具有测量流量功能的蝶形阀和用它测量流量的方法技术

一种能测量从中流过的流体流量的蝶形阀，包括一个主体、一根可旋转地固定于主体上的阀门柱、固定在阀门柱上且可旋转地安装在主体中的阀门部件、检测阀门开启位置的阀门开启位置检测装置，以及检测由于流体流过而作用于围绕阀门柱的阀门部件上的动态转矩的转矩检测装置。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种蝶形阀，特别是一种具有测量流经该蝶形阀的流体流量的功能的蝶形阀。本专利技术还涉及用蝶形阀测量流量的方法，以及用蝶形阀控制流量的方法。一般情况下，蝶形阀有一个阀门部件，它安装在主体之中，能够旋转，并且固定在一根阀门柱上，该阀门柱可旋转地固定在主体上。从主体外面通过手动或借助于气动或电动致动器操作阀门柱来旋转阀门部件，这样便改变了阀门的开启位置。通过测量装置检测流量及根据测得的流量改变阀门的开启位置，就能够控制流经蝶形阀中的流体的流量。这种测量是靠例如流量计完成的，它独立于蝶形阀，并且安装在蝶形阀的附近。在这种情况下，流量计测得的流量便被认为是流经蝶形阀的流体的流量。用于此项目的典型的流量计是压差型流量计，由一个孔板及一个压力传感器组成，孔板设在装有蝶形阀的管中，传感器能检测到孔板两边、即上游及下游之间的压力差。流量由检测到的压差△P及容量系数(Cv值)确定，容量系数是孔板特有的一个常量，事先例如通过实验决定。为了使系统的结构紧凑，作为对由孔板和压力传感器组成的上述压差型流量计的一种改进，有一种采用蝶形阀本身作为孔板的组合系统。也就是说，这种组合系统由一个能够检测蝶形阀两边流体压差的压力传感器以及检测蝶形阀的阀门开启位置的装置所组成。作为该蝶形阀和阀门开启位置函数的容量系数(Cv)值)，事先例如通过实验决定。这样，从检测到的压差△P和对应于检测到的阀门开启位置的容量系数Cv的值，便可确定流量。这种组合系统由本申请的相同的申请人在日本专利未审查公开号62-270873中提出。另外一种类似于上述具有蝶形阀和压力传感器的组合系统的组合系统由日本技术未审查公开号62-1117公开，它用来测量流经也起上述孔板作用的闸阀的流体流量。这样，这种组合系统就包括一个能够检测闸阀两边压差的压力传感器以及检测闸阀抬起时的阀门位置的装置。作为闸阀抬起时阀门位置函数的容量系数(Cv值)，事先例如通过实验决定。这样，从检测到的压差△P和对应于检测到的抬起的阀门位置的容量系数Cv，确可确定流量。不同于上述压差型流量计的流量计，也被采用了。例如已知有一种系统，其中与导电流体摆成一行的蝶形阀阀门开启位置是根据由独立地放置于蝶形阀附近的电磁流量计测得的流体流量控制的。通常认为，用来旋转阀门部件及将其固定于一个所要求的阀门开启位置的转矩最好小一些，因为较小的转矩需要较小的外部驱动转矩，因此也就需要较小的致动器。从灵活性的观点来看，也是转矩小一些好。基于以上看法，为了减小由于流体流经蝶形阀而加到围绕阀门柱的阀门部件上的动态转矩，人们进行了认真的研究和设计。例如，同-申请人在日本专利未审查公开号55-142169和56-28355中提出了能够减小外部驱动转矩的装有阀座环的蝶形阀。已知的蝶形阀，包括以上所提到的蝶形阀，其作用仅仅是节流-阀门部件限制流体流动。这样，为了使蝶形阀能够调节和控制流量，除了阀门部件之外，还必须在流体流动的路经安装合适的、用于测量流量的装置。包括测量流量的装置在内的蝶形阀系统因此而使得流体通路结构复杂，不能满足小型设计的要求。还要指出，由于流量不是直接测得的或者是在与蝶形阀隔开一定距离的位置上测得的，所以在由流量计测得的流量和通过蝶形阀的实际流量之间便存在着数量上的和时间上的误差。因此，要精确地测得和控制流量是非常困难的。本专利技术旨在提供一种蝶形阀，它除了有节流的作用外，还有测量流量的作用。更具体地说，本专利技术的第一个目的是指供一种蝶形阀，它的阀门部件和阀门柱能够起到用于测量流量的传感器的作用。本专利技术的第二个目的是指供一种测量流经蝶形阀的流体流量的方法，其中蝶形阀的阀蝶部件和阀门柱能起传感器作用。