一种基于流量变化的阀门阻力自适应控制优化方法及系统

技术领域

本发明涉及流体输送技术领域，具体涉及一种基于流量变化的阀门阻力自适应控制优化方法及系统。

背景技术

在管路系统内的主要元件，例如管道、阀门等不变的情况下，管道内的阻力曲线是一条基于流量变化的抛物线，也就是说，流动时阻力随着流量的增大而迅速增大。因此，在实际输送过程中，在阀门处的阻力骤变更为明显，流速越大，相应地，阀门处的阻力也更是明显增大，由此产生的一个直接问题就是流体输送时间和效率的不可估或不可控，例如，流速为y时，输送既定流体的时间为t，那么在需要加快输送效率，将流速升高为ny时，主观上所需的时间大致为t/n，但是实际上由于流速越大阻力越大，最终所花费的时间往往远大于t/n，造成输配控制效率预估困难。

发明内容

本发明要解决的问题是针对现有技术中所存在的上述不足而提供一种基于流量变化的阀门阻力自适应控制优化方法及系统，解决了现有技术中，在阀门处难以直观而灵活地掌控流体输配效率，不能控制流速增大而带来的阻力增加的问题。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种基于流量变化的阀门阻力自适应控制优化方法，包括以下步骤，

将流速检测器安装在阀门的流入端所在的管道上，流速检测器检测管道上的流体流速，并且，流速检测器安装在一段朝下弯曲的弯管段的底端处；流体开始进入到所述弯管段的过程中，先从与弯管段出口一侧连接的一根水平支管排出流体，且当水平支管有流体放出以后，所述流体的流速才被记录；

弯管段的出口端连接有水平的一根出水管段，所述出水管位于所述水平支管的上方，当所述水平支管有流体放出时，立即关闭水平支管，让流体转而流入到所述出水管段内；

水平出水管段上还连接有阻力调节器，所述阻力调节器通过控制器控制，能根据所述流速检测器的检测值，调节出水管段内对流体流动的阻力，阻力调节器的出口连接有需要控制的阀门，若是流速增大，则阻力调节器降低对流经的流体的阻力，若是流速增大，则提高对流经流体的阻力。

具体而言，本发明中所采用的流速检测器可以为流速传感器。此外也可是采用计算方式进行检测，比如，所采用的流速检测器检测流速的原理为，先计量在t时间段内流经的流量k，而流速v=k/t。

当弯管段的管孔直径小于50mm时，t取15-18秒，当弯管段的管孔直径大于50mm而小于100mm时，t取12-14秒，当弯管段的管孔直径大于100mm而小于200mm时，t取9-12秒，当弯管段的管孔直径大于200mm而不超过350mm时，t取3-6秒。

所采用的阻力调节器通过改变自身流道路径的形式进行阻力调节，当需要提高阻力时，流道路径弯曲度增加，当需要降低阻力时，流道路径弯曲度减小；所述流道路径是流入阀门的唯一路径。

流道路径为波浪形，且流道的路径在变化时，其本身的横截面不发生变化，或者变化率不超过5%。

与此同时，本发明还基于以上方法，提出一种基于流量变化的阀门阻力自适应控制系统，包括流速检测器、弯管段、水平支管和控制器、阻力调节器，其中，所述弯管段呈U型，其两端弯曲而水平延伸，所述流速检测器安装在所述弯管段的底部中央，所述控制器与一个驱动元件连接，通过驱动元件控制阻力调节器的移动。

阻力调节器包括双头螺纹管、外壳、弹性流道件，双头螺纹管两端分别螺纹密封地连接在与弯管段相连的管道上，以及所述外壳上，外壳内轴向地安装有所述弹性流道件，弹性流道件具有弹性且内部中空，其侧壁具有轴向贯通的横截面为环形的流道，流道的中部朝外隆起而弯曲呈拱桥形，形成供流体流经的所述流道路径；所述双头螺纹管的端部旋入外壳的端部后，能够挤压所述弹性流道件的端部，并使其流道的隆起部进一步拱起；

所述驱动元件包括电机，电机驱动所述双头螺纹管外固定套接的齿轮而转动，所述电机与所述控制器相连。

阻力调节器包括连接在所述弯管段和阀门之间的一段S型管道，S型管道的出口端滑动配合地安装有弧形伸缩管，弧形伸缩管的出口端伸入到与阀门入口相接的一个槽体内，以朝槽体内提供流体；所述弧形伸缩管由液压杆驱动而实现伸缩，所述液压杆与所述控制器相连。

