CN102169351A - 气镇器的免维修高液位控制系统及其方法 - Google Patents

Abstract

一种气镇器的免维修高液位控制系统及其方法，通过在气镇器内部自上而下沿其管向依次设置有涡流元件和文丘里管，结合相互连接的高压端引压管线、低压端引压管线、压差传感器、第一电磁阀、第二电磁阀、D/A转换器、A/D转换器以及工作站计算机构成的控制结构，据此进行抽吸过程、压冲过程以及放空过程，因为无机械可动部件，结构简单，可实现远程控制，不易损害，可很好地满足气镇器内部的高液位的控制要求，可防止抽吸满溢的发生，因此可在危险环境下充分减少维修需求，以保证维修人员和操作人员的人身安全。

Description

气镇器的免维修高液位控制系统及其方法

技术领域

本发明涉及液位监控技术领域，具体涉及一种气镇器的免维修高液位控制系统及其方法。

背景技术

在核能、化工、冶金以及矿山的工业生产中，常常涉及到具有放射性、腐蚀性和毒性这样的危险性液体的处理过程。在这些处理过程中，常常需要采用气镇器或其它装置对这些危险性液体进行抽吸、压冲操作，以保证这些液体能够被输送和混合。当气镇器进行抽吸操作以使液体充满装置时，必须对装置内部的液体的高液位到达进行无差错的判断，以保证液体不会从气镇器内部满溢进入上部的高压或者抽吸并放空气路。对这些危险性液体来说，满溢进入高压或者抽吸并放空气路常常意味着电磁设备损坏、污染扩散或者操作人员的人身伤害。当装置内部的液体上升速度很快时，由于可用于判断的时间很短，对防止满溢的要求就变得更为苛刻。因此，对于气镇器或其它装置内部的快速上升的液体，为防止液体满溢，在抽吸过程中对高液位到达进行实时监测对操作安全具有特别重要的意义。在流体具有危险性时，为尽可能减少维修更换并可远距离控制操作，与流体接触部分不存在机械可动部件的免维修结构也同时成为该高液位控制系统的必要的设计目标。在通常的气镇器内部，为控制高液位，常常采用电容式、电导式、射频导纳式或者音叉开关插入液体内部这样的与上升液体直接接触的液位计，还可以采用不插入液体内部的雷达或者超声波这样的与上升液体不直接接触的液位计。对于直接接触类型的液位计来说，由于放射性和腐蚀性会加速电子器件、密封材料的损坏，导致维护成本过于高昂，且由于维修更换常常需要人工近距操作，放射性、腐蚀性以及毒性等又容易造成操作人员的人身伤害，因此直接接触式的液位计对于这些危险性液体不适用。对于非直接接触式的液位计来说，其液位高度的判断大都是根据发射信号和接收信号间的时间间隔进行判定的。但当液体表面存在泡沫、容器空间过于狭窄导致反射信号杂乱或者液面与发射信号不垂直时，由于不能对反射信号进行清晰地判定，常常无法准确判断高液位是否到达。更为重要的是，由于穿越管壁时容易导致信号强度衰减过快，因此即使是非直接接触类型的液位计通常也需要插入气镇器或其它装置内部以使液位计在不和危险性流体直接接触的条件下可以直对液面。此时，与直接接触类型的液位计相类似，放射性和腐蚀性的环境同样会加速液位计的损坏，从而导致不得不频繁地进行维修和更换。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种气镇器的免维修高液位控制系统及其方法，因为无机械可动部件，结构简单，不易损坏，可实现远程控制，可很好地满足气镇器内部的高液位的控制要求，可防止抽吸满溢的发生，因此可在危险环境下充分减少维修需求，以保证维修人员和操作人员的人身安全。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种气镇器的免维修高液位控制系统，包括顶部带有出气口101且底部带有气镇器喷嘴13的管状气镇器1，在该气镇器1内部自上而下沿其管向依次设置有涡流元件3和入口收缩部4在上方的文丘里管2，文丘里管2的外壁和涡流元件3同气镇器1的内壁相密合，气镇器1的进出气口101同分别装有第一电磁阀11和第二电磁阀12的高压气路18和抽吸并放空气路19相连通，第一电磁阀11和第二电磁阀12的开关控制信号端均与D/A转换器10的控制信号输出端电连接，D/A转换器10同工作站计算机9相通信连接，工作站计算机9还同A/D转换器8相通信连接，A/D转换器8还同压差传感器7相电连接，压差传感器7的低压端和高压端分别同低压端引压管线22的一端和高压端引压管线21的一端相连接，而低压端引压管线22的另一端和高压端引压管线21的另一端分别伸入涡流元件3上方的气镇器1内部和文丘里管2下方的气镇器1内部。

