一种精确定风量控制阀门及控制方法与流程

本发明涉及通风空调技术领域，尤其涉及一种精确定风量控制阀门及控制方法。

背景技术：

在生物实验室、负压隔离病房、洁净室等对室内压差要求严格的场所，对于风量的控制精度有严格的要求，通常在设备调试完成后，要求在运行过程中仍能保持风量恒定。但是在实际运行过程中，受各种因素例如压力变化等影响，导致实际风量出现偏差。为此，现有技术中提出了所谓的定风量阀。

现有的定风量阀通常包括两类：一种是在阀体内设置阀片，通过气囊和弹簧片的作用力来抵消气流流动产生的动力，从而保证风管内压力变化时，风量恒定在一定误差内。另一种是在阀体内设置一个可以根据静压自动收缩和膨胀的气囊，使风量在一定的风压范围内保持恒定。但是，以上两种定风量阀均无法实现对风量的精确稳定控制。

因此，需要新的技术，以至少部分地解决现有技术中存在的不足，风量的精确控制和稳定。

技术实现要素：

为了解决现有定风量阀无法实现对风量的稳定控制的问题，提出了一种基于伯努利方程的定风量控制阀门以及控制方法。

根据本发明的一方面，提供一种精确定风量控制阀门，其特征在于，包括：包括：阀体(1)、第一测压管(2)、第二测压管(3)、高压气模室(5)、低压气模室(6)、弹性膜片(7)、滑杆(8)、弹簧(9)、行程显示装置(10)、固定孔板阀片(12)、可移动孔板阀片(13)以及密封件(14)；

其中，第一测压管(2)设置在阀体(1)的进气端，并与高压气模室(5)连通；第二测压管(3)设置在阀体(1)的出气端，并与第二测压管(3)连通；

弹性膜片(7)设置在高压气模室(5)和低压气模室(6)之间，并将高压气模室(5)和低压气模室(6)分隔；滑杆(8)的上端固定在弹性膜片(7)的中央；弹簧(9)套设在低压气模室(6)中的滑杆(8)上，其一端连接滑杆(8)的上端，另一端支撑在行程显示装置(10)上；

密封件(14)固定在阀体(1)上，滑杆(8)依次穿过行程显示装置(10)和密封件(14)进入阀体(1)内部；

固定孔板阀片(12)固定在阀体(1)内部，其上形成有多个通孔；可移动孔板阀片(13)固定连接在滑杆(8)的下端，其上形成有与固定孔板阀片(12)的通孔相对应的多个通孔；

高压气模室(5)和低压气模室(6)之间压差作用于弹性膜片(7)上，由此可驱动滑杆(8)上下移动，并带动可移动孔板阀片(13)上下移动，孔板阀片(13)在移动的过程中，固定孔板阀片(12)与可移动孔板阀片(13)二者上的通孔重合的面积发生变化。

根据本发明的实施方案，其中所述行程显示装置(10)包括刻度盘和行程指针(11)，行程指针固定在滑杆(8)上，随滑杆(8)上下移动从而指示刻度盘上不同的刻度值。当然也可以利用其他的方法来进行指示刻度或者相关数值，例如采用激光检测的方法。

根据本发明的实施方案，所述精确定风量控制阀门还包括阀座(15)，设置在阀体(1)之下并与阀体(1)一起形成密闭空间，可移动孔板阀片(13)的下端能够在该密闭空间中上下移动。

根据本发明的实施方案，在高压气模室(5)和低压气模室(6)之间压差变大时，固定孔板阀片(12)与可移动孔板阀片(13)二者上的通孔重合的面积变小，阀门的有效流通面积变小；在高压气模室(5)和低压气模室(6)之间压差变小时，固定孔板阀片(12)与可移动孔板阀片(13)二者上的通孔重合的面积变大，阀门的有效流通面积变大。

根据本发明的实施方案，固定孔板阀片(12)与可移动孔板阀片(13)上的通孔为圆孔或者规则多边形孔。

根据本发明的实施方案，固定孔板阀片(12)固定在可移动孔板阀片(13)的上游或下游。

根据本发明的实施方案，所述精确定风量控制阀门还包括压力传感器(4)，所述压力传感器(4)设置在第一测压管(2)和第二测压管(3)之间，用于检测第一测压管(2)和第二测压管(3)的压力参数。

根据本发明的另一方面，提供一种用于稳定定风量控制阀门流量的方法，包括利用根据本发明所述的精确定风量控制阀门进行流量控制。

根据本发明的又一方面，提供一种用于稳定定风量控制阀门流量的方法，包括利用阀门上下游压差的变化来改变阀门的有效流通面积。

根据本发明的实施方案，当压差变大时，有效流通面积变小；当压差变小时，有效流通面积变大。

本发明的精确定风量控制阀门和方法，能够实现对风量的稳定控制，消除或减少由于各种因素导致的流量变化，从而提供基本稳定的流量。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。本发明的目标及特征考虑到如下结合附图的描述将更加明显，附图中：

图1为根据本发明实施例的定风量控制阀门的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的定风量控制阀门的另一角度的局部结构示意图；以及

图3为根据本发明实施例的固定孔板阀片与可移动孔板阀片的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都应当属于本申请保护的范围。

参考图1-3，本发明实施方案提供一种精确定风量控制阀门，包括：阀体1、第一测压管2、第二测压管3、压力传感器4、高压气模室5、低压气模室6、弹性膜片7、滑杆8、弹簧9、行程显示装置10(包括行程刻度盘和行程指针11)、固定孔板阀片12、可移动孔板阀片13、密封件14以及阀座15。

