CN106153317B - 一种自动控制涡流管能量分离试验台及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动控制涡流管能量分离试验台及其控制方法，为涡流管能量分离研究提供相关的试验平台。其主要构件包括空气压缩机、储气罐、控制阀、安全阀、过滤器、参数采集器(包括压力变送器、流量计、温度传感器)、流量调节阀、可编程控制器(PLC)、高压气体管路和涡流管。该试验台可以通过PLC控制实现对热端出口处流量调节阀的控制，调节涡流管热端出口流量和冷端出口流量的比值，并且可以自动采集涡流管进口、热端出口和冷端出口的压力、流量和温度三个参数，为涡流管能量分离的研究提供了方便。

Description

一种自动控制涡流管能量分离试验台及其控制方法

技术领域

本发明属于测量设备领域，具体是一种自动控制涡流管能量分离试验台及其控制方法。

背景技术

涡流管是一种结构非常简单的能量分离装置，具有结构简单、无运动部件、运行可靠、体积小等特点，工作介质是空气，不需要其它的任何外来能量，因此，涡流管是一种环境友好的制冷系统，在有特殊要求冷却或制热需求的领域，有着极为广泛的应用前景，在机械加工中可以替代传统的冷却剂，用于提高加工质量，延长刀具使用寿命；冷却电气控制柜，以防止设备过热引起的设备控制失灵，使设备运行可靠。

尽管涡流管结构极为简单，但是发生在涡流管内部的能量分离现象则极为复杂，至今仍没有一种精确的理论能够解释其能量分离机制。涡流管能量分离机理还需要做大量的基础试验，通过对涡流管热端流量的调节，采集不同流量比值下的温度、压力等数据，研究涡流管的能量分布现象。该自动控制试验台可实现对信息参数的自动采集和自动控制，为试验研究提供极大的便利。

发明内容

为了更好地对涡流管能量分离机理进行研究，更好地把握热端与冷端不同流量比值下涡流管所能实现的制冷制热特性，本发明提供了一种自动控制涡流管能量分离试验台及其控制方法，为研究涡流管能量分离现象提供了方便。将该试验台推广应用，将会为涡流管的研究发展起到推动作用。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种自动控制涡流管能量分离试验台，其特征在于，包括高压气体生成单元、高压气体进气单元、涡流管、自动控制和参数采集单元；所述高压气体生成单元包括空气压缩机、第一输气管路、第一控制阀、储气罐、安全阀、第二控制阀，第一输气管路分别和空气压缩机、储气罐相连通，且第一输气管路上依次设有第一控制阀、安全阀；所述高压气体进气单元包括第二输气管路、第三控制阀、过滤器，第二输气管路一端和储气罐相连，第二输气管路另一端依次连接第三控制阀、过滤器；所述自动控制和参数采集单元包括压力变送器、参数采集器、流量调节阀、PLC，参数采集器包括第一参数采集器、第二参数采集器、第三参数采集器，PLC分别和流量调节阀、参数采集单元相连，分别用于测量涡流管的一个进口和两个出口的流量、压力、温度 参数；试验时，第一控制阀开启，第二控制阀和第三控制阀关闭，所述空气压缩机将空气压缩后通过第一输气管路压缩至储气罐，待罐体能压力达到试验所需压力时，PLC控制关闭空气压缩机，同时关闭第一控制阀；储气罐出气口与第二输气管路连通，经过滤器接入涡流管进气口，涡流管进气口前端管路装有第一参数采集器，涡流管热端出口装有第二参数采集器和流量调节阀，涡流管冷端出口装有第三参数采集器，试验进行时，自动采集试验参数传送到PLC，并且通过PLC可以实现对流量调节阀进行控制，实现对涡流管冷、热端不同流量比值下的能量分离研究。

进一步，所述的自动控制涡流管能量分离试验台，所述第一输气管路连接空气压缩机和储气罐，储气罐避免了用气量频繁波动，使涡流管进气口保持相对稳定，输气管路中装有第一控制阀、安全阀。

进一步，所述的自动控制涡流管能量分离试验台，所述第二输气管路连接储气罐和第一参数采集器进气口，输气管路中装有压力变送器，第三控制阀、过滤器。

进一步，所述的自动控制涡流管能量分离试验台，所述第一参数采集器接入涡流管进气口，第二参数采集器接入涡流管热端出气口，第三参数采集器接入涡流管冷端出气口，第二参数采集器与其余第一参数采集器、第三参数采集器相比，装有流量调节阀，参数采集器将采集到的压力、流量、温度参数传送至PLC，并且通过PLC控制流量调节阀。

进一步，所述的自动控制涡流管能量分离试验台，所述参数采集器集成了压力、流量和温度三个参数值。

本发明的控制方法的技术方案如下：

一种自动控制涡流管能量分离试验台控制方法，包括步骤：

S1，试验准备阶段，第一控制阀开启，第二控制阀与第三控制阀关闭，检查安全阀，PLC控制启动空气压缩机，将空气压缩至储气罐，待压力达到试验所需压力时，关闭第一控制阀，PLC控制关闭空气压缩机。

