CN114088146B - 一种气体流量检测控制集成阀岛装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的气体流量检测控制集成阀岛装置属于气体检测与控制领域,本发明提供的气体流量检测控制集成阀岛装置,包括:执行组,所述测量控制组包括用于测量第一活塞缸内部压力的第一压力变送器、用于测量第三活塞缸内部压力的第二压力变送器、设置在第一压力变送器和第二压力变送器之间的过流孔板、用于控制气源和第二活塞缸内部通断的第一电磁阀、用于控制第二活塞缸内部与外部通断的第二电磁阀和控制器,所述控制器分别与所述第一压力变送器、所述第二压力变送器、所述第一电磁阀和所述第二电磁阀电连接;流量计量系统采用两个高精度压力变送器和多孔板组合原理,流量测量范围大,精度高,耐冲击。
Description
技术领域
本发明属于气体检测与控制领域,具体涉及气体流量检测控制集成阀岛装置。
背景技术
目前在我国冶金行业中,转炉出钢、炉外精炼LF炉、VD炉、连铸大包等在炼钢过程中均需要进行底吹氩工艺,目前冶金行业底吹控制系统多采用质量流量控制器,该控制原理存在以下不足:
1、由于质量流量控制器采用模拟量和比例阀进行控制,抗干扰能力差。
2、流量计量采用质量流量计量换算为体积流量,不同介质换算误差较大,直接影响底吹效果。
3、必须确保进出口两端压力差大于3.5-4.2bar左右,才能正常工作。
4、不能适应大压力和大流量的旁吹控制。
5、断电或设备故障后直接停吹断气,使透气元件堵塞,影响炼钢工艺的正常进行,有时会造成穿包等重大事故。
目前质量可靠的质量流量控制器几乎全为进口品牌,维修成本高,供货期长,迫使用户不得不采购大量备件。
发明内容
本发明解决的问题在于提供一种气体流量检测控制集成阀岛装置,避免了质量流量计量转换为体积流量的误差,适合各类不同介质气体的计量;采用数字量控制流量大小,增加设备的抗干扰能力;具有高压大流量检测和控制能力;故障断电能持续输出气体功能;具有稳流功能,使流量不受外界压力变化影响。
本发明是通过以下技术方案来实现:
一种气体流量检测控制集成阀岛装置,包括:
执行组,所述执行组包括与同一气源连接且位置相对固定的第一活塞缸、第二活塞缸和第三活塞缸,所述第一活塞缸的第一活塞端分别与所述第二活塞缸的第二活塞端和所述第三活塞缸的第三活塞端传动连接,所述第一活塞端的传动方向与所述第二活塞端的传动方向和所述第三活塞端的传动方向相反,其中,所述第三活塞缸还包括控流装置,所述控流装置一端与所述第三活塞缸内部连通,所述控流装置另一端与外界连通,当所述第三活塞缸内部压力逐渐降低时,所述控流装置输出的流量逐渐减少,当所述第三活塞缸内部压力逐渐增加时,所述控流装置输出的流量逐渐增加;
所述测控制组包括用于测量第一活塞缸内部压力的第一压力变送器、用于测量第三活塞缸内部压力的第二压力变送器、设置在第一压力变送器和第二压力变送器之间的过流孔板、用于控制气源和第二活塞缸内部通断的第一电磁阀、用于控制第二活塞缸内部与外部通断的第二电磁阀和控制器,所述控制器分别与所述第一压力变送器、所述第二压力变送器、所述第一电磁阀和所述第二电磁阀电连接;
所述第一电磁阀一端用于和气源连通,所述第一电磁阀另一端和所述第二活塞缸内部连通,所述第二电磁阀一端和所述第二活塞缸内部连通,所述第二电磁阀另一端用于和外部连通,所述过流孔板一端用于和气源连通,所述过流孔板另一端与第三活塞缸内部连通。
所述控制器用于执行以下的步骤1-步骤3:
步骤1,通过获取所述第一压力变送器的数据和所述第二压力变送器的数据计算当前流量,所述当前流量为所述控流装置输出的流量;当所述当前流量小于预设流量时,转到步骤2;当所述当前流量大于预设流量时,转到步骤3;
步骤2,打开所述第一电磁阀,并在所述当前流量达到所述预设流量时关闭所述第一电磁阀;
步骤3,打开所述第二电磁阀,并在所述当前流量达到所述预设流量时关闭所述第二电磁阀。
所述第一活塞端的横截面积和所述第三活塞端的横街面积相等;
所述第二活塞端的横截面积大于所述第一活塞端的横截面积;
所述第二活塞端的横截面积大于所述第三活塞端的横截面积。
