CN113486609B - 一种基于流体力学伯努利原理的流体物料传输装置及方法 - Google Patents

一种基于流体力学伯努利原理的流体物料传输装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于流体力学伯努利原理的流体物料传输装置及方法，属于流体力学领域，流体物料传输装置包括传输管道，步进电机，离心式风机，三元控制器，风力感应装置，控制主板，电能管理模块，机电控制器；流体物料传输方法包括，采集流体物料的物料数据、受力数据，获得第一关系，基于受力数据，采集施加受力数据的施加源头数据，获得第二关系；基于第一关系和第二关系，构建流体物料传输控制模型，流体物料传输控制模型用于控制流体物料的传输；本发明具有量速可控，使用安全，运行稳定，易于维护，质优价廉的技术效果，为流体物料传输提供了技术借鉴。

Description

一种基于流体力学伯努利原理的流体物料传输装置及方法
技术领域
本发明涉及流体力学领域，具体涉及一种基于流体力学伯努利原理的流体物料传输装置及方法。
背景技术
流体物料输送指的是流体物料以一定流量沿着管道(或明渠)由一处送到另一处。
目前的流体物料传输大多采用“管道蛟龙传输”或“空气负压虹吸式”传输。这种传统的传输方式可靠性低、不能长时间稳定运行，并且不能根据传输物料的内容、改变传输效率，极易造成能源浪费，同时传统的传输装置体积大不容易维护，从而在使用过程中带来运输与人力成本增加等问题。
现有的流体物料传输设备，体积大、能耗高、传输不稳定，无法实现小型化、精细化的流体物料传输要求。急需一种量速可控的流体物料传输装置，用于改善流体物料的传输效率低与稳定性不足，实现“量速可控”，即根据用户实际需要调整传输量、控制传输效率。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于流体力学伯努利原理的流体物料传输装置，即利用大气压强及离心式风机产生的风力动态改变传输管道内的压强与风力，以此来实现安全可靠，量速可控的流体物料传输。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于流体力学伯努利原理的流体物料传输装置，包括，
传输管道，用于传输流体物料；
步进电机，与传输管道连接，用于将流体物料传输到传输管道；
离心式风机，与传输管道连接；
三元控制器，分别与离心式风机、传输管道连接，用于采集传输管道的流体物料信息数据、第一风力数据、大气压力数据，控制离心式风机，其中，第一风力数据为传输管道内的风力数据；
风力感应装置，与离心式风机连接，用于获得离心式风机产生的第二风力数据；
控制主板，分别与三元控制器、风力感应装置连接，用于控制流体物料传输装置进行流体物料的传输工作；
电能管理模块，与控制主板连接，用于为控制主板供电；
机电控制器，分别与步进电机、控制主板连接，用于根据控制主板的控制指令信号，控制步进电机。
优选地，离心式风机的送风口与传输管道连接；
送风口设置有防尘装置。
优选地，三元控制器包括流体物料元素检测单元、风力元素检测单元、大气压强元素检测单元；
流体物料元素检测单元用于采集流体物料信息数据；
风力元素检测单元用于采集第一风力数据；
大气压强元素检测单元用于采集大气压力数据。
优选地，控制主板包括微处理器、存储器、通讯模块；
微处理器分别与存储器、通讯模块连接；
微处理器用于通过处理三元控制器的第一信号和风力感应装置的第二信号，获得控制指令信号；
通讯模块用于将控制指令信号传输到机电控制器。
优选地，存储器至少包括电可擦除可编程只读存储器EEPROM；
通讯模块包括有线电路通讯模块、无线通讯模块，其中，无线通讯模块至少包括WIFI、GPRS、蓝牙。
优选地，电能管理模块包括滤波电路、升压电路、稳压电路、储能电路；
滤波电路与升压电路连接；
升压电路与稳压电路连接；
稳压电路与储能电路连接；
储能电路与控制主板连接。
一种基于流体力学伯努利原理的流体物料传输方法，包括以下步骤：
采集流体物料的物料数据、受力数据，获得第一关系，其中，第一关系用于表示流体物料的内在情况；
基于受力数据，采集施加受力数据的施加源头数据，获得第二关系，其中，第二关系用于表示流体物料的外在情况；
基于第一关系和第二关系，构建流体物料传输控制模型，流体物料传输控制模型用于控制流体物料的传输。
优选地，在采集物料数据的过程中，至少采集流体物料的温度数据、流速数据、密度数据。