S2，试验开始阶段，通过PLC调节流量调节阀至第一个试验监测点，第三控制阀开启，高压气体经过滤器、第一参数采集器进入涡流管进气口，气体在涡流管内部发生能量分离后，热气从涡流管热端出口排出，冷气从涡流管冷端出口排出，第一参数采集器、第二参数采集器、第三参数采集器将采集到的各端压力值、流量值和温度值传送至PLC。

S3，第一个试验监测点参数采集完毕后，通过PLC调节流量调节阀的流量值，采集本次试验的参数，依次进行其他试验监测点的试验。

S4，试验结束后，关闭试验台电源，关闭第三控制阀，开启第二控制阀对储气罐进行 泄压，将罐内气体排空。

S5，若储气罐中的压力值高于设定值，安全阀启动，防止因压力过高发生危险。

本发明具有以下技术效果：

本发明的自动控制和参数采集单元可实现对涡流管各端口的参数自动采集和自动调节，试验时，各端的参数值将以电信号的形式传递给PLC，PLC可以控制调节热端出口的流量调节阀，以测量多组试验数值。

本发明的PLC可以通过控制空气压缩机的开启、关闭确保储气罐中压力维持在稳定的状态。

本发明的参数采集器集成了压力、流量、温度三个参数，采集试验数据更为快捷。

本发明的安全阀设置在储气罐的进口处，对安全阀设置合适的压力值，若压力值超过安全阀设定值，安全阀开启，保障整个系统的和试验人员的安全。储气罐另一端设置一个控制阀，储气罐充气和试验时，此安全阀关闭，试验结束后，通过此安全阀进行泄压，将罐内气体排空。

附图说明

图1为自动控制涡流管试验台系统方案图；

图2为自动控制方案图。

图中：1-空气压缩机，2-第一输气管路，3-第一控制阀，4-储气罐，5-安全阀，6-第二控制阀，7-第二输气管路，8-压力变送器，9-第三安全阀，10-过滤器，11-第一参数采集器，12-第二参数采集器，13-第三参数采集器，14-控制显示器，15-流量调节阀，16-涡流管

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

图1为自动控制涡流管试验台系统方案图，其连接方式为：一种自动控制涡流管能量分离试验台，包括高压气体生成单元、高压气体进气单元、涡流管16、自动控制和参数采集单元；所述高压气体生成单元包括空气压缩机1、第一输气管路2、第一控制阀3、储气罐4、安全阀5、第二控制阀6，第一输气管路2分别和空气压缩机1、储气罐4相连通，且第一输气管路2上依次设有第一控制阀3、安全阀5；所述高压气体进气单元包括第二输气管路7、第三控制阀9、过滤器10，第二输气管路7一端和储气罐4相连，第二输气管路7另一端依次连接第三控制阀9、过滤器10；所述自动控制和参数采集单元包括压力变 送器8、参数采集器、流量调节阀15、PLC14，参数采集器包括第一参数采集器11、第二参数采集器12、第三参数采集器13，PLC14分别和流量调节阀15、参数采集单元相连，分别用于测量涡流管16的一个进口和两个出口的流量、压力、温度参数；试验时，第一控制阀3开启，第二控制阀6和第三控制阀9关闭，所述空气压缩机1将空气压缩后通过第一输气管路2压缩至储气罐4，待罐体能压力达到试验所需压力时，PLC控制关闭空气压缩机1，同时关闭第一控制阀3；储气罐4出气口与第二输气管路7连通，经过滤器10接入涡流管16进气口，涡流管进气口前端管路装有第一参数采集器11，涡流管热端出口装有第二参数采集器12和流量调节阀15，涡流管冷端出口装有第三参数采集器13，试验进行时，自动采集试验参数传送到PLC14，并且通过PLC14可以实现对流量调节阀15进行控制，实现对涡流管冷、热端不同流量比值下的能量分离研究。

图2为自动控制方案图，展示了试验台系统中各个设备与PLC控制系统信号的收集、传递方式。启动试验台电源，空气压缩机启动，将空气压缩至储气罐中，达到设定压力值后PLC控制关闭空气压缩机，随着试验的进行，消耗储气罐中的的气体，压力值也随之降低，当降低到设定值后，储气罐出口处压力变送器将压力值传递至PLC，PLC控制开启压缩机，维持储气罐中的气体压力在稳定的范围内；试验过程中，涡流管进、出口三个参数采集器的参数值自动采集传递至PLC，并且通过PLC实现对涡流管热端出口处流量调节阀的控制，以测量多组试验数据。

