CN108884818A - 一种计量装置 - Google Patents

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Abstract

一种计量装置，用于通过可控功率的泵将易燃物质,特别是丙烯醛缩醛从易燃物质源或装有易燃物质的容器计量加入到真空管线(38)中，泵是由压缩空气马达(28)驱动的容积式泵(26)，且在容积式泵(26)和真空管线(38)之间设置有压力保持和调节阀，其无量纲的输送高度H/Ho[mWS/1mWS]与无量纲的输送率Q/Qo[m3/h/1m3/h]按下式计算{H/Ho}＝{C1*(Q/Qo)}0。333，其中，H＝压力保持和调节阀入口处的液压Ho＝1mWSC1＝压力保持和调节阀的常数Q＝液压流量Qo＝1m3/h。

Description

一种计量装置
技术领域
本发明涉及计量装置技术领域，尤其涉及一种计量装置，用于通过泵将易燃物质源或储存容器的易燃物质，特别是丙烯醛缩醛计量加入到真空管线中，其中，泵的泵功率是可控的。
背景技术
EP 2237373 A1涉及一种用于处理包含有丙烯醛的压载水的设备，该设备将连接到压载水设施的主压载水管线上，该设备包括：供应有丙烯醛衍生物、催化剂酸和水的反应器装置，用于生产丙烯醛水溶液；连接到主压载水管线用于分流压载水部分流量的分支管线；连接到分支管线和来自反应器装置的丙烯醛溶液供应管线的混合装置，用于稀释来自反应器装置中丙烯醛水溶液；以及用于将来自混合装置的丙烯醛水溶液供应到主压载水管线的供应装置。EP 2237373 A1公开了在容器的板上如何产生丙烯醛缩醛的水溶液以满足以下要求：丙烯醛缩醛是一种具有低闪点的高度易燃材料，加上水和催化剂，该水溶液通过真空管线进入船舶的发动机室，以便在那里消毒船上的压载水。
DE 202011032903 U1涉及一种用于混合和计量液体化学品的混合和计量装置，其包括具有吸嘴和排放喷嘴的循环泵，导管线圈的体积含量被设计为使得计量进入该装置的化学物质具有用于化学反应的足够的停留时间，皮托管在形成喘振点的同时将从导管盘管出来的环形流从导管盘管的出口导出到计量管，该计量管设置在皮托管和循环泵的吸入端之间，且包括至少两个计量阀，以及下水管，该下水管连接到皮托管并具有用于将混合和计量装置连接到真空装置的真空法兰。在DE 202011032903 U1中详细示出，在环形混合反应器形式的连续设备中，丙烯醛缩醛如何与含水催化剂溶液反应，以及这两种物质如何通过两个计量阀连续地泵送在此设备上放入真空管线中。
计量泵通常由三相电动机驱动，其速度由变频器控制。变频器必须放置得比较靠近三相电机，否则会有控制振荡。另外，在潜在爆炸性环境中使用计量泵时，例如在输送液化气体的容器板上，禁止使用电动操作装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种计量装置，其用于计量高度易燃物质，特别是丙烯醛缩醛，且可以在危险环境中安全使用。
本发明用于解决以上技术问题的技术方案为，提供一种计量装置，用于通过可控功率的泵将易燃物质,特别是丙烯醛缩醛从易燃物质源或装有易燃物质的容器计量加入到真空管线中，泵是通过压缩空气马达驱动的容积式泵，且在容积式泵和真空管线之间设置有压力保持和调节阀，其无量纲的输送高度H/Ho[mWS/1mWS]与无量纲的输送率Q/Qo[m3/h/1m3/h]按下式计算
{H/Ho}＝{C1*(Q/Qo)}0。333，其中，
H＝压力保持和调节阀入口处的液压
Ho＝1mWS
C1＝压力保持和调节阀的常数
Q＝液压流量
Qo＝1m3/h。
