CN103423496B - 正压型防爆控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种新型的正压型防爆控制系统。其主要特征是该正压型防爆控制系统具有主控单元和泄压单元；所述主控单元包括气源调节比例分配气路、大流量定时吹扫换气气路和动态稳压气路。上述气路采用改进的膜式放大与喷嘴挡板技术、逻辑取样技术和孔板差压流量技术。该系统从原理设计到实现，始终把高可靠性放在首位，从原理设计、元件选型、加工工艺各方面系统考虑，从而得到一可靠的产品。鉴于电机在启动、运行和加载时，壳体内压力波动较大，甚至会产生负压，这就要求正压控制系统，动态跟随迅速，响应速度快捷。由于本发明采取了上述技术方案，与现有技术相比，本发明具有运行的高可靠性和优异的动态响应性能。

Description

正压型防爆控制系统

技术领域

本发明属于正压防爆设备技术领域，具体涉及一种正压型防爆全自动气动稳压控制系统，主要用于正压型防爆电机，也可用于其它需要实现正压防爆的场合。

背景技术

电机防爆主要分为三种：隔爆型、增安型、正压型。正压型防爆电机主要是通过正压型防爆控制系统，在电机启动前，将流量较大的压缩空气等保护气体导入电机壳体内，与电机壳体相连的卸压阀打开，吹扫清除进入电机壳体内的危险气体。吹扫完成后，通过联动装置启动电机运行，正压系统进入保压稳压控制状态(由于防爆电机壳体存在漏气，壳体内需要泄漏补偿)，确保电机壳体内的压力稳定，并始终高于外界（至少50Pa），阻止外界可能存在的可燃性气体进入电机内部，从而达到防爆的目的。

一般的正压型防爆控制装置，在运行时所控制的正压容器内的压力不存在大的波动，较易获得稳定的正压，控制装置相对简单,没有稳压保压装置，或者对动态响应要求不严。而电机用正压型防爆控制系统，最大的不同在于其对动态稳压功能要求较高。在电机启动、拖动负载以及停机变动时，转子转速的改变会造成壳体内压力大幅度波动，甚至会产生瞬间负压，这就要求正压防爆控制系统具有稳压动态响应快、跟随能力强、效果好的特性，随时能提供一与波动相反的作用，快速补充流量，保证壳体内正压动态稳定。

电机用正压型防爆控制系统，在国内属于新兴技术，就目前来讲，产品仍然以进口为主。国内产品尚属研发阶段，技术改进和提高的空间较大。作为正压型防爆控制系统的核心技术，主要是其长久运行的可靠性和动态的快速响应性。

发明内容

为此，本发明的目的是设计出一种新型的正压型防爆全自动气动稳压控制系统。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是该正压型防爆控制系统具有主控单元和泄压单元；所述主控单元包括气源调节比例分配气路、大流量定时吹扫换气气路和动态跟随稳压气路。

上述气源调节比例分配气路：气源经过过滤调压阀，进入精密调压阀后，分为6个分支，其中两个接入气控阀的输入口，其余四个接入气动节流器后，分别给四个气动微压控制传感器提供气源基准信号或逻辑信号。

上述大流量定时吹扫换气气路：气源经过滤调压阀，到节流球阀，球阀用于调节合适的吹扫流量，再到两位三通阀的P口，此时C口无气压，气流从A口出，进入正压壳体，壳体内压力上升。由P0口引入主控单元，分为三路接入三个气动微压控制传感器，进行压力比较和逻辑放大，先是气动微压控制传感器动作，然后带动一、二级气动阀动作，气流经过三级气动阀的A口，再到P1输出口，P1输出口接泄压单元的P1口，泄压单元的P1口有气压后，气缸打开挡板，壳体内的吹扫气流，经过孔板差压流量计，进入泄压单元壳体，后经出风口，排出泄压单元。到此，吹扫换气气路完成。

