CN106525376A - 一种气体流量无级调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种气体流量无级调节装置，包括进气管和出气管，进气管与出气管之间通过十六组数字阀连接，所述每一组数字阀包括文氏管和电磁阀，所述十六组数字阀的阀位按文氏管的喉道面积按照二进制递增排列；所述文氏管与电磁阀之间通过连接管连接，在相邻的两个二进制阀位之间增加一个喉道面积为这两个阀位文氏管喉道面积均值的半位阀位。本发明中的技术有效解决了数字组合阀流量值分布不连续、某些流量目标点控制振荡的难题，增强试验安全性和提高试验效率。

Description

一种气体流量无级调节装置

技术领域

本发明属于风洞试验中的气体流量控制设备，具体为气体流量无级调节装置。

背景技术

风洞试验中使用数字组合阀对气体流量进行高精度控制。数字组合阀是一种组合式流量调节阀，每路数字组合阀由一个不同尺寸的文氏管及对应流量系数的电磁阀组成。文氏管喉道面积按照二进制排列，即数字组合阀的1#阀位的文氏管喉道面积为最小，2#阀位的文氏管喉道面积是1#的2倍，3#阀位的文氏管喉道面积是1#的4倍，……。数字组合阀的各阀位有开/关两种状态。数字组合阀工作原理是利用电磁阀的开关控制不同喉道的文氏管的流量，而这些文氏管流量的组合就构成试验所需的气体流量。

数字组合阀理论上认为是以二进制最小步进量连续调节，但受文氏管的实际加工精度限制，流量值分布不连续，部分流量值无法实现；同时数字组合阀调节具有继电器特性,流量系数不同的电磁阀开启和关闭的时间不同, 对于某一些流量给定目标值，会出现喉道较大的阀位频繁开启/关闭，造成控制振荡，不能满足试验要求。

如能设计构造一种新型数字组合阀，有效解决流量值分布不连续，避免控制振荡，增强试验安全性和提高试验效率。

发明内容

本发明的目的是在现有系统的基础上建立一种新型的数字组合结构，有效解决流量值分布不连续，有效避免某些流量目标点的控制振荡。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种气体流量无极调节装置，包括进气管和出气管，进气管与出气管之间通过十六组数字阀连接，所述每一组数字阀包括文氏管和电磁阀，所述十六组数字阀的阀位按文氏管的喉道面积按照二进制递增排列；所述文氏管与电磁阀之间通过连接管连接，在相邻的两个二进制阀位之间增加一个喉道面积为这两个阀位文氏管喉道面积均值的半位阀位。

在上述技术方案中，所述半位阀位设置在二进制阀位中的高位阀位，从第九组数字阀开始为所述高位阀位。

在上述技术方案中，在二进制阀位中的低位阀位中排列两个或多个文氏管喉道面积相同的阀位进行冗余排列，第八组数字阀以下的为所述低位阀位。

在上述技术方案中，在二进制阀位中的低位阀位中增加半位阀位。

在上述技术方案中，每一组数字阀中的连接件相同的结构。

在上述技术方案中，不同尺寸的文氏管与连接件进行连接时，在文氏管于连接管之间设置有密封连接件。

在上述技术方案中，所述密封连接件包括套在文氏管上且在连接管内的多个密封垫圈，和设置在连接管外表面的锁紧机构，利用锁紧机构压紧连接管与文氏管之间的密封垫圈使得文氏管与连接管密封连接。

在上述技术方案中，十六组数字阀中的任一组均可以更换不同喉道面积的文氏管，进行不同文氏管组合。

一种气体流量无极调节装置的气体流量调节方法为：

控制气体流量上升时，首先使用文氏管喉道面积最小的阀位，不够用时再使用稍大的阀位；

控制气体流量下降时，首先关闭文氏管喉道面积较小的阀位，当某个文氏管喉道面积较大的阀位之前的所有较小阀位全部关闭后仍然不满足要求时才关闭该较大的阀位。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

该技术在风洞试验的数字组合阀设备中首次使用，在结构上确保了数字组合阀的每路阀位都能使用不同喉道直径的文氏管，增强了装置的实用性和通用性；

该技术有效解决了数字组合阀流量值分布不连续、某些流量目标点控制振荡的难题，增强试验安全性和提高试验效率；

该技术有效解决了数字组合阀中电磁阀频繁动作，提高设备使用寿命。

附图说明

图1为该数字组合阀的结构总图；

图2为该数字组合阀一路阀位的结构图；

图3是数字组合阀喷管喉道参数表；

其中：1是文氏管，2是中间连接管，3是电磁阀。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，为本发明的整体系统结构图，整体的结构布局与传统的布局一致，均是在进行管与出气管之间设置十六组数字阀进行连接，通过电磁阀控制使得文氏管开关。在传统的结构中，十六组数字阀中的文氏管喉道面积按照二进制排列，一旦确定尺寸后，文氏管与气管之间进行固定连接，然后通过控制电磁阀开关来控制气流量。这种结构弊端非常明显，当要进行不同文氏管的组合时，这一套结构就不能适用，也就是说一套系统就只能适用一种文氏管的组合。

