燃气比例阀的关键技术研发及产业化项目可行性报告.docx
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燃气比例阀的关键技术研发及产业化项目可行性报告
水、气比例阀的关键技术研发及产业化项目
可行性研究报告
一、项目概述
1、项目提出的背景、立项的意义，技术开发状况和企业现有产业的规模。
而随着全球人口和经济规模的不断增长，能源使用带来的环境问题及其诱因不断地为人们所认识，不止是烟雾、光化学烟雾和酸雨等的危害，大气中二氧化碳浓度升高将带来的全球气候变化，也已被确认为不争的事实。
在此背景下，“碳足迹”、“低碳经济”、“低碳技术”、“低碳发展”、“低碳生活方式”、“低碳社会”、“低碳城市”、“低碳世界”等一系列新概念、新政策应运而生。
低碳时代的理念在推动着燃气行业的快速发展，燃气比例阀的自动调节功能使得燃气用具在节能、环保、低碳、舒适、卫生、快捷等方面的优点越显突出。
1、比例控制阀作为节能减排燃气热水器的关键部件，起到节能减排的主要作用。
ＧＢ２０６６５－２００６《家用燃气快速热水器和燃气采暖热水炉能效限定值及能效等级》标准不仅要求在最大负荷是要保证热效率，还要保证在中间负荷的效率，随着节能要求的提高，最终会在全部符合变化是都要保证效率。
这就要求燃气具在所有的工作负荷点都有一个合理的燃气于风速的配比，保证所有负荷点热效率，而能够在全负荷保证热效率的关键部件就是比例控制阀和风机。
2、比例控制阀作为高端热水为的关键部件，符合市场对燃气具舒适性的需求。
安装有比例控制阀的燃气热水器，可以根据使用水温等条件自动控制和调整燃气压力及流量，根据需要的条件有效、及时地控制燃气和水的输出量，可精确控制其出水温度，迅速将水温调整到用户需要的合适温度，满足用户对恒温时间和精度的要求。
3、比例控制阀符合《广东省民用燃气具产业技术路线图》的要求，符合行业的发展要求。
２００９年１０月发布的《广东省民用燃气具产业技术路线图》，明确地将比例阀作为燃气具的核心部件，作为今后燃气具产业研发的一个重点。
《广东省民用燃气具产业技术路线图》鼓励行业内企业积极参与燃气具的整机和零配件的技术研发上，鼓励行业内的分工合作，从战略层面整体提高广东民用燃气具行业的技术水平，扩大整个行业的发展空间。
此外燃气具行业已经多次开会研究、制定、准备实施燃气具比例阀的国家标准。
2、项目产品的主要用途和性能。
本项目将燃气具的关键部件比例控制阀作为重点研究对象。
其性能技术指标如下：
（1）气动燃气/空气比例阀预期实现的技术指标
气动燃气/空气比例阀工作温度-10~60℃。
进口最大压力：
6000Pa.
输出压力范围：
50~1200Pa.
空气压力与燃气出口压力的曲线图如下：
（2）步进电机控制水比例阀预期实现的技术指标
步进电机控制水比例阀工作温度0~90℃，环境温度-20~90℃。
。
国内工作压力：
0~1.25MPa.耐水压力：
2MPa.
水量调节范围：
0~35L/min.