所述的涡流元件3的上部为轴向同气镇器1的管向一致的柱环状轴心管14，涡流元件3的下部为同轴心管14相连接且轴向同气镇器1的管向一致的柱体状涡流圆盘15，涡流圆盘15的内部有轴向同气镇器1的管向一致的圆柱状凹槽102，该凹槽102的圆周切向上带有同气镇器1内部相导通的切向开口16，凹槽102同轴心管14相导通，涡流圆盘15的外壁同气镇器1的内壁相密合。

所述的D/A转换器10、A/D转换器8以及工作站计算机9被带有控制模块103的单片机104所替代，单片机104的电信号输入端105同压差传感器7电连接，而单片机104的第一电信号输出端106和第二电信号输出端107分别同第一电磁阀11和第二电磁阀12的开关控制信号端电连接。

所述的低压端引压管线22的另一端伸入涡流元件3上方的气镇器1的位置被涡流元件3和文丘里管2之间的气镇器1内部的位置而替代。

所述的气镇器的免维修高液位控制系统的方法，步骤如下：

步骤1：抽吸过程，即先将气镇器1底部置入贮槽25中的液体或液固混合物中，压缩机24、真空喷射器23以及抽吸并放空气路19依次两两连通，同时也将高压气路18同压缩机24相连通，随后通过工作站计算机9控制D/A转换器10将第一电磁阀11关闭并将第二电磁阀12开启，接着启动压缩机24，把预设静止压力值的高压气体送至真空喷射器23，以此由抽吸并放空气路19来抽吸气镇器1内的气体，气镇器1内压力降低，贮槽25中的液体或液固混合物通过气镇器喷嘴13被抽吸到气镇器1内，当上升的液体或液固混合物通过气镇器1内部的文丘里管2中的喉部6时，压差传感器7通过低压端引压管线22和高压端引压管线21接收到的压差信号反馈到工作站计算机9，工作站计算机9由此实时检测到压差信号的持续陡增突变，此时如有液体或液固混合物冲过文丘里管2的入口收缩部4并通过切向开口16进入涡流元件3中的涡流圆盘15中时，液体或液固混合物形成高阻力的涡漩流动，无法满溢出气镇器1；

步骤2：压冲过程，即所述的工作站计算机9实时检测到压差信号的持续陡增突变的同时，通过工作站计算机9控制D/A转换器10将第二电磁阀12关闭并将第一电磁阀11开启，压缩机24送出高压气体，该高压气体通过高压气路11进入气镇器1，并进而通过轴心管14进入涡流圆盘15，高压气体接着沿涡流圆盘15径向通过切向开口16进入涡流圆盘15下部的气镇器空间，而后高压气体通过文丘里管2直接作用于气镇器1内的液体或液固混合物之上，这样将液体或液固混合物形成加压流体，通过气镇器喷嘴13射出形成液体或液固混合物形成的带压射流，带压射流随之可被用于混合和流体输送。当气镇器1被排空到一定程度后，工作站计算机9控制D/A转换器10将第一电磁阀11关闭；

步骤3：放空过程，即在设置的静默时间内，压缩机24关闭，工作站计算机9控制D/A转换器10将第二电磁阀12打开，气镇器1内的剩余高压空气经过抽吸并放空气路19由真空喷射器23排出，这样气镇器1内液位与贮槽25中的液位齐平，待静默时间结束后再依次循环进行所述的抽吸过程、压冲过程以及放空过程，直至达到预定的混合或输送等处理要求为止。

