CN103308125B - 一种管道流动稳定控制方法 - Google Patents

Abstract

一种管道流动稳定控制方法包括如下步骤：建立水利系统，在水利系统内设置水泵和稳压罐；启动水泵，水流进入稳压罐；向稳压罐内注入一定量的气体，此时稳压罐中存在一定量的气体和水；开放控制水阀，水流从稳压罐进入流动稳定控制段，通过压力测试器实时监控水压，压力测试器连接控制单元，进而控制水泵，压力测试器自动启动或调节或关闭水泵；水压波动可以通过蓄能器进行一定程度的补偿；管道内水流通过流动稳定控制段进入换向器，通过换向器进入标定系统，达到标定的采集量，换向器转入旁路回流到水泵；标定系统测试完毕回流到水泵。本方法采用电子控制方法以及蓄能器组合方式获得稳定的流动，结构设计、控制简单，占用空间小，安装调试方便。

Description

一种管道流动稳定控制方法

技术领域

本发明涉及水利控制技术领域，特别地，涉及一种水利系统中管道流动稳定控制方法。

背景技术

水利试验系统是研究流体流动及相关应用的综合平台。而对流量测量装置的标定与校验是水利系统的一个重要应用领域。由于流量测量受外界环境影响较大，包括：温度、粘度以及测流管道中的流场分布等，流量测量装置需要经过水利标定系统的实流标定校验。在标定过程中，稳定的管道流动是流量测量装置标定的前提。

目前，稳定的管道流动主要由水塔提供，通过水泵把水从蓄水池打到水塔中。然后通过自然溢出效应，使水塔的水位保持在一个固定的高度，从而使水流测流段的水压保持恒定，从而得到稳定的水流环境。该方案广泛应用于当前大型的水利系统，包括美国的国家标准与科技研究所(Nationalinstituteofstandardandtechnology,NIST)，日本的国家测量研究所(NationalMetrologyInstituteofJapan，NMIJ)，荷兰的NMI，墨西哥的CENAM，以及天津大学电子工程与自动化学院。该方案虽然可以提供稳定的管道流动，但建造水塔所需要的空间大，费用高，建设周期长。

因此，研制一种新型的管道流动稳定控制方法以为亟待的技术问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种管道流动稳定控制方法，以解决建造水塔所需要的空间大，费用高，建设周期长等技术问题。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种管道流动稳定控制方法包括如下步骤：a、建立水利系统，在水利系统内设置水泵和稳压罐；b、启动水泵，水流进入稳压罐；c、向稳压罐内注入一定量的气体，此时稳压罐中存在一定量的气体和水；d、开放控制水阀，水流从稳压罐进入流动稳定控制段，通过压力测试器实时监控水压，压力测试器连接控制单元，进而控制水泵，压力测试器自动启动或调节或关闭水泵，用以稳定管道内水流；e、水压波动可以通过蓄能器进行一定程度的补偿，从而增强压力稳定的效果；f、管道内水流通过流动稳定控制段进入换向器，通过换向器进入标定系统，达到标定的采集量，换向器转入旁路回流到水泵；g、标定系统测试完毕回流到水泵。

进一步地，步骤d中通过实时的管道压力测量，通过控制算法计算控制率，对水泵进行实时控制，从而使稳压罐中水压达到稳定。

进一步地，流动稳定控制段中还设置有蓄能器，通过采用蓄能器，对压力波动可以进行有效的抑制。

进一步地，蓄能器与换向器之间还设置有水流测流段。

进一步地，水利系统包括水泵，水泵连接稳压罐，稳压罐上设置有进气口，稳压罐连接换向器，稳压罐与换向器之间还设置有压力测试器，压力测试器连接并控制水泵，换向器分别通过标定系统和旁路管道连接水泵。

