CN106441909A - 一种定容弹燃气混合系统及控制方法 - Google Patents

一种定容弹燃气混合系统及控制方法 Download PDF

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苟金
高兴家
彭雁
李文辉
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Abstract

本发明提供一种定容弹燃气混合系统及控制方法，系统包括：各类气体的气瓶、流量控制器、气体混合器、真空泵、定容弹以及它们之间的连接管道和控制部分及控制电路。所述控制电路包括真空泵驱动电路、流量控制器驱动电路、信号采集电路和火花塞驱动电路。所述真空泵、流量控制器、气体混合器上的压力传感器及微压传感器、定容弹上的压力传感器和火花塞都通过控制电路与所述控制部分相连接以进行控制。通过该系统的控制方法可实现定容弹预燃混合燃气精确的摩尔体积比例控制，实现完全的、可控的预燃烧,为柴油机喷雾燃烧特性的研究提供可靠的环境，降低实验危险性，有很高的实用性。

Description

一种定容弹燃气混合系统及控制方法
技术领域
本发明涉及一种燃气混合系统及控制方法，尤其涉及一种定容弹燃气混合系统及控制方法。
背景技术
定容弹是一种发动机燃烧模拟实验装置，可以高效准确的模拟发动机工作时的温度和压力，可以定量的研究各参数对发动机喷油器喷雾特性的影响。先进的定容弹应该在保持结构简单的前提下，承受高温高压，且能满足连续测量的试验要求，同时能够满足对燃烧发生的特征规律以及燃烧过程的可视化观察。在使用定容弹进行柴油机喷雾燃烧特性研究工作时，需要将一定比例的可燃气体、氧气、氮气等充入定容弹，使其燃烧释放热量到达柴油喷雾燃烧所需要的高温高压环境。我们需要精确的控制进入定容弹的气体的组分比和压力值，所以就需要这种能实现精确控制的控制方法。
中国专利CN102681559A提出了一种燃气混合系统及控制方法，但其控制装置与本控制方法对应的装置不同，控制方法自然也就不同。
中国专利CN105115733A提出了一种定容燃烧系统及控制方法，但其不涉及燃气混合，没有气体混合装置，控制方法也与本发明不同。
发明内容
本发明的目的是为了能精确控制各气体组分比、能尽可能降低实验危险性而提供一种定容弹燃气混合系统及控制方法。
本发明的目的是这样实现的：一种定容弹燃气混合系统，包括装有气体的四个瓶1-4、控制部分21、气体混合器9、真空泵18、定容弹15，每个气瓶的出口依次连接流量控制器5-8后与气体混合器9连通，每个瓶的出口处还设置有旋拧阀，真空泵18与气体混合器9连接，且真空泵18与气体混合器9之间的管路上一号旋拧阀11，定容弹15与气体混合器9连通，且在定容弹15与气体混合器9连通管路上依次设置三号旋拧阀14、单向阀和二号旋拧阀13，定容弹还设置有与大气相通的管路且在该管路上设置有四号旋拧阀17，在气体混合器9与定容弹15上还分别设置有压力传感器10、16，气体混合器9上设置有微压传感器12，所述控制部分包括输入装置20和与输入装置20连接的控制器19，四个流量控制器5-8、两个压力传感器10、16、微压传感器12、真空泵18和定容弹上的火花塞22均与控制器19连接。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.一种定容弹燃气混合系统的控制方法，
第一步：预先计算设定瓶1、2、3、4中燃气组分的压力比；
第二步：打开一号旋拧阀11，输入装置20输入开启真空泵18的指令对气体混合器9抽真空，开启微压传感器12，当微压传感器反馈给控制器19的压力为0Mpa时，控制器控制真空泵18关闭，同时关闭一号旋拧阀11；
第三步：按从一瓶1到四瓶4的顺序，首先打开一瓶1上的旋拧阀以及调压阀，输入装置20输入打开一瓶1对应的流量控制器5中电磁阀的指令，向气体混合器中通入一瓶1中气体，当气体混合器上设置的压力传感器10反馈给所述控制器的一瓶1中气体的压力到达其设定好的压力值时，控制器19发出指令让一瓶1所对应管道上的流量控制器5中的电磁阀关闭；依次按设定的比例向所述气体混合器中通入二瓶2、三瓶3和四瓶4中的气体并达到其设定的压力值，完成所需混合燃气在气体混合器中混合；
第四步：打开气体混合器9和所述定容弹15之间的二号、三号旋拧阀13、14将混合好的的燃气通向定容弹15内，当定容弹15上设置的压力传感器16测得定容弹15内的压力达到设定的压力值时，控制器19根据压力传感器16的信号发出警示音，关掉旋拧阀；
