一种大型球阀的开度精准控制系统和控制方法与流程

1.本发明涉及球阀技术领域，尤其涉及一种大型球阀的开度精准控制系统和控制方法。


背景技术：

2.现在水厂滤池通常采用“恒水位过滤控制”的方式运行。过滤时通过超声波液位计实时监测滤池水位变化，而为了实现滤池的恒水位过滤,v滤池出水阀门需根据池面液位变化保持较频繁调节阀门开度大小，进行压力切换的调节阀来实现对管网压力的调节。另外水厂输出的供水管网由于漏损成因复杂、影响因素多，供水管网控漏降漏任务十分艰巨，供水管网漏损不仅导致水资源的浪费，也易引起路面塌陷等次生灾害，是影响供水安全和公共安全的重要因素，而当供水管网压力降低时，能明显减少管网跑冒滴漏的现象，但是目前国内市场上减压阀均是只能设定为固定出口压力，不能按照现场实际需求进行调节管道压力。


技术实现要素：

3.本发明要解决上述现有技术存在的问题，提供一种大型球阀的开度精准控制系统，方便调整阀门开度，自动切换出口压力和流量，对管网压力和流量的调节，实现精准、稳定的控制出口压力和流量的效果。
4.本发明解决其技术问题采用的技术方案：一种大型球阀的开度精准控制系统，包括控制模块、阀体、第一阀杆和设于阀体内的阀球，所述第一阀杆的一端与阀体内的阀球固定连接，另一端与阀体外的第一电动执行器相连接，所述阀体内设有转动安装阀球的阀腔，阀体的一端设有与阀腔导通的介质进口通道，另一端设有与阀腔导通的介质出口通道，所述阀球上设有横向贯通的第一阀孔，所述第一阀孔的中部下方转动安装有阀盘，阀盘的底部固定连接有第二阀杆，第二阀杆的一端与阀体外的第二电动执行器相连接，阀盘上设有横向贯通的第二阀孔，所述第一阀孔和第二阀孔的横截面形状均为长方形，所述阀球和阀盘上分别设有第一开度传感器和第二开度传感器，所述第一电动执行器、第二电动执行器，第一开度传感器和第二开度传感器均电性连接于控制模块。
5.为了进一步完善，所述第一电动执行器用于接收第一开度控制电信号来驱动第一阀杆的转动角度来控制阀球的开度，所述第一开度传感器用于检测阀球的转动角度并输出第一开度值，所述第二电动执行器用于接收第二开度控制电信号来驱动第二阀杆的转动角度来控制阀盘的开度，所述第二开度传感器用于检测阀盘的转动角度并输出第二开度值，所述控制模块用于接收第一开度值和第二开度值计算来开度面积并输出第一开度控制电信号和第二开度控制电信号。
6.进一步完善，所述介质进口通道和介质出口通道上分别设置有第一流量压力传感器和第二流量压力传感器，第一流量压力传感器和第二流量压力传感器均与控制模块电性连接，控制模块包括无线通讯模块、电源模块和单片机控制器。
7.进一步完善，所述阀球的底部设有安装阀盘的定位孔，定位孔上横向贯通设置有与第二阀孔适配的第三阀孔。
8.进一步完善，所述第一开度传感器和第二开度传感器均为旋转式磁编码器，旋转式磁编码器包括磁性编码盘和磁阻传感器，磁性编码盘固定安装在阀球顶部或阀盘底部表面，磁性编码盘圆周上均匀分布有若干个磁极，所述磁阻传感器固定安装在阀体上且其读取头与磁极相配合。
9.进一步完善，还包括安装在阀后水池上的液位传感器，液位传感器与控制模块电性连接。
10.一种大型球阀的开度精准控制方法，包括以下步骤：
11.s1、依据阀后水池或罐体上的液位传感器检测的实际液位高度值和预期液位高度值的差值，结合水池或罐体上相应液位处的面积确定需要通过阀门的总流量；
12.s2、阀门上的控制模块根据总流量计算预期阀门开度和预期阀门流量，初步输出第一开度控制电信号和第二开度控制电信号，控制第一电动执行器和第二电动执行器分别将阀球和阀盘转动一定角度，将阀门打开；
