CN100392315C - 基于磁流变液的智能可调容器过压保护装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于磁流变液的智能可调容器过压保护装置及方法，该装置包括：外筒(1)、外筒中的磁流变液(2)、膜片(3)、绕在外筒(1)上的电磁线圈(4)、下接头(5)、上接头(6)、电流驱动器(7)、控制器(8)、压力传感器(9)；其膜片(3)在下接头(5)之上，电磁线圈(4)的接头与电流驱动器电源相连；电流驱动器(7)与控制器(8)相连，下接头(5)连接容器，上接头(6)连接放空管，压力传感器(9)装在容器内，测定容器内压力，将压力信号给控制器(8)，控制器(8)根据实测压力与设计限压值对比信号，控制电磁线圈(4)供、断电及供电大小，使磁流变液的密封和耐压力提高或下降，使容器与大气接通或隔开而不过压。

Description

基于磁流变液的智能可调容器过压保护装置及方法

技术领域

本发明涉及一种基于磁流变液的智能可调容器过压保护装置及方法，更准确地说是涉及一种利用磁流变技术的智能可调的容器过压保护装置及方法。

背景技术

容器通常都要有防止内压过大而造成容器自身爆炸的保护装置，尤其是压力容器。最普通的例子是化工生产中的压力反应釜，目前，采取的措施是在压力反应釜上安装放空阀和防爆装置，放空阀用于人工掌握反应釜内压力，当反应釜内压力超过工艺规程中的某一限值时，操作人员手动打开放空阀，将反应釜内压力降落到工艺规程的要求范围以内，然后关闭放空阀。这种操作具有较大的危险性，因为化学反应过程中的许多不可预见性，反应速度和放热量会因某些偶然条件变化而发生剧烈变化，致使反应釜内的气体或液体之体积突然增大，特别是放热反应在起始阶段，操作人员难以准确掌握反应起始的时间和反应釜内压力变化情况，有时这种变化非常剧烈，甚至非常危险，操作不当或操作不及时会导致人亡釜毁的重大事故。为了弥补放空阀的不足，增加防爆装置，这种装置是由防爆片和固定件组成，固定件可将防爆片固定在反应釜或容器上，当反应釜或容器内压力过高时，防爆片即破裂，设备内压力被泄出以防止设备受损坏。这种防爆装置具有自动泄压的作用，但仍有以下不足：1、防爆片制备工艺复杂，制造成本高，用于1立方米以上的反应釜的防爆片，通常价格在1000元以上。2、防爆片的防爆压力是由制造商确定的，不能由用户改变，而且防爆片的选择非常严格，一般需要根据生产工艺规程对反应釜的压力要求选择，如防爆片的爆破压力一般不超过操作压力的1.25倍。若防爆片在低于操作压力时破裂，就不能维持正常生产；若超过设定压力而防爆片还不破裂则不能保证安全生产。3、防爆片一旦选定就限止了反应工艺的改变；4、防爆片的安装和维护需十分小心，因不小心而对防爆片有损害，则会导致防爆装置失灵，而需重新购买并安装。

发明内容

本发明的目的是针对放空阀和防爆片的不足，提供一种容器过压保护装置及方法，可以根据容器或反应釜的限压设定泄压条件，同时可根据容器或反应釜内的实际压力，决定是否需要打开泄压开关，达到远距离自动防爆的目的，特别是这种方法和装置可以根据容器或反应釜中实际需要的限压值调节泄压条件，并且制造成本低、容易安装和维护、安全可靠。

本发明公开的基于磁流变液的智能可调容器过压保护装置(如图1)，主要包括：

筒体1、装于筒体中的磁流变液2、膜片3、绕在筒体1外面的电磁线圈4、下接头5、上接头6、电流驱动器7、控制器8、压力传感器9；其膜片3安放在筒体1内，在下接头5之上，电磁线圈4的接头与电流驱动器7电源相连；电流驱动器7与控制器8相连并由控制器8控制电源的开或关以及供电大小；压力传感器9安装在容器内，测定容器内的压力，并将压力信号给控制器8；控制器8根据实测压力与设计限压值对比信号，根据事先设定的程序判断是否给电磁线圈4供、断电以及供电大小；下接头5与要保护的容器连接；上接头6与放空管连接。

所述的膜片用于将磁流变液和容器内介质隔开，其材料可以是金属，也可选高分子材料，具体根据容器内介质和工艺要求而选择不锈钢片、或钛钢片、或A3钢片、或磁流变橡胶、或聚四氟乙烯、或天然橡胶、或聚氨酯橡胶、或聚氯乙烯。