工作曲线图如下：
3、项目投资的必要性和预期的经济效益。
此本项目将比例控制阀作为重点研究对象。
积极响应国家发展低碳经济要求，积极承担环境保护责任，完成国家节能降耗指标的要求；积极参与技术创新，将更多中国创造的产品推向国际市场。
该项目预计在2011年12月年形成30万台的生产规模，在2012年实现销售收入3000多万元，实现利润120多万元，上缴税收130多万元。
随着国内经济的发展，国内燃气具行业得到了蓬勃发展，国内年产燃气热水器1000多万台，燃气采暖炉20万台左右，其中安装有比例阀的热水器有300多万台，燃气采暖炉有20万台，如果这些燃气热水器要提高节能标准，气动燃气/空气比例阀和步进电机控制水比例阀，则热效率比常规热水器提高10%以上，即节省燃气用量10%以上，每年可节省石油气约172万吨。
4、企业实施项目的优势及国内外的情况。
比例控制技术是实现元件或性的被控制量（输出）与控制量（输入或指令）之间线形关系的技术手段，这一手段要保输出量的大小按确定的比例随着输入量的变化而变化。
在比例控制技术中，执行机构就是比例阀。
比例控制技术最早在２０世纪６０年代末起源于瑞士，是将新型的电—机械转换器用于工业阀门以代替开关电磁阀或调节手柄。
阀内不含受控参数的反馈闭环。
到２０世纪８０年代，比例控制技术发展到新的阶段，这一阶段比例元件的设计原理得到了进一步改进，发的稳态精度，动态响应和稳定性均已和工业伺服相当。
从１９９０年至今，比例阀被广泛应用于各种领域。
本项目研究的是应用于家用燃气具调整燃气流量和水流量的比例阀。
燃气比例阀阀的分类，
A、动永磁式比例阀：
利用永磁力与电力的同极性相互作用产生机械位移，控制燃气主阀口的开度，如慈溪市天行的比例阀。
（见图1、图2）
图１
图2
B、动铁芯式比例阀：
利用线圈产生的电磁力，使线圈中的铁芯产生机械位移，控制燃气主阀口的开度，如有广东*****、湛江中信的比例阀。
（见图3、图4）
图3
图4
C、动线圈式比例阀：
永磁体固定线圈可动，线圈的位移产生机械运动，控制燃气主阀口的开度。
D、步进电机控制比例阀：
通过步进电力的齿轮旋转，利用涡轮和涡杆的转换来控制阀门的开度，如国外冬斯的比例阀。
（见图5、图6）
图5
图6
图5
图6
E、电控—气压驱动式比例阀：
是利用线圈产生的电磁力，使线圈中的铁芯产生机械位移，控制一个小的阀门，在利用这个阀口的燃气压力来控制燃气阀门。
燃气燃气压力和膜片的位移产生机械运动。
如西特845阀（见图7、图8）
图7
图8
F、气动燃气/空气比例阀。
利用空气的压力来驱动燃气阀的开度。
如西特848阀（见图9、图10）
图9
图10
燃气具上所用的水比例阀基本只有一种，步进电机控制比例阀（见图11、图12）：
图11
图12
由于国内燃气具市场较小，国内消费水平低，安装比例阀的产品在国内的市场有限，国内研究和生产燃气具比例阀的厂家并不多，只有广东*****、有湛江中信、浙江三国、广州精鼎、慈溪市天行等厂家，研究技术水平不高，仅限于研究和生产动铁心式比例阀、动永磁式比例阀，比例阀应用于国产品牌的燃气具，而国外品牌的林内和能率整机所用的燃气比例阀和水比例阀则是直接从日本本土采购的配件,国内生产出口的燃气具产品所用的气动燃气/空气比例阀和步进电机控制水比例阀都是从国外进口的，气动燃气/空气比例阀400多元，步进电机控制水比例阀200多元。
国外的燃气具发展比较成熟，以上介绍的各种燃气用具的比例阀都有，其中日本的燃气比例阀主要是动铁心式比例阀和步进电机控制水比例阀，欧美则偏重研究和生产步进电机控制比例阀、电控—气压驱动式比例阀、气动燃气/空气比例阀，随着欧洲EUP指令的实施，越来越多的燃气具开始使用气动燃气/空气比例阀和步进电机控制水比例阀以满足标准对用能产品的效率要求。
二、项目技术可行性分析
1、项目具体研究开发的内容和重点解决的技术关键问题。
