CN113023130A - 一种水下排液的储液容器及其液位测量与液位控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水下排液的储液容器，包括容器罐体、感压包、气压引压管、压差变送器、显示控制仪及储液电动阀与排气、排液电动阀，其中压差变送器分别经气压引压管和感压包接至容器罐体上部与底部，压差变送器又经信号线接至显示控制仪，显示控制仪还经信号线连接储液、排气、排液电动阀。本发明能够准确的监测储液容器内的液位高度，并根据储液容器内液位控制要求，在不同水深条件下进行自动或手动排液，克服传统液位测控方法变压力条件下液位测量精度差的缺陷。本发明还公开了水下排液的储液容器的液位测量与液位控制方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种水下容器及液位控制，具体涉及一种水下排液的储液容器及其液位测量与液位控制方法。
背景技术
随着能源问题的日益加剧，积极开发海洋能源已是大势所趋，海洋能源勘探与采集被提上日程。由于潜水设备在水下执行任务的时间较长，各种潜水设备内需设有人员活动或研究用的储液容器对生活污水或研究废水进行收集，同时对储液容器进行液位监测，当液位达到一定高度时需及时向潜水设备外的水下空间排液。
与陆用容器不同的是，水下储液容器排液的环境压力不再是大气压力，要想顺畅排液，得通过加压的方法克服水下压力，且所需克服的压力随潜水设备的潜水深度的变化而变化。由于每次排液所需克服的压力随水深变化，相应的容器内部压力每次排液时也都不完全一致，这给每次容器排液过程的液位准确监控带来困难。
传统液位计都是根据液位变化引起水下压力与容器顶部气体压力的压差来直接显示和控制液位的，这种液位监控技术，在容器顶部气体压力不断变化的情况下，很难保障液位控制精度，特别是容器加压排液过程。此外，目前常用的电感式液位控制器以及热力式液位计，都很难适应潜水设备晃动导致液面波动的情况。目前关于水下储液容器的排液研究较少，针对水下储液容器排液的技术主要是两种：液位检测技术和气体吹除技术。其中，气体吹除技术无法保证气体吹出压力随水深变化，污水吹除时间无法控制，且放气噪声大、排污装置操作复杂。
所以迫切需要一种能实现水下储液容器的有效储液、排液及液位监控技术，保障不同水深环境下的排液以及液位的精准监控。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种水下储液容器及其液位测量和控制的方法，以解决水下的储液容器储液、排液的问题，实现对水下储液容器的液位控制。
为实现本发明的目的，本发明采用的技术方案是：
一种水下排液的储液容器，包括储液容器罐体1、感压包2、气压引压管3a、液压引压管4、压差变送器5、显示控制仪6、压力继电器7、加气电动阀8、储液电动阀9、排气电磁阀10和排液电动阀11，所述储液容器罐体1底部通过管道连接所述感压包2底部进液口，所述感压包2顶部通过所述液压引压管4和第一阀门12连接所述压差变送器5，所述气压引压管3a穿装有法兰盲板3b，通过所述法兰盲板3b安装在所述储液容器罐体1顶部，所述气压引压管3a的一端伸入所述储液容器罐体1中，另一端通过第二阀门13连接至所述压差变送器5，所述压差变送器5通过信号线连接所述显示控制仪6，所述显示控制仪6经信号线分别连接加气电动阀8、储液电动阀9、排气电动阀10和排液电动阀门11，所述加气电动阀8和储液电动阀9分别经第一单向阀15和第二单向阀16连接所述储液容器罐体1顶部接口；所述排气电动阀10直接安装于所述储液容器罐体1顶部；所述储液容器罐体1底部排液口经排液电动阀11和压差调节单向阀17接至水下空间；所述压力继电器7接至所述储液容器罐体1的顶部，并通过继电器开关串接于加气电动阀门8和储液电动阀门9的供电线路上。