所述的上接头和下接头是分别用于连接容器的防爆接口和放空管，可以是法兰，也可以是螺口，卡口。

本发明的基于磁流变液的智能可调容器过压保护装置实现过压保护的方法是(如图2所示)：工作介质为磁流变液，调节和实施装置的过压保护是利用磁流变液随外加电源产生的磁场大小变化而改变粘度的磁流变效应，也即是利用磁流变效应调节装置的耐压能力从而达到保护容器过压的目的。具体做法是：将基于磁流变液的智能可调容器过压保护装置的下接头5与容器的防爆接口的接头连接，同时将基于磁流变液的智能可调容器过压保护装置的上接头6与通向室外的放空管的接头连接，压力传感器9安装到容器内，用于测定容器内的实际压力，压力传感器9与控制器8联接，控制器根据容器的实测压力与设计限压值对比后，控制电磁线圈4电源的供、断电，使受到磁场的作用磁流变液的密封作用和耐压能力提高或下降，从而自动将容器与大气接通或隔开，保护容器不过压。

控制器8按设计的设定程序控制电磁线圈4的电流量；当容器内实测压力小于容器设定限压时，控制器8按设定电流条件(定电压和电流强度)向电磁线圈4提供电源，(具体的电流和电压值由容器的最大限压以及磁流变液的性能和磁流变液用量等因素确定，使用前由基于磁流变液的智能可调容器过压保护装置的实测值确定，即电源的电压和电流根据实际测定的过压保护装置的耐压能力与电压、电流关系及容器的限压值预先设定)，电流驱动器7呈闭合的供电状态；此时筒体1内的磁流变液受到磁场的作用，粘度迅速增大，甚至呈固体状态，失去流动性，具有密封作用和很高的耐压能力；当容器内实测压力大于容器设定限压时，控制器8切断电磁线圈4的电流，电流驱动器7呈断开的断电状态；此时筒体1内的磁流变液未受到磁场的作用，粘度迅速降低，恢复流动性，耐压能力下降，容器内的气体或液体可立即冲开膜片和磁流变液向容器外泄露出去，达到了减压保护容器的效果。

本发明的基于磁流变液的智能可调容器过压保护装置，通过选择不同磁流变特性的磁流变液及其用量来调节装置的耐压能力，或/和通过改变电流的电压大小或电流强度大小实现调节装置的耐压能力；

压力传感器插入容器或反应釜内，用于测定容器或反应釜内的实际压力，压力传感器与电源开关偶联，当容器或反应釜内实测压力小于容器或反应釜设定限压时，联接电磁线圈的直流电源呈供电状态，电源的电压和电流由根据过压保护装置的测定耐压能力与电压、电流关系及容器或反应釜的限压值预先设定；膜片起防止磁流变液泄漏的作用。

本发明中的基于磁流变液的智能可调容器过压保护保护方法，是利用磁流变液的表观粘度随外加磁场可逆变化的特性，磁流变液的粘度与外加磁场强度成正比，而磁流变液的粘度与其耐压能力成正比，即在其它条件固定的条件下，磁流变液的耐压能力与外加磁场强度成正比。所以，可以根据容器或反应釜的实际需要限止压力，设定外加磁场强度(磁场强度可以由流经电磁线圈的电流强度改变)，当压力传感器检测到容器或反应釜的实际压力达到或超过设定限止压力时，电源开关自动断开电源，磁流变液的粘度立即下降，也即是磁流变液的耐压能力立即下降，容器或反应釜内的气体或液体将通过防止容器或反应釜过压的装置向外溢出，达到泄压的目的。

通过本发明可以方便地制造防止容器过压的装置，并对容器实施过压保护。该装置结构简单，容易制造，成本低，而且容易维护，特别是可以根据容器的实际限压需要现场调节。该方法准确可靠，可远距离通过仪器自动操作，安全，成本低。特别适合用于需要进行过压保护的化学反应釜、高位槽、贮罐等。

附图说明

图1基于磁流变液的智能可调容器过压保护装置的结构示意图

图2基于磁流变液的智能可调容器过压保护装置的工作方法示意图

图中标号含义：1筒体，2磁流变液，3膜片，4电磁线圈，5下接头，6上接头，7电流驱动器，8控制器，9压力传感器。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步说明，但不是对本发明权利要求的限制。

实施例1

一个体积5升的密封容器，有一个防爆接口，一个通气阀，一个压力传感器接口，并装有一个压力表，试验设定限压为0.15兆帕。在容器的防爆接口安装如图1所示的基于磁流变液的智能可调容器过压保护装置，其中膜片是磁流变橡胶垫片，上下接头是法兰，按图2所示将压力传感器9装在容器内，联接电流驱动器7和控制器8，将控制器8的控制程序中的电流设定为30伏特、1.5安培；试验开始时，容器内的压力表显示压力为零，压力传感器9检测到容器内压力低于0.15兆帕，控制器8按设定电流条件(电压为30伏特和电流强度1.5安培)通过电流驱动器7向电磁线圈4提供电源，容器为密封状态；当向容器充入压缩空气时，压力表显示的容器内的压力逐步增大，而当容器内压力达到0.15兆帕时，控制器8立即断开电流驱动器7，基于磁流变液的智能可调容器过压保护装置中的电磁线圈4通过的电流立刻为零，磁流变液2所受的外磁场强度也为零，结果是基于磁流变液的智能可调容器过压保护装置的膜片3和磁流变液2立即被容器内的气体冲开，容器立刻与大气相通，达到泄压作用，自动保护了容器。