上述动态跟随稳压气路：气源经过滤调压阀和新型气动调节阀的输入口P,经输出口A,到两位三通阀，由输出口A送入正压壳体。壳体内的压力信号经过取样，由P0口送给气动微压控制传感器，由气动微压控制传感器进行逻辑放大，输出连到新型气动调节阀的输入口C，作用于膜片下方，与设定压力进行比较，结果会使膜片作出向上或向下移动，带动阀杆移动，控制阀芯开合度，从而控制进气量的大小，稳定壳体内的压力。只要正压壳体内的压力发生变化，经取样放大后的压力，就会与设定压力进行比较，结果就会使膜片作出向上或向下移动，带动阀杆，控制阀芯开合度，从而控制进气量的大小，稳定壳体内压力的大小，实现动态稳压。

上述动态稳压气路涉及到两个关键元件：气动微压控制传感器和新型气动调节阀。

所述气动微压控制传感器主要由弧形硅胶膜片（运动灵活、寿命长）、顶杆（由膜片带动）、弹簧和喷嘴组成。弧形硅胶膜片与顶杆接触，顶杆上套有弹簧，构成膜式放大机构；顶杆正对应于喷嘴，构成喷嘴挡板机构。该产品组合了膜式放大和喷嘴挡板气动技术，产品设计新颖。工作时，微压作用于膜片上，膜片带动顶杆运动，从而控制进气量的大小，实现了动态跟随与稳压。

所述新型气动调节阀具有阀体，在阀体内上部设置有气动膜片，气动膜片中心与阀杆固定在一起，在阀体内气动膜片下方设有独立的控制气室，控制气室一侧开有一气控输入接口，引入控制气压，作用于气动膜片下方。工作时与设定压力进行比较，结果会使膜片上、下移动，带动阀杆，控制阀芯的开合度，从而控制进气量大小。在控制气室底部与输出之间设有一通道，在端口处固定一节流气塞，节流气塞中心有一节流孔。

在气动膜片上通过一弹簧与调整旋钮带动的顶杆进行弹性连接，调整旋钮用于设定阀的初始开合度。

泄压单元包括气动孔板流量计组件和安全泄压阀。

气动孔板流量计组件包括孔板、孔板内外压差感应探头、差压传感器。气体流经孔板，在孔板内外两面产生气压差，信号通过压差感应探头送至差压传感器，由主控单元逻辑计算后确定当前气体流量，以此来控制吹扫流量。一般来讲气体流量大小是由孔板口径和压差的大小来决定。若孔板口径固定，流量由压差大小决定，若压差固定，流量由孔板口径大小决定。传统的气动孔板流量计采用固定孔板口径，通过检测不同的压差来检测流量，当需要检测几个不同的流量时，就需要检测几个不同的孔板内外压差，相应就需要几个差压传感器，纯气动实现结构比较复杂。该正压系统在设计上，只用一个差压传感器来检测固定的压差，通过采用不同口径孔板，来实现不同流量。这样在气动设计上，结构简洁、工作可靠。

安全泄压阀：确保壳体内压力达到泄压阀设定值时，通过泄压阀排气。设计一定的排气孔径，与主控单元的阀门开度相对应，即使在主控发生故障的情况下，壳体内的压力会得到安全控制。

该系统主要有三大功能：一、大流量定时吹扫换气，二、换气结束后的动态稳压，三、输出联动信号。

正压防爆控制系统的技术核心，首要是确保其运行的可靠性，其次是运行动态跟随的快速响应性。设计上选用气动控制方式，不涉及电子器件，本质安全，不受任何电磁干扰影响。采用全自动运行方式，杜绝人为因素，在功能设计上周全严密，确保正压壳体内在加电时始终处于高可靠状态。科学的气路设计和气动调节阀的创新改进，以及特殊的膜片设计使整个系统的动态响应大大提高，性能已经赶上或超过国外同类产品性能。

