CN107131315A - 一种供水阀及其供水方法 - Google Patents

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仵峰
宰松梅
李陆生
王宇璨
吴玉博
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Abstract

本发明公开了一种供水阀，包括阀体和阀盖，阀盖位于阀体顶端，且阀盖和阀体固定连接，阀体内设置有套筒，套筒内设置有阀芯，阀芯通过阀杆与电机连接，与阀芯相对应的套筒上设置有过水孔，阀体进水端开设有第一小孔，第一小孔对应的阀体外侧设置有第一压力传感器，阀体出水端开设有第二小孔，第二小孔对应的阀体外侧设置有第二压力传感器，第一压力传感器和第二压力传感器均与仪表电连接；电机和仪表位于阀体外部，且电机位于阀盖的正上部，阀杆穿过阀盖连接电机和阀芯。本发明通过仪表或控制器的控制可以实现定量供水或恒定流量供水，提高了阀门模具的通用性；结构简单，只需对现有的闸阀部分零件进行少量的改动即可。

Description

一种供水阀及其供水方法
技术领域
本发明属于供水阀门技术领域，具体涉及一种供水阀及其供水方法。
背景技术
在农业节水灌溉各项技术的推广应用中，灌溉水量控制是实现精量供水、高效用水的基础。若达到预定的供水量时，自动停止供水，既可实现灌水量的控制，又可提高灌水均匀度。对于实现按水量收费和提高灌水效率、提升灌溉管理水平等均具有重要意义。目前，我国正在推广计量用水、灌水总量控制，定流量供水是实现计时用水和计时收费的基础。
目前农田灌溉等行业用水量难以实现精量管理，不能完全按计划用水量执行。进口的定量供水装置，结构复杂、可靠性差、价格昂贵，不适用农田灌溉等低产出行业应用。管道供水流量与供水压力有关，压力变化时，供水流量也随之变化；供水流量不稳定，造成相同供水时间供给的水量不同；大型的供水***中，压力偏差致使灌水不均匀。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术中的不足之处，提供一种供水阀及其供水方法，可以实现定量供水或恒定流量供水。
本发明的目的是以下述方式实现的：
一种供水阀，包括阀体和阀盖，阀盖位于阀体顶端，且阀盖和阀体固定连接，阀体内设置有套筒，套筒内设置有阀芯，阀芯通过阀杆与电机连接，与阀芯相对应的套筒上设置有过水孔，阀体进水端开设有第一小孔，第一小孔对应的阀体外侧设置有第一压力传感器，阀体出水端开设有第二小孔，第二小孔对应的阀体外侧设置有第二压力传感器，第一压力传感器和第二压力传感器均与仪表电连接；电机和仪表位于阀体外部，且电机位于阀盖的正上部，阀杆穿过阀盖连接电机和阀芯。
采用上述的供水阀进行恒定流量供水的方法，具体步骤如下：
1)水从阀体的进水端进入，经过过水孔，从阀体的出水端流出；
2)利用第一压力传感器和第二压力传感器测得阀体的进水端和出水端的压力；
3)第一压力传感器和第二压力传感器将测得的压力值传送给仪表，仪表利用下述公式进行计算，得出瞬时流量Q：
其中，s1，s2分别为前后放置压力传感器处的管道截面积；v1为第一压力传感器处的水流流速；p1，p2分别为前后压力传感器处的水压力；γ为水的容重，取9.8kN/m3，g取9.8m/s2；Q为测出的流量；
4)仪表将求得的瞬时流量Q与预先设定的瞬时流量进行比较，并将比较结果反馈给电机，由电机带动阀芯上下运动，从而调节阀门的开度大小，使得出水流量保持恒定；当求得的瞬时流量Q小于预先设定的瞬时流量时，电机带动阀芯向上运动，开大阀门；当求得的瞬时流量Q大于预先设定的瞬时流量时，电机带动阀芯向下运动，关小阀门；
5)直到求得的瞬时流量Q等于预先设定的瞬时流量，停止调节阀门开度；若第一压力传感器和第二压力传感器测得的压力值有变化，则重复上述信号采集和调节过程，从而实现恒定流量供水。
采用上述的供水阀进行定量供水的方法，具体步骤如下：
1)水从阀体的进水端进入，经过过水孔，从阀体的出水端流出；
2)利用第一压力传感器和第二压力传感器测得阀体的进水端和出水端的压力；
3)第一压力传感器和第二压力传感器将测得的压力值传送给仪表，仪表利用下述公式进行计算，得出瞬时流量Q：
其中，s1，s2分别为前后放置压力传感器处的管道截面积；v1为第一压力传感器处的水流流速；p1，p2分别为前后压力传感器处的水压力；γ为水的容重，取9.8kN/m3，g取9.8m/s2；Q为测出的流量；
4)仪表再将求得的瞬时流量Q进行积分，求得所求时间段内通过阀体的总流量，再将求得的总流量与预先设定的总流量进行比较，若求得的总流量小于预先设定的总流量，则电机不动作，阀体保持开启状态，若求得的总流量大于或等于预先设定的总流量，则电机带动阀芯向下运动，将阀体关闭。
相对于现有技术，本发明的有益效果：