第五步：控制部分21通过火花塞驱动电路驱动火花塞22点火，点燃定容弹15中的混合气，待燃烧完成后打开四号旋拧阀17排掉废气；
第六步：打开所有的阀门用氮气对整个系统进行扫气，清除系统内残留的可燃气体后关闭所有阀门。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过该系统及控制方法可实现对定容弹实验所需混合燃气实现精确的摩尔体积比例控制，实现完全的、可控的燃烧,降低实验危险性，有很高的实用性。本发明适用用于多种情况的气体混合，没有过大的局限性，有很高的实用价值。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的控制电路的原理示意图；
图中：1、2、3、4为所需燃气的气瓶，5、6、7、8为与各气瓶相对应的流量控制器，9为气体混合器，10为压力传感器，11为旋拧阀，12为微压传感器，13、14为旋拧阀，15为定容弹(燃烧弹)，16为压力传感器，17为旋拧阀，18为真空泵，9为输入装置，20为控制器可编程控制器PLC，21为控制部分，22为火花塞。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
结合图1和图2，本发明的定容弹的燃气混合系统包括各类燃气的气瓶1、2、3、4、流量控制器5、6、7、8、气体混合器9、真空泵18、定容弹15以及它们之间的连接管道和控制部分21和控制电路。其中所述气瓶的压力大于所述气体混合器的压力。所述气瓶1、2、3、4分别通过管道与所述气体混合器9连接。在所述气瓶与所述气体混合器的连接管道之间各设有一部相应的所述流量控制器5、6、7、8。所述气体混合器9与所述定容弹15相连，它们之间设有旋拧阀13、14，所述气体混合器上装有压力传感器10和微压传感器12都与所述控部分21相连。所述气体混合器9与所述真空泵18相连，它们之间设有旋拧阀11。所述定容弹15上装有压力传感器16与所述控制器19相连。所述控制部分包括一部可编程控制器19及其指令输入装置20。所述的指令输入装置20为按键屏。所述控制电路包括真空泵驱动电路、流量控制器驱动电路、信号采集电路和火花塞驱动。
所述控制部分21通过真空泵驱动电路控制真空泵18对所述气体混合器9抽真空；控制部分21通过流量控制器驱动电路控制流量控制器5、6、7、8按设置好的摩尔体积比往气体混合器9中通气进行气体混合，然后将一定量混合好的气体通入定容弹15中；控制部分21通过火花塞驱动电路驱动火花塞22点火，点燃定容弹15中的混合气。待燃烧结束后将废气排出并进行扫气，系统中不能残留可燃气体以免发生危险。
本发明的气体混合操作具体为：先通入可燃气体如氢气、乙烯等，再通入其余需要的气体。本发明的原理是：
预先计算设定瓶1、2、3、4中燃气组分的摩尔比在体积相同的条件下气体的压力比就等于摩尔比。
打开旋拧阀11，然后通过所述指令输入装置20输入开启真空泵18指令对所述气体混合器9抽真空，此时也开启微压传感器12，当微压传感器通过信号采集电路反馈给控制器19的压力为0Mpa时，控制器控制真空泵18关闭，同时关闭旋拧阀11完成抽真空的过程。
按从瓶1到瓶4的顺序，首先打开气瓶1上的旋拧阀以及调压阀，通过所述指令输入装置20输入打开气瓶1对应的流量控制器5中电磁阀的指令，向所述气体混合器中通入瓶1中气体；由于提前计算好了各燃气组分的压力比，当所述气体混合器中的压力传感器10反馈给所述控制器的该气体的压力到达其设定好的压力值时，控制器会发出指令让瓶1所对应管道上的流量控制器5中的电磁阀关闭；然后重复先前的操作，按设定的比例向所述气体混合器中通入瓶2、瓶3和瓶4中的气体并达到其设定的压力值，至此所需混合燃气在气体混合器中混合完毕。
打开所述气体混合器9和所述定容弹15之间的旋拧阀13、14将混合好的的燃气通向定容弹内，当所述定容弹上的压力传感器16反馈给传感器的定容弹内的压力达到设定的压力值时，所述控制器根据压力传感器的信号发出警示音以便工作人员及时关掉旋拧阀。
所述控制部分21通过火花塞驱动电路驱动火花塞22点火，点燃定容弹15中的混合气，待燃烧完成后打开旋拧阀17排掉废气。
打开所有阀门用氮气对整个系统进行扫气，清除系统内残留的可燃气体，以免发生危险。然后关闭所有阀门。