进一步优选，所述第一阀门12和第二阀门13分别连接所述压差变送器5的两根引压管之间还连接有第三阀门14；
进一步优选，所述液压引压管4为毛细管；所述感压包2为耐压容器，且上下封头之间的中间段等截面；
进一步优选，所述气压引压管3a伸入所述储液容器罐体1中的一端为S型弯管，且端口朝下；
进一步优选，所述排液电动阀11的进出口排液管路并联接有手动排液阀门18；
进一步优选，所述排气电磁阀10为常开电磁阀；
本发明的一种水下储液容器的液位测量方法，根据Δp＝ρ·g·Δh的关系(压差＝溶液密度*重力加速度*液位差)，利用液位变化所产生的储液容器上部空气压力与底部感压包内液体的压力差值来测量液位，具体方法步骤为：
液位测量前，先关闭第一阀门12和第二阀门13，打开第三阀门14，给显示控制仪6通电，对压差变送器5进行0位校准；
液位测量时，关闭第三阀门14，打开第一阀门12和第二阀门13；通过设计感压包2的体积V与截面积A，实现不同储液容器上方空气压力p0下灵敏度±S毫米的要求，设计关系为：
式中p0c为储液容器储液前的腔内压力，即储液容器所处环境的空气压力；
当气压引压管3a和液压引压管4堵塞时，可分别拆下第二阀门13和第一阀门12，对液压引压管4进气反吹处理。
本发明的一种水下储液容器的液位控制方法，包括储液、自动排液、手动排液、液位报警、高压报警控制和高压故障排液六种方法：
一、储液：储液功能启动时，显示控制仪6控制储液电动阀9开启，液体进入储液容器罐体1内，此时排气电磁阀10不通电；
二、自动排液：显示控制仪6设定自动排液液位高度，当由压差变送器5测量得到的液位高度达到设定液位时，显示控制仪6控制加气电动阀8和排液电动阀11开启，同时排气电磁阀10通电关闭，通过加气电动阀8向储液容器罐体1内加注压缩空气，直至压差单向阀17的阀前排液液压与外部水下空间排液口的液压压差达到压差单向阀17的开启条件，通过不断向储液容器内通入压缩空气进行排液，直至液位到达显示控制仪6设定的排液结束液位，然后关闭加气电动阀8和排液电动阀11，同时排气电磁阀10断电；
三、手动排液：当液位高度未达到自动排液设定压力，但又需要排液时，可直接通过显示控制仪6的手动排液开关进行手动排液，排液过程同自动排液过程一致，即加气电动阀8和排液电动阀11开启，排气电磁阀10通电关闭，通过压缩空气进行排液，排液至设定的排液结束液位时结束排液；
四、液位报警：当液位自动控制失灵，导致液位过高或过低时，压差变送器5测得的实时液位达到高、低液位报警液位高度时，显示控制器6进行高、低液位报警；
五、高压报警：当排液电动阀11出现阀门堵塞等故障无法进行排液时，由于压缩空气不断进入储液容器罐体1内，储液容器上方压力会不断升高至压力继电器7的设定压力时，压力继电器7通过开关切断加气电动阀8和储液电动阀9的供电，通过加气电动阀8和储液电动阀9的断电信号在显示控制仪6上进行报警，故障解除前，不能恢复储液和排液功能；
六、高压故障排液：当出现高压报警时，可打开手动排液阀18进行排液降压，且排液结束液位也可由手动排液阀18关闭时间进行控制。
与现有技术相比，本发明的技术优势和有益效果在于：
本发明利用压差变送器5监测因液位变化所产生的储液容器上部空气压力与底部感压包2内液体的压力差值，结合合理的感压包2的长径比设计，保障液位测量的准确性及灵敏度，结合合理的加压排气控制，即使在水深发生变化时也能顺利排液，克服了传统液位测控方法在变压力下测量精度差的缺陷。