13.s3、阀球和阀盘上的第一开度传感器和第二开度传感器实时检测两者转动角度并反馈给控制模块，控制模块计算阀球和阀盘上的第一阀孔、第二阀孔的开度面积之和，即实际阀门开度；
14.s4、阀体的介质进口通道和介质出口通道上的第一流量压力传感器和第二流量压力传感器将检测的阀门前后介质流量和压力反馈给控制模块，得到实际阀门开度和实际阀门流量、压力及其相应的比例关系；
15.s5、控制模块根据实际阀门开度和预期阀门开度的差值、预期阀门流量和实际阀门流量的差值和其比例关系，计算所需开度增量，二次输出第一开度控制电信号和第二开度控制电信号。
16.本发明有益的效果是：本发明的球阀开度控制系统和方法，引入阀盘转动开度，依据第一开度传感器和第二开度传感器、控制模块计算阀球和阀盘上的第一阀孔、第二阀孔的开度面积之和，即实际阀门开度，再由控制模块根据实际阀门开度和预期阀门开度的差值、预期阀门流量和实际阀门流量的差值和其比例关系，方便调整阀门开度，自动切换出口压力和流量，对管网压力和流量的调节，实现精准、稳定的控制出口压力和流量的效果。
附图说明
17.图1为本发明的系统结构示意图；
18.图2为本发明的方法原理示意图。
19.附图标记说明：1、阀体，11、介质进口通道，12、介质出口通道，13、第一阀杆，14、阀球，141、第一阀孔，142、定位孔，143、第三阀孔，15、阀盘，151、第二阀孔，16、第二阀杆，2、控制模块，21、第一电动执行器，22、第二电动执行器，23、第一开度传感器，24、第二开度传感器，25、第一流量压力传感器，26、第二流量压力传感器。
具体实施方式
20.下面结合附图对本发明作进一步说明：
21.参照附图1：本实施例中一种大型球阀的开度精准控制系统，包括控制模块2、阀体1、第一阀杆13和设于阀体1内的阀球14，所述第一阀杆13的一端与阀体1内的阀球14固定连接，另一端与阀体1外的第一电动执行器21相连接，第一电动执行器21可以驱动第一阀杆13正反转动，控制阀球14在0-90度的范围内的转动角度，所述阀体1内设有转动安装阀球14的阀腔，阀体1的一端设有与阀腔导通的介质进口通道11，另一端设有与阀腔导通的介质出口通道12，所述阀球14上设有横向贯通的第一阀孔141，第一阀孔141两端开口与介质通道重合量大小为阀球14的开度面积，所述第一阀孔141的中部下方转动安装有阀盘15，阀盘15可以设置在第一阀孔141内，也可以设置在第一阀孔141外，阀盘15的底部固定连接有第二阀杆16，第二阀杆16的一端与阀体1外的第二电动执行器22相连接，第二电动执行器22可以驱动第二阀杆16正反转动，控制阀盘15在0-90度的范围内的转动角度，阀盘15上设有横向贯通的第二阀孔151，第二阀孔151两端开口与介质通道重合量大小为阀盘15的开度面积，阀球14和阀盘15的开度面积之和为阀门开度，所述第一阀孔141和第二阀孔151的横截面形状均为长方形，传统球阀的开度面积为两个圆的相交部分，阀球每转一度时开度面积的增量变化较大且不相等，控制不够精准，通孔形状改为长方形后，阀球每转一度时开度面积的变化比较均匀，提高了阀门开度控制的精度，所述阀球14和阀盘15上分别设有第一开度传感器23和第二开度传感器24，可以直接对阀球14和阀盘15的转动角度进行测量，可以减小阀杆形变或松动带来的误差，进一步提高阀门开度控制的精度，所述第一电动执行器21、第二电动执行器22，第一开度传感器23和第二开度传感器24均电性连接于控制模块2。