高压气模室5与第一测压管2连通，低压气模室6与第二测压管3连通，高压气模室5与低压气模室6被弹性膜片7分隔，弹性膜片7的两侧分别受到高压气模室5和低压气模室6的作用力。弹性膜片7例如可以是橡胶膜片或者复合膜片，具有良好的抗压性、密封性和稳定性等，例如可以将该弹性膜片压合在高压气模室5和低压气模室6之间。

滑杆8的上端固定在弹性膜片7的中央，例如滑杆8的上端可以设置类似法兰的结构，通过粘合或者螺杆固定。弹簧9套设在低压气模室6中的滑杆8上，其一端抵靠滑杆8的上端，另一端支撑在行程显示装置10上，用于平衡滑杆以及可移动孔板阀片13的自重；行程显示装置10自身形成一个封闭的空间，设置在低压气模室6下方，滑杆8由低压气模室6进入行程显示装置10之中。另外，二者之间还可以设置有密封器件(未示出)，由此使得二者的空间相对密闭。

行程显示装置10可用于指示滑杆的滑动参数，例如滑动的距离。例如行程显示装置10可以包括行程刻度盘和行程指针11，其中行程指针可跟随滑杆8上下滑动，指示出行程刻度盘上的不同刻度值，由此行程显示装置10能够反映滑杆8的准确位置。

密封件14设置在阀体1以及行程显示装置10之间，用于滑动密封所述滑杆，防止阀体1与行程显示装置10之间连通。滑杆8依次穿过行程显示装置10和密封件14进入阀体1内部。

固定孔板阀片12固定在阀体1内部，其上形成有多个通孔16；可移动孔板阀片13固定连接在滑杆8的下端，其上也形成有与固定孔板阀片12的通孔相对应的多个通孔16；阀座15设置在阀体1之下并与阀体1一起形成密闭空间，可移动孔板阀片13的下端能够在该密闭空间中上下移动。

固定孔板阀片12及可移动孔板阀片13上的通孔相邻两行之间交错布置，例如当可移动孔板阀片13位于最上端时，固定孔板阀片12与可移动孔板阀片13之间的通孔可以完全重合，此时有效流通面积最大；随着可移动孔板阀片13向下移动，通孔重合的有效面积逐渐减小，可移动孔板阀片13底部可滑动至阀座15内。当孔板阀片13位于最低处时，孔板阀片12与孔板阀片13之间的通孔完全密闭。固定孔板阀片12可以设置可移动孔板阀片13上游或者下游。

在正常的工作时，高压气模室5和低压气模室6之间压差恒定，作用于弹性膜片7，由此可驱动滑杆8向下移动(假定初始状态为两个模室气压相等)，并带动可移动孔板阀片13向下移动，达到一个稳定状态，此时，固定孔板阀片12与可移动孔板阀片13二者上的通孔不完全重合，也即，通孔有一定的面积被阻挡。另外，行程指针可跟随滑杆8向下滑动，行程刻度盘能够反映滑杆8的准确位置，通过试验标定，可折算为固定孔板阀片12与可移动孔板阀片13之间通孔的有效面积刻度值。

当工作处于不稳定状态时，例如在高压气模室5和低压气模室6之间压差变大时，滑杆8进一步受力而向下移动，使得固定孔板阀片12与可移动孔板阀片13二者上的通孔重合的面积进一步变小，阀门的有效流通面积变小；在高压气模室5和低压气模室6之间压差变小时，滑杆8受力而向上移动，使得固定孔板阀片12与可移动孔板阀片13二者上的通孔重合的面积变大，阀门的有效流通面积变大。

下面进一步阐述本发明的工作原理：

充满管道的空气流体，当流经管道内的固定孔板阀片12和可移动孔板阀片13时，流速将在节流处形成局部收缩，因而流速增加，静压降低，于是在节流件前后产生压差。流量越大，产生的压差越大，因此可以根据压差来衡量流量的大小。该测量方法以流动连续性方程和伯努利方程为基础，由下述等式(1)和(2)可以得到等式(3)：

q＝f·v(2)

式中：p1、p2、δp分别为阀门前后压力及其压差；ζ为阀门阻力系数；ρ为流体密度；f为节流处有效截面积；v为管内节流处流速；q为空气体积流量；

式(3)表明，空气流量为f、ζ、δp、ρ这4个参数的函数，此4个参数可分为实测量δp、ρ、f和统计量ζ两类，其中空气密度ρ在误差允许范围内可认为常数。阀门阻力系数ζ可在设计制造时进行试验统计。

当阀门两端的压力发生波动时，会引起风量的改变，本发明装置能够起到维稳的作用，即维持流经阀门的空气流量恒定。

下面从阀体1进出口两端压差δp增大和减小两种情况，来说明本申请的工作原理。

当外界扰动引起压差δp增大时，流过阀体1的风量会瞬时增加，此外，压差δp增大会引起高压气模室5和低压气模室6之间的压差同步增加，膜片6受压差的作用向下移动，并推动滑杆8向下移动，弹簧9起平衡与阻尼的作用，随着可移动孔板阀片13向下移动，通孔重合的有效面积f逐渐减小，流通阻力增加，风量随之减小，直至维持在初始值附近。

当外界扰动引起压差δp减小时，流过阀体1的风量会瞬时减小，此时高压气模室5和低压气模室6之间的压差同步减小，膜片6带动滑杆8向上移动，固定孔板阀片12与可移动孔板阀片13之间通孔的有效面积f逐渐增加，流通阻力减小，风量随之增加，直至维持在初始值附近。

当然，也可以改变固定孔板阀片12与可移动孔板阀片13上通孔的直径大小与密度，来实现对风量的精密调节。

另外，压力传感器4用于检测第一测压管2和第二测压管3的压力，并将压差值转换为电信号，输出并显示。根据压差值和行程显示装置10读取的通孔有效面积，还可准确计算流经风阀的风量值。

虽然通过实施方式描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。