现在国内燃气具上安装的燃气比例阀基本上都是铁心式比例阀、动永磁式比例阀，这种比例阀很难把燃气具各个负荷点的空气燃气和空气调整到最佳值，很难保证各个负荷点的热效率都达到高效率。
为照顾国内企业，国标对燃气具只要求其100%负荷时的热效率和50%负荷时的热效率达到要求。
只有配备了气动燃气/空气比例阀和步进电机控制水比例阀的燃气具才能保证各个负荷点的都达到较高的热效率。
本项目主要研究水、气比例阀关键技术研发及产业化，即气动燃气/空气比例阀和步进电机控制水比例阀的关键技术研发及产业化。
研究的主要内容包括：
A、气动燃气/空气比例阀系统优化设计，确定最优结构。
气动燃气/空气比例阀的阀体内流道、阀口和阀芯的结构设计，影响到阀体的阻力系数、共振频率、压力和流量的曲线等。
本项目采用有Pro/Engineer、SolidWork等三维设计软件，Fluent流体仿真软件等，对气动燃气/空气比例阀的结构进行三维设计和流体仿真分析，根据仿真分析结构不断地调整阀体内流道、阀口和阀芯的结构设计，最终使阀体结构达到最优。
B、气动燃气/空气比例阀隔膜优化设计。
气动燃气/空气比例阀隔膜在比例中起到放大隔膜两边气体的压力，分隔两侧气体，改变两侧气体空间的作用，因此要求隔膜材质柔软，有韧性，耐腐蚀，质地轻盈，设计时要考虑隔膜的材质，厚度，形状，重量等。
C、气动燃气/空气比例阀弹簧优化设计。
气动燃气/空气比例阀的弹簧在比例中起到平衡隔膜两侧压力差，控制阀芯位置，防止阀芯共振的作用，因此设计弹簧时要考虑弹簧的材质、倔强系数、工作区间等。
D、步进电机控制水比例阀系统优化设计，确定最优结构。
步进电机控制水比例阀的阀体内流道、阀口和阀芯的结构设计，影响到阀体的阻力系数、共振频率、压力和流量的曲线等。
本项目采用有Pro/Engineer、SolidWork等三维设计软件，Fluent流体仿真软件等，对步进电机控制水比例阀的结构进行三维设计和流体仿真分析，根据仿真分析结构不断地调整阀体内流道、阀口和阀芯的结构设计，最终使阀体结构达到最优。
E、气动燃气/空气比例阀、步进电机控制水比例阀生产工艺研究。
F、气动燃气/空气比例阀、步进电机控制水比例阀检验工艺研究。
2、项目的特色和创新之处。
A、气动燃气/空气比例阀控制技术
通过风机管道空气流动时的压力信号与气动燃气/空气比例阀相连，通过气动燃气/空气比例阀的隔膜将压力放大，与弹簧一起控制气动燃气/空气比例阀阀芯的位置，改变燃气的流量，通过预先的设计，使空气流量和燃气流量达到线性比例，保证各个风速下，燃气和空气的配比都在一个合理的范围内，保证燃烧的效率。
气动燃气/空气比例阀的阀体内流道、阀口和阀芯的结构设计，影响到阀体的阻力系数、共振频率、压力和流量的曲线等。
气动燃气/空气比例阀隔膜在比例中起到放大隔膜两边气体的压力，分隔两侧气体，改变两侧气体空间的作用，因此要求隔膜材质柔软，有韧性，耐腐蚀，质地轻盈，设计时要考虑隔膜的材质，厚度，形状，重量等。
气动燃气/空气比例阀的弹簧在比例中起到平衡隔膜两侧压力差，控制阀芯位置，防止阀芯共振的作用，因此设计弹簧时要考虑弹簧的材质、倔强系数、工作区间等。
研发时需要使用Pro/Engineer、SolidWork等三维设计软件，Fluent流体仿真软件等，对气动燃气/空气比例阀的结构进行三维设计和流体仿真分析，根据仿真分析结构不断地调整阀体内流道、阀口和阀芯的结构设计，通过计算来确定弹簧的倔强系数、隔膜的硬度，并需要反复实验，验证和修改设计，最终得到最优的气动燃气/空气比例阀。
B、进电机控制水比例阀控制技术
进电机控制水比例阀控制技术是通过步进电机的齿轮快速调整通过蜗杆带动的阀芯，来控制阀芯位置，改变阀口的大小，改变水的流量。
由于使用水压通常在0.1~0.5MPa,因此要合理计算和设计步进电机的扭矩，合理设计计算阀口的形状和大小以及蜗杆所以东的距离，并需要反复实验，验证和修改设计，最终得到最优的进电机控制水比例阀。