通过在气镇器1内部自上而下沿其管向依次设置有涡流元件3和文丘里管2，结合相互连接的高压端引压管线21、低压端引压管线22、压差传感器7、第一电磁阀11、第二电磁阀12、D/A转换器10、A/D转换器8以及工作站计算机9构成的控制结构，因为无机械可动部件，结构简单，可实现远程控制，不易损害，可很好地满足气镇器内部的高液位的控制要求，可防止抽吸满溢的发生，因此可在危险环境下充分减少维修需求，以保证维修人员和操作人员的人身安全。

附图说明

图1为本发明的气镇器的免维修高液位控制系统的结构示意图。

图2为本发明的涡流元件的俯视图。

图3为本发明的单片机连接示意图。

图4为本发明的工作结构原理图，其中箭头为流体的流动方向。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作更详细的说明。

如图1所示，气镇器的免维修高液位控制系统，包括顶部带有进出气口101且底部带有气镇器喷嘴13的管状气镇器1，在该气镇器1内部自上而下沿其管向依次设置有涡流元件3和入口收缩部4在上方的文丘里管2，文丘里管2的外壁和涡流元件3同气镇器1的内壁相密合，气镇器1的进出气口101同分别装有第一电磁阀11和第二电磁阀12的高压气路18和抽吸并放空气路19相连通，第一电磁阀11和第二电磁阀12的开关控制信号端均与D/A转换器10的控制信号输出端电连接，D/A转换器10同工作站计算机9相通信连接，工作站计算机9还同A/D转换器8相通信连接，A/D转换器8还同压差传感器7相电连接，压差传感器7的低压端和高压端分别同低压端引压管线22的一端和高压端引压管线21的一端相连接，而低压端引压管线22的另一端和高压端引压管线21的另一端分别伸入涡流元件3上方的气镇器1内部和文丘里管2下方的气镇器1内部。如图2和图1所示，所述的涡流元件3的上部为轴向同气镇器1的管向一致的柱环状轴心管14，涡流元件3的下部为同轴心管14相连接且轴向同气镇器1的管向一致的柱体状涡流圆盘15，涡流圆盘15的内部有轴向同气镇器1的管向一致的圆柱状凹槽102，该凹槽102的圆周切向上带有同气镇器1内部相导通的切向开口16，凹槽102同轴心管14相导通，涡流圆盘15的外壁同气镇器1的内壁相密合。如图3所示，所述的D/A转换器10、A/D转换器8以及工作站计算机9被带有控制模块103的单片机104所替代，单片机104的电信号输入端105同压差传感器7电连接，而单片机104的第一电信号输出端106和第二电信号输出端107分别同第一电磁阀11和第二电磁阀12的开关控制信号端电连接。所述的低压端引压管线22的另一端伸入涡流元件3上方的气镇器1的位置被涡流元件3和文丘里管2之间的气镇器1内部的位置而替代。

如图4所示，所述的用于液固混合的气镇器的免维修高液位控制系统的方法，步骤如下：

步骤1：抽吸过程，即先将气镇器1底部置入贮槽25中的液固混合物中，压缩机24、真空喷射器23以及抽吸并放空气路19依次两两连通，同时也将高压气路18同压缩机24相连通，随后通过工作站计算机9控制D/A转换器10将第一电磁阀11关闭并将第二电磁阀12开启，接着启动压缩机24，把预设静止压力值为160kPa的高压气体送至真空喷射器23，以此由抽吸并放空气路19来抽吸气镇器1内的气体，气镇器1内压力降低，贮槽25中的液固混合物通过气镇器喷嘴13被抽吸到气镇器1内，当上升的液固混合流体通过气镇器1内部的文丘里管2中的喉部6时，由于通过文丘里管2的液固混合流体从流动摩擦阻力损失小的气体突变为流动摩擦阻力损失大的液体，在低压端引压管线22和高压端引压管线21的压差信号的斜率上将产生持续陡增突变的上升趋势，便可以该趋势作为高液位到达的判断和控制标准，这样压差传感器7通过低压端引压管线22和高压端引压管线21接收到的压差信号反馈到工作站计算机9，工作站计算机9由此实时检测到压差信号在斜率上的持续陡增突变，此时如有液固混合物冲过文丘里管2的入口收缩部4并通过切向开口16进入涡流元件3中的涡流圆盘15中时，液固混合物形成高阻力的涡漩流动，无法满溢出气镇器1；