通过使用压缩空气马达代替电动马达作为计量泵的驱动装置，根据DE202011032903 U1公开的装置可用于爆炸性环境中，即在运载液化气体的船的甲板上。通向压缩空气马达的压缩空气管线可以是任意长的，即压缩空气源及其控制装置可以布置在危险区域外部，例如在船舶的发动机舱内。但是，由于在低于2bar的低压缩空气压力下的不可避免的滑动，压缩空气马达的扭矩与压缩空气压力是非线性的。在控制技术方面，与可用于三相电动机的变频器相比时，该项技术具有其缺陷。在用作由压缩空气马达驱动的计量泵的容积式泵的计量管路中使用压力保持和调节阀，出人意料地发现，计量泵的冲程数量正比于压缩空气电动机的压缩空气压力，从而使计量可以可靠地通过由压缩空气电动机驱动的容积式泵来操作，并且简化了控制，从而创造性地解决了该缺陷。
根据优选实施例，在本发明的计量装置中，压力保持和调节阀包括：具有上侧面的圆柱形阀壳体，的具有直径d1的入口孔、入口孔位于上侧面中心处，且在圆柱形阀壳体下侧面设置有内孔，内孔的直径d2大于入口孔的直径d1并且形成压力保持和调节阀的出口，闭合活塞的上部部件的直径d3小于内孔的直径d2并且大于入口孔的直径d1；由弹性体制成的圆形的密封盘，其可自由移动的在闭合活塞和内部密封表面之间，该内部密封表面形成在内孔和入口孔之间的阀壳体的内侧面上；以及一个压缩弹簧，该压缩弹簧支撑在内孔中并通过闭合活塞和密封盘抵靠内部密封表面。
压力保持和调节阀对流经的介质中的悬浮物质的存在很不敏感。本发明的压力保持和控制阀具有自清洁效果，因为，由于所有移动部件都可以轴向和横向自由移动，所以悬浮物质的沉积或积聚总是随流体一起被冲走。因此，如果通过泵输送介质排出不溶于聚合固体，则使用本发明的压力保持和调节阀是特别具有优势的。
根据另一优选实施例，在本发明的计量装置中，密封盘的直径大于入口孔的直径d1加上内部密封表面的径向长度，并且小于闭合活塞的上部部件的直径d3。密封盘的这些尺寸有利于确保密封盘在任何情况下都覆盖入口孔，而不论密封盘相对于入口孔的横向位置如何。
根据另一个优选实施例，在本发明的计量装置中，阀壳体的上侧面和下侧面形成为平面密封表面。因此，在安装压力保持和调节阀时，有利于将上侧面和下侧面用作抵靠连接部件的密封表面。
在根据结合附图中所示的实施例的描述，本发明的进一步的优点，特征和可能的应用将变得显而易见。
在说明书中，权利要求书和说明书附图中所使用的术语和相关附图标记列明在参考标号列表。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1示出了本发明的用于计量装置的压力保持和调节阀的截面图。
图2示出了图1中的压力保持和调节阀在制造工厂中进行安装的剖视图。
图3是本发明的用于易燃物质，特别是丙烯醛的计量装置的示意图；和
图4是示出计量装置的压缩空气马达上的压缩空气压力与由容积式泵驱动的正空气马达的冲程比率的曲线图。
具体实施方式
首先，将参考图1和图2描述压力保持和调节阀。如图1和2所示，压力保持和调节阀用于本发明的真空蒸馏设备的计量装置中。
根据图1所示，本发明的压力保持和调节阀具有圆柱形金属阀壳体1，具有上侧面2的圆柱形阀壳体1，具有直径d1的入口孔3，入口孔3位于上侧面2的中心处，阀壳体1包括内孔5，内孔5的直径d2大于入口孔3的直径并且形成压力保持和调节阀的出口。阀壳体1具有下侧面4，其与上侧面2一样设计为平坦表面并且因此可以在安装压力保持和调节阀期间用作抵靠连接部件的密封表面。
在阀壳体1中，位于内孔5和入口孔3之间的是作为内孔5和入口孔3之间的过渡件的内部密封表面6，内部密封表面6为圆柱形平面。圆形的密封盘7由弹性体制成，且可自由移动地设置在闭合活塞8和内部密封表面6之间。如图1所示，该密封活塞8的圆柱形上部部件9的直径d3小于内孔5的直径，但是大于入口孔3的直径d1。
密封盘7的直径大于入口孔的直径加上密封表面6的径向范围。另外，密封盘7的直径小于密封活塞8的上部部件9的直径d3。当闭合活塞8将密封盘7压向密封表面6时，密封盘7的一个侧面关闭入口孔3。闭合活塞8具有圆形边缘10。闭合活塞8的圆柱形下部部分11具有比压缩弹簧12的内径小的直径d4，压缩弹簧12通过密封盘7将闭合活塞8压向密封表面6。
