CN107327415A - 一种预防离心通风机喘振的装置及其预防喘振的方法 - Google Patents

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沈平平
窦华书
肖美娜
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Abstract

本发明公开了一种预防离心通风机喘振的装置及其预防喘振的方法。目前将阀门全部打开虽然能够避免喘振，但也将经过叶轮获得能量的气体白白放掉，能耗增加。本发明的传感器电路的输出电压信号接信号调理电路的输入端，信号调理电路的输出端与单片机的AD采样接口相连，单片机IO口与数模转换器的输入端相连，数模转换器的电流信号输出端与气动调节阀的控制信号端相连；传感器电路包括组合热膜探头。本发明采用热式流量传感器精确测量风机流量，根据流量测量值与风机喘振流量值的差值大小动态调整气动调节阀的开度，从而达到预防风机喘振，提高装置效率，降低能耗的目的。

Description

一种预防离心通风机喘振的装置及其预防喘振的方法
技术领域
本发明属于风机设备领域，涉及离心通风机，具体涉及一种预防离心通风机喘振的装置及其预防喘振的方法。
背景技术
风机属于通用机械范畴，通常可分为离心风机、轴流风机和混流风机三类，其中离心风机的使用量最大，在电力、化工、石化等国民经济各部门有着广泛的应用，属于关键设备。例如在发电厂中，离心风机作为大型的回转设备之一，是烟风系统的动力源，其运行状况直接关系到电厂的安全和经济运行；在煤矿开采行业，离心通风机为煤矿安全生产的关键设备之一，负责为井下输送新鲜空气、排除有毒气体和降低瓦斯浓度等，保证井下工作人员的人身安全。因此，离心风机能否安全、可靠、高效的运行，近年来一直为风机设计、制造、科研、以及使用各部门所共同关注。
喘振是风机常见的一种故障，当风机流量小于其极限流量时，工作点出现在非稳定区，气流强烈的周期性的来回流动，导致噪声变大、叶片应力加大，对叶轮和轴承及其连接部件产生很大冲力，当这些力增大到一定程度，会使风机的转动与静止部件发生断裂，甚至摧毁整个风机和管道系统。因此，预防风机的喘振，保证风机安全、可靠的运行具有十分重要的意义。
防喘振放空阀是目前离心通风机中广泛采用的一种预防风机喘振的装置，通过在机器出口管路安装一放空阀，当风机流量减小到接近喘振流量时，通过自动控制或人工打开放空阀，使风机出口压力立即下降，风机流量随即增大。目前的防喘振放空阀装置普遍比较简单，当风机出口流量低于极限流量时，采用人工或自动的方式将阀门全部打开，这样虽然能够避免喘振发生，但同时也将经过叶轮获得能量的气体白白放掉，使整个装置的效率较低，能耗增加。同时对于风机流量的测量，存在流量传感器响应速度慢、低流速气体难以检测准确等问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种预防离心通风机喘振的控制装置及其预防喘振的方法，采用热式流量传感器精确测量风机流量，根据流量测量值与风机喘振流量值的差值大小动态调整气动调节阀的开度，从而达到预防风机喘振，提高装置效率，降低能耗的目的。
本发明的目的是由下述技术方案实现的：
本发明一种预防离心通风机喘振的装置，包括传感器电路、信号调理电路、单片机、数模转换器和气动调节阀。所述的传感器电路的输出电压信号接信号调理电路的输入端，信号调理电路的输出端与单片机的AD采样接口相连，单片机IO口与数模转换器的输入端相连，数模转换器的电流信号输出端与气动调节阀的控制信号端相连。传感器电路包括组合热膜探头，组合热膜探头的测速电阻Rv和测温电阻Rt与第一精密电阻R1、第二精密电阻R2组成测量桥路；第一精密电阻R1和第二精密电阻R2的连接端共同接地。运放的同相输入端和反相输入端分别接测量桥路的两个桥臂；运放的GND脚接地，VCC脚接3V，输出端经第三电阻R3连接到三极管的基极；三极管的集电极接12V，发射极为测量桥路供电。运放的同相输入端输出电压信号。
