一种零泄漏波纹管调节阀压力平衡补偿系统及其控制方法

1.本发明属于燃气轮机燃料调节控制技术领域，特别涉及一种零泄漏波纹管调节阀压力平衡补偿系统及其控制方法。

背景技术：

2.以波纹管为密封元件的阀门是一种专用阀门(解释性的，起初是为在核燃料后处理厂中使用而研制的)，其结构形式主要包括节流阀、截止阀、调节阀和减压阀等；在阀门工作时，波纹管与阀杆一起进行轴向位移和复位，同时还要承受流体的压力，波纹管阀门的工作压力很大程度上受波纹管耐受压力的限制。
3.由于受到承压能力的限制，波纹管密封阀门一般只适用于低压系统；另外，由于流经阀门的流体压力随着工作条件的变化经常改变，导致长期在交变外力作用下工作的波纹管极易损坏，介质泄露，导致严重的危害，而且更换波纹管又是一项冗杂的工作。
4.目前现有的阀门密封设计中，使用单一金属波纹管密封是很常见的一种方式，由于抗压性能差，使用过程中存在容易出现破裂和使用寿命短的问题；现有改进的方式主要有双层波纹管密封，虽然从物理角度上增强了抗压性能，但是也缩小了阀内流体流道，改进后的波纹管仍无法满足实际阀门密封的需要，亟需一种抗压性强且实用性好的零泄漏全密封波纹管。

技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种零泄漏波纹管调节阀压力平衡补偿系统及其控制方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。具体的，本发明可解决目前波纹管密封调节阀存在的抗压性差、适用范围小、使用寿命短等技术问题。
6.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
7.本发明提供的一种零泄漏波纹管调节阀压力平衡补偿系统，包括：进气管道、排气管道、控制器、第一比例放大器、第一电磁阀控制器、第一电磁阀、第一压力传感器、第二比例放大器、第二电磁阀控制器、第二电磁阀以及第二压力传感器；
8.所述进气管道和所述排气管道用于与调节阀内的波纹管相连通；
9.所述进气管道上设置有所述第一电磁阀和第一电磁阀控制器，所述第一电磁阀控制器的信号输入端经所述第一比例放大器与所述控制器的第一信号输出端相连通；所述排气管道上设置有所述第二电磁阀和第二电磁阀控制器，所述第二电磁阀控制器的信号输入端经所述第二比例放大器与所述控制器的第二信号输出端相连通；
10.所述第一压力传感器、所述第二压力传感器分别用于测量波纹管内腔的压力、调节阀的燃料进口的压力；
11.所述控制器用于输入所述波纹管内腔的压力、调节阀的燃料进口的压力；输出所述第一电磁阀控制器、所述第二电磁阀控制器的控制信号。
12.本发明的进一步改进在于，所述控制器设置有比较器；
13.所述比较器用于比较所述波纹管内腔的压力与所述调节阀的燃料进口的压力之间的压力大小。
14.本发明的进一步改进在于，所述调节阀包括阀体和阀芯；
15.其中，所述阀体设置有燃料进口和燃料出口；所述阀芯可移动的设置于所述阀体内，用于改变燃料进口与燃料出口之间的通流面积，实现阀门开度调节；所述阀芯上设置有用于密封的波纹管。
16.本发明的进一步改进在于，所述进气管道用于与燃气轮机的压缩机的出口相连通。
17.本发明的进一步改进在于，所述第一电磁阀替换为第一单向节流阀，拆除第一电磁阀控制器；所述第二电磁阀控制器替换为调节阀连续控制器，所述第二电磁阀替换为平衡调节阀。
18.本发明的进一步改进在于，所述第一电磁阀控制器替换为调节阀连续控制器，第一电磁阀替换为平衡调节阀；拆除第二电磁阀控制器，所述第二电磁阀替换为第二单向节流阀。
19.本发明提供的一种零泄漏波纹管调节阀压力平衡补偿系统的控制方法，包括以下步骤：
20.所述控制器获取所述波纹管内腔的压力和调节阀的燃料进口的压力并进行比较；
21.当调节阀的燃料进口的压力大于波纹管内腔的压力时，所述控制器控制波纹管的进气管道的指令信号通过第一比例放大器放大后传递到第一电磁阀控制器，打开第一电磁阀使得进气管道进气，第一压力传感器将波纹管内腔的压力反馈回控制器，当波纹管内腔的压力和调节阀的主气压力相等时，控制器发出指令，通过第一电磁阀控制器控制关闭第一电磁阀；
