CN103303684A - 近等径球料管路气力输送气垫阻力减速系统及方法 - Google Patents

Abstract

近等径球料管路气力输送气垫阻力减速系统及方法，属于物料气力输送技术领域。该系统包括减速输送管路及在管路上沿球料运动方向依次安装的测速装置和电动调节阀，还包括闭环控制器。正常过球状态，电动调节阀全开；若需对球料进行减速控制，则实时检测球料运动速度，通过闭环控制器自动调节电动调节阀开度，此时，球料至电动调节阀之间的气体被压缩形成气垫，从而对球料产生阻力，降低球料运动速度。当球料运动速度符合预定值时，电动调节阀恢复全开，使球料低速通过。该系统通过调节电动调节阀开度及持续时间，实现了球料减速效果可调，能够满足空间全方位多工况近等径球料管路气力输送高可靠性和高安全性要求。

Description

近等径球料管路气力输送气垫阻力减速系统及方法

技术领域

本发明属于物料气力输送技术领域，特别涉及一种近等径球料管路气力输送气垫阻力减速系统及方法。

背景技术

气力输送是一种具有广阔应用前景的物料输送技术，具有输送效率高、设备投资少和环境污染小等优点。在输送过程中，经常需要对球料进行减速控制，以提高球料的完整性和减小球料对设备的冲击。以球床模块化高温气冷堆为例，球床模块化高温气冷堆因具有固有安全性，被认为是第四代核反应堆的优选堆型。此堆型核燃料输送的最大特点是：依靠气力输送系统提供的气压推力或燃料自重实现球形燃料元件循环加料与卸料。堆芯外部管路系统中，球料在高速气流推动下从堆芯的底部运行至顶部。为了避免管路系统出口燃料元件冲击其它系统的设备以及提高燃料球自身完整性，输送系统设计时对燃料元件的最大出口速度进行了限制。然而，系统高速气流的引入以及球形燃料元件特殊外形使得仅依靠输送管路结构很难安全地将燃料元件出口运动速度降到设计安全值以下，这给燃料元件输送系统以及整个反应堆运行带来了安全隐患，为此需要设计一种结构简单、可靠性高的减速系统。

已有一项球形物料减速的发明（CN101853708A），该发明利用过球测量装置及电磁阀，实现对球形物料的缓冲输送。该发明的不足为：缓冲过程中，球料需依靠重力下落，因此只能实现球料向下的输送，难以实现球料的水平和向上等空间全方位的输送，因此将该技术用于高温气冷堆的燃料装卸时，只适用于堆芯初始装料和重新装料等环节，不适用于堆芯的燃料循环和补充新燃料等环节。另外，这种减速系统不能实现球料运行速度的检测，也不能根据要求实现不同的减速目标，燃料元件出口速度的调节具有一定的不确定性。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术的不足之处，提供近等径球料管路气力输送气垫阻力减速系统及方法。系统包括减速输送管路及在管路上沿球料运动方向依次安装的测速装置和电动调节阀，还包括闭环控制器。正常过球状态，电动调节阀全开。若需对球料进行减速控制，则实时检测球料运动速度，通过闭环控制器自动调节电动调节阀开度，此时，球料至电动调节阀之间的气体被压缩形成气垫，从而对球料产生阻力，降低球料运动速度。当球料运动速度符合预定值时，电动调节阀恢复全开，使球料低速通过。该系统通过调节电动调节阀开度及持续时间，实现了球料减速效果可调，能够满足空间全方位多工况近等径球料管路气力输送高可靠性和高安全性要求。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的近等径球料管路气力输送气垫阻力减速系统，其特征在于：所述的减速系统包括减速输送管路、至少一个测速装置、电动调节阀和闭环控制器；测速装置和电动调节阀沿球料运动方向依次安装在减速输送管路上；所述的测速装置靠近减速输送管路的入口端；所述的电动调节阀靠近减速输送管路的出口端，并与减速后管路连接；球料依靠高压气体提供的推力实现输送。