Claims (2)

1.一种定容弹燃气混合系统，其特征在于：包括装有气体的四个瓶(1-4)、控制部分(21)、气体混合器(9)、真空泵(18)、定容弹(15)，每个气瓶的出口依次连接流量控制器(5-8)后与气体混合器(9)连通，每个瓶的出口处还设置有旋拧阀，真空泵(18)与气体混合器(9)连接，且真空泵(18)与气体混合器(9)之间的管路上一号旋拧阀(11)，定容弹(15)与气体混合器(9)连通，且在定容弹(15)与气体混合器(9)连通管路上依次设置三号旋拧阀(14)、单向阀和二号旋拧阀(13)，定容弹还设置有与大气相通的管路且在该管路上设置有四号旋拧阀(17)，在气体混合器(9)与定容弹(15)上还分别设置有压力传感器(10、16)，气体混合器(9)上设置有微压传感器(12)，所述控制部分包括输入装置(20)和与输入装置(20)连接的控制器(19)，四个流量控制器(5-8)、两个压力传感器(10、16)、微压传感器(12)、真空泵(18)和定容弹上的火花塞(22)均与控制器(19)连接。
2.一种定容弹燃气混合系统的控制方法，其特征在于：包括权利要求1所述的一种定容弹燃气混合系统，
第一步：预先计算设定瓶(1、2、3、4)中燃气组分的压力比；
第二步：打开一号旋拧阀(11)，输入装置(20)输入开启真空泵(18)的指令对气体混合器(9)抽真空，开启微压传感器(12)，当微压传感器反馈给控制器(19)的压力为0Mpa时，控制器控制真空泵(18)关闭，同时关闭一号旋拧阀(11)；
第三步：按从一瓶(1)到四瓶(4)的顺序，首先打开一瓶(1)上的旋拧阀以及调压阀，输入装置(20)输入打开一瓶(1)对应的流量控制器(5)中电磁阀的指令，向气体混合器中通入一瓶(1)中气体，当气体混合器上设置的压力传感器(10)反馈给所述控制器的一瓶(1)中气体的压力到达其设定好的压力值时，控制器(19)发出指令让一瓶(1)所对应管道上的流量控制器(5)中的电磁阀关闭；依次按设定的比例向所述气体混合器中通入二瓶(2)、三瓶(3)和四瓶(4)中的气体并达到其设定的压力值，完成所需混合燃气在气体混合器中混合；
第四步：打开气体混合器(9)和所述定容弹(15)之间的二号、三号旋拧阀(13、14)将混合好的的燃气通向定容弹(15)内，当定容弹(15)上设置的压力传感器(16)测得定容弹(15)内的压力达到设定的压力值时，控制器(19)根据压力传感器(16)的信号发出警示音，关掉旋拧阀；
第五步：控制部分(21)通过火花塞驱动电路驱动火花塞(22)点火，点燃定容弹(15)中的混合气，待燃烧完成后打开四号旋拧阀(17)排掉废气；
第六步：打开所有的阀门用氮气对整个系统进行扫气，清除系统内残留的可燃气体后关闭所有阀门。
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