22.当调节阀的燃料进口的压力小于波纹管内腔的压力时，所述控制器控制波纹管的排气管道的指令信号通过第二比例放大器放大后传递到第二电磁阀控制器，打开第二电磁阀使得排气管道排气，第一压力传感器将波纹管内腔的压力反馈回控制器，当波纹管内腔的压力和调节阀的主气压力相等时，控制器发出指令，通过第二电磁阀控制器控制关闭第二电磁阀。
23.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
24.本发明提供的零泄漏波纹管调节阀压力平衡补偿系统中，设置了与波纹管相连通的进气管道和排气管道，在燃气轮机工作时可直接利用高压的压缩空气抵抗阀门工作介质对波纹管施加的压力，保护波纹管，无需额外提供气源就可实现波纹管内外表面压力平衡，使得波纹管的密封更加安全、可靠，可以在投入低成本下达到最佳密封效果，可解决目前阀门波纹管密封问题存在的抗压性差、适用范围小、使用寿命短等技术问题。
25.本发明提出的控制方法中，通过在波纹管进气口和出气口设有电磁阀和压力传感器，直接利用燃气轮机工作时的高压压缩空气实现压力平衡并实现自动调节或控制，通过波纹管内腔压力传感器的反馈形成闭环回路；其中，由控制器检测阀门主气管道压力，当主气压力与波纹管内压力不等时，调控进出气口电磁阀的启闭，从而控制进入波纹管的气体流量和排出波纹管的气体流量，当波纹管外主气压力和波纹管内的气体压力相等时，波纹管几乎不受压力作用，只用于隔绝主气管道和波纹管内气体管道，从而起到保护波纹管的
作用，延长波纹管的使用寿命。本发明提供的控制方法能够让波纹管密封也适用于高中压阀，实现零泄漏，特别适用于燃气轮机可燃气体的调节，也可以用于有机朗肯循环、卡琳娜循环等新型动力循环中工质可燃、有毒、存在污染和价格昂贵工质的流量调节，具有广泛的应用前景。
附图说明
26.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，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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。
27.图1是本发明实施例提供的一种零泄漏波纹管调节阀压力平衡补偿系统的示意图；
28.图2是本发明实施例提供的一种零泄漏波纹管调节阀压力平衡补偿系统的控制方法的流程示意图；
29.图3是本发明实施例提供的零泄漏密封波纹管压力平衡补偿控制系统模型示意图；
30.图4是本发明又一实施例的一种零泄漏波纹管调节阀压力平衡补偿系统的示意图；
31.图5是本发明又一实施例的一种零泄漏波纹管调节阀压力平衡补偿系统的示意图；
32.图中，1、第一比例放大器；2、第二比例放大器；3、第一电磁阀控制器；4、第二电磁阀控制器；5、第一电磁阀；6、第二电磁阀；7、第一压力传感器；8、第二压力传感器；
33.11、控制器；12、阀体；13、燃料进口；14、燃料出口；15、进气管道；16、排气管道；17、阀芯；18、螺栓；19、波纹管。
具体实施方式
34.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都应当属于本发明保护的范围。
35.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
36.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
37.请参阅图1，本发明实施例提供的一种零泄漏波纹管调节阀压力平衡补偿系统，包括：用于与调节阀内的波纹管19相连通的进气管道15和排气管道16；
38.其中，所述调节阀(示例性的，如燃料阀)包括阀体12、燃料进口13、燃料出口14、阀芯17、螺栓18和用于密封的波纹管19；所述波纹管19的进气管道15可与高压气体(示例性的，如本发明实施例选取的燃气轮机的压缩机出口的高压空气10)连通，向波纹管19内供气。