如图2所示，而本发明要解决这种弊端，在每一个文氏管与电磁阀之间连接一个中间连接管，所有的中间连接管设计成统一的结构，使得中间连接管可以与任一尺寸的文氏管进行连接。为了确保中间连接管与任一尺寸的文氏管连接后能确保其连接的可靠性，需要在中间连接管与文氏管之间增加密封连接件。在本方案中，将中间连接管的口径设计得大于文氏管的口径，使得中间连接管能套在文氏管上，在连接时，先在文氏管上套上密封垫圈，然后将中间连接管套在文氏管上，使得密封垫圈设置在中间连接管与文氏管之间，然后在中间连接管的外围套上一个锁紧机构，通过锁紧机构的锁紧压缩中间连接管，使得中间连接管的内壁压缩密封垫圈，通过压缩后的密封垫圈使得中间连接管与文氏管之间形成密封的空间。

通过这种可以进行更换的连接关系，可以使得十六个文氏管的任一一个都可以进行随时更换，任一连接处可以连接不同尺寸的文氏管，这样的话，就使得整个十六个文氏管可以不在是单独的一组二进制递增排列组合，可以有多种不同的组合。

如图3所示，图3中表是一组数字组合阀喷管喉道参数，其中第6号、第7号、第9号阀位为冗余阀位，第13号、第15号阀位为半位阀位。需要说明的是该表仅仅列出数字组合阀的一种文氏管组合，根据试验需要完全可以采用不同的文氏管组合。

所谓的冗余排列，即在文氏管喉道面积较小的阀位上可以排列两个或多个文氏管喉道面积相同的阀位；半位阀位，即在文氏管喉道面积较大的阀位的相邻两个二进制阀位之间增加一个喉道面积为这两个阀位文氏管喉道面积均值的半位阀位。

根据试验需要的气体最大总流量，选择最合适的文氏管组合来实现，原则是尽可能地使用喉道面积较小的文氏管、少用喉道面积较大的文氏管，使数字组合阀的总流量能够最佳匹配试验所需，数字组合阀的低位阀位增加冗余文氏管或者增加半位文氏管，高位的阀位增加半位文氏管，从而构成一种气体流量无级调节装置。

这种气体流量无级调节装置因为采用了冗余阀位或者半位阀位，相当于增加了二进制的位数，也就是说提高了数字组合阀的分辨率，从而能够有效解决数字组合阀流量值分布不连续的问题。

这种气体流量无级调节装置，采用了冗余阀位和半位阀位后，其控制软件在控制策略和控制算法上尽可能使用文氏管喉道面积较小的阀位，具体来说就是控制气体流量上升时，首先使用文氏管喉道面积最小的阀位，不够用时再使用稍大的阀位，以此类推；控制气体流量下降时，首先关闭文氏管喉道面积较小的阀位，当某个文氏管喉道面积较大的阀位之前的所有较小阀位全部关闭后仍然不满足要求时才关闭该较大的阀位。因为冗余或半位阀位的使用，高位阀位的文氏管喉道面积是小于、甚至是远远小于其前所有低位阀位的文氏管喉道面积总和，这样高位阀位不会轻易打开，而一旦打开该阀位也不会轻易关闭，这样就避免了气体流量控制过程中高位阀位（文氏管喉道面积较大的阀位）出现频繁开/关，这也是造成控制振荡的主要原因，因此说这种气体流量无级调节装置能够有效避免控制振荡。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种气体流量无极调节装置，包括进气管和出气管，进气管与出气管之间通过十六组数字阀连接，所述每一组数字阀包括文氏管和电磁阀，所述十六组数字阀的阀位按文氏管的喉道面积按照二进制递增排列；其特征在于：所述文氏管与电磁阀之间通过连接管连接，在相邻的两个二进制阀位之间增加一个喉道面积为这两个阀位文氏管喉道面积均值的半位阀位。

2.根据权利要求1所述的一种气体流量无极调节装置，其特征在于所述半位阀位设置在二进制阀位中的高位阀位，从第九组数字阀开始为所述高位阀位。

3.根据权利要求2所述的一种气体流量无极调节装置，其特征在于在二进制阀位中的低位阀位中排列两个或多个文氏管喉道面积相同的阀位进行冗余排列，第八组数字阀以下的为所述低位阀位。

4.根据权利要求2所述的一种气体流量无极调节装置，其特征在于在二进制阀位中的低位阀位中增加半位阀位。

5.根据权利要求1所述的一种气体流量无极调节装置，其特征在于每一组数字阀中的连接件相同的结构。

6.根据权利要求5所述的一种气体流量无极调节装置，其特征在于不同尺寸的文氏管与连接件进行连接时，在文氏管于连接管之间设置有密封连接件。

7.根据权利要求6所述的一种气体流量无极调节装置，其特征在于所述密封连接件包括套在文氏管上且在连接管内的多个密封垫圈，和设置在连接管外表面的锁紧机构，利用锁紧机构压紧连接管与文氏管之间的密封垫圈使得文氏管与连接管密封连接。

8.根据权利要求1、5、6、7任一所述的一种气体流量无极调节装置，其特征在于十六组数字阀中的任一组均可以更换不同喉道面积的文氏管，进行不同文氏管组合。

9.根据权利要求1所述的一种气体流量无极调节装置，其特征在于所述气体流量调节方法为：

控制气体流量上升时，首先使用文氏管喉道面积最小的阀位，不够用时再使用稍大的阀位；

控制气体流量下降时，首先关闭文氏管喉道面积较小的阀位，当某个文氏管喉道面积较大的阀位之前的所有较小阀位全部关闭后仍然不满足要求时才关闭该较大的阀位。