步骤2：压冲过程，即所述的工作站计算机9实时检测到压差信号在斜率上的持续陡增突变的同时，通过工作站计算机9控制D/A转换器10将第二电磁阀12关闭并将第一电磁阀11开启，压缩机24送出高压气体，该高压气体通过高压气路11进入气镇器1，并进而通过轴心管14进入涡流圆盘15，高压气体接着沿涡流圆盘15径向通过切向开口16进入涡流圆盘15下部的气镇器空间，而后高压气体通过文丘里管2直接作用于气镇器1内的液固混合物之上，这样将液固混合物形成加压流体，通过气镇器喷嘴13射出形成液固混合物形成的带压混合射流，在带压混合射流射出气镇器喷嘴13外的过渡区域内，带压混合射流造成剪切层，剪切层随后增长而形成漩涡，而漩涡作用导致带压混合射流对周围流体的卷吸，这样相互邻近的漩涡相互影响形成配对、合并和缠绕，使周围流体不断卷入带压混合射流中，同时带压混合射流将动量转移给贮槽25的液固混合物的流体，因而引起贮槽25内的流体做全贮槽的流动，此时便导致所有流体之间形成速度梯度差，该速度差促成液固混合，当气镇器1被排空到一定程度后，工作站计算机9控制D/A转换器10将第一电磁阀11关闭，该压冲过程让高压气体通过涡流元件3的轴心管14进入涡流圆盘15，而后沿径向通过切向开口16进入下面的气镇器1内部空间，并再通过文丘里管2压缩气镇器1中的液体使其获得输送或者混合的动力，此时，与液体从切向开口16高速进入涡流圆盘15相比，高压气体从轴心管14向切向开口16的流动阻力较小，因此可在较小的能量损失下实现对液体的加压；

步骤3：放空过程，即在设置的静默时间25s内，压缩机24关闭，工作站计算机9控制D/A转换器10将第二电磁阀12打开，气镇器1内的剩余高压空气经过抽吸并放空气路19由真空喷射器23排出，这样气镇器1内液位与贮槽25中的液位齐平，待静默时间结束后再依次循环进行所述的抽吸过程、压冲过程以及放空过程，直至达到预定的混合要求为止。

Claims (5)

1.一种气镇器的免维修高液位控制系统，包括顶部带有进出气口(101)且底部带有气镇器喷嘴(13)的管状气镇器(1)，其特征在于：在该气镇器(1)内部自上而下沿其管向依次设置有涡流元件(3)和入口收缩部(4)在上方的文丘里管(2)，文丘里管(2)的外壁和涡流元件(3)同气镇器(1)的内壁相密合，气镇器(1)的出气口(101)同分别装有第一电磁阀(11)和第二电磁阀(12)的高压气路(18)和抽吸并放空气路(19)相连通，第一电磁阀(11)和第二电磁阀(12)的开关控制信号端均与D/A转换器(10)的控制信号输出端电连接，D/A转换器(10)同工作站计算机(9)相通信连接，工作站计算机(9)还同A/D转换器(8)相通信连接，A/D转换器(8)还同压差传感器(7)相电连接，压差传感器(7)的低压端和高压端分别同低压端引压管线(22)的一端和高压端引压管线(21)的一端相连接，而低压端引压管线(22)的另一端和高压端引压管线(21)的另一端分别伸入涡流元件(3)上方的气镇器(1)内部和文丘里管(2)下方的气镇器(1)内部。

