一种气体流量压力调节装置
阅读说明：本技术 一种气体流量压力调节装置 (Gas flow pressure regulating device ) 是由 杨秦泰 冯强 余卓平 张若婧 潘相敏 朱皓民 崔明杰 陈佳逸 江正寒 周向阳 任 于 2021-08-19 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种气体流量压力调节装置,包括第一模块和第二模块,第一模块包括第一主管路、两根第一汇流管和多根第一支管路,多根第一支管路平行于第一主管路,第一主管路上设有主流量调节阀和单向阀,第一支管路上设有次流量调节阀和单向阀；第二模块包括第二主管路、两根第二汇流管和多根第二支管路,多根第二支管路平行于第二主管路,第二主管路上设有主压力调节阀,第二支管路上设有次压力调节阀；用气设备的进气口连通第一模块的第一主管路,出气口连通第二模块的第二主管路。与现有技术相比,本发明具有可以实现对流量和压力阶梯式精确调节,扩展流量/压力量程范围,确保每个调节阀均处于最佳控制开度等优点。(The invention relates to a gas flow pressure regulating device, which comprises a first module and a second module, wherein the first module comprises a first main pipeline, two first collecting pipes and a plurality of first branch pipelines, the plurality of first branch pipelines are parallel to the first main pipeline, a main flow regulating valve and a one-way valve are arranged on the first main pipeline, and a secondary flow regulating valve and a one-way valve are arranged on the first branch pipelines; the second module comprises a second main pipeline, two second collecting pipes and a plurality of second branch pipelines, the plurality of second branch pipelines are parallel to the second main pipeline, a main pressure regulating valve is arranged on the second main pipeline, and a secondary pressure regulating valve is arranged on the second branch pipelines; the air inlet of the air using device is communicated with the first main pipeline of the first module, and the air outlet of the air using device is communicated with the second main pipeline of the second module. Compared with the prior art, the invention has the advantages of realizing stepped precise regulation of flow and pressure, expanding the flow/pressure range, ensuring each regulating valve to be in the best control opening degree and the like.)
技术领域
本发明涉及工业设备生产领域，尤其是涉及一种气体流量压力调节装置。
背景技术
气体流量和压力的精确控制在燃料电池、氢气、天然气、空压机、化工、节能、环保等领域有着广泛的需求，有多种形式的阀门可以实现气体流量和压力控制，以满足一般的工业现场需求。但是在燃料电池、航空航天等领域，由于其工况复杂，其气体流量和工作压力变化范围广，而常规质量流量控制器和压力调节阀有其适用的量程范围，难以满足宽流量和压力调节范围内高精度控制需求。例如：气体质量流量控制器的控制量程比一般为1：100；而调节阀，根据其阀门Kv值选型，其阀门的开度调节范围为10％～90％，其中最佳的控制效果在20％～90％开度区间，超出它们最佳量程范围，其控制精度大幅下降。因此，市场需要一种适用于大流量和压力范围工况、高精度控制的装置，以满足燃料电池、空压机等特殊流量和压力控制需求。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种气体流量压力调节装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种气体流量压力调节装置，包括第一模块和第二模块，其中：
所述第一模块包括第一主管路、两根第一汇流管和多根第一支管路，所述两根第一汇流管垂直连通第一主管路，所述多根第一支管路的两端分别连通两根第一汇流管，并且平行于第一主管路，所述第一主管路上设有主流量调节阀和单向阀，所述第一支管路上设有次流量调节阀和单向阀；
所述第二模块包括第二主管路、两根第二汇流管和多根第二支管路，所述两根第二汇流管垂直连通第二主管路，所述多根第二支管路的两端分别连通两根第二汇流管，并且平行于第二主管路，所述第二主管路上设有主压力调节阀，所述第二支管路上设有次压力调节阀；
用气设备的进气口连通第一模块的第一主管路，出气口连通第二模块的第二主管路。
进一步地，所述主流量调节阀的最大可控流量为次流量调节阀的2～3倍。
进一步地，所述主压力调节阀的kv值为次压力调节阀的5～8倍。
进一步地，所述第一主管路的管径为第一支管路的2倍。
进一步地，所述第二主管路的管径为第二支管路的3倍。
