本发明涉及气体流量计量及阀门领域，尤其涉及一种实时监测气体流量的阀门。
背景技术：
阀门及气体流量计是气体管道中必不可少的设备。在现有技术中，阀门和气体流量计通常作为两种独立的装置在管道中分体安装，这样分体安装存在的问题在于以下两点：其一，气体流量计安装位置前后都需要较长的管路作为流量测量的必要条件，占用管道的安装位置，浪费安装空间；其二，增加安装时间，降低施工效率，浪费人力。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供了一种实时监测气体流量的阀门，结构紧凑，体积小，在实现阀门正常启闭功能的同时，可以对阀门流量进行实时监测和显示。
本发明具体采用的技术方案是：
一种实时监测气体流量的阀门，其包括阀体、阀盖、阀芯、阀杆、套筒、进口温度传感器、进口压力传感器、进口整流装置、出口压力传感器、出口整流装置和流量数据处理模块；
所述的套筒安装于阀体中腔，套筒两端分别固定于阀体和阀盖上；所述阀盖中心开有通孔，所述阀杆经阀盖中心通孔进入阀体中腔，阀杆底部与套筒中心的阀芯相连接，阀芯在阀杆带动下可沿阀杆轴向上下移动；阀门进口管路侧壁安装有进口压力传感器和温度传感器，阀门进口管路内安装有进口整流装置，阀门出口管路侧壁安装有出口压力传感器，阀门出口管路内安装有出口整流装置；所述进口温度传感器、进口压力传感器和出口压力传感器分别与流量数据处理模块连接通讯；所述流量数据处理模块接收来自进口温度传感器、进口压力传感器和出口压力传感器的信号并进行处理运算、显示实时流量。
优选的，所述阀门进口经阀体中腔的套筒与阀门出口连通，阀门进口与阀门出口的轴线重合或平行。
优选的，还包括密封填料和填料压盖，所述阀盖与阀体间通过螺栓进行连接，阀盖与阀杆间通过密封填料和填料压盖进行密封。
优选的，所述填料压盖与阀盖间通过螺栓进行连接。
优选的，所述进口整流装置和出口整流装置由中心的整流板和整流板支撑管组成，整流板支撑管内部不同高度处均安装有整流板，整流板两端通过整流板支撑管内壁的凹槽进行固定，上下两块整流板之间构成供流体通过的整流通道。
优选的，所述整流板截面呈矩形，整流板支撑管内部的各整流板相互平行。
优选的，所述阀门进口管路侧壁安装的温度传感器和压力传感器位于进口整流装置的上游，所述阀门出口管路侧壁安装的压力传感器位于出口整流装置的下游。
本发明的另一目的在于提供一种利用上述任一方案所述阀门的流量测量方法，其测量步骤如下
s1：在阀门安装于管路之前，对流量数据处理模块进行标定，得出系数k1、k2的值，标定公式为：
其中：qs为阀门的实时流量；δp为阀门的进出口压差；k1、k2为已标定的与阀门结构尺寸相关的系数；p1为阀门进口压力，t1为阀门进口气体温度；z1为工作气体的压缩系数；γ为工作气体的比热比；m为工作气体的摩尔质量；
s2：在阀门安装于管路中后，工作气体通过该阀门时，流量数据处理模块获取该阀门进口压力p1、出口压力p2和进口温度t1，根据进出口压力计算进出口压差δp，再按照下式计算通过阀门气体的实时流量：
本发明的有益效果是：
本发明所提供的实时监测气体流量的阀门，将流量测量功能集成于用于管路控制的阀门中，可实时检测通过阀门的气体流量，方便高效；结构紧凑、体积小，节省了用于阀门流量测量需要的管路长度；本发明提供的阀门流量测量方法同时考虑阀门内部的湍流流动、气体可压缩性和温度影响，测量精度较高。
附图说明
图1为本发明所涉及的实时监测气体流量的阀门的示意图；
图2为本发明所涉及的进、出口整流装置的截面剖视图；
图中：1、阀门进口；2、进口整流装置；3、阀体；4、套筒；5、阀杆；6、阀芯；7、出口整流装置；8、阀门出口；9、出口压力传感器；10、密封填料；11填料压盖；12、阀盖；13、流量数据处理模块；14、进口压力传感器；15、进口温度传感器；16、整流板支撑管；17、整流板。