C、比例阀加工装配技术
气动燃气/空气比例阀的阀体内流道、阀口和阀芯的结构设计，影响到阀体的阻力系数、共振频率、压力和流量的曲线等。
在比例阀的加工过程中需要选用高精度的模具和加工车床，并研发高精的装配夹具，设计合理的加工装配顺序，才能保证比例的加工和装配质量。
D、比例阀检验技术
气动燃气/空气比例阀、步进电机控制水比例阀属于国内首创，目前没有国内没有成熟的检测方法和技术，该项目的若要产业化，需要研制一套完整的检验方法和技术，才能保证比例阀的质量。
3、项目的技术路线、工艺的合理性和成熟性，关键的先进性和效果论述。
A、拟采用的方法
本项目采用仿真设计和实验验证相结合的方法对产品进行持续优化升级，在跨行业吸收目前国外先进比例控制技术和生产工艺的基础上，结合在前期研究、样机研制、中试的经验和成熟条件以及现有市场上成熟可靠的设备和技术，尽快实现项目的产业化。
①自主研发为主，省院合作，实现项目的可持续发展
公司在项目前期已经投入大量的时间和资金进行产品样机的研发。
未来的产品优化改进和升级定位等研发工作，以自主开发为主导。
在未来产品的技术优化方面，公司将积极吸纳华中科技大学的先进技术及研究成果和实验条件，利用自身优势和各种社会资源，通过省院合作的模式，进行项目的开发与创新，突破其中的关键技术瓶颈，实现可持续发展。
②自主生产为主，快速推动项目产业化
公司在项目前期已经投入部分产业化设备，本项目产品将采取以自主生产为主的模式，有利于控制产品的质量和成本，快速推动项目产业化。
B、技术路线以及工艺流程
①气动燃气/空气比例阀控技术路线以及工艺流程。
（见图13）
图13
燃气经过入口滤网进入阀体总成，电磁阀1打开，燃气流至比例阀2的阀芯位置，电磁阀2打开，燃气通过电磁阀2所密封的通道进入比例阀2的隔膜的背面，比例阀2隔膜的两侧气体压力相等，在弹簧的作用下将比例阀2的阀芯推开，燃气通过比例阀2阀芯流出阀体。
当空气量最大时，在空气压力作用下，比例阀1阀芯将其密封的通道堵死，比例阀2隔膜的背压最大，比例阀2阀芯位置最大，燃气流量最大，当空气量减小时，在空气压力作用下，比例阀1阀芯密封的通道逐渐打开，比例阀2隔膜的背压减小，比例阀2阀芯位置变小，燃气流量减小。
从而实现空气流量和燃气流量达到线性比例。
②步进电机控制水比例阀控技术路线以及工艺流程。
（见图14）
图14
步进电机的齿轮快速调整通过蜗杆带动的阀芯，来控制阀芯位置，改变阀口的大小，改变水的流量。
由于水压一般都在0.1~0.5MPa,步进电机控制水比例阀采用燃气比例阀一样带有稳压功能的比例阀阻力大、功耗大，因此采用这种结构是最佳选择。
4、项目承担单位在实施本项目中的优势。
*****是国内最大的燃气具专业制造企业，拥有生产总面积达150万平方米，年生产能力达1500多万台，具有良好的产业化基础。
*****推动行业第一个产学研结合的“节能环保燃气具研发中心”的建成，还建立了“*****省级企业技术中心”和“广东省节能环保燃气具工程技术研究开发中心”，依托三大技术中心，集中力量研发与节能、环保、减排的相关核心技术，并大力发展节能环保新能源供热产品，技术处于世界同业先进水平，为*****的同业竞争能力奠定了良好的基础。
A、项目前期研发及相关技术准备工作情况
*****经过详细的市场调研和认真的市场分析，认为公司开展水、气比例阀关键技术研发及产业化项目具有非常好的市场前景，开发此项目的时机已经具备，经董事会成员一致同意对本项目进行投资及开发。
公司为了开发本项目，2009年初，研发人员及市场销售人员开始着手进行市场调研活动，在取得第一手资料的前提下，编写了可行性分析报告，提请立项，成立项目小组。
项目组进行了以下的技术准备工作：
根据市场情况，制定了产品的技术方案，采购制造了测试平台，制定了产品的测试方法。