本发明提供的近等径球料管路气力输送气垫阻力减速系统，其特征在于：所述的减速输送管路为水平、竖直或倾斜的任意空间走向。

本发明提供的近等径球料管路气力输送气垫阻力减速系统，其特征在于：所述的测速装置采用非接触式电磁测速器，所述的测速装置直接装夹在减速输送管路外壁上。

本发明提供的近等径球料管路气力输送气垫阻力减速方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1）初始状态下，电动调节阀全开；

2）闭环控制器设定球料的目标速度，并向测速装置提出检测要求；

3）测速装置测得球料的运动速度并反馈给闭环控制器；

4）闭环控制器计算球料的出口速度；

5）闭环控制器将计算出的球料的出口速度与目标速度相比较，若计算出的球料的出口速度低于球料的目标速度，则减速系统不动作，球料通过减速系统，且系统不再执行下述步骤；若计算出的球料的出口速度高于球料的目标速度，则顺次执行下述步骤；

6）闭环控制器计算电动调节阀的开度d和持续时间t；

7）闭环控制器控制电动调节阀的开度为d，延时时间t_d，t_d=t；

8）闭环控制器控制电动调节阀全开。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：

该系统根据球料的初始速度和目标速度，通过调节电动调节阀开度及持续时间，实现了球料减速效果可调，能够满足空间全方位多工况近等径球料管路气力输送高可靠性和高安全性要求。

附图说明

图1是本发明的近等径球料管路气力输送气垫阻力减速系统的结构示意图。

图2是在球料的初始速度v₀为6m/s的情况下，为实现球料的目标速度v_t为0.5m/s，电动调节阀的开度d与持续时间t的对应关系。

图3是在持续时间t为2s的情况下，为实现球料的目标速度v_t为0.5m/s，电动调节阀的开度d与球料的初始速度v₀的对应关系。

图4是在电动调节阀的开度d为50%的情况下，为实现球料的目标速度v_t为0.5m/s，持续时间t与球料的初始速度v₀的对应关系。

图5为近等径球料管路气力输送气垫阻力减速方法程序控制框图。

图6为测速装置工作原理图。

在图1至图6中：

1－测速装置，   2－电动调节阀，   3－减速输送管路，

4－减速后管路，   5－球料，   6－闭环控制器，

7－通电线圈，   8－相关计数器，

v₀－球料的初始速度，该速度可通过测速装置检测获得；

v_c－计算出的球料的出口速度；

v_t－球料的目标速度；

v_a－球料的实际出口速度；

t－持续时间；

d－电动调节阀的开度，0≤d≤1，当d=0时，电动调节阀为全关状态，当d=1时，电动调节阀为全开状态。

具体实施方式

下面结合附图及实施例进一步详细介绍本发明的具体结构、工作原理的内容。

本发明提供的近等径球料管路气力输送气垫阻力减速系统的一种实施例，所述的减速系统包括减速输送管路3、测速装置1、电动调节阀2和闭环控制器6；测速装置1和电动调节阀2沿球料5运动方向依次安装在减速输送管路3上；所述的测速装置1靠近减速输送管路3的入口端；所述的电动调节阀2靠近减速输送管路3的出口端，并与减速后管路4连接；球料5依靠高压气体提供的推力实现输送；球料5的直径与减速输送管路3的内径之比为1：1.03～1.20。

本发明提供的近等径球料管路气力输送气垫阻力减速系统的一种实施例，所述的减速输送管路3为水平、竖直或倾斜的任意空间走向。

本发明提供的近等径球料管路气力输送气垫阻力减速系统的一种实施例，所述的测速装置1采用非接触式电磁测速器（图6所示），所述的测速装置1直接装夹在减速输送管路3外壁上；测速是基于电磁感应原理，减速输送管路3外壁缠绕两束间距固定的通电线圈7，通电线圈7在减速输送管路3内部产生磁场，当球料5通过测速装置1时依次改变两通电线圈7磁阻，进而产生具有延迟时间△t的两个电压信号，结合通电线圈7的间距L通过相关分析就可计算出球料5在距离L以内的平均运行速度。

