[發明專利]一種超寬量程精密定量調節閥、流量控制系統和流量控制方法

在審

• 申請號: 201811535796.5
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN109681659A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 陳濱江;楊曉林;吳嘉秾;文遠釗;周霽
• 申請（專利權）人: 武漢天之淥科技有限公司
• 主分類號: F16K5/04
• 分類號: F16K5/04;F16K5/06;F16K31/12
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 俞鴻;高炳龍

本發明專利公開了一種超寬量程精密定量調節閥、流量控制系統和流量控制方法，其包括角行程電動執行機構、連接體、閥體、帶動閥芯運動的閥桿，和設置于閥體內的特制閥芯。閥芯上設置導通部和截止部，導通部上加工有貫穿流通孔；當閥桿帶動閥芯旋轉由截止變為導通時，閥芯的轉角增量為Δθ，閥芯上貫穿流通孔的導通量增量為ΔS，Δθ/ΔS＝K，K為一個常數。本發明結構簡單、安裝使用方便，其通過保證閥門的流通截面積與角行程調節閥的旋轉角度成線性比例關系，從而使得閥門具有超小流量起控、控制精度極高、量程比大的特點，以該調節閥為流量精密控制的執行機構，以及流量控制器、動力驅動源、流量計一起可組成一個精密流量定量控制的系統。

技術領域

本發明涉及一種定量調節閥，屬于閥門技術領域，尤其涉及一種超寬量程精密定量調節閥及含有該調節閥的流量控制系統和流量控制方法。

背景技術

目前，工業控制一般采用電動調節閥作為自動化控制的最終執行部分，其閥門開度從25％到80％即可滿足控制要求，閥門在開度為25％以下時閥門基本關閉，但閥門一旦開啟，在管路壓力的推動下，即使是小口徑的精小型單座直通閥(DN10口徑的調節閥的流量系數KV＝1.6)，通過閥門的流量起點就可以達到幾百升/時；一般調節閥理論設計的可調比為30:1，但在串聯管路運行環境條件下實際可調比只能夠到5:1左右，這個可調比基本可以滿足在工業定值控制的需要；而對于一些特殊的工業應用領域，一般均有精密定量投加控制的要求，如自來水生產的藥劑投加、化工制藥生產過程的定量藥劑投加或多種藥劑的配比投加等。而由于調節閥的流量較大、閥門的開度范圍有限，因此調節的分辨率較粗，因此很難將其應用于精度要求高的定量投加場合。以工業控制常用的角行程O型電動調節閥為例，其閥芯為一個圓球，中間開了一個圓孔，隨著角行程執行機構的旋轉，帶動閥芯旋轉，閥門的開度增加，流通截面積逐漸加大，流通形狀從小橢圓到大橢圓到正圓，流通面積為最大，再繼續旋轉，流通截面積又逐漸變小，最后到截止關閉。隨著角行程電動執行機構的旋轉，流量變化是一個從小到大又變小的過程，但流量變化是一個非線性而且初始可控流量不可能很小。顯然，一般調節閥無法滿足特定條件下需要的具有超小流量起控、較大的實際可調比、精細的控制流量分辨率和大范圍定量控制的要求。

目前，現有技術中精密定量投加的場合一般多采用計量泵。計量泵是一種往復式運轉的容積泵，能夠定量輸送液體的設備，它主要通過對其沖程(改變容積大小)和頻率(改變往復運轉速度)的調節來改變輸送液體的量。其頻率的調節范圍為20Hz-50Hz，沖程的調整范圍為10％-100％。

理論上計量泵的流量計算公式為：Qi＝Q_S(F×X)/(50×100)

式中，Qi為實際流量，Q_S為計量泵的最大量程，F為計量泵實際運行頻率，X為計量泵實際運行沖程。

從長期運行實踐看，計量泵存在下列問題：

1、計量泵定量控制精度不高(5％)，計量泵尤其是國產計量泵實際輸送流量與其理論計算值比較，存在比較嚴重的非線性，計量泵長時間運行，隔膜劣化也導致流量特性畸變。

2、計量泵是一個不間斷往復運行的容積泵，隨著計量泵的運行時間不斷增加，機械磨損會增加，隔膜劣化程度也增加(一般兩年要更換一次隔膜)，因此維修成本高，使用壽命有限。

3、計量泵還有一個致命的弱點是量程范圍仍然有限(最大10:1)，這樣大計量泵無法完成小流量控制，而小量程計量泵又無法完成較大流量的輸送問題。一般工業設計和設備配置時考慮極限情況一般選用大計量泵，而在多數需要小流量控制時計量泵很難正常工作，給使用方帶來極大的不便。

4、采用計量泵作為流量控制基本上都是開環控制，即使帶有流量監測裝置，隨著現場條件的變化，流量也會發生變化。一般波動較大，因此采用計量泵作為精密流量控制存在問題較多。

綜上，亟待開發一種替代計量泵的能夠微小流量起控、超寬量程、精密流量定量控制的投加設備以滿足特定用戶的需要。