基于以上结构，本发明中的流速检测器包括流量检测仪，所述流量检测仪包括呈环形阵列布置在转轴侧壁的若干页板，流量检测仪安装在所述弯管段底部的一个柱形的容纳腔内，转轴位于容纳腔的中央，转轴顶部固接有码盘，码盘上内嵌有一圈磁极，码盘的边缘上方设有一个磁性传感器，磁性传感器与磁极正对时进行一次计数。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：本发明可以实现在流速明显变化的情况下，可以灵活调整流体流经阀门时的阻力，将其与阀门连为一体，大大削弱阻力随着流量的增大而迅速增大的不利影响，可以在主要元器件不变的情况下，通过自动化的调节，使阻力相对保持稳定或缓慢变化，自适应的优化控制，可以提升整个输配系统的效率，使得输送控制节奏可以初步估算和控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所载方法的原理示意图；

图2是流体路径的一种调节结构图；

图3是流体路径的另一种调节结构图；

图4是弯管段底部处的流速检测器的剖视图；

图5是页板和转轴连接结构的俯视图。

附图标记说明如下：阀门1、弯管段2、流速检测器3、阻力调节器4、弹性流道件5、隆起部501、双头螺纹管6、齿轮601、弧形伸缩管7、槽体8、转轴9、页板10、码盘11、磁性传感器12、外壳13、流道路径14、液压杆15、水平支管16。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与作用更加清楚及易于了解，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。本领域技术人员应当知道，以下实施例中所描述的仅仅是本发明其中一些具体的实施结构或方式，而不是全部的实施例，因此，本发明的保护范围并不局限于此。

参见图1-图3所示，本实施例公布了一种基于流量变化的阀门阻力自适应控制优化方法，在进行调节控制时，如图1，具体是将流速检测器3安装在阀门1的流入端所在的管道上，流速检测器3检测管道上的流体流速。本实施例中，其流速检测器3安装在一段朝下弯曲的弯管段2的底端处，流体开始进入到弯管段2的过程中，先从与弯管段2出口一侧连接的一根水平支管16排出流体，且当水平支管16有流体放出以后，流体的流速才被记录，这样确保流经弯管段2的流体是充满了整个管道的，而不会存在半管或者少半管的输送，如此采集的流速才可以更准确地对应实际的流体流动情况，从而对应调节具体的阻力。

如图1，本控制优化方法中，其弯管段2的出口端连接有水平的一根出水管段，出水管位于水平支管16的上方，当水平支管16有流体放出时，立即关闭水平支管16，让流体转而流入到出水管段内，即在开始时，避免了流速检测器3在管道内未充满流体时的转动所代表的流速误差，预先让流体从水平支管16排出，并因此而使得弯管段2内充盈，待弯管段2内充盈后，流体才输出到阀门1所在的管路中，当然，不必说，本领域技术人员当知晓，为了使得阀门1所在管路中流体充盈整个管孔，对应管道孔径应小于弯管段2的孔径，至少不能大于弯管段2的孔径。

具体操作时，本水平出水管段上还连接有阻力调节器4，阻力调节器4通过控制器控制，能根据流速检测器3的检测值，调节出水管段内对流体流动的阻力，阻力调节器4的出口连接有需要控制的阀门1，若是流速增大，则阻力调节器4降低对流经的流体的阻力，若是流速增大，则提高对流经流体的阻力，这样使得经过阀门1的流体的量可以尽量与流速保持相对一致性，例如20方每小时的流速，灌满额定容器需要20分钟，那么当流速调节至40方每小时的时候，灌满额定容易就尽量维持在10分钟左右，如此，操作人员方便从灌注时间上来初步掌握灌装进度和安排。

作为本优化控制方法的推荐性操作，本流速检测器3可以为流速传感器，直接测出对应的流速大小，以关联控制阀门1端的流体阻力。为了更直观地进行数据采集和确认，本方法中也可是采用计算方式进行检测，比如，所采用的流速检测器3检测流速的原理为，先计量在t时间段内流经的流量k，而流速v=k/t，从而得到流速大小，为调节阀门1处的阻力提供参考。