22.所述第一电动执行器21用于接收第一开度控制电信号来驱动第一阀杆13的转动角度来控制阀球14的开度，所述第一开度传感器23用于检测阀球14的转动角度并输出第一开度值，所述第二电动执行器22用于接收第二开度控制电信号来驱动第二阀杆16的转动角度来控制阀盘15的开度，所述第二开度传感器24用于检测阀盘15的转动角度并输出第二开度值，所述控制模块2用于接收第一开度值和第二开度值计算来开度面积并输出第一开度控制电信号和第二开度控制电信号。
23.所述介质进口通道11和介质出口通道12上分别设置有第一流量压力传感器25和第二流量压力传感器26，第一流量压力传感器25和第二流量压力传感器26均与控制模块2电性连接，控制模块2包括无线通讯模块、电源模块和单片机控制器。第一流量压力传感器25和第二流量压力传感器26可以分别测量阀门前后的流量和压力，提高对实际通过阀门流量测量的精度，方便随时间调节变化阀后的输出压力，例如在夜间将供水管网压力降低，能明显减少管网跑冒滴漏的现象。
24.所述阀球14的底部设有安装阀盘15的定位孔142，阀盘15和定位孔142的配合可以提高阀球14转动的稳定性，定位孔142上横向贯通设置有与第二阀孔151适配的第三阀孔143。第三阀孔143与第二阀孔的重合部位就是阀盘15的开度面积，引入阀盘转动开度，可以实现微调控制，在阀球14上第一阀孔141通过大流量介质时，阀盘15上的第二阀孔151可以进行小流量的变化，可以降低调节阀球开度大小的频率，并实现管网压力的微调节，提高阀门输出流量和阀后压力的稳定性。
25.所述第一开度传感器23和第二开度传感器24均为旋转式磁编码器，旋转式磁编码器包括磁性编码盘和磁阻传感器，磁性编码盘固定安装在阀球14顶部或阀盘15底部表面，磁性编码盘圆周上均匀分布有若干个磁极，所述磁阻传感器固定安装在阀体1上且其读取
头与磁极相配合。因球阀流量特性曲线不是线性，通过智能角度定位器对阀门流量特性进行校正，实现对阀门流量特性的畸变进行补偿，这样就减少了滤后球阀的动作频率。
26.控制系统还包括安装在阀后水池上的液位传感器，液位传感器与控制模块2电性连接。液位传感器用于测量末端所需的流量或压力，主要是为阀门开度提供输入依据，也可以为管网上的其他同类型的传感器。
27.如附图2所示，一种大型球阀的开度精准控制方法，包括以下步骤：
28.s1、依据阀后水池或罐体上的液位传感器检测的实际液位高度值和预期液位高度值的差值，结合水池或罐体上相应液位处的面积确定需要通过阀门的总流量；
29.s2、阀门上的控制模块2根据总流量计算预期阀门开度和预期阀门流量，初步输出第一开度控制电信号和第二开度控制电信号，控制第一电动执行器21和第二电动执行器22分别将阀球14和阀盘15转动一定角度，将阀门打开；
30.s3、阀球14和阀盘15上的第一开度传感器23和第二开度传感器24实时检测两者转动角度并反馈给控制模块2，控制模块2计算阀球14和阀盘15上的第一阀孔141、第二阀孔151的开度面积之和，即实际阀门开度；
31.s4、阀体1的介质进口通道11和介质出口通道12上的第一流量压力传感器25和第二流量压力传感器26将检测的阀门前后介质流量和压力反馈给控制模块2，得到实际阀门开度和实际阀门流量、压力及其相应的比例关系；
32.s5、控制模块2根据实际阀门开度和预期阀门开度的差值、预期阀门流量和实际阀门流量的差值和其比例关系，计算所需开度增量，二次输出第一开度控制电信号和第二开度控制电信号。
33.虽然本发明已通过参考优选的实施例进行了图示和描述，但是，本专业普通技术人员应当了解，在权利要求书的范围内，可作形式和细节上的各种各样变化。