压缩弹簧12在匝圈之间具有自由通道间隙。压缩弹簧12的外径小于内孔5的直径d2。压缩弹簧12被一个或多个夹紧环13承载。夹紧环13以h6配合件(h6-fit)安装在内孔5中，内孔5具有H7配合件(H7-fit)。夹紧在凹槽15中的塞格(Seeger)环14通过压缩保持夹紧环13压持在压缩弹簧12上。在安装状态下，压缩弹簧12通过闭合活塞8施加的预应力在密封盘7上施加力，由此，入口孔3以液体密封的方式关闭。
根据下面的公式I，压缩弹簧12的压缩力被计算为弹簧常数乘以压缩长度(mm)：
可以看出，通过若干个自由变量可以达到所需的弹簧拉力。在入口孔3处流入的液体的液压使得密封盘7克服压缩弹簧12的弹力而离开内部密封表面6所在的平面，并且进入入口孔3的液体流可以流过闭合活塞8，通过闭合活塞8的上部部件与内孔5之间的间隙16以及压缩弹簧12的匝圈之间的间隙进入内孔5。
优选地，间隙16的横截面积与入口孔3的横截面积相对应。在本发明的压力保持和调节阀的操作期间，仅压缩弹簧12和闭合活塞8在移动。其中，密封盘7保持在闭合活塞8和内部密封表面6之间。
如实验所示，压缩弹簧12，闭合活塞8和密封盘7可以在内孔5中径向移动并且自由中心地定位在内孔5中。因此，本发明的压力保持和调节阀较好地运用在海上容器，其中纵坐标轴通过膨胀(swell)执行翻滚运动。
如图2所示，压力保持和调节阀可以通过扁平密封垫18，18'安装在两个DIN法兰17，17'之间。在法兰17，17'是两个截止阀的部分的情况下，在操作期间，可以通过将两个截止阀锁定在图1的压力保持和调节阀的上方和下方并松开螺栓19以方便地移除本发明的压力保持和调节阀。取下塞格环14可以拆卸断开连接的压力保持和调节阀，并且在短时间内替换另一个压缩弹簧12或另外的夹紧环13。
计量装置包括用于存储例如丙烯醛缩醛的待输送的液体21的储存容器20。储存容器20中的液体水平线可以是如22所示的低液位，或者如23所示的高液位。在储存容器20的底部，连接有吸入管线24，以连接作为计量泵的容积式泵26。容积式泵26经由机械联接件27与压缩空气马达28连接。压缩空气马达28连接至压缩空气管线29并具有排气管31。
压力管路33直接通过法兰17连接到压力保持和调节阀35的入口孔2，压力保持和调节阀35的内孔5在计量管路36的法兰17处开口。通过打开的截止阀37，泵送的介质(例如丙烯醛缩醛)通过容积式泵26到达真空管线38。
容积式泵(the positive displacement pump)26具有每分钟128次冲程，每小时27升的容量。在真空管线38中，存在-9.5mWS(水米meters of water)的真空。在27升每小时的流速下，压力管线33中的压力表指示25mWS的压力。压缩空气管线29中的压缩空气压力为77kPa。
众所周知，由于在低于2bar的低压下不可避免的滑动，压缩空气马达的扭矩与压缩空气压力是非线性的。因此，需要额外的措施来确保压缩空气压力与容积式泵的冲程速率之间的期望线性。
实验已经表明，在图1的压力保持和调节阀中，入口孔3处的静水压力和通过压力保持和调节阀的流量之间的关系是两个压力的比率等于两个体积流量比率的三次方根。
如果H/Ho[mWS/1mWS]表示无量纲形式的静水压力，Q/Qo[m3/h/1m3/h]表示无量纲形式的水力流量，则下式适用于本发明的压力保持和调节阀：
{H/Ho}＝{C1*(Q/Qo)}0。333 公式Ⅱ
其中，
H＝压力保持和调节阀入口处的液压
Ho＝1mWS
C1＝压力保持和调节阀的常数
Q＝液压流量
Qo＝1m3/h。
通过使用该压力保持和调节阀，获得压缩空气马达28上的压缩空气压力和容积泵26的冲程数量之间的期望线性。