对于需要设计加工的元件，如气动微压控制传感器，在设计上剪辑两种成熟的气动技术：膜式放大和喷嘴挡板技术，组合到一起。将两个不同而且成熟的技术组合起来完成一项新的功能，实现技术创新。元件选材上，比如传感器的气动膜片，选用可靠稳定的硅胶材质，膜片与塑料元件的结合，采用了复合成型而非粘合，同样是确保组件的高可靠性。气路设计采用新型气动调节阀技术与微压控制传感器技术的巧妙结合，加之膜片的特殊设计，重量轻，反应灵敏，动态响应性能大为提高。

本发明应用对象是大型电机；大型电机具有高电压、大电流的特性，周围磁场环境恶劣，因此控制装置必须具备抗磁场干扰的特性。正压型防爆控制系统完全采用气动控制设计，不含电子电路，具有不受强电磁场干扰的特点。另外，为避免人为操作的不可靠因素，整套系统采用全自动气控的工作模式，系统具有较高的可靠性能。特殊的气路设计和新型气动调节阀的应用，以及特殊的膜片设计使整个系统的动态响应大大提高，性能已经赶上或超过国外同类产品性能，是替代进口的最佳产品。

由于本发明采取了上述技术方案，与现有技术相比，本发明具有可靠性高和动态响应快的优点。

附图说明

下面结合附图，对本发明的结构特征做进一步说明。

图1是本发明的主控单元气路实现图。

图2是本发明的泄压单元气路实现图。

图3是本发明气动微压控制传感器的结构示意图。

图4是本发明新型气动调节阀的结构示意图。

图5是本发明新型气动调节阀应用的结构示意图。

附图1中：1-4.气动微压控制传感器，5-8.气动节流器，11-17.两位三通阀，18.防爆开关，19.气动指示灯，20.两位三通阀，21.新型气动调节阀，22.气动定时器，23.精密调压阀，25.过滤调压器，26.气动指示灯，28.球阀，29.梭阀，31.气阀安装座一，32.气容，33.气阀安装座二，35-37.气缸，38、39.防爆开关，40.孔板式差压流量计，41.气缸，42.安全泄压阀，43.出风口（带阻火网）,44.泄压单元壳体,45.吹扫排气孔盖板，46.面板安装气动快接端子，47.弧型硅胶膜片，48.顶杆（即挡板），49.喷嘴，50.微压输入，51.弹簧，52.气动膜片，53.控制气室，54.气控输入接口，55.节流气塞，56.连通下气室和输出的通道，57.锁紧螺母，58.调整旋钮，59.阀体，60.放大器，61.气控输入，62.新型气动调节阀，63.正压容器。

P.气动阀输入，A.气动阀输出，E.气动阀排气，C.气动阀气控输入，P0.压力传感输入，P1.气动输出（高有效），P2、P3.压差输入。

具体实施方式

本发明所述正压防爆控制系统具有主控单元和泄压单元；所述主控单元包括气源调节比例分配气路、大流量定时吹扫换气气路和动态稳压气路。

整套系统的气路分为两个单元，主控单元如图1，泄压单元如图2。为了便于安装，主控单元采用了两块内含管路的集成板。

整套系统主要有三大功能：一、大流量定时吹扫换气，二、换气结束后的动态稳压，三、输出联动信号。

气源调节比例分配气路：气源经过过滤调压阀25，进入精密调压阀23,之后分为6个分支，其中两个接入气阀16、17的输入口P（气动阀输入），其余四个接入气动节流器5~8后，分别给四个气动微压控制传感器1~4提供气源基准信号或逻辑信号。

大流量定时吹扫换气气路:气源经过滤调压阀25，进入节流球阀28，球阀用于调节合适的吹扫流量，再到两位三通阀20的P口，此时C口无气压，气流从A口出，进入正压壳体；壳体内压力上升，由P0口引入主控单元，分为三路接入三个气动微压控制传感器1、3、4，先是气动微压控制传感器动作，气动阀16动作，带动气动阀12动作，气流经过气动阀13的A口，再到P1输出口，P1输出口接泄压单元的P1口；见图2，泄压单元的P1口有气压后，气缸41打开挡板45，壳体内的吹扫气流，经过孔板差压流量计40，进入泄压单元壳体44，后经出风口43，排出泄压单元。到此，吹扫换气气路完成。