当恒定流量供水时，本发明利用特制的结构，在阀下游端(如阀板背水面)内置1个压力传感器，监测出阀时的水压；在阀门上游端(如阀板迎水面)，内置1个压力传感器，感知入阀时的水压；以阀门上下游内置的2个压力传感器作为监控信号，通过感知的入阀压力和出阀压力，将2个压力传感器标定后的过水流量作为阀后出水流量；利用内置的2个压力传感器差值信息，反馈给控制阀门开度的电机，调节阀门开度；调节阀门开度，直到内置的2个压力传感器差值达到对应预设的供水流量值时，停止调节阀门开度；若压力变化时，可重复上述信号采集和调节过程，从而实现定流量向阀后供水。本发明适用性强，适合于所有采用阀门控制的管道供水；成本低，该定流量供水阀采用阀门生产时的通用模具即可实现，降低了模具成本，提高了阀门模具的通用性；结构简单，只需对现有的闸阀部分零件(如阀板、或进出水口)进行少量的改动，即可实现定流量供水。
当定量供水时，本发明采用特制的结构，在阀上游端(如阀板的迎水面)和下游端(如阀板的背水面)各安装1个压力传感器，监测出入阀的压力；在特制的阀体结构中，利用内置的2个压力传感器可测得当前管道内的压力和瞬时过水流量；利用内置的2个压力传感器差值监测水流速度，通过管道面积计算出过水流量，积分得到此刻已通过的水量；上述积分得到的水量与预选设计的供水量对比，若二者相同时，即发出信号，关闭阀门。本发明提供的定量供水阀价格低，适合于灌溉等多数行业；结构简单、可靠，减少了使用中错误概率；成本低，只需对现有闸阀的部分零件(如阀板或进出水口)进行少量改动，即可实现定水量供水。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是水流过本发明时的流向的示意图。
其中，1是仪表；2是电机；3是阀盖；4是第一压力传感器；5是第一小孔；6是阀体；7是阀杆；8是阀芯；9是套筒；10是第二小孔；11是第二压力传感器；12是过水孔。
具体实施方式
如附图1-2所示，一种供水阀，包括阀体6和阀盖3，阀盖3位于阀体6顶端，且阀盖3和阀体6固定连接，阀体6内设置有套筒9，套筒9内设置有阀芯8，阀芯8通过阀杆 7与电机2连接，与阀芯8相对应的套筒9上设置有过水孔12，阀体6进水端开设有第一小孔5，第一小孔5对应的阀体6外侧设置有第一压力传感器4，阀体6出水端开设有第二小孔10，第二小孔10对应的阀体6外侧设置有第二压力传感器11，第一压力传感器4和第二压力传感器11均与仪表1电连接；电机2和仪表1位于阀体6外部，且电机2位于阀盖3 的正上部，阀杆7穿过阀盖3连接电机2和阀芯8。
仪表1在本发明中相当于控制器，可以进行数值的运算、比较，以及发出指令，控制阀门开合。
采用上述的供水阀进行恒定流量供水的方法，具体步骤如下：
1)水从阀体6的进水端进入，经过过水孔12，从阀体6的出水端流出；
2)利用第一压力传感器4和第二压力传感器11测得阀体6的进水端和出水端的压力；
3)第一压力传感器4和第二压力传感器11将测得的压力值传送给仪表1，仪表1利用下述公式进行计算，得出瞬时流量Q：
其中，s1，s2分别为前后放置压力传感器处的管道截面积；v1为第一压力传感器处的水流流速；p1，p2分别为前后压力传感器处的水压力；γ为水的容重，取9.8kN/m3，g取9.8m/s2；Q为测出的流量；
4)仪表1将求得的瞬时流量Q与预先设定的瞬时流量进行比较，并将比较结果反馈给电机 2，由电机2带动阀芯8上下运动，从而调节阀门的开度大小，使得出水流量保持恒定；当求得的瞬时流量Q小于预先设定的瞬时流量时，电机2带动阀芯8向上运动，开大阀门；当求得的瞬时流量Q大于预先设定的瞬时流量时，电机2带动阀芯8向下运动，关小阀门；
5)直到求得的瞬时流量Q等于预先设定的瞬时流量，停止调节阀门开度；若第一压力传感器4和第二压力传感器11测得的压力值有变化，则重复上述信号采集和调节过程，从而实现恒定流量供水。
采用上述的供水阀进行定量供水的方法，具体步骤如下：
1)水从阀体6的进水端进入，经过过水孔12，从阀体6的出水端流出；
2)利用第一压力传感器4和第二压力传感器11测得阀体6的进水端和出水端的压力；
3)第一压力传感器4和第二压力传感器11将测得的压力值传送给仪表1，仪表1利用下述公式进行计算，得出瞬时流量Q：
其中，s1，s2分别为前后放置压力传感器处的管道截面积；v1为第一压力传感器处的水流流速；p1，p2分别为前后压力传感器处的水压力；γ为水的容重，取9.8kN/m3，g取9.8m/s2；Q为测出的流量；
4)仪表1再将求得的瞬时流量Q进行积分，求得所求时间段内通过阀体6的总流量，再将求得的总流量与预先设定的总流量进行比较，若求得的总流量小于预先设定的总流量，则电机2不动作，阀体6保持开启状态，若求得的总流量大于或等于预先设定的总流量，则电机2带动阀芯8向下运动，将阀体6关闭。