已经证明，对图3的计量装置的压缩空气马达28提供不同的压缩空气压力，可以测量容积泵26的对应冲程次数。结果如图4的曲线图所示。纵坐标表示容积式泵26的每分钟冲程，横坐标表示压缩空气马达28上的压缩空气压力。从图4可以看出，使用图1的压力保持和调节阀35提供了线性冲程/压力曲线，从而通过控制压缩空气的方法来控制冲程频率，这是对电子频率的完全无损的替代转换器。
测试中使用了图1所示的压力保持和调节阀，它们具有以下参数：
阀壳体1：材料编号1.2424，外径27毫米，高度32毫米；
入口孔3：直径8mm；
内孔5：直径19mm；
闭合活塞8：材料编号1.2424，上部部件直径17.2mm；
密封盘7：Viton；外径16mm；板高2mm；
压缩弹簧12：材质编号1.2330，外径17.25mm，线厚度1.25mm；
夹紧环13：材料编号1.2424，3件，高2毫米；
法兰17：材料编号1.2771，两侧DN 15。
引用标号列表
1 阀壳体
2 上侧面
3 入口孔
4 下侧面
5 内孔
6 内部密封表面
7 密封盘
8 闭合活塞
9 闭合活塞的上部部件
10 边缘
11 闭合活塞的下部部件
12 压缩弹簧
13 夹紧环
14 塞格环
15 塞格环的凹槽
16 环形的间隙
17 法兰
17' 法兰
18 扁平密封垫
18' 扁平密封垫
19 螺栓
19' 螺栓
20 储存容器
21 待输送的液体
22 低液位
23 高液位
24 吸入管线
25 吸入管线中的流动方向
26 容积式泵
27 机械联接件
28 压缩空气马达
29 压缩空气管线
30 压缩空气入口流向
31 排气口
32 排气流向
33 压力管路
34 压力管线中的流动方向
35 压力保持和调节阀
36 计量管路
37 截止阀
38 真空管线

Claims (4)

1.一种计量装置，用于通过可控功率的泵将易燃物质,特别是丙烯醛缩醛从易燃物质源或装有易燃物质的容器计量加入到真空管线(38)中，其特征在于，所述泵是由压缩空气马达(28)驱动的容积式泵(26)，且在容积式泵(26)和真空管线(38)之间设置有压力保持和调节阀(35)，所述压力保持和调节阀(35)的无量纲的输送高度H/Ho[mWS/1mWS]与无量纲的输送率Q/Qo[m3/h/1m3/h]按下式计算
{H/Ho}＝{C1*(Q/Qo)}0。333，其中，
H＝压力保持和调节阀入口处的液压
Ho＝1mWS
C1＝压力保持和调节阀的常数
Q＝液压流量
Qo＝1m3/h。
2.根据权利要求1所述的计量装置，其特征在于，压力保持和调节阀(35)包括：
具有上侧面(2)的圆柱形阀壳体(1)，具有直径d1的入口孔(3)，所述入口孔(3)位于上侧面(2)的中心处，，且在圆柱形阀壳体(1)的下侧面(4)设置有内孔(5)，内孔(5)的直径d2大于入口孔(3)的直径d1并且形成压力保持和调节阀(35)的出口，闭合活塞(8)的上部部件(9)的直径d3小于内孔(5)的直径d2并且大于入口孔(3)的直径d1；
由弹性体制成的圆形密封盘(7)，其可自由移动地设置在闭合活塞(8)和内部密封表面(6)之间，该内部密封表面(6)形成在内孔(5)和入口孔(3)之间的阀壳体(1)的内侧面上；
以及一个压缩弹簧(12)，所述压缩弹簧(12)支撑在内孔(5)中并通过闭合活塞(8)和密封盘(7)抵靠内部密封表面(6)。
3.根据权利要求2所述的计量装置，其特征在于，所述密封盘(7)的直径大于所述入口孔(3)的直径d1加上所述内部密封表面(6)的径向长度，并且小于闭合活塞(8)的上部部件(9)的直径d3。
4.根据权利要求2所述的计量装置，其特征在于，间隙(16)形成在所述闭合活塞(8)的所述上部部件(9)和所述内孔(5)之间，间隙(16)的横截面积与所述入口孔(3)的横截面积相对应。
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