本发明可实现远传和自动调节，可以提高压力设备的测量精度、减少设备维护频次。当气压引压管3a和液压引压管4堵塞时，可分别拆下第二阀门13和第一阀门12，对液压引压管4进气反吹处理，避免了因液压引压管4堵塞造成测量精度变差的不良影响。
附图说明
图1为本发明的一种水下排液的储液容器的结构示意图；
图2为本发明的液压引压管的构造及定位示意图。
其中，附图标记说明：
1、储液容器罐体；2、感压包；3a、气压引压管；3b、法兰盲板；4、液压引压管；5、压差变送器；6、显示控制仪；7、压力继电器；8、加气电动阀；9、储液电动阀；10、排气电磁阀；11、排液电动阀；12、第一阀门；13、第二阀门；14、第三阀门；15、第一单向阀；16、第二单向阀；17、压差单向阀；18、手动排液阀。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例及附图，对本发明进行进一步的清楚、完整地描述。应该理解，所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限制本发明。
如图1-图2所示，为本发明的一种水下排液的储液容器，包括储液容器罐体1、感压包2、气压引压管3a、液压引压管4、压差变送器5、显示控制仪6、压力继电器7、加气电动阀8、储液电动阀9、排气电磁阀10、排液电动阀11，所述储液容器罐体1底部通过管道连接所述感压包2底部进液口，所述感压包2顶部通过所述液压引压管4和第一阀门12连接所述压差变送器5，所述气压引压管3a穿装有法兰盲板3b，通过所述法兰盲板3b安装在所述储液容器罐体1顶部，这种结构能充分保障容器罐体1排液过程时罐内高压情况下的气密性，所述气压引压管3a的一端伸入所述储液容器罐体1中，另一端通过第二阀门13连接至所述压差变送器5，所述压差变送器5通过信号线连接所述显示控制仪6，所述显示控制仪6经信号线分别连接加气电动阀8、储液电动阀9、排气电动阀10和排液电动阀门11，所述加气电动阀8和储液电动阀9分别经第一单向阀15和第二单向阀16连接所述储液容器罐体1顶部接口；所述排气电动阀10直接安装于所述储液容器罐体1顶部；所述储液容器罐体1底部排液口经排液电动阀11和压差调节单向阀17接至水下空间；所述压力继电器7接至所述储液容器罐体1的顶部，并通过继电器开关串接于加气电动阀门8和储液电动阀门9的供电线路上。
连接压差变送器5的两根引压管之间还接有第三阀门14，第一阀门12、第二阀门13和第三阀门14的设置便于压差变送器5使用前的校零，在引压管堵塞时，也便于反吹或清洗；
所述液压引压管4为毛细管，毛细管的使用可以提高压力测量精度；感压包2为耐压容器，且上下封头之间的中间段等截面，这样可以适应不同压力的变化，提高压力测量精度；
所述气压引压管3a伸入所述储液容器罐体1中的一端为S型弯管，且端口朝下，防止容器罐体1内的液体因晃动溅入气压引压管3a，影响气体压力测量精度；
所述排液电动阀11的进出口排液管路并联接有手动排液阀门18，在自动排液失效时候可以通过手动排液阀18进行手动排液，手动消除排液故障；
所述排气电磁阀10为常开电磁阀，常开电磁阀的使用能保证罐内空气的进出，可以随时调节容器罐体1内的压力，便于稳定容器罐体1内的压力，避免了因水深变化而引起容器罐体1压力变化造成测量精度降低的不良影响；
一种水下储液容器的液位测量方法，根据Δp＝ρ·g·Δh的关系(压差＝溶液密度*重力加速度*液位差)，利用液位变化所产生的储液容器上部空气压力与底部感压包内液体的压力差值来测量液位，具体方法步骤为：
液位测量前，先关闭第一阀门12和第二阀门13，打开第三阀门14，给显示控制仪6通电，对压差变送器5进行0位校准；液位测量时，关闭第三阀门14，打开第一阀门12和第二阀门13；通过设计感压包2的体积V与截面积A，实现不同储液容器上方空气压力p0下灵敏度±S毫米的要求，设计关系为：