动态跟随稳压气路:气源经过滤调压阀25，接入新型气动调节阀21的输入口P,经输出口A,到两位三通阀20，由输出口A送入正压壳体，壳体内的压力信号经取样，由P0口送给气动微压控制传感器1，由气动微压控制传感器1作出逻辑放大，输出连到新型气动调节阀21的输入口C，与设定压力进行比较，结果会使膜片上、下移动，带动阀杆，控制阀芯的开合度，从而控制进气量大小，实现壳体内压力稳定。

气路设计采用改进的膜式放大与喷嘴挡板技术、目标容器压力逻辑取样技术、新型气动调节阀、孔板差压流量技术，使整个系统简洁、可靠、科学。气路设计见附图1、图2。

气路中动态响应涉及到两个关键元件：气动微压控制传感器和新型气动调节阀。

所述气动微压控制传感器，其主要构造如图3所示，由弧型硅胶膜片47（运动灵活、寿命长）、顶杆48（由膜片带动）、弹簧51和喷嘴49等组成，组合应用膜式放大和喷嘴挡板气动技术，工作时微压作用于膜片上，膜片带动顶杆运动，从而控制气压大小。该产品组合了膜式放大和喷嘴挡板气动技术，产品设计新颖。工作时，微压作用于膜片上，膜片带动顶杆运动，从而控制进气量的大小，实现了动态跟随与稳压。

新型气动调节阀的实现：图4是新型气动调节阀的结构图。所述新型气动调节阀具有阀体，在阀体内上部设置有气动膜片52，气动膜片52中心与阀杆固定在一起，在阀体内气动膜片下方设有独立的控制气室，控制气室一侧开有一气控输入接口，引入控制气压，作用于气动膜片下方。工作时与设定压力进行比较，结果会使膜片上、下移动，带动阀杆，控制阀芯的开合度，从而控制进气量大小。在控制气室底部与输出之间设有一通道，在端口处固定一节流气塞55，节流气塞中心有一节流孔。

在气动膜片上通过一弹簧与调整旋钮带动的顶杆进行弹性连接，调整旋钮用于设定阀的初始开合度。

实际应用时，选用一个与新型气动调节阀主体结构相近、技术成熟、高可靠的膜式气动精密调压阀（精密调压阀具有独立的位于膜片下方的控制气室），进行加工改进。改进有两点：

一、在控制气室一侧壳体上钻孔，安装气管快接，做为取样气控输入口54。

二、精密调压阀在控制气室和输出之间有一通路，在其上安装一中心开孔的气塞55（中心开孔，直径大小视具体应用决定，可以为零）。

经过以上两处无损原有产品的高可靠性改进，即可得到一专用的新型气动调节阀，极大降低加工难度，无需再长期验证，缩短产品上市时间。

动态稳压的实现：由微压控制传感器与新型气动调节阀组合完成。

新型气动调节阀是膜式气动精密调压阀功能的改进和创新。传统的气动精密调压阀，内部取样点来自于调压阀输出端口，其输出端口压力与目标容器压力大小存在差异。为了更真实地控制目标容器内的压力，新型气动调节阀是将目标容器内的真实压力经取样气路后，再经微压控制传感器进行逻辑放大，引入新型气动调节阀的输入口，作用于膜片下方，与设定压力进行比较，结果作用与膜片，带动阀杆移动，改变阀芯的开合度，从而控制进气量的大小，稳定目标容器内的压力。