具体来说，比如当弯管段2的管孔直径小于50mm时，t取15-18秒，当弯管段2的管孔直径大于50mm而小于100mm时，t取12-14秒，当弯管段2的管孔直径大于100mm而小于200mm时，而t取9-12秒，当弯管段2的管孔直径大于200mm而不超过350mm时，则t取3-6秒，这样可以在尽快时间内得出较为准确的流速值。

作为具体实施细节，本发明所采用的阻力调节器4通过改变自身流道路径14的形式进行阻力调节，当需要提高阻力时，流道路径14弯曲度增加，则流体遇到的阻力就增加，那么在进入阀门1之前，相应管路的阻力增加。相反，当需要降低阻力时，流道路径14弯曲度减小，路径更加平顺，阻力自然越低，同时，关键还在于本流道路径14是流入阀门1的唯一路径，方可直接影响流体通过阀门1前的阻力。

作为优选实施方法，本流道路径14为波浪形，且流道的路径在变化时，其本身的横截面不发生变化，或者变化率不超过5%，而阻力却明显改变。

最后，本实施例还具体介绍一种基于流量变化的阀门阻力自适应控制系统，如图1，主要包括流速检测器3、弯管段2、水平支管16和控制器、阻力调节器4，其中，弯管段2呈U型，其两端弯曲而水平延伸，且抵达水平位置处圆弧过渡，流速检测器3安装在弯管段2的底部中央，控制器与一个驱动元件连接，通过驱动元件控制阻力调节器4的移动，以实现阻力的改变。

具体而言，如图2，本阻力调节器4包括双头螺纹管6、外壳13、弹性流道件5，双头螺纹管6两端分别螺纹密封地连接在与弯管段2相连的管道上，以及外壳13上，外壳13大体为柱状结构，或者管状的外形结构，在外壳13内轴向地安装有弹性流道件5，弹性流道件5具有弹性且内部中空，其侧壁具有轴向贯通的横截面为环形的流道，流道的中部朝外隆起而弯曲呈拱桥形，形成供流体流经的流道路径14，当然，实际制作时，可以是隆起部501才具有弹性，其余部位呈刚性，以集中改变隆起部501位的流道的弯曲度，且可以做到在一定弹性变形内，流道弯曲幅度大而横截面改变十分有限，暂且忽略。当双头螺纹管6的端部旋入外壳13的端部后，能够挤压弹性流道件5的端部，并使其流道的隆起部501进一步拱起，改变路径弯曲度，调节阻力大小。至于本驱动元件，则可以是包括电机，电机驱动双头螺纹管6外固定套接的齿轮601而转动，从而带动双头螺纹管6转动，实质上，双头螺纹管6与弹性流道件5接触的一端是外管螺纹，而另一端可以是转动安装在对应管道内的光滑圆柱面，不设置螺纹。以上电机与控制器相连，流速检测器3将流速信号传递给控制器，控制器相应地控制电机，从而调节弹性流道件5的流道路径14弯曲度。

如图3，本阻力调节器4包括连接在弯管段2和阀门1之间的一段S型管道，S型管道的出口端滑动配合地安装有弧形伸缩管7，弧形伸缩管7的出口端伸入到与阀门1入口相接的一个槽体8内，以朝槽体8内提供流体，弧形伸缩管7由液压杆15驱动而实现伸缩，液压杆15与控制器相连，驱动也压根推动弧形伸缩管7伸出，改变作为流道路径14的弧形伸缩管7的伸出长度，即改变弧度。

如图4-5，本发明中的流速检测器3包括流量检测仪，流量检测仪包括呈环形阵列布置在转轴9侧壁的若干页板10，流量检测仪安装在弯管段2底部的一个柱形的容纳腔内，转轴9位于容纳腔的中央，每次转动，相邻两页板10排出一定量的流体到弯管段2的出口侧，而转轴9顶部固接有码盘11，码盘11上内嵌有一圈磁极，码盘11的边缘上方设有一个磁性传感器12，磁性传感器12与磁极正对时进行一次计数，所计数的多少，代表页板10转过的角度，继而代表着排出流体体积量。需要再次说明的是，在本发明中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体语句均意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。故而，本领域一般技术人员应当知晓，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公布的技术原理之上，对本实施例进行修改或者等同替换却不脱离本发明技术宗旨的技术方案，都应当纳入本发明保护范围之中。