进一步地，进气口上设置有进气阀门。

进一步地，稳压罐与压力测试器之间设置有控制水阀。

进一步地，压力测试器与换向器之间还设置有蓄能器。

进一步地，标定系统与水泵之间设置有标定系统阀门。

进一步地，蓄能器与换向器之间的管道设置有水流测流段。

本发明具有以下有益效果：

1、本方法采用电子控制方法(滑模控制、自适应控制)获得稳定的流动，结构设计简单、控制简单，造价低廉，占用空间小，安装调试方便；滑模控制：根据系统状态不断变化进行不连续变化控制，快速响应对应参数变化及扰动不灵敏、物理实现简单，克服系统中的不确定性；自适应性控制：不论外界变化或者系统本身产生不确定性，都能够自行调整参数或产生控制作用，使系统仍能按某一性能指标运行在最佳状态。本发明通过稳压器以及连接水泵的压力测试器进行综合控制稳定流动实现滑模控制和自适应控制。

2、压力测试器可以依据预设值的方式控制水泵或者通过安装数据处理控制器控制水泵或者通过人工的方式依据压力测试器数值控制水泵。这样可以实现简单的人工控制或者智能化的自动控制，依据实际情况灵活选择，适用范围更广。

3、通过稳压器和蓄能器多级蓄能、泄能设置，能够轻易、快速的稳定管道内的流量。

4、通过多个环节的阀门设置，便于操作、控制，安装调试方便，维护和检修方便。

5、设置有水流测流段，能够对于控制中的流量进行即时测试，及时发现问题解决问题。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的流量标定水利系统中管道流动稳定控制示意图；

图2是本发明优选实施例的相同初始压力跟踪同一目标压力的曲线图；

图3是本发明优选实施例的不同初始压力跟踪同一目标压力的曲线图；

图4是本发明优选实施例的不同频率水压波动下的蓄能器的抑制性能的曲线图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1是本发明优选实施例的流量标定水利系统中管道流动稳定控制示意图，如图1所示水利系统包括水泵1，水泵1连接稳压罐2，稳压罐2上设置有进气口3，稳压罐2连接换向器4，稳压罐2与换向器4之间还设置有压力测试器5，压力测试器5连接并控制水泵1，换向器4分别通过标定系统6和旁路管道7连接水泵1。进气口3上设置有进气阀门8。稳压罐2与压力测试器5之间设置有控制水阀9。压力测试器5与换向器4之间还设置有蓄能器10。标定系统6与水泵1之间设置有标定系统阀门11。蓄能器10与换向器4之间的管道设置有水流测流段12。

实施时，管道流动稳定控制方法包括如下步骤：a、建立水利系统，在水利系统内设置水泵1和稳压罐2；b、启动水泵1，水流进入稳压罐2；c、向稳压罐2内注入一定量的气体，此时稳压罐2中存在一定量的气体和水；d、开放控制水阀9，水流从稳压罐2进入流动稳定控制段，通过压力测试器5实时监控水压，压力测试器5连接控制单元，进而控制水泵1，压力测试器5自动启动或调节或关闭水泵，用以稳定管道内水流；e、水压波动可以通过蓄能器进行一定程度的补偿，从而增强压力稳定的效果；f、管道内水流通过流动稳定控制段进入换向器4，通过换向器4进入标定系统6，达到标定的采集量，换向器4转入旁路回流到水泵1；g、标定系统测试完毕回流到水泵1。

其还在于，步骤d中通过实时的管道压力测量，通过控制算法计算控制率，对水泵1进行实时控制，从而使稳压罐2中水压达到稳定。

其还在于，流动稳定控制段中还设置有蓄能器10，通过采用蓄能器，对压力波动可以进行有效的抑制。

其还在于，蓄能器10与换向器4之间还设置有水流测流段12。

图2是本发明优选实施例的相同初始压力跟踪同一目标压力的曲线图；图3是本发明优选实施例的不同初始压力跟踪同一目标压力的曲线图；如图2、3所示，采用本控制方法可以使管道水压控制在较好的范围之内。但是由于电子器械、控制算法性能以及管道流动的复杂性，管道内的水压存在一定的波动。本发明采用蓄能器，从而有效的抑制水压波动。

图4是本发明优选实施例的不同频率水压波动下的蓄能器的抑制性能的曲线图，如图4所示，对于高频的水压波动，蓄能器10可以很好的抑制，结合控制算法，可以得到稳定的管道流动。