39.本发明实施例的工作原理包括：本发明实施例中的进气管道和排气管道均与所述调节阀的主气管道不通，起到了密封的作用；在波纹管上连通进、排气回路，通过控制波纹管内的空气压力平衡波纹管承受的主气通道的压力，使得波纹管只需要承担隔绝主气管道和波纹管内气体管道的作用。本发明用于燃气轮机燃料控制的最大创新在于利用了燃气轮机压缩机自身的高压空气实现波纹管的压力平衡，安全、可靠、便捷，不需要增加其他的平衡压力源。
40.请参阅图2，本发明实施例提供的零泄漏密封波纹管压力平衡补偿控制，还包括：控制器11、比例放大器、电磁阀控制器及电磁阀、压力传感器；图2示出的框图也阐述了本发明实施例控制方法的思想，对波纹管19、进气管道15和排气管道16均适用。
41.当主气压力(解释性的，所述调节阀的燃料进口13和燃料出口14之间流通的为主气)大于波纹管内腔压力时，控制器11控制进气管道15，指令信号通过比例放大器放大后传递到进气管道15上的电磁阀，电磁阀打开，波纹管的进气端进气，压力传感器将波纹管内腔的压力反馈回控制器11，当波纹管内腔压力和主气压力相等时，控制器11发出指令关闭进气口电磁阀。
42.当主气压力小于波纹管内腔压力时，控制器11控制波纹管19排气管道，指令信号通过比例放大器放大后传递到排气管道16上的电磁阀，电磁阀打开，排气管道16出气，压力传感器将波纹管内腔的压力反馈回控制器11，当排气口压力和主气压力相等时，控制器11发出指令关闭排气口电磁阀。
43.请参阅图1和3，本发明实施例提供的一种匹配燃料阀用波纹管密封结构的压力平衡补偿控制系统，包括：控制器11、第一比例放大器1、第二比例放大器2、第一电磁阀控制器3、第二电磁阀控制器4、第一电磁阀5、第二电磁阀6、第一压力传感器7、第二压力传感器8、波纹管19和来自压缩机出口的高压空气。
44.其中，波纹管19靠近进气口依次安装有第一压力传感器7、第一电磁阀5、第一电磁阀控制器3、压缩机出口的高压空气道、第一比例放大器1，第一比例放大器1的信号输入端与控制器11的第一输出信号端相连；波纹管19靠近出气口依次安装有第二压力传感器8、第二电磁阀6、第二电磁阀控制器4、第二比例放大器2，第二比例放大器2信号输入端与控制器11第二输出信号端相连。
45.本发明实施例具体解释性的，本发明实施例提供的控制器11，有两个输入信号端和三个选通输出信号端。其中，第一个输入信号端与主气管道的压力传感器信号输出端连通，向控制器11输入主气管道的压力信号；第二个输入信号端与波纹管内腔的第一压力传感器7的信号输出端连通，向控制器11输入波纹管内腔的压力信号；控制器11有两个选通输出信号端，当输入控制器11的主气压力信号大于波纹管内腔的压力信号时，选通第一输出信号端，第一输出信号端连通进气管道15的第一比例放大器1，控制进气管道15的第一电磁
阀控制器3使得第一电磁阀5开启，第一压力传感器7输出的反馈信号与之形成闭环回路；当输入控制器11的主气压力信号等于波纹管内腔的压力信号时，控制器控制第一电磁阀关闭；
46.当输入控制器11的主气压力信号小于波纹管内腔的压力信号时，选通第二输出信号端，第二输出信号端连通排气管道16的第二比例放大器2，控制排气管道16的第二电磁阀控制器4使得第二电磁阀6开启，波纹管内腔的第一压力传感器7输出的反馈信号与之形成闭环回路；当输入控制器11的主气压力信号等于波纹管内腔的压力信号时，控制器控制排气阀关闭。