进一步地，所述两根第一汇流管和第一主管路的管径相同；所述两根第二汇流管和第二主管路的管径相同。
进一步地，所述第一主管路的出气口处设有第一压力传感器，所述第二主管路的进气口处设有第二压力传感器。
进一步地，所述第一主管路的进气端连接有减压阀。
进一步地，还包括控制模块，用于连接主流量调节阀、次流量调节阀、主压力调节阀和次压力调节阀。
进一步地，所述第一支管路的数量为2～6根；所述第二支管路的数量为2～6根。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明设计了两个模块分别设置在用气设备的进气口和出气口，然后每个模块采用了主管路和多根支管路并联的方式，通过设置管路上的流量调节阀和压力调节阀，可以实现对流量和压力阶梯式精确调节；同时，本发明通过开启不同数量的第一支管路和第二支管路，通过排列组合的方式扩展流量/压力量程范围，并确保每个调节阀均处于最佳控制开度，实现高精度地控制，满足燃料电池、空压机等领域的特殊控制需求。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
附图标记：1-第一模块；11-第一主管路；12-第一支管路；13-第一汇流管；14-主流量调节阀；15-次流量调节阀；2-第二模块；21-第二主管路；22-第二支管路；23-第二汇流管；24-主压力调节阀；25-次压力调节阀；3-单向阀；4-第一压力传感器；5-第二压力传感器；6-控制模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例提供了一种气体流量压力调节装置，包括第一模块1、第二模块2和控制模块6，其中：
第一模块1包括第一主管路11、两根第一汇流管13和多根第一支管路12。第一主管路11的两端分别为进气口和出气口，两根第一汇流管13分别通过三通管垂直连通第一主管路11的两端。多根第一支管路12的两端分别连通两根第一汇流管13，并且平行于第一主管路11。第一主管路11的管径为第一支管路12的2倍；两根第一汇流管13和第一主管路11的管径相同。第一支管路12的数量一般为2～6根，优选采用4根。在第一主管路11上设有主流量调节阀14和单向阀3，在第一支管路12上设有次流量调节阀15和单向阀3；主流量调节阀14的最大可控流量一般为次流量调节阀15的2～3倍。
第二模块2包括第二主管路21、两根第二汇流管23和多根第二支管路22。第二主管路21的两端分别为进气口和出气口，两根第二汇流管23分别通过三通管垂直连通第二主管路21的两端。多根第二支管路22的两端分别连通两根第二汇流管23，并且平行于第二主管路21。第二主管路21的管径为第二支管路22的3倍；两根第二汇流管23和第二主管路21的管径相同。第二支管路22的数量一般为2～6根，本实施例中优选采用4根。在第二主管路21上设有主压力调节阀24，在第二支管路22上设有次压力调节阀25；主压力调节阀24的kv值为次压力调节阀25的5～8倍。
控制模块6为常规的计算机系统，用于连接主流量调节阀14、次流量调节阀15、主压力调节阀24和次压力调节阀25，执行预设的软件程序来实现精确调节。
使用时，用气设备的进气口连通第一模块1的第一主管路11的出气口；用气设备的出气口连通第二模块2的主管路的进气口。为了确保工作稳定性，在第一主管路11的进气端还连接有减压阀。第一主管路11的出气口处设有第一压力传感器4，第二主管路21的进气口处设有第二压力传感器5，第一压力传感器4和第二压力传感器5均连接控制模块6。控制模块6根据主管道中气体目标流量和压力，调节主流量调节阀14以及主压力调节阀24的开度，并根据流量大小，调节与主管路并联设置的支管路的次流量调节阀15以及次压力调节阀25。
本实施例的工作原理为：
主流量调节阀14和次流量调节阀15具有不同的流量量程，次流量调节阀15之间的流量量程可以都相同也可以不相同；同时，主压力调节阀24和次压力调节阀25具有不同的压力量程，次流量调节阀15的压力量程可以都相同也可以不相同；由此，通过不同的设置配比可以极大地拓展量程范围，根据需要高精度调节气体的流量和压力。
控制模块6中具体包括运算器和控制器。第一压力传感器4采集应用对象，如燃料电池电堆，入口处气流的压力，反馈给运算器；第二压力传感器5采集应用对象出口处气流压力，反馈给运算器。同时，管道中各个流量调节阀可用于控制气体流量，并将其实际流量反馈给运算器。控制器根据目标值和运算器反馈数据，选择合适目标流量下满足高精度控制需求的流量调剂阀和压力调节阀，对开闭进行选择和开度控制。流量调节阀和压力调节阀都优选线性节流阀，实现开度调节范围在最佳范围。小流量工况下，通过支管路中次调节阀实现高精度压力控制，大流量工况下，则通过主管路中主调节阀快速调节，实现目标流量的80％-90％，而剩余小流量以支管路中次调节阀实现高精度控制，使最终输出气体的流量和压力满足目标需求。
本实施例以某加湿罐供气加湿控压进行举例：
本实施例中用气设备为配置有加热功能的加湿罐。在第一模块1中，第一主管路11中主流量调节阀14(MFC)可控最大流量5000SLPM，量程比为100：1，管道直径2个标准单位；支管路中次流量调节阀15(MFC)可控最大流量2000SLPM，量程比为100：1，管道直径1个标准单位。在第二模块2中，第二主管道中主压力调节阀24采用kv值为40的比例调节阀，配套管道直径3个标准单位；支管路中次压力调节阀25采用kv值为6.3的比例调节阀，配套管道直径1个标准单位。
第一主管路11连接经一级减压阀调压为6barg的气源，根据设定需求，通过控制模块6控制主流量调节阀14启和次流量调节阀15闭和开度；当二者全开时，可达(5000+2000*n)SLPM的最大可控流量，其中n为第一支管路12的数量。而当仅开启一个第一支路管12的次流量调节阀15时，实现最小气体流量2000SLPM的高精度控制低于此流量控制精度下降。
加湿罐中盛有去离子水，通过加热控温，可对所通过气体进行增湿。其后端的第二模块2用于控制加湿罐进/出口压力。根据第一压力传感器4和第二压力传感器5数据采集和运算器测算，根据实际加湿罐进口流量和所需控制压力，通过控制器调节主压力调节阀24和次压力调节阀25的启闭和开度，其压力控制范围在5kPag～400kPag，控制精度≤±2kPa。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。