为本项目的前期实验做好硬件的准备。
在软件方面，我公司配置了PDM及先进的野火版PRO/E绘图软件，为本项目按时、按质地完成开发计划打好基础。
对于项目的关键技术要点，联合华中科技大学杨叔子院士工作站共同攻关。
经过以上的准备工作，*****已经具备了相当的技术基础和初步掌握了这些技术，完全能够保证本项目顺利地按计划进行。
B、阶段性成果
*****公司在2009年已经和****工作站开始研究自力式热力恒温燃气热水器，建立了试验品平台，成功研制了自力式热力恒温阀，积累大量的研究经验。
2009年12月，双方延续之前的科技合作协议，开展了气动燃气/空气比例阀和步进电机控制水比例阀研究工作，目前为止，已经测试了国外气动燃气/空气比例阀和步进电机控制水比例阀性能特点，进行了结构分析，正在准备编写专利，准备设计开发新的气动燃气/空气比例阀和步进电机控制水比例阀。
三、市场需求情况及风险分析
1、国内市场的需求规模和产品的发展前景，产品预测在市场的占有率。
由于国内燃气具市场较小，国内消费水平低，安装比例阀的产品在国内的市场有限，国内研究和生产燃气具比例阀的厂家并不多，只有广东*****、有湛江中信、浙江三国、广州精鼎、慈溪市天行等厂家，研究技术水平不高，仅限于研究和生产动铁心式比例阀、动永磁式比例阀，比例阀应用于国产品牌的燃气具，而国外品牌的林内和能率整机所用的燃气比例阀和水比例阀则是直接从日本本土采购的配件,国内生产出口的燃气具产品所用的气动燃气/空气比例阀和步进电机控制水比例阀都是从国外进口的，气动燃气/空气比例阀300多元，步进电机控制水比例阀130多元。
国内年产燃气热水器1000多万台，燃气采暖炉20万台左右，其中安装有比例阀的热水器有300多万台，燃气采暖炉有20万台，如果这些燃气热水器要提高节能标准，气动燃气/空气比例阀和步进电机控制水比例阀，则热效率比常规热水器提高10%以上，即节省燃气用量10%以上，每年可节省石油气约172万吨。
产能增加四百多万台能带动整个制造产业链的发展，使国民经济增长过十亿，增加就业人口过十万，带来巨大的社会效益和经济效益。
该项目预计在2012年12月完成，项目完成后，水、气比例阀的国内市场占有率会达到30%以上。
2、国际市场的状况及产品未来的发展趋势，在国际市场上的竞争力，产品替代进口或出口的可能性。
国外的燃气具发展比较成熟，以上介绍的各种燃气用具的比例阀都有，其中日本的燃气比例阀主要是动铁心式比例阀和步进电机控制水比例阀，欧美则偏重研究和生产步进电机控制比例阀、电控—气压驱动式比例阀、气动燃气/空气比例阀，随着欧洲EUP指令的实施，越来越多的燃气具开始使用气动燃气/空气比例阀和步进电机控制水比例阀以满足标准对用能产品的效率要求。
*****实施的《水、气比例阀的关键技术研发及产业化》项目完成后，其产业化成果水、气比例阀性能可以达到或超过国外进口的产品，在国内可以代替进口产品，该产品也会首先安装在*****的热水器内出口到世界各地。
3、风险因素分析及对策。
*****公司为国内燃气具的龙头企业，从技术到生产和销售在国内都是一流水平，顺德职业技术学院杨叔子工作室的专家团队以华中科技大学为坚强的后盾，华中科技大学华的气动中心致力于气压传动与控制技术、气动伺服技术、智能气动技术、电液伺服技术、计算机控制技术和新型液压与气动元件的开发等方面的研究，有丰富的产品节能设计经验以及技术资源。
因此该项目没有风险。
四、投资估算及资金筹措
1、项目投资估算（固定资产、流动资金等投资）。
项目预计投资600万元（其中固定资产投资350万元，流动资金投资250万元）
2、资金筹措（固定资产、流动资金、投资计划等）。
项目预计投资600万元全部来自企业（其中固定资产投资350万元，流动资金投资250万元）
投资计划如下：
经费支出
金额（万元）
用途
基本建设费
30
试验场地改造
