[發(fā)明專利]一種壓差控制閥及使用該閥的反重力鑄造壓力控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200610104417.8
• 申請日: 2006-07-31
• 公開（公告）號: CN101116905A
• 公開（公告）日: 2008-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王猛;黃衛(wèi)東;林鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B22D17/32
• 分類號: B22D17/32
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心
• 代理人: 慕安榮

一、技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于流體壓力調(diào)節(jié)閥領(lǐng)域，是一種壓差控制閥及使用該閥的反重力鑄造壓力控制方法。

二、背景技術(shù)

膜片式調(diào)節(jié)閥是一種流體流量及壓力控制中常用的閥門結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)有調(diào)節(jié)閥中通常使用一個膜片或活塞結(jié)構(gòu)接受控制端施加的壓力，并在壓力控制下驅(qū)動閥芯在閥體內(nèi)的動作，實現(xiàn)閥門的開閉并進(jìn)而實現(xiàn)閥門開度的控制。如專利文件ZL02274971.3提出的一種壓力鑄造用薄膜調(diào)節(jié)閥，通過接受來自于閉環(huán)反饋系統(tǒng)的控制信號并進(jìn)而實現(xiàn)膜片的上下移動并帶動閥芯動作獲得不同的閥門開度。這種薄膜調(diào)節(jié)閥已經(jīng)在多個行業(yè)中得到應(yīng)用，其缺點(diǎn)在于需要一個閉環(huán)反饋系統(tǒng)向其輸入壓力信號，因而難以直接實現(xiàn)壓差的反饋和控制，也難于直接實現(xiàn)閥門開啟壓差閾值的預(yù)設(shè)。

使用現(xiàn)有調(diào)節(jié)閥進(jìn)行壓力或流量控制時，由于其僅接受一路壓力的輸入作用，因而通常只能實現(xiàn)單路壓力或流量的控制。對于某些需要在兩個流體回路之間控制一定壓差的使用場合，則需要使用前級傳感裝置對壓差數(shù)值進(jìn)行檢測，進(jìn)而調(diào)整調(diào)節(jié)閥的輸入壓力，控制不同的調(diào)節(jié)閥開度，功能實現(xiàn)較為復(fù)雜。

利用專利文件ZL01807958.X所提出的一種自動調(diào)節(jié)閥，可以通過判斷兩路壓力的大小并進(jìn)而控制閥門的通斷，但這種閥門僅僅是比較兩路壓力的大小而非壓差的數(shù)值，難以實現(xiàn)閥門開啟壓差的調(diào)整，同時使用這種閥門也不能實現(xiàn)高精度的流量控制。

使用自力式壓差控制閥也可以實現(xiàn)壓差的控制，但壓差值的調(diào)整不便，同時自力式壓差控制閥多用于精確度要求不高且響應(yīng)速度較快的場合，對于被控對象響應(yīng)滯后明顯的場合并不適合。

如對于國防專利申報文件200410029119.8所述及的一種反重力鑄造壓力控制系統(tǒng)來說，需要在控制中實現(xiàn)反重力鑄造機(jī)上下壓室壓力的控制并在其間建立一定大小的壓差，以驅(qū)動金屬液在可控的壓差條件下完成充型和凝固。在壓差控制的過程中，要求上下壓室的壓差能夠穩(wěn)定的控制在某限值以內(nèi)，從而避免上下壓室壓差過大導(dǎo)致鑄型破壞或充型失敗。在這一例子中使用現(xiàn)有膜片式調(diào)節(jié)閥會導(dǎo)致氣路構(gòu)造復(fù)雜，如現(xiàn)有技術(shù)中使用了四個調(diào)節(jié)閥來實現(xiàn)兩個壓室的壓力控制并進(jìn)而實現(xiàn)一定的壓差，控制難度較大，當(dāng)系統(tǒng)控制特性不良時可能出現(xiàn)明顯的超調(diào)現(xiàn)象，從而導(dǎo)致壓差超限并造成事故。而使用現(xiàn)有壓差控制閥難于實現(xiàn)便利的壓差調(diào)節(jié)，同時鑄造壓室壓力對氣路壓力的明顯滯后也使得現(xiàn)有的壓差控制閥難于應(yīng)用。

三、發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有膜片式調(diào)節(jié)閥僅能通過檢測單路壓力并進(jìn)而控制單路流量或壓力，同時難以直接實現(xiàn)可調(diào)壓差控制的問題，本發(fā)明提出了一種壓差控制閥及其在反重力鑄造壓力控制中的使用方法。

本發(fā)明中的壓差控制裝置包括壓差閾值調(diào)整器、壓差比較器和調(diào)節(jié)閥。壓差閾值調(diào)整器由調(diào)節(jié)手柄和彈簧構(gòu)成，通過調(diào)節(jié)手柄對彈簧一端施加預(yù)緊力，以實現(xiàn)可調(diào)的預(yù)設(shè)閥門開啟閾值。壓差比較器是由上膜室蓋、膜片和下膜室蓋構(gòu)成的空腔殼體，膜片位于膜室中間，其外側(cè)與上膜室蓋和下膜室蓋固定連接在一起，形成上膜室與下膜室兩個相互隔離的腔體；上膜室蓋和下膜室蓋上有測壓口；膜片的中心有閥桿通孔。壓差調(diào)節(jié)閥由閥桿、閥蓋、閥體、閥芯構(gòu)成，倒三角形的閥芯被吊裝在閥桿的端頭，置于閥蓋和閥體內(nèi)部，并穿過壓差比較器中的膜片與彈簧另一端連接；同時閥桿穿透膜片中心通孔時與膜片固定連接，同時確保上膜室與下膜室之間的密封。

本發(fā)明中，調(diào)節(jié)閥中閥芯的運(yùn)動由膜片接受到的壓差和彈簧預(yù)緊力共同驅(qū)動：當(dāng)通過壓差閾值調(diào)整器預(yù)設(shè)閥門開啟閾值，使閥桿產(chǎn)生向下的力，若此時膜片室無壓差，則膜片在閥桿的帶動下，產(chǎn)生變形向下運(yùn)動，使位于閥桿端頭的閥芯向下運(yùn)動，將閥體封閉，使調(diào)節(jié)閥進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)；若上膜室和下膜室的壓差值足以抵消彈簧的作用力時，壓差控制閥進(jìn)入開啟狀態(tài)，同時可根據(jù)測得壓差與預(yù)設(shè)閾值之間的偏差大小自動實現(xiàn)閥門開度的控制，閥門的開度取決于偏差的大小以及彈簧、膜片結(jié)構(gòu)的彈性模量，從而實現(xiàn)流體流量和壓差的有效控制。

在本發(fā)明中，還提出了一種使用上述壓差控制閥的反重力鑄造壓力控制方法。實現(xiàn)此控制方法的裝置連接方式是：將壓力主控閥連接于高壓氣罐和主機(jī)下壓室之間，將壓差控制閥連接于高壓氣罐和主機(jī)上壓室之間，并將反重力鑄造主機(jī)的上、下壓室通過管路分別與壓差控制閥中的上、下測壓口連接，通過壓力主控閥控制反重力鑄造主機(jī)下壓室的壓力，通過上述的壓差控制閥檢測反重力鑄造主機(jī)兩壓室之間的壓差，依據(jù)兩壓室壓差與設(shè)定閾值的比較結(jié)果控制氣體進(jìn)入另一壓室的流量，將上下壓室的壓差控制在適當(dāng)?shù)姆秶畠?nèi)。

具體控制過程是：