目的后的气体再通过气动调节蝶阀22，支风管12，同样地进入进风管15。PLC控制系统通过与其导线相连的风机变频器*图中未示出)控制进风管15和出风管16之间的高压离心风机3的转速，高压离心风机3的出口风量和风压随着风机转速的提高而提高，不同的风机转速可将从进风管15进入的气体转变成不同的风量和风压，然后通过出风管16，经支风管14、气动调节蝶阀24及出口消音器62，通过该消音器体积扩大的作用达到消音目的后的气体，放入大气或者经支风管13、气动调节蝶阀23进入静压箱63，通过该静压箱导流板和体积扩大的作用达到消动压和消音目的后的气体再通过金属软密封蝶阀41进入测试腔体8中。针对气密性测试流程，特别设置了并行管路结构，所谓文丘里管的工作原理为在做抗风压性能测试时，金属软密封蝶阀41打开至最大开度，保证有足够的空气流量进入测试腔体8中建立较高压力，做空气渗漏性测试时，将金属软密封蝶阀完全关闭，进入测试腔体8气体全部经减小了管径截面积的文丘里管17，安装在文丘里管17上的空气流量传感器51可以很精确地检测空气流量值。
另一方面由于高等级的金属软密封蝶阀41的良好密封性，也最大限度地降低了管径内的附加渗漏，保证测试空气渗漏特性检测的准确性。同时，考虑到产品性能良好，特别是上述高等级的金属软密封蝶阀41的良好密封性，降低了管路内部的附加渗漏，以致进入测试腔体8的空气流量非常小，压力控制不容易稳定，为此，在空气流量传感器51之前的主风管10上设置一个快速切断阀42，如果系统本身的泄漏量非常小，可以将快速切断阀42打开一定角度，造成人为泄漏，使压力控制比较容易稳定，从而不影响实际泄漏的检测。
从上述可知，在高压离心风机3一定的转速下得到一定的风量和风压的空气，然后四套各自独立并相同的气动调节蝶阀21、22、23、24加阀门定位器25、26、27、28采用来自压缩空气机的压缩空气(图中未示出)可各自独立地调节阀板212、222、232、242的转动角度(以下简称阀位)，从而获得不同的压力状态，如图2、3、4、5、6分别所示的几个特定阀位正压全压、负压全压、正压低压、负压低压、平衡状态。正压全压和负压全压是两个极端的压力状态。在正压全压时，气动调节蝶阀21的阀板212全开，气动调节蝶阀22的阀板222全闭，气动调节蝶阀23的阀板232全开，气动调节蝶阀24的阀板242全闭，从大气抽入的空气通过支风管11然后经高压离心风机3提高风压后，通过支风管13进入测试腔体8。在负压全压时，气动调节蝶阀21的阀板212全闭，气动调节蝶阀22的阀板222全开，气动调节蝶阀23的阀板232全闭，气动调节阀板24的阀板242全开，从测试腔体8中抽入的空气通过支风管12，进风管15，然后经高压离心风机3提高风压后，通过支风管14放入大气。在平衡状态下四个气动调节蝶阀21、22、23、24的阀板212、222、232、242调节至一定阀位，使测试腔体8内的压力与大气相同。从图2～图6中的五种压力状态，还可看出，四个阀板212、222、232、242的阀位一般分别相差90°，但因为四个阀门是各自独立并相同的阀门，故根据实际工况，各个阀门可各自独立调节阀板的阀位来满足要求，例如，在进行压力控制时，根据实际工况，各个阀门可各自独立调节上述阀板的阀位，给予相应的附加流量，以满足一定压力下所要求的一定流量，从而避免“喘振”现象。除上述的五种压力状态外，根据测试腔体8中所需的压力，还可通过气动调节蝶阀21、22、23、24的阀板212、222、232、242的转动角度的调节得到其他的压力状态。
综合上述可知如图1所示的各自独立并相同的气动调节蝶阀21、22、23、24、阀门定位器25、26、27、28、高压离心风机3、主风管10、支风管11～14，进风管15、出风管16，文丘里管17，五孔管18所组成的主动泄压回路，相对于风机减速或停止运转的被动泄压来说，可在风机正常运转的情况下，通过蝶阀中阀板的阀位调节主动进行正负方向的切换，并根据需要对测试腔体8中的压力进行控制。
如图9所示的气动调节蝶阀21的阀板212和阀板轴214再为空芯结构，其中阀板212的两侧板面带有阀板筋213，阀板及阀板筋的材质为不锈钢1Cr18Ni9，阀板轴214的材质为不锈钢2Cr13及1Cr18Ni9。由于阀板和阀板轴的空芯结构，故惯性小，易于快速启动或快速停止转动。
上述的主动泄压回路及空芯结构的阀板212和阀板轴214加上采用了110kW风机变频器(图中未示出)调节高压离心风机3，大大提高了风压控制的灵活性和准确性，从而确保风压曲线的控制周期满足国家标准抗风压测试所需要的5秒为周期的风压变化。