47.在上述具体实施方式下，当控制器11中第一输入信号端输入一个主气压力信号时，该主气压力信号大于控制器11输入端的接收的波纹管内腔压力信号时，控制器11第一输出信号端导通，第一输出信号端将该压力信号传递给进气管道15的第一比例放大器1，该信号经过放大后传输到第一电磁阀控制器3，在该压力信号的作用下第一电磁阀控制器3使得第一电磁阀5打开，压缩机出口的高压空气10进入波纹管19，第一压力传感器7将波纹管内腔压力信号反馈给输入信号端，当反馈压力信号和第一输出信号端的信号相等时，没有压差信号传递给第一比例放大器1，无电流通过第一电磁阀控制器3，使得第一电磁阀5关闭，此时波纹管内的压力和主气压力相等；当控制器11中第一输入信号端输入一个主气压力信号时，该主气压力信号小于控制器11第二信号输入端的接收的波纹管内腔的压力信号时，控制器11第二输出信号端导通，第二输出信号端将该压力信号传递给排气管道16的第二比例放大器2，该信号经过放大后传输到第二电磁阀控制器4，在该压力信号的作用下第二电磁阀控制器4使得第二电磁阀6打开，波纹管19内的空气排到大气中，波纹管内腔的第一压力传感器7将波纹管内腔压力信号反馈给输入信号端，当反馈压力信号和主气压力信号相等时，没有压差信号传递给第二比例放大器2，无电流通过第二电磁阀控制器4，使得第二电磁阀6关闭，此时波纹管19内的压力和主气压力相等；当控制器11中第一输入信号端输入一个主气压力信号时，该主气压力信号等于控制器11第二信号输入端的接收的波纹管内腔的压力信号时，控制器11无输出信号，电磁阀控制器不动作，电磁阀关闭。
48.请参阅图4，本发明实施例提供的一种零泄漏波纹管调节阀压力平衡补偿系统中，取消第一电磁阀控制器，第一电磁阀5替换为第一单向节流阀，为节流阀，开度不进行控制，而将排气管道上的第二电磁阀控制器4变更平衡调节阀控制器，第二电磁阀6变更为平衡调节阀，根据波纹管内腔和调节阀的主气压力进行自动调节；所述进气管道的进气口处设置有所述第一单向节流阀。
49.请参阅图5，本发明实施例提供的一种零泄漏波纹管调节阀压力平衡补偿系统中，取消第二电磁阀控制器，第二电磁阀6替换为第二单向节流阀，为节流阀，开度不进行控制，而将进气管道上的第一电磁阀控制器3变更为平衡调节阀控制器，第一电磁阀5变更为平衡调节阀，根据波纹管内腔和调节阀的主气压力进行自动调节；所述排气管道的排气口处设置有所述第二单向节流阀。
50.当进气或排气管道上改进为单向阀时，调节阀的主气压力和波纹管内腔的压力进行比较，其差值输入控制器，控制器的控制信号结果通过比例放大器放大后传递到保留的进气或者排气平衡调节阀控制器上，控制平衡调节阀的开度，维持波纹管内腔的压力和调节阀的主气压力相近，达到新的平衡状态。这样改进的缺点是在工作过程中一直存在压缩
空气的泄露，影响燃气轮机的效率。
51.综上所述，本发明实施例提供的阀门波纹管密封结构，不同于现有的密封波纹管，波纹管添加了进气管道和出气管道，在燃气轮机工作时直接利用高压的压缩空气抵抗阀门流体对波纹管施加的压力，保护波纹管，无需额外提供气源就可实现波纹管内外表面压力平衡，使得波纹管的密封更加安全、可靠，可以在投入低成本下达到最佳密封效果。本发明实施例提出的与本发明上述波纹管密封结构匹配的压力平衡补偿控制系统如下：波纹管进气口和出气口设有比例电磁阀和压力传感器，直接利用燃气轮机工作时的高压压缩空气实现压力平衡并实现自动调节与控制，通过进出气口的压力传感器的反馈形成闭环回路。由控制器检测阀门主气管道压力，当主气压力与波纹管内压力不等时，调控进出气口比例电磁阀的启闭，从而控制进入波纹管的气体流量和排出波纹管的气体流量，当波纹管外主气压力和波纹管内的气体压力相等时，波纹管几乎不受压力作用，只用于隔绝主气管道和波纹管内气体管道，从而起到保护波纹管的作用，延长波纹管的使用寿命。这种控制方法能让波纹管密封也适用于高中压阀中，实现零泄漏，特别适用于燃气轮机可燃气体的调节，也可以用于有机朗肯循环、卡琳娜循环等新型动力循环中工质可燃、有毒、存在污染和价格昂贵工质的流量调节，具有广泛的应用前景。
52.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：