2.根据权利要求1所述的气镇器的免维修高液位控制系统，其特征在于：所述的涡流元件(3)的上部为轴向同气镇器(1)的管向一致的柱环状轴心管(14)，涡流元件(3)的下部为同轴心管(14)相连接且轴向同气镇器(1)的管向一致的柱体状涡流圆盘(15)，涡流圆盘(15)的内部有轴向同气镇器(1)的管向一致的圆柱状凹槽(102)，该凹槽(102)的圆周切向上带有同气镇器(1)内部相导通的切向开口(16)，凹槽(102)同轴心管(14)相导通，涡流圆盘(15)的外壁同气镇器(1)的内壁相密合。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的气镇器的免维修高液位控制系统，其特征在于：所述的D/A转换器(10)、A/D转换器(8)以及工作站计算机(9)被带有控制模块(103)的单片机(104)所替代，单片机(104)的电信号输入端(105)同压差传感器(7)电连接，而单片机(104)的第一电信号输出端(106)和第二电信号输出端(107)分别同第一电磁阀(11)和第二电磁阀(12)的开关控制信号端电连接。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的气镇器的免维修高液位控制系统，其特征在于：所述的低压端引压管线(22)的另一端伸入涡流元件(3)上方的气镇器1的位置被涡流元件(3)和文丘里管(2)之间的气镇器(1)内部的位置而替代。

5.根据权利要求2所述的气镇器的免维修高液位控制系统的方法，步骤如下：

步骤1：抽吸过程，即先将气镇器(1)底部置入贮槽(25)中的液体或液固混合物中，压缩机(24)、真空喷射器(23)以及抽吸并放空气路(19)依次两两连通，同时也将高压气路(18)同压缩机(24)相连通，随后通过工作站计算机(9)控制D/A转换器(10)将第一电磁阀(11)关闭并将第二电磁阀(12)开启，接着启动压缩机(24)，把预设静止压力值的高压气体送至真空喷射器(23)，以此由抽吸并放空气路(19)来抽吸气镇器(1)内的气体，气镇器(1)内压力降低，贮槽(25)中的液体或液固混合物通过气镇器喷嘴(13)被抽吸到气镇器(1)内，当上升的液体或液固混合流体通过气镇器(1)内部的文丘里管(2)中的喉部(6)时，压差传感器(7)通过低压端引压管线(22)和高压端引压管线(21)接收到的压差信号反馈到工作站计算机(9)，工作站计算机(9)由此实时检测到压差信号在斜率上的持续陡增突变，此时如有液体或液固混合物冲过文丘里管(2)的入口收缩部(4)并通过切向开口(16)进入涡流元件(3)中的涡流圆盘(15)中时，液体或液固混合物形成高阻力的涡漩流动，无法满溢出气镇器(1)；

步骤2：压冲过程，即所述的工作站计算机(9)实时检测到压差信号在斜率上的持续陡增突变的同时，通过工作站计算机(9)控制D/A转换器(10)将第二电磁阀(12)关闭并将第一电磁阀(11)开启，压缩机(24)送出高压气体，该高压气体通过高压气路(11)进入气镇器(1)，并进而通过轴心管(14)进入涡流圆盘(15)，高压气体接着沿涡流圆盘(15)径向通过切向开口(16)进入涡流圆盘(15)下部的气镇器空间，而后高压气体通过文丘里管(2)直接作用于气镇器(1)内的液体或液固混合物之上，这样将液体或液固混合物形成加压流体，通过气镇器喷嘴(13)射出形成液体或液固混合物形成的带压混合射流，带压射流被用于贮槽(25)内流体的混合或输送；当气镇器(1)被排空到一定程度后，工作站计算机(9)控制D/A转换器(10)将第一电磁阀(11)关闭；

步骤3：放空过程，即在设置的静默时间内，压缩机(24)关闭，工作站计算机(9)控制D/A转换器(10)将第二电磁阀(12)打开，气镇器(1)内的剩余高压空气经过抽吸并放空气路(19)由真空喷射器(23)排出，这样气镇器(1)内液位与贮槽25中的液位齐平，待静默时间结束后再依次循环进行所述的抽吸过程、压冲过程以及放空过程，直至达到预定的操作要求为止。

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