所述的信号调理电路包括信号调理芯片，信号调理芯片的型号为TLC2254。信号调理芯片的第5脚与第四电阻R4及第五电阻R5的一端相连，第四电阻R4另一端接地，第五电阻R5另一端输入传感器电路的输出电压信号；信号调理芯片的第6脚与第六电阻R6及第七电阻R7的一端相连，第六电阻R6的另一端与可调电阻R9及第八电阻R8的一端相连，可调电阻R9另一端接2.5V，第八电阻R8另一端接地；信号调理芯片的第7脚与第七电阻R7的另一端及第十电阻R10的一端相连，第十电阻R10的另一端接信号调理芯片的第12脚；信号调理芯片的第8脚与第9脚相连作为输出端；信号调理芯片的第10脚与第十四电阻R14及第二电容C2的一端相连，第二电容C2的另一端接地；第十四电阻R14的另一端及第十三电阻R13的一端与第一电容C1的一端相连，第一电容C1的另一端接地；第十二电阻R12的一端及第十三电阻R13的另一端与信号调理芯片的第14脚相连；第十一电阻R11的一端及第十二电阻R12的另一端与信号调理芯片的第13脚相连，第十一电阻R11的另一端接地；信号调理芯片的第4脚接3V，第11脚接地，第1、2、3脚均悬空。
所述的单片机采用MSP430F437芯片。单片机的第1、60和100脚接3V，第61、99和98脚接地；单片机的第8脚与第三电容C3及晶振Y的一端相连，第9脚与晶振Y的另一端及第四电容C4的一端相连；第三电容C3的另一端与第四电容C4的另一端共同接地；单片机的第2脚为AD采样接口；单片机的第60脚与第一电解电容CD1正极和第五电容C5的一端相连；第一电解电容CD1负极和第五电容C5的另一端与单片机的第61脚相连；单片机的第100脚与第二电解电容CD2正极和第六电容C6的一端相连；第二电解电容CD2负极和第六电容C6的另一端与单片机的第98脚相连；单片机的第71、68、70脚均作为输出端。
所述的数模转换器包括数模转换芯片，数模转换芯片的型号为AD420。数模转换芯片的第23脚接12V，第4脚和第11脚接地；数模转换芯片的第2脚和第5脚共同接第七电容C7的一端，第七电容C7的另一端接地；数模转换芯片的第7、8、9脚分别与单片机的三个IO口相连；数模转换芯片的第18、20、21脚分别与第十一电容C11、第九电容C9、第八电容C8的一端相连；第八电容C8和第九电容C9的另一端与第十电容C10的一端共同接12V；第十电容C10的另一端和第十一电容C11的另一端共同接地；数模转换芯片的第14脚和第15脚相连。数模转换芯片的第18脚作为电流信号输出端。
所述运放的型号为LMV321，三极管的型号为MJD122。
所述气动调节阀的控制信号端输入4-20mA电流。
本发明预防离心通风机喘振的装置预防喘振的方法具体如下：
将组合热膜探头放入管道的几何中心测量风机流量，组合热膜探头的输出电压信号经信号调理电路后，输入单片机的AD采样接口，单片机计算出流量值Q，与风机喘振流量极限值Qmin做差值，即ΔQ＝Q-Qmin，确定ΔQ的区间范围，单片机根据ΔQ的范围控制数模转换器对应输出4-20mA电流信号，从而动态调节气动调节阀阀门的开度。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
采用热式流量传感器检测风机的流量，能够对风机流量的变换进行快速响应，流量测量精度高，测量范围宽，尤其适合低流速气体测量。
放空阀采用4-20mA电流控制的气动调节阀，根据流量变化情况进行动态调节阀门开度，提前预警，提高风机装置的效率，降低能耗，节约能源。
附图说明
图1为本发明的系统结构框图；
图2为本发明的具体电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种预防离心通风机喘振的装置，包括传感器电路1、信号调理电路2、单片机3、数模转换器4和气动调节阀5。传感器电路1的输出电压信号经信号调理电路2处理后，连接到单片机3的AD采样接口，单片机3的P3口与数模转换器4的通讯端相连，数模转换器4的电流信号输出端与气动调节阀5的控制信号端相连。