为了达到本专利技术的第一个目的，具有测量流经所说的蝶形阀的流体流量功能的蝶形阀包括一个主体;可旋转地固定在上述主体上的一根阀门柱;固定在上述阀门柱上且可旋转地安装在上述主体中的一个阀门部件;一个阀门开启检测装置，用于检测上述蝶形阀的阀门开启位置;以及一个转矩检测装置，用于检测由于流体流过而作用于围绕上述阀门柱的阀门部件上的动态转矩。为了达到本专利技术的第二个目的，测量流经蝶形阀的流体流量的方法包括以下步骤;检测上述蝶形阀的阀门开启位置;检测由于流体流过而加到围绕上述阀门柱的阀门部件上的动态转矩;以及确定作为上述被检测到的阀门开启位置明动态转矩的函数的流量。本专利技术人所做的实验表明，只要在同样的条件下对同样的流体进行测量，流经蝶形阀的流体流量实质上一定能够通过阀门的开启位置、由于流体流过而加到围绕阀门柱的阀门部件上的动态转矩以及每一个蝶形阀的特性而确定。因此，在本专利技术的蝶形阀中，由于阀门的开启位置是由阀门开启位置检测装置检测到的，因流体流过而加到围绕阀门柱的阀门部件上的动态转矩是由转矩检测装置检测到的，一旦事先得到流量和阀门开启位置、每个蝶形阀所特有的动态转矩之间的关系，就可能从检测到的阀门开启位置和动态转矩确定流量。一般说来，只要流体的类型和流动条件不变，流经蝶形阀的流体流量是受蝶形阀两边即其上游和下游侧之间的压差以及蝶形阀的特性支配的。因此，流量Q可以用下面的公式(1)表示为变量θ(阀门开启角)和△P(压差)的函数FQ＝F(θ，△P)……(1)函数F根据此如阀门部件的直径、形状等因素决定。容易理解，当阀门开启角θ和压差△P的一项或两项增加时，函数F的值也增加。因此，一旦通过实验式理论分析得到函数F，就可以通过测量阀门开启角θ和压差△P并将测量值代入预定的函数F而确定流量Q。本专利技术人注意到根据流量的变化，由于流体流过而加到围绕阀门柱的阀门部件上的动态转矩也在变化。因此下面讨论公式(2)给出的函数G，变量为阀门开启角θ和动态转矩T，用以替换前面的函数F。Q＝G(θ，T)……(2)为了获得这一函数，本专利技术人进行了步骤为ⅰ)至ⅶ)的下列实验ⅰ)给蝶形阀加一个所要求的压差△P;ⅱ)测量开启角θ、转矩T以及流经蝶形阀的流体流量Q;ⅲ)测量和记录固定开启角θ时而由压差△P的变化引起的转矩T和流量Q的变化;ⅳ)变化开启角θ一个适当的角度，进行与步骤ⅲ)同样的测量并记录;ⅴ)以间隔△θ从0°至90°变化开启角，重复进行步骤ⅲ)和ⅳ)的测量并记录;ⅵ)对于不同种类的流体，需要进行步骤ⅰ)至ⅴ)的实验;ⅶ)对于多个蝶形阀，进行步骤ⅰ)至ⅵ)的实验。从步骤ⅰ)至ⅶ)的实验结果可知，函数G实际上得到了。因此，通过适当的插值法填补缺少的数据或采用适当的近似表达式，就可以以经验公式的形式确定作为每个蝶形阀的特性的函数G。结果，采用特定的函数G，即使不去测量压差△P，也能通过测量阀门开启角θ和动态转矩T而确定流经蝶形阀的流体流量Q。对函数G的存在和它的实际确定将给予理论上的说明。一般来说，蝶形阀的阀门开启角θ和Cv值(蝶形阀的容量系数)之间存在着函数关系，而Cv值又是变量Q(流量)和△P(压差)的函数。阀门开启角θ和Cv值(实际转矩系数)之间也存在着函数关系，而Cu值又是变量T(动态转矩)和△P(压差)的函数。这样，Cv值和Cu值分别由变量Q、△P的函数f和变量T、△P的函数g表示，如下面的公式(3)和(4)所示Cv＝f(Q，△P)……(3)Cu＝g(T，△P)……(4)假定以下公式(5)和(6)的条件满足(其中Cv值和Cu值分别由变量Q本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有测量流经所说的蝶形阀的流体流量功能的蝶形阀，其特征在于包括：一个主体；可旋转地固定在上述主体上的一根阀门柱；固定在上述阀门柱上且可旋转地安装在上述主体中的一个阀门部件；一个阀门开启位置检测装置，用于检测上述蝶形阀的阀 门开启位置；以及一个转矩检测装置，用于检测由于流体流过而作用于围绕上述阀门柱的阀门部件上的动态转矩。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：河合康治，
申请(专利权)人：株式会社巴技术研究所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]