优选地，在采集受力数据的过程中，至少采集流体物料受到的风力数据、第一压力数据。
优选地，在获得第二关系的过程中，采集施加源头数据的第二压力数据，根据第一压力数据和第二压力数据，获得第二关系。
本发明公开了以下技术效果：
本发明与现有技术相比具有以下技术效果：
(1)量速可控，可根据流体物料的特点动态调整传输的质量与效率；
(2)使用安全，电源采用高低压隔离智能电源控制模块，使用安全；
(3)运行稳定，机械控制采用直流无刷步进电机技术成熟，运行稳定；
(4)易于维护，核心部件采用插接式组合结构可单独更换，易于维护；
(5)质优价廉，优化系统和结构设计，质优价廉。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述的系统结构示意图；
图2为本发明所述的方法流程示意图；
图3为本发明所述的系统电路结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-3所示，本发明提供了一种基于流体力学伯努利原理的流体物料传输装置，包括，
传输管道，用于传输流体物料；
步进电机，与传输管道连接，用于将流体物料传输到传输管道；
离心式风机，与传输管道连接；
三元控制器，分别与离心式风机、传输管道连接，用于采集传输管道的流体物料信息数据、第一风力数据、大气压力数据，控制离心式风机，其中，第一风力数据为传输管道内的风力数据；
风力感应装置，与离心式风机连接，用于获得离心式风机产生的第二风力数据；
控制主板，分别与三元控制器、风力感应装置连接，用于控制流体物料传输装置进行流体物料的传输工作；
电能管理模块，与控制主板连接，用于为控制主板供电；
机电控制器，分别与步进电机、控制主板连接，用于根据控制主板的控制指令信号，控制步进电机。
离心式风机的送风口与传输管道连接；送风口设置有防尘装置。
三元控制器包括流体物料元素检测单元、风力元素检测单元、大气压强元素检测单元；流体物料元素检测单元用于采集流体物料信息数据；风力元素检测单元用于采集第一风力数据；大气压强元素检测单元用于采集大气压力数据。
控制主板包括微处理器、存储器、通讯模块；微处理器分别与存储器、通讯模块连接；微处理器用于通过处理三元控制器的第一信号和风力感应装置的第二信号，获得控制指令信号；通讯模块用于将控制指令信号传输到机电控制器。
存储器至少包括电可擦除可编程只读存储器EEPROM；通讯模块包括有线电路通讯模块、无线通讯模块，其中，无线通讯模块至少包括WIFI、GPRS、蓝牙。
电能管理模块包括滤波电路、升压电路、稳压电路、储能电路；滤波电路与升压电路连接；升压电路与稳压电路连接；稳压电路与储能电路连接；储能电路与控制主板连接。
一种基于流体力学伯努利原理的流体物料传输方法，包括以下步骤：
采集流体物料的物料数据、受力数据，获得第一关系，其中，第一关系用于表示流体物料的内在情况；
基于受力数据，采集施加受力数据的施加源头数据，获得第二关系，其中，第二关系用于表示流体物料的外在情况；
基于第一关系和第二关系，构建流体物料传输控制模型，流体物料传输控制模型用于控制流体物料的传输。
在采集物料数据的过程中，至少采集流体物料的温度数据、流速数据、密度数据。
在采集受力数据的过程中，至少采集流体物料受到的风力数据、第一压力数据。
在获得第二关系的过程中，采集施加源头数据的第二压力数据，根据第一压力数据和第二压力数据，获得第二关系。
本发明提供的一种基于伯努利原理结合空气压强与动态风能的流体物料输送装置，其由离心式风机、电能管理模块、控制主板(微处理器、存储器、通讯模块)、机电控制器、和三元控制器(流体物料元素、风力元素、大气压强元素)构成；所述离心式风机送风口与传输管道连接，进风口做防尘处理，利用风力产生的负压使流体物料在大气压力的作用下按照控制量进入三元控制器；所述的电能管理模块由滤波电路、升压电路、稳压电路和储能电路构成；所述的电能管理模块接收上述两路电能，首先经滤波电路过滤输入电压波动；然后依次经升压电路进行升压，经稳压电路进行稳压；之后再经储能电路进行储存，为所述控制主板供电；同时，控制主板上的微处理器采集两路信号，第一路信号通过三元控制器获取流体物料的信息，第二路信号通过风力感应装置计算离心机风能大小，根据两种信息调用存储器预先设定好的控制程序，由通讯芯片将控制指令传输到机电控制器，从而控制步进电机按照要求做出机械动作；三元控制器基于流体物料的质量、和风能的大小，动态控制流体物料传输。