如图7所示，为了保证压力测量精确，在风压调节系统的五孔管18上设置了小量程压力传感器52(±500Pa)及大量程压力传感器53(±15kPa)分别对应抗压试验和空气渗漏试验，所述的安装小量程及大量程两个压力传感器的五孔管位于接近测试腔体8的主风管10上，且空气流量比较小的部位，有利于提高压力检测的稳定性。为了进一步消除空气流动产生的动压的影响，气管182从五孔管18引出后采用金属弯管181连接所述的小量程及大量程两个压力传感器。选用大、小两个量程的压力传感器是为了分别满足压力波动试验时的较高压力水平及空气渗漏试验时的低压力水平的准确检测的需要。由于大、小两个量程压力传感器的量程差别很大，过高的压力会损坏小量程压力传感器52。为此，设置了气动保护球阀43，当进行空气渗漏试验时，打开气动保护球阀43，采用小量程压力传感器52进行压力检测；当进行压力波动试验时，关闭气动保护球阀43，切断小量程压力传感器52，采用大量程压力传感器53进行压力检测。
如图8所示，定位器251，气缸252及气动调节蝶阀21同轴相连，具有联动的功能。当角度传感器54检测出气动调节蝶阀21中阀板(图中未标出)的实际转动角度后，将该信息通过导线(图中未示出)传递给比较器55，比较器55将该信息与从PLC控制系统9接收到的指令阀板，转动角度的信息进行比较，并将比较得出阀板转动角度的差值信息通过导线(图中未示出)传递给定位器251。定位器251根据该阀板转动角度的差值信息控制压缩空气管(图中未示出)中的空气正负流向等参数，从而控制气缸252往复运动方向，并通过机械连接轴29的同轴联动作用将阀板转动至需要的角度。风压调节系统1在实际操作中控制压力的主要步骤为PLC控制系统9将高压离心风机3的110kW风机变频器(图中未示出)设定到所要求的一个频率点，使风机3具有一定的相应转速，然后由PLC控制系统9直接控制四套各自独立并相同的气动调节蝶阀21、22、23、24的阀位进行压力调节来满足建筑幕墙在空气渗漏性测试、雨水渗漏性测试以及抗风压特性测试时，测试腔体8中所需的压力状态。
权利要求1.一种装备各自独立并相同的阀门加阀门定位器的风压调节系统，包括PLC控制系统，变频器、控制电路、风机、主和支风管、风压、阀门、其特征在于所述风压调节系统中，在2条通大气的支风管及2条通过主风管与测试腔体相连通的支风管上分别装置四套各自独立并相同的气动调节蝶阀加阀门定位器在主风管上接近测试腔体的前面装置了五孔管，在五孔管的一个孔上，设置了小量程压力传感器及大量程压力传感器；所述五孔管的前面装置了快速切断阀；在快速切断阀和五孔管之间的主风管上还设置了高等级的金属软密封阀；在进风管和出风管之间装置的风机是高压离心风机。
2.如权利要求1所述的装备各自独立并相同的阀体加阀门定位器的风压调节系统，其特征在于所述的气动调节蝶阀的阀板是两侧板面带筋的空芯结构，材质为不锈钢1Cr18Ni9，阀门轴是空心轴，材质为不锈钢2Cr13及Cr18Ni9。
3.如权利要求1所述的装备各自独立并相同的阀门加阀门定位器的风压调节系统，其特征在于，在五孔管上设置的小量程压力传感器的量程为±500Pa，大量程压力传感器的量程为±15kPa，在小量程压力传感器之前设置了一个气动保护球阀。
4.如权利要求3所述的装备各自独立并相同的阀门加阀门定位器的风压调节系统，其特征在于，从五孔管的一个孔上引出气管，该气管通过一带分支的金属弯管连接小量程压力传感器及大量程压力传感器。
5.如权利要求1所述的装备各自独立并相同的阀门加阀门定位器的风压调节系统，其特征在于，在主风管上平行并连通地安装了一文丘里管，所述文丘里管中部装置了一空气流量传感器。
6.如权利要求1所述的装备各自独立并相同的阀门加阀门定位器的风压调节系统，其特征在于，阀门定位器由定位器和气缸组成，定位器，气缸和气动调节蝶阀中的阀板轴以连接轴进行同轴机械连接。
7.如权利要求5所述的装备各自独立并相同的阀门加阀门定位器的风压调节系统，其特征在于，定位器通过压缩空气管与压缩空气机相连，另外，气动调节蝶阀，定位器、气缸通过导线与PLC控制系统相连形成风压控制电路。
8.如权利要求1所述的装备各自独立并相同的阀门加阀门定位器的风压调节系统，其特征在于，所述高压离心风机以导线与一风机变频器相连。
专利摘要一种装备各自独立并相同的阀门加阀门定位器的风压调节系统包括PLC控制系统、变频器、控制电路，风机、风管、阀门等部件。其中，四套各自独立并相同的气动调节蝶阀加阀门定位器、变频器、高压离心风机及风管等部件所组成的主动泄压回路结合空芯结构的阀板及阀板轴大大提高了风压控制的灵活性和准确性使风压曲线的控制周期满足五秒为周期的国标要求。靠近测试腔体的大小两个量程的压力传感器分别满足不同情况的压力检测的需要。在主风管上设置文丘里管和金属软密封阀，最大限度地降低了管路内部的附加渗漏，大幅度提高空气流量检测的精度，必要时，还可打开快速切断阀造成人为泄漏，从而控制稳定的压力，不影响实际泄漏的检测。
文档编号G05B19/05GK2859601SQ20052004682
公开日2007年1月17日 申请日期2005年11月23日 优先权日2005年11月23日
发明者陆津龙, 徐勤, 鲍德波, 王冰, 戴晓冬 申请人:上海市建筑科学研究院有限公司