本发明的自动控制涡流管能量分离试验台控制方法，包括步骤：

1、试验准备阶段，第一控制阀开启，第二控制阀与第三控制阀关闭，检查安全阀，启动空气压缩机，将空气压缩至储气罐，待压力达到试验所需压力时，关闭第一控制阀，关闭空气压缩机。

2、试验开始阶段，通过控制显示器调节流量调节阀至第一个试验点，第三控制阀开启，高压气体经过滤器、第一参数采集器进入涡流管进气口，气体在涡流管内部发生能量分离后，热气从涡流管热端出口排出，冷气从涡流管冷端出口排出，第一参数采集器、第二参数采集器、第三参数采集器将采集到的各端压力值、流量值和温度值传送至控制显示器。

3、第一个试验点参数采集完毕后，通过控制显示器调节流量调节阀的流量值，采集本次试验的参数，依次进行其他试验点的试验。

4、试验结束后，关闭控制显示器电源，关闭第三控制阀，开启第二控制阀对储气罐进行泄压，将罐内气体排空。

5、若储气罐中的压力值高于设定值，安全阀启动，防止因压力过高发生危险。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示 例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种自动控制涡流管能量分离试验台，其特征在于，包括高压气体生成单元、高压气体进气单元、涡流管(16)、自动控制和参数采集单元；

所述高压气体生成单元包括空气压缩机(1)、第一输气管路(2)、第一控制阀(3)、储气罐(4)、安全阀(5)、第二控制阀(6)，第一输气管路(2)分别和空气压缩机(1)、储气罐(4)相连通，且第一输气管路(2)上依次设有第一控制阀(3)、安全阀(5)；所述高压气体进气单元包括第二输气管路(7)、第三控制阀(9)、过滤器(10)，第二输气管路(7)一端和储气罐(4)相连，第二输气管路(7)另一端依次连接第三控制阀(9)、过滤器(10)；所述自动控制和参数采集单元包括压力变送器(8)、参数采集器、流量调节阀(15)、PLC(14)，参数采集器包括第一参数采集器(11)、第二参数采集器(12)、第三参数采集器(13)，PLC(14)分别和流量调节阀(15)、参数采集单元相连，分别用于测量涡流管(16)的一个进口和两个出口的流量、压力、温度参数；所述参数采集器集成了压力、流量和温度三个参数值；

试验时，第一控制阀(3)开启，第二控制阀(6)和第三控制阀(9)关闭，所述空气压缩机(1)将空气压缩后通过第一输气管路(2)压缩至储气罐(4)，待罐体能压力达到试验所需压力时，PLC控制关闭空气压缩机(1)，同时关闭第一控制阀(3)；储气罐(4)出气口与第二输气管路(7)连通，经过滤器(10)接入涡流管(16)进气口，涡流管进气口前端管路装有第一参数采集器(11)，涡流管热端出口装有第二参数采集器(12)和流量调节阀(15)，涡流管冷端出口装有第三参数采集器(13)，试验进行时，自动采集试验参数传送到PLC(14)，并且通过PLC(14)可以实现对流量调节阀(15)进行控制，实现对涡流管冷、热端不同流量比值下的能量分离研究。

2.根据权利要求1所述的自动控制涡流管能量分离试验台，其特征在于，所述第一参数采集器(11)接入涡流管进气口，第二参数采集器(12)接入涡流管热端出气口，第三参数采集器(13)接入涡流管冷端出气口，第二参数采集器(12)与其余两个参数采集器相比，装有流量调节阀(15)，参数采集器将采集到的压力、流量、温度参数传送至PLC(14)，并且通过PLC(14)控制流量调节阀(15)。

3.一种自动控制涡流管能量分离试验台的控制方法，其特征在于，包括步骤：

S1，试验准备阶段，第一控制阀(3)开启，第二控制阀(6)与第三控制阀(9)关闭，检查安全阀(5)，PLC(14)控制启动空气压缩机(1)，将空气压缩至储气罐(4)，待压力达到试验所需压力时，关闭第一控制阀(3)，PLC(14)控制关闭空气压缩机(1)电源；

S2，试验开始阶段，通过PLC(14)调节流量调节阀(15)至第一个试验监测点，第三控制阀(9)开启，高压气体经过滤器(10)、第一参数采集器(11)进入涡流管(16)进气口，气体在涡流管内部发生能量分离后，热气从涡流管热端出口排出，冷气从涡流管冷端出口排出，第一参数采集器(11)、第二参数采集器(12)、第三参数采集器(13)将采集到的各端压力值、流量值和温度值传送至PLC(14)；

S3，第一个试验监测点参数采集完毕后，通过PLC(14)调节流量调节阀(15)的流量值，采集本次试验的参数，依次进行其他试验监测点的试验；

S4，试验结束后，关闭试验台电源，关闭第三控制阀(9)，开启第二控制阀(6)对储气罐(4)进行泄压，将罐内气体排空；

S5，若储气罐(4)中的压力值高于设定值，安全阀(5)启动，防止因压力过高发生危险。