图2是本发明装置的一种具体电路实例，图例中，传感器电路1包括组合热膜探头，探头的测速电阻Rv和测温电阻Rt与第一精密电阻R1、第二精密电阻R2组成测量桥路。运放(型号为LMV321)的第1脚和第3脚分别接测量桥路的两个桥臂；运放的第2脚接地，第5脚接3V，第4脚经第三电阻R3连接到三极管(型号为MJD122)的基极；三极管的集电极接12V，发射极为测量桥路供电。
信号调理电路2包括信号调理芯片，型号为TLC2254。信号调理芯片的第5脚与第四电阻R4和第五电阻R5的公共端相连，R4另一端接地，R5另一端接运放的第1脚；信号调理芯片的第6脚与第六电阻R6及第七电阻R7的一端相连，R6的另一端与可调电阻R9和第八电阻R8的公共端相连，可调电阻R9另一端接2.5V，第八电阻R8另一端接地；信号调理芯片的第7脚与R7的另一端及第十电阻R10的一端相连，R10的另一端接信号调理芯片的第12脚；信号调理芯片的第8、9脚接单片机的第2脚；信号调理芯片的第10脚与第十四电阻R14及第二电容C2的一端相连，C2的另一端接地；第十四电阻R14的另一端及第十三电阻R13的一端与第一电容C1的一端相连，第一电容C1的另一端接地；第十二电阻R12的一端及第十三电阻R13的另一端与信号调理芯片的第14脚相连；第十一电阻R11的一端及第十二电阻R12的另一端与信号调理芯片的第13脚相连，第十一电阻R11的另一端接地；信号调理芯片的第4脚接3V，第11脚接地，第1、2、3脚均悬空。
单片机3采用MSP430F437芯片。单片机的第1、60和100脚接3V，第61、99和98脚接地；单片机的第8脚与第三电容C3及晶振Y的一端相连，第9脚与晶振Y的另一端及第四电容C4的一端相连；第三电容C3的另一端与第四电容C4的另一端共同接地；单片机的第2脚为AD采样接口；单片机的第60脚与第一电解电容CD1正极和第五电容C5的一端相接；第一电解电容CD1负极和第五电容C5的另一端与单片机的第61脚相接；单片机的第100脚与第二电解电容CD2正极和第六电容C6的一端相接；第二电解电容CD2负极和第六电容C6的另一端与单片机的第98脚相接。
数模转换器4包括数模转换芯片，型号为AD420。数模转换芯片的第23脚接12V，第4脚和第11脚接地；数模转换芯片的第2脚和第5脚共同接第七电容C7的一端，第七电容C7的另一端接地；数模转换芯片的第7、8、9脚分别与单片机3的第71、68、70脚相连；数模转换芯片的第18、20、21脚分别与第十一电容C11、第九电容C9、第八电容C8的一端相连；C8、C9的另一端与第十电容C10的一端共同接12V；C10的另一端与C11另一端共同接地；数模转换芯片的第14脚和第15脚相连。数模转换芯片的第18脚与气动调节阀5的控制信号端相连，气动调节阀5的控制信号端输入4-20mA电流。
该预防离心通风机喘振的装置，预防喘振的方法具体如下：
将组合热膜探头放入管道的几何中心测量风机流量，探头的输出电压信号U经信号调理电路后，输入单片机的AD采样接口，单片机计算出流量值Q，与风机喘振流量极限值Qmin做差值，即ΔQ＝Q-Qmin，确定ΔQ的区间范围，单片机根据ΔQ的范围控制数模转换芯片对应输出4-20mA电流，从而动态调节气动调节阀阀门的开度。

Claims (7)

1.一种预防离心通风机喘振的装置，包括传感器电路、信号调理电路、单片机、数模转换器和气动调节阀，其特征在于：所述的传感器电路的输出电压信号接信号调理电路的输入端，信号调理电路的输出端与单片机的AD采样接口相连，单片机IO口与数模转换器的输入端相连，数模转换器的电流信号输出端与气动调节阀的控制信号端相连；传感器电路包括组合热膜探头，组合热膜探头的测速电阻Rv和测温电阻Rt与第一精密电阻R1、第二精密电阻R2组成测量桥路；第一精密电阻R1和第二精密电阻R2的连接端共同接地；运放的同相输入端和反相输入端分别接测量桥路的两个桥臂；运放的GND脚接地，VCC脚接3V，输出端经第三电阻R3连接到三极管的基极；三极管的集电极接12V，发射极为测量桥路供电；运放的同相输入端输出电压信号。