所用公式的推导过程为：
令p1-p2＝Δp z1-z2＝Δz
其中：Δz是前后压力传感器的高程差，此处不计；s1，s2分别为前后放置压力传感器处的管道截面积；v1，v2分别为前后放置压力传感器处的水流流速；p1，p2分别为前后压力传感器处的水压力；z1，z2分别为前后压力传感器处的位置水头；取α1＝α2＝1.0；γ为水的容重，取9.8kN/m3，g取9.8m/s2,hw为经过阀门的水头损失，此处可不计；Q为测出的流量。
本发明的使用方法如下：将本发明提供的供水阀安装在管道上，当需要恒定流量供水时，预先通过仪表1设定所需要的瞬时流量，通过电机2打开阀门，阀门开始工作：
1)水从阀体6的进水端进入，经过过水孔12，从阀体6的出水端流出；
2)利用第一压力传感器4和第二压力传感器11测得阀体6的进水端和出水端的压力；
3)第一压力传感器4和第二压力传感器11将测得的压力值传送给仪表1，仪表1利用下述公式进行计算，得出瞬时流量Q：
其中，s1，s2分别为前后放置压力传感器处的管道截面积；v1为第一压力传感器处的水流流速；p1，p2分别为前后压力传感器处的水压力；γ为水的容重，取9.8kN/m3，g取9.8m/s2；Q为测出的流量；
4)仪表1将求得的瞬时流量Q与预先设定的瞬时流量进行比较，并将比较结果反馈给电机 2，由电机2带动阀芯8上下运动，从而调节阀门的开度大小，使得出水流量保持恒定；当求得的瞬时流量Q小于预先设定的瞬时流量时，电机2带动阀芯8向上运动，开大阀门；当求得的瞬时流量Q大于预先设定的瞬时流量时，电机2带动阀芯8向下运动，关小阀门；
5)直到求得的瞬时流量Q等于预先设定的瞬时流量，停止调节阀门开度；若第一压力传感器4和第二压力传感器11测得的压力值有变化，则重复上述信号采集和调节过程，从而实现恒定流量供水。
当需要定量供水时，预先通过仪表1设定所需要的总流量，通过电机2打开阀门，阀门开始工作：
1)水从阀体6的进水端进入，经过过水孔12，从阀体6的出水端流出；
2)利用第一压力传感器4和第二压力传感器11测得阀体6的进水端和出水端的压力；
3)第一压力传感器4和第二压力传感器11将测得的压力值传送给仪表1，仪表1利用下述公式进行计算，得出瞬时流量Q：
其中，s1，s2分别为前后放置压力传感器处的管道截面积；v1为第一压力传感器处的水流流速；p1，p2分别为前后压力传感器处的水压力；γ为水的容重，取9.8kN/m3，g取9.8m/s2；Q为测出的流量；
4)仪表1再将求得的瞬时流量Q进行积分，求得所求时间段内通过阀体6的总流量，再将求得的总流量与预先设定的总流量进行比较，若求得的总流量小于预先设定的总流量，则电机2不动作，阀体6保持开启状态，若求得的总流量大于或等于预先设定的总流量，则电机2带动阀芯8向下运动，将阀体6关闭。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种供水阀，其特征在于：包括阀体(6)和阀盖(3)，阀盖(3)位于阀体(6)顶端，且阀盖(3)和阀体(6)固定连接，阀体(6)内设置有套筒(9)，套筒(9)内设置有阀芯(8)，阀芯(8)通过阀杆(7)与电机(2)连接，与阀芯(8)相对应的套筒(9)上设置有过水孔(12)，阀体(6)进水端开设有第一小孔(5)，第一小孔(5)对应的阀体(6)外侧设置有第一压力传感器(4)，阀体(6)出水端开设有第二小孔(10)，第二小孔(10)对应的阀体(6)外侧设置有第二压力传感器(11)，第一压力传感器(4)和第二压力传感器(11)均与仪表(1)电连接；电机(2)和仪表(1)位于阀体(6)外部，且电机(2)位于阀盖(3)的正上部，阀杆(7)穿过阀盖(3)连接电机(2)和阀芯(8)。
2.采用如权利要求1所述的供水阀进行恒定流量供水的方法，其特征在于：具体步骤如下：
1)水从阀体(6)的进水端进入，经过过水孔(12)，从阀体(6)的出水端流出；
2)利用第一压力传感器(4)和第二压力传感器(11)测得阀体(6)的进水端和出水端的压力；
3)第一压力传感器(4)和第二压力传感器(11)将测得的压力值传送给仪表(1)，仪表(1)利用下述公式进行计算，得出瞬时流量Q：