输出联动信号：见图1主控单元，气动逻辑通过气缸35~37，带动三个防爆开关38，39，18。三个防爆开关为无源接点，引出线与主控室相联。通过三个联动信号，壳体内经吹扫换气后，系统进入保压工况时，方可加电启动电机。一旦壳体内压力降至预警压力，发出报警信号，当压力进一步降至最小，联动断电。

泄压单元主要由气动孔板流量计组件和安全泄压阀组成。

气动孔板流量计组件：气流流经孔板，在孔板内外两面产生气压差，气体流量与孔板口径和压差对应。该系统在设计上，只用一个差压传感器来检测固定的压差，采用系列不同口径孔板，来实现不同流量。这样在气动实现上，结构简洁、工作可靠。

泄压单元的安全泄压阀：确保壳体内压力达到泄压阀设定压力值时，通过泄压阀排气。排气孔径与主控单元的球阀开度相匹配，即使在主控单元发生故障的情况下，壳体内压力达到泄压阀动作阀值压力时，泄压阀打开，确保系统安全。

Claims (5)

1.一种正压型防爆控制系统，该系统具有主控单元和泄压单元；所述主控单元包括气源调节比例分配气路、大流量定时吹扫换气气路和动态跟随稳压气路；上述气路采用气动微压控制传感器和气动调节阀；其特征在于上述气源调节比例分配气路的气源经过过滤调压阀，一个分支进入精密调压阀，之后分为6个分支，其中两个接入气控阀的输入口，其余四个接入气动节流器后，分别给四个气动微压控制传感器提供气源基准信号或逻辑信号；上述大流量定时吹扫换气气路：气源经过滤调压阀，到节流球阀，球阀用于调节合适的吹扫流量，再到两位三通阀的P口，此时C口无气压，气流从A口出，进入正压壳体；壳体内压力上升，由P0口引入主控单元，分为三路接入三个气动微压控制传感器，先是气动微压控制传感器动作，一级气动阀动作，再带动二级气动阀动作，气流经过气动阀的A口，再到P1输出口，P1输出口接泄压单元的P1口，P1口有气压后，气缸打开挡板，壳体内的吹扫气流，经过孔板差压流量计，进入泄压单元壳体，后经出风口，排出泄压单元；上述动态跟随稳压气路：气源经过滤调压阀，接入气动调节阀的输入口P，经输出口A，到两位三通阀，由输出口A送入正压壳体，壳体内的压力信号经取样后，由P0口送至气动微压控制传感器，由气动微压控制传感器作出逻辑放大和控制，输出连到气动调节阀的输入口C，与设定压力进行比较，结果作用于膜片，带动阀杆移动，改变阀芯的开合度，从而控制进气量的大小，稳定壳体内的压力，实现动态稳压。

2.根据权利要求1所述正压型防爆控制系统，其特征在于所述气动微压控制传感器主要由弧形硅胶膜片、顶杆、弹簧和喷嘴组成；弧形硅胶膜片与顶杆接触，顶杆上套有弹簧，构成膜式放大机构；顶杆正对应于喷嘴，构成喷嘴挡板机构。

3.根据权利要求1所述正压型防爆控制系统，其特征在于所述气动调节阀具有阀体，在阀体内上部设置有气动膜片，气动膜片中心与阀杆固定在一起，在阀体内气动膜片下方设有独立的控制气室，控制气室一侧开有一气控输入接口，引入控制气压，作用于气动膜片下方；工作时与设定压力进行比较，结果会使膜片上、下移动，带动阀杆，控制阀芯的开合度，从而控制进气量大小；在控制气室底部与输出之间设有一通道，在端口处固定一节流气塞，节流气塞中心有一节流孔。

4.根据权利要求3所述正压型防爆控制系统，其特征在于在气动膜片上通过一弹簧与调整旋钮带动的顶杆进行弹性连接，调整旋钮用于设定阀的初始开合度。

5.根据权利要求1所述正压型防爆控制系统，其特征在于所述泄压单元内含气动孔板流量计组件和安全泄压阀。