2.根据权利要求1所述的一种预防离心通风机喘振的装置，其特征在于：所述的信号调理电路包括信号调理芯片，信号调理芯片的型号为TLC2254；信号调理芯片的第5脚与第四电阻R4及第五电阻R5的一端相连，第四电阻R4另一端接地，第五电阻R5另一端输入传感器电路的输出电压信号；信号调理芯片的第6脚与第六电阻R6及第七电阻R7的一端相连，第六电阻R6的另一端与可调电阻R9及第八电阻R8的一端相连，可调电阻R9另一端接2.5V，第八电阻R8另一端接地；信号调理芯片的第7脚与第七电阻R7的另一端及第十电阻R10的一端相连，第十电阻R10的另一端接信号调理芯片的第12脚；信号调理芯片的第8脚与第9脚相连作为输出端；信号调理芯片的第10脚与第十四电阻R14及第二电容C2的一端相连，第二电容C2的另一端接地；第十四电阻R14的另一端及第十三电阻R13的一端与第一电容C1的一端相连，第一电容C1的另一端接地；第十二电阻R12的一端及第十三电阻R13的另一端与信号调理芯片的第14脚相连；第十一电阻R11的一端及第十二电阻R12的另一端与信号调理芯片的第13脚相连，第十一电阻R11的另一端接地；信号调理芯片的第4脚接3V，第11脚接地，第1、2、3脚均悬空。
3.根据权利要求1所述的一种预防离心通风机喘振的装置，其特征在于：所述的单片机采用MSP430F437芯片；单片机的第1、60和100脚接3V，第61、99和98脚接地；单片机的第8脚与第三电容C3及晶振Y的一端相连，第9脚与晶振Y的另一端及第四电容C4的一端相连；第三电容C3的另一端与第四电容C4的另一端共同接地；单片机的第2脚为AD采样接口；单片机的第60脚与第一电解电容CD1正极和第五电容C5的一端相连；第一电解电容CD1负极和第五电容C5的另一端与单片机的第61脚相连；单片机的第100脚与第二电解电容CD2正极和第六电容C6的一端相连；第二电解电容CD2负极和第六电容C6的另一端与单片机的第98脚相连；单片机的第71、68、70脚均作为输出端。
4.根据权利要求1所述的一种预防离心通风机喘振的装置，其特征在于：所述的数模转换器包括数模转换芯片，数模转换芯片的型号为AD420；数模转换芯片的第23脚接12V，第4脚和第11脚接地；数模转换芯片的第2脚和第5脚共同接第七电容C7的一端，第七电容C7的另一端接地；数模转换芯片的第7、8、9脚分别与单片机的三个IO口相连；数模转换芯片的第18、20、21脚分别与第十一电容C11、第九电容C9、第八电容C8的一端相连；第八电容C8和第九电容C9的另一端与第十电容C10的一端共同接12V；第十电容C10的另一端和第十一电容C11的另一端共同接地；数模转换芯片的第14脚和第15脚相连；数模转换芯片的第18脚作为电流信号输出端。
5.根据权利要求1所述的一种预防离心通风机喘振的装置，其特征在于：所述运放的型号为LMV321，三极管的型号为MJD122。
6.根据权利要求1所述的一种预防离心通风机喘振的装置，其特征在于：所述气动调节阀的控制信号端输入4-20mA电流。
7.根据权利要求1所述的一种预防离心通风机喘振的装置预防喘振的方法，其特征在于：该方法具体如下：将组合热膜探头放入管道的几何中心测量风机流量，组合热膜探头的输出电压信号经信号调理电路后，输入单片机的AD采样接口，单片机计算出流量值Q，与风机喘振流量极限值Qmin做差值，即ΔQ＝Q-Qmin，确定ΔQ的区间范围，单片机根据ΔQ的范围控制数模转换器对应输出4-20mA电流信号，从而动态调节气动调节阀阀门的开度。
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