离心式风机的功率250w、流量450pa/h、转速2800、出风口直径65mm，为整个系统提供稳定的风能，通过三元控制器动态调节风力的大小。
电能管理模块开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比来调整输出电压。开关元件以一定的时间间隔重复地接通和断开，在开关无件接通时输入电源Vi通过开关S和滤波电路向负载RL提供能量，当开关S断开时，电路中的储能装置(L1、C2、二极管D组成的电路)向负载RL释放在开关接通时所储存的能量，使负载得到连续而稳定的能量。本电源管理采用脉冲频率调制PFM通过下面的公式调节输出功率，为处理器、存储器、控制器，提供稳定电源的同时保证使用安全。
VO＝TON/T*Vi；
VO为负载两端的电压平均值；
TON为开关每次接通的时间；
T为开关通断的工作周期。
风力与流体物料信息通过信号传至控制主板，主板上的微处理器接收到数据，通过计算，调用存储器的程序指令，并由通讯芯片将控制指令传输到三元控制器，三元控制器的步进电机按照控制指令进行相应的机械动作；本实施例中采用“电可擦除可编程只读存储器EEPROM”存储；所述通讯芯片负责传输经采集和计算后的控制指令，其支持有线电路通讯或蓝牙，WIFI、GPRS等无线通讯；本实施例中其内部指令通过有线电路传输，外部数据支持蓝牙，WIFI、GPRS三种传输数据。
本发明提出一种基于流体力学伯努利原理的流体物料传输装置，即利用大气压强及离心式风机产生的风力动态改变传输管道内的压强与风力，以此来实现安全可靠，量速可控的流体物料传输。除此之外，因为大气环境本身具备向下的压力，流体物料表面的压力与经过流体表面的风力流速成反比；风力流过管道形成的真空，促使物料在大气压力的作用下自然下落，所以本发明直接采负压下料。因此，系统不需要增加物料动力推送装置，结构更加简单，成本更低。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种基于流体力学伯努利原理的流体物料传输装置，其特征在于，包括：
传输管道，用于传输流体物料；
步进电机，与所述传输管道连接，用于将所述流体物料传输到所述传输管道；
离心式风机，与所述传输管道连接；
三元控制器，分别与所述离心式风机、所述传输管道连接，用于采集所述传输管道的流体物料信息数据、第一风力数据、大气压力数据，控制所述离心式风机，其中，所述第一风力数据为所述传输管道内的风力数据；
所述三元控制器包括流体物料元素检测单元、风力元素检测单元、大气压强元素检测单元；
所述流体物料元素检测单元用于采集所述流体物料信息数据；
所述风力元素检测单元用于采集所述第一风力数据；
所述大气压强元素检测单元用于采集所述大气压力数据；
风力感应装置，与所述离心式风机连接，用于获得所述离心式风机产生的第二风力数据；
控制主板，分别与所述三元控制器、所述风力感应装置连接，用于控制所述流体物料传输装置进行所述流体物料的传输工作，所述控制主板包括微处理器、存储器、通讯模块；
所述微处理器分别与所述存储器、所述通讯模块连接；
所述微处理器用于通过处理所述三元控制器的第一信号和所述风力感应装置的第二信号，获得所述控制指令信号；
电能管理模块，与所述控制主板连接，用于为所述控制主板供电；
机电控制器，分别与所述步进电机、所述控制主板连接，用于根据所述控制主板的控制指令信号，控制所述步进电机；
所述通讯模块用于将所述控制指令信号传输到所述机电控制器。
2.根据权利要求1所述的一种基于流体力学伯努利原理的流体物料传输装置，其特征在于，
所述离心式风机的送风口与所述传输管道连接；
所述送风口设置有防尘装置。
3.根据权利要求1所述的一种基于流体力学伯努利原理的流体物料传输装置，其特征在于，
所述存储器至少包括电可擦除可编程只读存储器EEPROM；
所述通讯模块包括有线电路通讯模块、无线通讯模块，其中，所述无线通讯模块至少包括 WIFI、GPRS、蓝牙。
4.根据权利要求1所述的一种基于流体力学伯努利原理的流体物料传输装置，其特征在于，
所述电能管理模块包括滤波电路、升压电路、稳压电路、储能电路；
所述滤波电路与所述升压电路连接；
所述升压电路与所述稳压电路连接；
所述稳压电路与所述储能电路连接；
所述储能电路与所述控制主板连接。
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