设备购置费
320
设备购置
能源、材料费
50
原材料购买
试验外协费
130
学术交流活动费
10
学术交流活动
专用业务费
60
市场调研、技术合作费
合计
600
五、经济和社会分析
1、项目达到产业化阶段，每年产品成本、销售收入估算。
项目
产品成本（元）
销售量（万）
销售收入（万元）
气动燃气/空气比例阀
220
5
1650
步进电机控制水比例阀
90
10
1350
2、项目达产后三年的成本、销售收入估算。
年份
项目
产品成本（元）
销售量（万）
销售收入（元）
2012年
气动燃气/空气比例阀
220
5
1650
步进电机控制水比例阀
90
10
1350
2013年
气动燃气/空气比例阀
200
6
1800
步进电机控制水比例阀
80
15
1800
2014年
气动燃气/空气比例阀
180
8
2160
步进电机控制水比例阀
75
20
2250
3、社会效益分析。
随着国内经济的发展，国内燃气具行业得到了蓬勃发展，国内年产燃气热水器1000多万台，燃气采暖炉20万台左右，其中安装有比例阀的热水器有300多万台，燃气采暖炉有20万台，如果这些燃气热水器要提高节能标准，气动燃气/空气比例阀和步进电机控制水比例阀，则热效率比常规热水器提高10%以上，即节省燃气用量10%以上，每年可节省石油气约172万吨。
产能增加四百多万台能带动整个制造产业链的发展，使国民经济增长过十亿，增加就业人口过十万，带来巨大的社会效益和经济效益。
六、企业综合实力和产业基础
1、企业的科技人员情况。
*****的管理架构和结构布局
2、企业高层管理人员和项目负责人的教育背景、科技意识、市场开拓能力和经营管理水平。
3、企业从事研究开发的人员力量、资金投入以及企业内部管理体系。
*****研发人员占总职工人数的10%以上，其中大专以上学历的研发人员占总研发人员的30%以上，*****每年拿出超过销售收入3%的资金投入项目研发过程中。
*****“针对研发管理,建立立项管理制度,制订《产品开发管理实施细则》、《专利工作管理办法》，使项目的来源有据可依，保护公司知识产权，并使研发所需的人、财、物有保证，确保研发人员的工资高于其它员工；建立研究开发核算体系,制订《公司产品研发费用管理实施细则》，确保科研经费专款专用及使用的科学性和合理性。
4、企业从事本产品的生产条件及产业基础。
*****公司有压铸车间、注塑车间、机加工车间、总装车间等，具有年生产燃气具1500万台的加工能力。
各个车间专业能力强，均有能力加工本项目的对应工序，本项目实施后，各车间可以通过工序调整或增加设备来保证项目的顺利实施。
七、项目实施的进度计划
时间进度
项目主要内容
2009年11月—2009年12月
立项及基础实验
2009年12月—2010年3月
明确产品性能参数要求、安全及维护要求，并组织方案评审
2010年4月—2010年12月
设计计算及验证，与产品安全、使用、技术性能，手板样机等项目进行验证
2010年10月—2011年4月
工艺设计，确定重点工序，工装设计
2011年5月—2011年10月
模具样机试制、检验
2011年11月—2010年12月
小批量生产
八、其它
1、环境保护措施。
本项设计的主要工艺为铸造、机加工、注塑、组装、检验，因此生产过程不产对环境有害的物质。
2、劳动保护及安全。
压铸和注塑过程中存在高温，对操作者会产生危害。
本项目所采用的压铸机为自动化设备，用机械手自动加料，机械手自动取料，操作者不接触高温零件和设备。
九、结论
通过以上可行性分析，*****组织实施《水、气比例阀的关键技术研发及产业化》项目，符合市场需求，行业需求，节能环保的潮流，*****能有力完成该项目的研发及产业化，该项目可行。
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