1.一种零泄漏波纹管调节阀压力平衡补偿系统，其特征在于，包括：进气管道(15)、排气管道(16)、控制器(11)、第一比例放大器(1)、第一电磁阀控制器(3)、第一电磁阀(5)、第一压力传感器(7)、第二比例放大器(2)、第二电磁阀控制器(4)、第二电磁阀(6)以及第二压力传感器(8)；所述进气管道(15)和所述排气管道(16)用于与调节阀内的波纹管相连通；所述进气管道(15)上设置有所述第一电磁阀(5)和第一电磁阀控制器(3)，所述第一电磁阀控制器(3)的信号输入端经所述第一比例放大器(1)与所述控制器(11)的第一信号输出端相连通；所述排气管道(16)上设置有所述第二电磁阀(6)和第二电磁阀控制器(4)，所述第二电磁阀控制器(4)的信号输入端经所述第二比例放大器(2)与所述控制器(11)的第二信号输出端相连通；所述第一压力传感器(7)、所述第二压力传感器(8)分别用于测量波纹管内腔的压力、调节阀的燃料进口的压力；所述控制器(11)用于输入所述波纹管内腔的压力、调节阀的燃料进口的压力；输出所述第一电磁阀控制器(3)、所述第二电磁阀控制器(4)的控制信号。2.根据权利要求1所述的一种零泄漏波纹管调节阀压力平衡补偿系统，其特征在于，所述控制器(11)设置有比较器；所述比较器用于比较所述波纹管内腔的压力与所述调节阀的燃料进口的压力之间的压力大小。3.根据权利要求1所述的一种零泄漏波纹管调节阀压力平衡补偿系统，其特征在于，所述调节阀包括阀体(12)和阀芯(17)；其中，所述阀体(12)设置有燃料进口(13)和燃料出口(14)；所述阀芯(17)可移动的设置于所述阀体(12)内，用于改变燃料进口(13)与燃料出口(14)之间的通流面积，实现阀门开度调节；所述阀芯(17)上设置有用于密封的波纹管。4.根据权利要求1所述的一种零泄漏波纹管调节阀压力平衡补偿系统，其特征在于，所述进气管道(15)用于与燃气轮机的压缩机的出口相连通。5.根据权利要求1所述的一种零泄漏波纹管调节阀压力平衡补偿系统，其特征在于，所述第一电磁阀(5)替换为第一单向节流阀，拆除第一电磁阀控制器(3)；所述第二电磁阀控制器(4)替换为调节阀连续控制器，所述第二电磁阀(6)替换为平衡调节阀。6.根据权利要求1所述的一种零泄漏波纹管调节阀压力平衡补偿系统，其特征在于，所述第一电磁阀控制器(3)替换为调节阀连续控制器，第一电磁阀(5)替换为平衡调节阀；拆除第二电磁阀控制器(4)，所述第二电磁阀(6)替换为第二单向节流阀。7.一种权利要求1所述的零泄漏波纹管调节阀压力平衡补偿系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：所述控制器(11)获取所述波纹管内腔的压力和调节阀的燃料进口的压力并进行比较；当调节阀的燃料进口的压力大于波纹管内腔的压力时，所述控制器(11)控制波纹管的进气管道(15)的指令信号通过第一比例放大器(1)放大后传递到第一电磁阀控制器(3)，第一电磁阀控制器(3)打开第一电磁阀(5)使得进气管道(15)进气，第一压力传感器(7)将波纹管内腔的压力反馈回控制器(11)，当波纹管内腔的压力和调节阀的主气压力相等时，控制器(11)发出指令，通过第一电磁阀控制器(3)控制关闭第一电磁阀(5)；
当调节阀的燃料进口的压力小于波纹管内腔的压力时，所述控制器(11)控制波纹管的排气管道(16)的指令信号通过第二比例放大器(2)放大后传递到第二电磁阀控制器(4)，打开第二电磁阀(6)，使得排气管道(16)排气，第一压力传感器(7)将波纹管内腔的压力反馈回控制器(11)，当波纹管内腔的压力和调节阀的主气压力相等时，控制器(11)发出指令，通过第二电磁阀控制器(4)控制关闭第二电磁阀(6)。

技术总结

本发明公开了一种零泄漏波纹管调节阀压力平衡补偿系统及其控制方法，所述系统包括：进气管道、排气管道和控制器；进气管道上设置有第一电磁阀控制器和第一电磁阀，第一电磁阀控制器的信号输入端经第一比例放大器与控制器的第一信号输出端相连通；排气管道上设置有第二电磁阀控制器和第二电磁阀，第二电磁阀控制器的信号输入端经第二比例放大器与控制器的第二信号输出端相连通；第一压力传感器、第二压力传感器分别用于测量波纹管内腔的压力、主调节阀进气压力；控制器用于输出第一电磁阀控制器、第二电磁阀控制器的控制信号。本发明可解决目前阀门波纹管密封问题存在的抗压性差、适用范围小、使用寿命短等技术问题。使用寿命短等技术问题。使用寿命短等技术问题。