式中p0c为储液容器储液前的腔内压力，即储液容器所处环境的空气压力；
当气压引压管3a和液压引压管4堵塞时，可分别拆下第二阀门13和第一阀门12，对液压引压管4进气反吹处理。
一种储液容器的液位控制方法.包括储液、自动排液、手动排液、液位报警、高压报警控制和高压故障排液六种方法：
一、储液：储液功能启动时，显示控制仪6控制储液电动阀9开启，液体进入储液容器罐体1内，此时排气电磁阀10不通电；
二、自动排液：显示控制仪6设定自动排液液位高度，当由压差变送器5测量得到的液位高度达到设定液位时，显示控制仪6控制加气电动阀8和排液电动阀11开启，同时排气电磁阀10通电关闭，通过加气电动阀8向储液容器罐体1内加注压缩空气，直至压差单向阀17的阀前排液液压与外部水下空间排液口的液压压差达到压差单向阀17的开启条件，通过不断向储液容器内通入压缩空气进行排液，直至液位到达显示控制仪6设定的排液结束液位，然后关闭加气电动阀8和排液电动阀11，同时排气电磁阀10断电；
三、手动排液：当液位高度未达到自动排液设定压力，但又需要排液时，可直接通过显示控制仪6的手动排液开关进行手动排液，排液过程同自动排液过程一致，即加气电动阀8和排液电动阀11开启，排气电磁阀10通电关闭，通过压缩空气进行排液，排液至设定的排液结束液位时结束排液；
四、液位报警：当液位自动控制失灵，导致液位过高或过低时，压差变送器5测得的实时液位达到高、低液位报警液位高度时，显示控制器6进行高、低液位报警；
五、高压报警：当排液电动阀11出现阀门堵塞等故障无法进行排液时，由于压缩空气不断进入储液容器罐体1内，储液容器上方压力会不断升高直压力继电器7的设定压力时，压力继电器7通过开关切断加气电动阀8和储液电动阀9的供电，通过加气电动阀8和储液电动阀9的断电信号在显示控制仪6上进行报警，故障解除前，不能恢复储液和排液功能；
六、高压故障排液：当出现高压报警时，可打开手动排液阀18进行排液降压，且排液结束液位也可由手动排液阀18关闭时间进行控制。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种变更与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (9)
1.一种水下排液的储液容器，包括储液容器罐体(1)，其特征在于，所述储液容器罐体(1)的底部通过管道连接至感压包(2)底部进液口，顶部分别设置有压力继电器(7)，第一单向阀(15)，第二单向阀(16，排气电动阀(10)和一端伸入所述储液容器罐体(1)中的气压引压管(3a)，其中所述第一单向阀(15)连接有加气电动阀(8)，所述第二单向阀(16)连接有储液电动阀(9)，所述压力继电器(7)连接至所述加气电动阀门(8)和储液电动阀门(9)；侧面下部依次连接有排液电动阀(11)、压差单向阀(17)，所述感压包(2)顶部通过液压引压管(4)和第一阀门(12)连接压差变送器(5)，所述气压引压管(3a)穿装有法兰盲板(3b)，通过法兰盲板(3b)安装在容器罐体(1)顶部，所述气压引压管(3a)另一端通过第二阀门(13)连接至所述压差变送器(5)，所述压差变送器(5)通过信号线连接有显示控制仪(6)，所述显示控制仪(6)采用信号线分别连接所述加气电动阀(8)、储液电动阀(9)、排气电动阀(10)和排液电动阀门(11)。
2.根据权利要求1所述的一种水下排液的储液容器，其特征在于，，所述第一阀门(12)和第二阀门(13)分别连接所述压差变送器(5)的两根引压管之间还连接有第三阀门(14)。