具体实施方式
以下结合附图和具体实例对本发明作进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如附图1所示，在本实施例中，一种实时监测气体流量的阀门，包括阀体3、阀盖12、阀芯6、阀杆5、套筒4、密封填料10、填料压盖11、进口温度传感器15、进口压力传感器14、进口整流装置2、出口压力传感器9、出口整流装置7和流量数据处理模块13。
其中，套筒4安装于阀体3中腔，套筒4的底部支撑于阀体3上，而顶部支顶在阀盖12上。阀盖12与阀体1间通过螺栓进行连接，阀盖12中心开有通孔，阀杆5经阀盖12中心通孔进入阀体3中腔，阀杆5底部与套筒4中心的阀芯6相连接，阀芯6在阀杆5带动下可沿阀杆5轴向上下移动。阀门进口1经阀体3中腔的套筒4与阀门出口8连通，阀门进口1与阀门出口8的轴线重合或平行。阀盖12与阀杆5间通过密封填料10和填料压盖11进行密封。填料压盖11与阀盖12间通过螺栓进行连接。阀芯6的作用是对阀体内的流道进行开闭控制，当阀芯6在阀杆5带动下向上移动时逐渐打开流道，当向下移动时逐渐关闭流道，通过阀杆5可以控制流道的打开大小，进而调节阀内的流量大小。
本发明的发明是通过若干传感器实现内部流量测量的，包括进口温度传感器15、进口压力传感器14和出口压力传感器9，其中阀门进口1管路侧壁安装有进口压力传感器14和温度传感器15，阀门出口8管路侧壁安装有出口压力传感器9。为了保证流量测量的准确性，防止流体紊流造成测量误差，阀门进口1管路内安装有进口整流装置2，阀门出口8管路内安装有出口整流装置7。阀门进口1管路侧壁安装的温度传感器15和压力传感器14位于进口整流装置2的上游，所述阀门出口8管路侧壁安装的压力传感器9位于出口整流装置7的下游。
如图2所示，进口整流装置2和出口整流装置7的结构形式相同，均由中心的整流板17和整流板支撑管16组成，整流板支撑管16内部不同高度处均安装有整流板17，整流板17两端通过整流板支撑管16内壁的凹槽进行固定，上下两块整流板17之间构成供流体通过的整流通道。每块整流板17截面呈矩形，整流板支撑管16内部的各整流板17相互平行，不同高度处的整流板17宽度不同，与整流板支撑管16在该位置的截面宽度一致。整流板支撑管16的外径分别与阀门进口1、阀门出口8的安装位置处的管路内径一致或稍大，使其能够固定在管道中。
进口温度传感器15、进口压力传感器14和出口压力传感器9分别与流量数据处理模块13连接通讯，将感应数据发送至流量数据处理模块13中。流量数据处理模块13接收来自进口温度传感器15、进口压力传感器14和出口压力传感器9的信号并进行处理运算、显示实时流量。
在本实施例中，上述阀门的流量测量方法，可以采用如下测量步骤
s1：在阀门安装于管路之前，需要预先对流量数据处理模块进行标定，得出系数k1、k2的值，标定公式为：
其中：qs为阀门的实时流量；δp为阀门的进出口压差；k1、k2为已标定的与阀门结构尺寸相关的系数；p1为阀门进口压力，t1为阀门进口气体温度；z1为工作气体的压缩系数；γ为工作气体的比热比；m为工作气体的摩尔质量。
在进行标定时，需要首先将已知流量的气体从阀门进口1通入，然后检测阀门进口压力p1、出口压力p2和进口温度t1，获取不同流量下的这些传感器数据后，既可以用于对公式中的参数k1、k2进行标定，得到其标定值。
s2：在阀门安装于管路中后，工作气体通过该阀门时，流量数据处理模块获取该阀门进口压力p1、出口压力p2和进口温度t1，根据进出口压力计算进出口压差δp，再按照下式计算通过阀门气体的实时流量：
此时，k1、k2的取值采用的就是s1中的标定值。