<mrow> <mi>Q</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>v</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <msub> <mi>s</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>s</mi> <mn>1</mn> </msub> <msqrt> <mfrac> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <mi>g</mi> </mrow> <mi>&amp;gamma;</mi> </mfrac> <mrow> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <msub> <mi>s</mi> <mn>1</mn> </msub> <msub> <mi>s</mi> <mn>2</mn> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mfrac> </msqrt> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>p</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>p</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </mfrac> </msup> </mrow>
其中，s1，s2分别为前后放置压力传感器处的管道截面积；v1为第一压力传感器处的水流流速；p1，p2分别为前后压力传感器处的水压力；γ为水的容重，取9.8kN/m3，g取9.8m/s2；Q为测出的流量；
4)仪表(1)将求得的瞬时流量Q与预先设定的瞬时流量进行比较，并将比较结果反馈给电机(2)，由电机(2)带动阀芯(8)上下运动，从而调节阀门的开度大小，使得出水流量保持恒定；当求得的瞬时流量Q小于预先设定的瞬时流量时，电机(2)带动阀芯(8)向上运动，开大阀门；当求得的瞬时流量Q大于预先设定的瞬时流量时，电机(2)带动阀芯(8)向下运动，关小阀门；
5)直到求得的瞬时流量Q等于预先设定的瞬时流量，停止调节阀门开度；若第一压力传感器(4)和第二压力传感器(11)测得的压力值有变化，则重复上述信号采集和调节过程，从而实现恒定流量供水。
3.采用如权利要求1所述的供水阀进行定量供水的方法，其特征在于：具体步骤如下：
1)水从阀体(6)的进水端进入，经过过水孔(12)，从阀体(6)的出水端流出；
2)利用第一压力传感器(4)和第二压力传感器(11)测得阀体(6)的进水端和出水端的压力；
3)第一压力传感器(4)和第二压力传感器(11)将测得的压力值传送给仪表(1)，仪表(1)利用下述公式进行计算，得出瞬时流量Q：
<mrow> <mi>Q</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>v</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <msub> <mi>s</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>s</mi> <mn>1</mn> </msub> <msqrt> <mfrac> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <mi>g</mi> </mrow> <mi>&amp;gamma;</mi> </mfrac> <mrow> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <msub> <mi>s</mi> <mn>1</mn> </msub> <msub> <mi>s</mi> <mn>2</mn> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mfrac> </msqrt> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>p</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>p</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </mfrac> </msup> </mrow>
其中，s1，s2分别为前后放置压力传感器处的管道截面积；v1为第一压力传感器处的水流流速；p1，p2分别为前后压力传感器处的水压力；γ为水的容重，取9.8kN/m3，g取9.8m/s2；Q为测出的流量；
4)仪表(1)再将求得的瞬时流量Q进行积分，求得所求时间段内通过阀体(6)的总流量，再将求得的总流量与预先设定的总流量进行比较，若求得的总流量小于预先设定的总流量，则电机(2)不动作，阀体(6)保持开启状态，若求得的总流量大于或等于预先设定的总流量，则电机(2)带动阀芯(8)向下运动，将阀体(6)关闭。
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