[发明专利]一种超宽量程精密定量调节阀、流量控制系统和流量控制方法

说明书

本发明专利公开了一种超宽量程精密定量调节阀、流量控制系统和流量控制方法，其包括角行程电动执行机构、连接体、阀体、带动阀芯运动的阀杆，和设置于阀体内的特制阀芯。阀芯上设置导通部和截止部，导通部上加工有贯穿流通孔；当阀杆带动阀芯旋转由截止变为导通时，阀芯的转角增量为Δθ，阀芯上贯穿流通孔的导通量增量为ΔS，Δθ/ΔS＝K，K为一个常数。本发明结构简单、安装使用方便，其通过保证阀门的流通截面积与角行程调节阀的旋转角度成线性比例关系，从而使得阀门具有超小流量起控、控制精度极高、量程比大的特点，以该调节阀为流量精密控制的执行机构，以及流量控制器、动力驱动源、流量计一起可组成一个精密流量定量控制的系统。

技术领域

本发明涉及一种定量调节阀，属于阀门技术领域，尤其涉及一种超宽量程精密定量调节阀及含有该调节阀的流量控制系统和流量控制方法。

背景技术

目前，工业控制一般采用电动调节阀作为自动化控制的最终执行部分，其阀门开度从25％到80％即可满足控制要求，阀门在开度为25％以下时阀门基本关闭，但阀门一旦开启，在管路压力的推动下，即使是小口径的精小型单座直通阀(DN10口径的调节阀的流量系数KV＝1.6)，通过阀门的流量起点就可以达到几百升/时；一般调节阀理论设计的可调比为30:1，但在串联管路运行环境条件下实际可调比只能够到5:1左右，这个可调比基本可以满足在工业定值控制的需要；而对于一些特殊的工业应用领域，一般均有精密定量投加控制的要求，如自来水生产的药剂投加、化工制药生产过程的定量药剂投加或多种药剂的配比投加等。而由于调节阀的流量较大、阀门的开度范围有限，因此调节的分辨率较粗，因此很难将其应用于精度要求高的定量投加场合。以工业控制常用的角行程O型电动调节阀为例，其阀芯为一个圆球，中间开了一个圆孔，随着角行程执行机构的旋转，带动阀芯旋转，阀门的开度增加，流通截面积逐渐加大，流通形状从小椭圆到大椭圆到正圆，流通面积为最大，再继续旋转，流通截面积又逐渐变小，最后到截止关闭。随着角行程电动执行机构的旋转，流量变化是一个从小到大又变小的过程，但流量变化是一个非线性而且初始可控流量不可能很小。显然，一般调节阀无法满足特定条件下需要的具有超小流量起控、较大的实际可调比、精细的控制流量分辨率和大范围定量控制的要求。

目前，现有技术中精密定量投加的场合一般多采用计量泵。计量泵是一种往复式运转的容积泵，能够定量输送液体的设备，它主要通过对其冲程(改变容积大小)和频率(改变往复运转速度)的调节来改变输送液体的量。其频率的调节范围为20Hz-50Hz，冲程的调整范围为10％-100％。

理论上计量泵的流量计算公式为：Qi＝Q_S(F×X)/(50×100)

式中，Qi为实际流量，Q_S为计量泵的最大量程，F为计量泵实际运行频率，X为计量泵实际运行冲程。

从长期运行实践看，计量泵存在下列问题：

1、计量泵定量控制精度不高(5％)，计量泵尤其是国产计量泵实际输送流量与其理论计算值比较，存在比较严重的非线性，计量泵长时间运行，隔膜劣化也导致流量特性畸变。

2、计量泵是一个不间断往复运行的容积泵，随着计量泵的运行时间不断增加，机械磨损会增加，隔膜劣化程度也增加(一般两年要更换一次隔膜)，因此维修成本高，使用寿命有限。

3、计量泵还有一个致命的弱点是量程范围仍然有限(最大10:1)，这样大计量泵无法完成小流量控制，而小量程计量泵又无法完成较大流量的输送问题。一般工业设计和设备配置时考虑极限情况一般选用大计量泵，而在多数需要小流量控制时计量泵很难正常工作，给使用方带来极大的不便。

4、采用计量泵作为流量控制基本上都是开环控制，即使带有流量监测装置，随着现场条件的变化，流量也会发生变化。一般波动较大，因此采用计量泵作为精密流量控制存在问题较多。

综上，亟待开发一种替代计量泵的能够微小流量起控、超宽量程、精密流量定量控制的投加设备以满足特定用户的需要。