实施时，本控制方法采用滑膜控制技术对管道流动中的压力进行稳压控制。其流程：在向稳压灌10注入一定量的气体后(通过进气口阀门)，关闭进气口阀门。此时，稳压灌10中存在一定量的气体，在控制过称中，忽略气体的溶解过程，假设气体变化过程为绝热过程。通过实时的管道压力测量，通过控制算法计算控制率，对水泵1进行实时控制，从而使稳压灌10中的水压达到稳定(如图2)。值得指出的是，由于控制算法以及硬件特性，稳压罐10中的水压存在一定的波动(如图3)，此时，可采用蓄能器10进行压力的调节，抑制水压波动。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种管道流动稳定控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、建立水利系统，在水利系统内设置水泵(1)和稳压罐(2)；

b、启动水泵(1)，水流进入稳压罐(2)；

c、向稳压罐(2)内注入一定量的气体，此时稳压罐(2)中存在一定量的气体和水；

d、开放控制水阀(9)，水流从稳压罐(2)进入流动稳定控制段，通过压力测试器(5)实时监控水压，压力测试器(5)连接控制单元，进而控制水泵(1)，压力测试器(5)自动启动或调节或关闭水泵(1)，用以稳定管道内水流；

压力测试器(5)依据预设值的方式控制水泵(1)或者通过安装数据处理控制器控制水泵(1)或者通过人工的方式依据压力测试器(5)数值控制水泵(1)，以实现简单的人工控制或者智能化的自动控制；

通过稳压罐(2)以及连接水泵的压力测试器(5)进行综合控制稳定流动实现滑模控制和自适应控制，采用滑模控制和自适应控制的电子控制方法获得稳定的流动；滑模控制：根据系统状态不断变化进行不连续变化控制，快速响应对应参数变化及扰动不灵敏、物理实现简单，克服系统中的不确定性；自适应性控制：不论外界变化或者系统本身产生不确定性，都能够自行调整参数或产生控制作用，使系统仍能按设定的性能指标运行在最佳状态；

e、水压波动可以通过蓄能器进行一定程度的补偿，从而增强压力稳定的效果；

f、管道内水流通过流动稳定控制段进入换向器(4)，通过换向器(4)进入标定系统(6)，达到标定的采集量时，换向器(4)转入旁路回流到水泵(1)；

g、标定系统(6)测试完毕回流到水泵(1)。

2.根据权利要求1所述的管道流动稳定控制方法，其特征在于，步骤d中进行实时的管道压力测量，通过控制算法计算控制率，对水泵(1)进行实时控制，从而使稳压罐(2)中水压达到稳定。

3.根据权利要求1所述的管道流动稳定控制方法，其特征在于，流动稳定控制段中还设置有蓄能器(10)，通过采用蓄能器对压力波动进行抑制。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的管道流动稳定控制方法，其特征在于，水利系统包括水泵(1)，

水泵(1)连接稳压罐(2)，

稳压罐(2)上设置有进气口(3)，

稳压罐(2)连接换向器(4)，

稳压罐(2)与换向器(4)之间还设置有压力测试器(5)，

压力测试器(5)连接并控制水泵(1)，

换向器(4)分别通过标定系统(6)和旁路管道(7)连接水泵(1)。

5.根据权利要求4所述的管道流动稳定控制方法，其特征在于，进气口(3)上设置有进气阀门(8)。

6.根据权利要求4所述的管道流动稳定控制方法，其特征在于，稳压罐(2)与压力测试器(5)之间设置有控制水阀(9)。

7.根据权利要求6所述的管道流动稳定控制方法，其特征在于，压力测试器(5)与换向器(4)之间还设置有蓄能器(10)。

8.根据权利要求4所述的管道流动稳定控制方法，其特征在于，标定系统(6)与水泵(1)之间设置有标定系统阀门(11)。

9.根据权利要求4所述的管道流动稳定控制方法，其特征在于，蓄能器(10)与换向器(4)之间的管道设置有水流测流段(12)。