本发明中用于流量计算的标定公式，在其推导过程中既考虑了温度变化、气体压缩性对测量的影响，同时也考虑了气体流动湍动程度增加对气体性质的影响，因此流量测量结果必然具有较高的准确性。通过该装置和方法，无需复杂昂贵的气体流量计，也可以计算出阀门内的实时流量。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
1.一种实时监测气体流量的阀门，其特征在于：包括阀体(3)、阀盖(12)、阀芯(6)、阀杆(5)、套筒(4)、进口温度传感器(15)、进口压力传感器(14)、进口整流装置(2)、出口压力传感器(9)、出口整流装置(7)和流量数据处理模块(13)；
所述的套筒(4)安装于阀体(3)中腔，套筒(4)两端分别固定于阀体(3)和阀盖(12)上；所述阀盖(12)中心开有通孔，所述阀杆(5)经阀盖(12)中心通孔进入阀体(3)中腔，阀杆(5)底部与套筒(4)中心的阀芯(6)相连接，阀芯(6)在阀杆(5)带动下可沿阀杆(5)轴向上下移动；阀门进口(1)管路侧壁安装有进口压力传感器(14)和温度传感器(15)，阀门进口(1)管路内安装有进口整流装置(2)，阀门出口(8)管路侧壁安装有出口压力传感器(9)，阀门出口(8)管路内安装有出口整流装置(7)；所述进口温度传感器(15)、进口压力传感器(14)和出口压力传感器(9)分别与流量数据处理模块(13)连接通讯；所述流量数据处理模块(13)接收来自进口温度传感器(15)、进口压力传感器(14)和出口压力传感器(9)的信号并进行处理运算、显示实时流量。
2.根据权利要求1所述的一种实时监测气体流量的阀门，其特征在于：所述阀门进口(1)经阀体(3)中腔的套筒(4)与阀门出口(8)连通，阀门进口(1)与阀门出口(8)的轴线重合或平行。
3.根据权利要求1所述的一种实时监测气体流量的阀门，其特征在于：还包括密封填料(10)和填料压盖(11)，所述阀盖(12)与阀体(3)间通过螺栓进行连接，阀盖(12)与阀杆(5)间通过密封填料(10)和填料压盖(11)进行密封。
4.根据权利要求3所述的一种实时监测气体流量的阀门，其特征在于：所述填料压盖(11)与阀盖(12)间通过螺栓进行连接。
5.根据权利要求1所述的一种实时监测气体流量的阀门，其特征在于：所述进口整流装置(2)和出口整流装置(7)由中心的整流板(17)和整流板支撑管(16)组成，整流板支撑管(16)内部不同高度处均安装有整流板(17)，整流板(17)两端通过整流板支撑管(16)内壁的凹槽进行固定，上下两块整流板(17)之间构成供流体通过的整流通道。
6.根据权利要求5所述的一种实时监测气体流量的阀门，其特征在于：所述整流板(17)截面呈矩形，整流板支撑管(16)内部的各整流板(17)相互平行。
7.根据权利要求1所述的一种实时监测气体流量的阀门，其特征在于：所述阀门进口(1)管路侧壁安装的温度传感器(15)和压力传感器(14)位于进口整流装置(2)的上游，所述阀门出口(8)管路侧壁安装的压力传感器(9)位于出口整流装置(7)的下游。
8.一种利用如权利要求1-7任一所述阀门的流量测量方法，其特征在于：测量步骤如下
s1：在阀门安装于管路之前，对流量数据处理模块进行标定，得出系数k1、k2的值，标定公式为：
其中：qs为阀门的实时流量；δp为阀门的进出口压差；k1、k2为已标定的与阀门结构尺寸相关的系数；p1为阀门进口压力，t1为阀门进口气体温度；z1为工作气体的压缩系数；γ为工作气体的比热比；m为工作气体的摩尔质量；
s2：在阀门安装于管路中后，工作气体通过该阀门时，流量数据处理模块获取该阀门进口压力p1、出口压力p2和进口温度t1，根据进出口压力计算进出口压差δp，再按照下式计算通过阀门气体的实时流量：