本发明提供的近等径球料管路气力输送气垫阻力减速方法的一种实施例，该方法包括如下步骤：

1）初始状态下，电动调节阀2全开；

2）闭环控制器6设定球料5的目标速度，并向测速装置1提出检测要求；

3）测速装置1测得球料5的运动速度并反馈给闭环控制器6；

4）闭环控制器6计算球料5的出口速度；

5）闭环控制器6将计算出的球料5的出口速度与目标速度相比较，若计算出的球料5的出口速度低于球料5的目标速度，则减速系统不动作，球料5通过减速系统，且系统不再执行下述步骤；若计算出的球料5的出口速度高于球料5的目标速度，则顺次执行下述步骤；

6）闭环控制器6计算电动调节阀2的开度d和持续时间t；

7）闭环控制器6控制电动调节阀2的开度为d，延时时间t_d，t_d=t；

8）闭环控制器6控制电动调节阀2全开。

结合图1所示的气垫阻力减速系统说明其工作原理：

初始状态时，电动调节阀2为全开状态；闭环控制器6设定球料的目标速度v_t；当闭环控制器6向测速装置1提出检测要求时，测速装置1检测球料5的运动速度，并将该速度作为球料5的初始速度v₀发送给闭环控制器6，闭环控制器6根据球料5的初始速度v₀计算出球料5的出口速度v_c，并将计算出的球料5的出口速度v_c与球料5的目标速度v_t进行比较：若计算出的球料5的出口速度v_c小于球料5的目标速度v_t，则减速系统不动作，球料5直接通过减速系统；若计算出的球料5的出口速度v_c大于球料5的目标速度v_t，则闭环控制器6计算出电动调节阀2的开度d和持续时间t，随后闭环控制器6控制电动调节阀2的开度为d，并持续时间t_d，t_d=t；在此过程中，球料5向前运动，在球料5和电动调节阀2之间将产生气垫，气垫将对球料5产生阻力作用，降低球料5的速度，经过时间t后，闭环控制器6控制电动调节阀2全开，球料5通过减速系统，实现了球料5的实际出口速度v_a小于目标速度v_t。

该系统根据球料的初始速度和目标速度，通过调节电动调节阀开度及持续时间，实现了球料减速效果可调，能够满足空间全方位多工况近等径球料管路气力输送高可靠性和高安全性要求。

Claims (4)

1.近等径球料管路气力输送气垫阻力减速系统，其特征在于：所述的减速系统包括减速输送管路（3）、至少一个测速装置（1）、电动调节阀（2）和闭环控制器（6）；测速装置和电动调节阀沿球料（5）运动方向依次安装在减速输送管路上；所述的测速装置靠近减速输送管路的入口端；所述的电动调节阀靠近减速输送管路的出口端，并与减速后管路（4）连接；球料依靠高压气体提供的推力实现输送。

2.如权利要求1所述的近等径球料管路气力输送气垫阻力减速系统，其特征在于：所述的减速输送管路为水平、竖直或倾斜的任意空间走向。

3.如权利要求1所述的近等径球料管路气力输送气垫阻力减速系统，其特征在于：所述的测速装置采用非接触式电磁测速器，所述的测速装置直接装夹在减速输送管路外壁上。

4.采用如权利要求1所述系统的一种近等径球料管路气力输送气垫阻力减速方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1）初始状态下，电动调节阀全开；

2）闭环控制器设定球料的目标速度，并向测速装置提出检测要求；

3）测速装置测得球料的运动速度并反馈给闭环控制器；

4）闭环控制器计算球料的出口速度；

5）闭环控制器将计算出的球料的出口速度与目标速度相比较，若计算出的球料的出口速度低于球料的目标速度，则减速系统不动作，球料通过减速系统，且系统不再执行下述步骤；若计算出的球料的出口速度高于球料的目标速度，则顺次执行下述步骤；

6）闭环控制器计算电动调节阀的开度d和持续时间t；

7）闭环控制器控制电动调节阀的开度为d，延时时间t_d，t_d=t；

8）闭环控制器控制电动调节阀全开。

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