3.根据权利要求1所述的一种水下排液的储液容器，其特征在于，所述液压引压管(4)为毛细管。
4.根据权利要求1所述的一种水下排液的储液容器，其特征在于，所述感压包(2)为耐压容器，且上下封头之间的中间段等截面。
5.根据权利要求1所述的一种水下排液的储液容器，其特征在于，所述气压引压管(3a)伸入所述容器罐体(1)中的一端部为S型弯管，且端口朝下。
6.根据权利要求2所述的一种水下排液的储液容器，其特征在于，所述排液电动阀(11)的进出口排液管路并联接有手动排液阀门(18)。
7.根据权利要求1所述的一种水下排液的储液容器，其特征在于，所述排气电磁阀(10)为常开电磁阀。
8.根据权利要求6所述的一种水下排液的储液容器的液位测量方法，其特征在于，根据：Δp＝ρ·g·Δh的关系，即：压差＝溶液密度*重力加速度*液位差，利用液位变化所产生的容器上部空气压力与底部感压包内液体的压力差值来测量液位，具体方法步骤为：
液位测量前，先关闭第一阀门(12)和第二阀门(13)，打开第三阀门(14)，给显示控制仪(6)通电，对压差变送器(5)进行0位校准；
液位测量时，关闭第三阀门(14)，打开第一阀门(12)和第二阀门(13)；通过设计感压包(2)的体积V与截面积A，实现不同容器上方空气压力p0下灵敏度±S毫米的要求，设计关系为：
式中p0c为容器储液前的腔内压力，即容器所处环境的空气压力；
当气压引压管(3a)和液压引压管(4)堵塞时，分别拆下第二阀门(13)和第一阀门(12)，对液压引压管(4)进气反吹处理。
9.根据权利要求6所述的一种水下排液的储液容器的液位控制方法，其特征在于，包括储液、自动排液、手动排液、液位报警、高压报警控制和高压故障排液六种方法：
一、储液：储液功能启动时，显示控制仪(6)控制储液电动阀(9)开启，液体进入储液容器罐体(1)内，此时排气电动阀(10)不通电；
二、自动排液：显示控制仪(6)设定自动排液液位高度，当由压差变送器(5)测量得到的液位高度达到设定液位时，显示控制仪(6)控制加气电动阀(8)和排液电动阀(11)开启，同时排气电动阀(10)通电关闭，通过加气电动阀(8)向储液容器罐体(1)内加注压缩空气，直至压差单向阀(17)的阀前排液液压与外部水下空间排液口的液压压差达到压差单向阀(17)的开启条件，通过不断向容器内通入压缩空气进行排液，直至液位到达显示控制仪(6)设定的排液结束液位，然后关闭加气电动阀(8)和排液电动阀(11)，同时排气电磁阀(10)断电；
三、手动排液：当液位高度未达到自动排液设定压力，但又需要排液时，可直接通过显示控制仪(6)的手动排液开关进行手动排液，排液过程同自动排液过程一致，即加气电动阀(8)和排液电动阀(11)开启，排气电磁阀(10)通电关闭，通过压缩空气进行排液，排液至设定的排液结束液位时结束排液；
四、液位报警：当液位自动控制失灵，导致液位过高或过低时，压差变送器(5)测得的实时液位达到高、低液位报警液位高度时，显示控制器(6)进行高、低液位报警；
五、高压报警：当排液电动阀(11)出现阀门堵塞等故障无法进行排液时，由于压缩空气不断进入储液容器罐体(1)内，容器上方压力会不断升高至压力继电器(7)的设定压力时，压力继电器(7)通过开关切断加气电动阀(8)和储液电动阀(9)的供电，通过加气电动阀(8)和储液电动阀(9)的断电信号在显示控制仪(6)上进行报警，故障解除前，不能恢复储液和排液功能；
六、高压故障排液：当出现高压报警时，可打开手动排液阀(18)进行排液降压，且排液结束液位也可由手动排液阀(18)关闭时间进行控制。
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