实施例2

一个体积2升的密封容器，有一个防爆接口，一个通气阀，一个压力传感器接口，并装有一个压力表，试验设定限压为0.1兆帕。在容器的防爆接口安装如图1所示的基于磁流变液的智能可调容器过压保护装置，其中膜片是A3钢垫片，上下接头是螺口，按图2所示将压力传感器9装在容器内，联接电流驱动器7和控制器8，将控制器8的控制程序中的电流设定为20伏特、1.0安培；试验开始时，容器内的压力表显示压力为零，压力传感器9检测到容器内压力低于0.1兆帕，控制器8按设定电流条件(电压为20伏特和电流强度1.0安培)通过电流驱动器7向电磁线圈4提供电源，容器为密封状态；当向容器充入压缩空气时，压力表显示的容器内的压力逐步增大，而当容器内压力达到0.10兆帕时，控制器8立即断开电流驱动器7，基于磁流变液的智能可调容器过压保护装置中的电磁线圈4通过的电流立刻为零，磁流变液2所受的外磁场强度也为零，结果是基于磁流变液的智能可调容器过压保护装置的膜片3和磁流变液2立即被容器内的气体冲开，容器立刻与大气相通，达到泄压作用，自动保护了容器。

Claims (5)

1.一种基于磁流变液的智能可调容器过压保护装置，其特征在于，该基于磁流变液的智能可调容器过压保护装置主要包括：筒体(1)、装于筒体中的磁流变液(2)、膜片(3)、绕在筒体(1)外面的电磁线圈(4)、下接头(5)、上接头(6)、电流驱动器(7)、控制器(8)、压力传感器(9)；其膜片(3)安放在筒体(1)内，在下接头(5)之上，电磁线圈(4)的接头与电流驱动器(7)电源相连；电流驱动器(7)与控制器(8)相连并由控制器(8)控制电源的开或关以及供电大小；压力传感器(9)安装在容器内，测定容器内的压力，并将压力信号传给控制器(8)；控制器(8)根据实测压力与设计限压值对比的结果，给电磁线圈(4)提供信号、控制对电磁线圈的供、断电以及供电大小；下接头(5)与要保护的容器连接；上接头(6)与放空管连接。

2.根据权利要求1所述的基于磁流变液的智能可调容器过压保护装置，其特征在于，所述的膜片根据容器内介质和工艺要求而选择不锈钢片，或钛钢片，或A3钢片，或磁流变橡胶，或聚四氟乙烯，或天然橡胶，或聚氨酯橡胶，或聚氯乙烯。

3.根据权利要求1所述的基于磁流变液的智能可调容器过压保护装置，其特征在于，所述的上接头(6)和下接头(5)为法兰接头，或螺口接头，或卡口接头。

4.一种如权利要求1所述的基于磁流变液的智能可调容器过压保护装置应用方法，其特征在于，将该装置的下接头(5)与容器的防爆接口的接头连接，同时将上接头(6)与容器的放空管的接头连接，压力传感器(9)安装到容器内，测定容器的实际压力，压力传感器(9)与控制器(8)联接，控制器根据容器的实测压力与设计限压值对比后，控制电磁线圈(4)电源的供、断电，使受到磁场的作用的磁流变液的密封作用和耐压能力提高或下降，从而自动将容器与大气接通或隔开，保护容器不过压。

5.根据权利要求4所述的基于磁流变液的智能可调容器过压保护装置应用方法，其特征在于，控制器(8)按设计的设定程序控制电磁线圈(4)的电流量；当容器内实测压力小于容器设定限压时，控制器(8)按设定电压和电流强度向电磁线圈(4)提供电源，电流驱动器(7)呈闭合的供电状态，使筒体(1)内的磁流变液受到磁场的作用，粘度迅速增大，密封作用和耐压能力提高；当容器内实测压力大于容器设定限压时，控制器(8)切断电磁线圈(4)的电流，电流驱动器(7)呈断开的断电状态，使筒体(1)内的磁流变液未受到磁场的作用，粘度迅速降低，恢复流动性，耐压能力下降，容器内的气体或液体立即冲开膜片(3)和磁流变液向容器外泄露出去，达到减压保护容器的效果。

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