所述控流装置包括出气口和控流杆,所述出气口一端与所述第三活塞缸内部连通,所述出气口另一端与外界连通,所述控流杆的一端与所述第三活塞端固定连接,所述控流杆的另一端与所述出气口连接,当所述第三活塞缸内部压力降低时,所述控流杆伸入所述出气口,当所述第三活塞缸内部压力升高时,所述控流杆远离所述出气口。
所述过流孔板具有若干个,所述过流孔板一端用于和气源连通,另一端与所述第三活塞缸内部连通。
所述执行组还包括若干第三电磁阀,所述第三电磁阀设置在所述过流孔板的出气端和所述第三活塞缸之间。
所述第一活塞缸、所述第二活塞缸和所述第三活塞缸公用一个本体,所述本体内部具有容纳腔,所述容纳腔由所述第一活塞缸的第一缸体容腔、所述第二活塞缸的第二缸体容腔和所述第三活塞缸的第三缸体容腔前后依次连接组成。
所述第一电磁阀和所述第二电磁阀为常闭电磁阀。
所述第一压力变送器、所述第二压力变送器和所述过流孔板组成孔板式流量计。
与现有技术相比,本发明具有以下有益的技术效果:
1、流量计量系统采用两个高精度压力变送器和多孔板组合原理,流量测量范围大,精度高,耐冲击。
2、流量调节采用档位和压力差压双作用调节系统,能够实现流量的快速调节,同时具有无级调节(即流量的连续调节)的特点。
3、流量调节不受设备前后端压力限制,在流量不变的情况下出口压力随背压变化自动调整。
附图说明
图1为本发明气体流量检测控制集成阀岛装置的整体结构示意图。
附图标记:1、第一活塞端;2、第二活塞端;3、第三活塞端;4、控流杆;5、出气口;6、第一压力变送器;7、第二压力变送器;8、第一电磁阀;9、第二电磁阀;10、过流孔板;11、第三电磁阀。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明,所述是对本发明的解释而不是限定。
请参考图1,其示出了本发明气体流量检测控制集成阀岛装置的整体结构示意图,该气体流量检测控制集成阀岛装置,包括:
执行组,所述执行组包括与同一气源连接且位置相对固定的第一活塞缸、第二活塞缸和第三活塞缸,所述第一活塞缸的第一活塞端1分别与所述第二活塞缸的第二活塞端2和所述第三活塞缸的第三活塞端3传动连接,所述第一活塞端1的传动方向与所述第二活塞端2的传动方向和所述第三活塞端3的传动方向相反,其中,所述第三活塞缸还包括控流装置,所述控流装置一端与所述第三活塞缸内部连通,所述控流装置另一端与外界连通,当所述第三活塞缸内部压力逐渐降低时,所述控流装置输出的流量逐渐减少,当所述第三活塞缸内部压力逐渐增加时,所述控流装置输出的流量逐渐增加;
所述测控制组包括用于测量第一活塞缸内部压力的第一压力变送器6、用于测量第三活塞缸内部压力的第二压力变送器7、设置在第一压力变送器和第二压力变送器之间的过流孔板10、用于控制气源和第二活塞缸内部通断的第一电磁阀8、用于控制第二活塞缸内部与外部通断的第二电磁阀9和控制器,所述控制器分别与所述第一压力变送器6、所述第二压力变送器7、所述第一电磁阀8和所述第二电磁阀9电连接;
所述第一电磁阀8一端用于和气源连通,所述第一电磁阀8另一端和所述第二活塞缸内部连通,所述第二电磁阀9一端和所述第二活塞缸内部连通,所述第二电磁阀9另一端用于和外部连通,所述过流孔板10一端用于和气源连通,所述过流孔板另一端与第三活塞缸内部连通。
上述实施例中,第一活塞缸与气源连通,第三活塞缸通过孔板与气源连通。在自然状态下,第一活塞端1和第三活塞端3由于气源压力的作用,相互传动连接的第一活塞端1和第三活塞端3会移动至一个平衡位置。第二活塞缸压力能够平衡控流杆4的位置。在一实例中,所述控流装置包括出气口5和控流杆4,所述出气口5一端与所述第三活塞缸内部连通,所述出气口5另一端与外界连通,所述控流杆4的一端与所述第三活塞端3固定连接,所述控流杆4的另一端与所述出气口5连接,当所述第三活塞缸内部气压压力降低时,所述控流杆4伸入所述出气口5,当所述第三活塞缸内部压力升高时,所述控流杆4远离所述出气口5。通过相互配合的出气口5和控流杆4实现控流目的,用以达到稳流的目的,保持出气口5所输出流体流量的稳定性。
控流装置可以为压力检测装置、控制系统和电磁阀,控制系统分别与所述压力检测装置和将第二活塞缸内部流体与气源输入电磁阀和输出至外界的电磁阀电连接。
第二活塞缸的作用是从整体上控制控流装置的总流量。由于第二活塞缸的第二活塞端2的传动方向与第一活塞缸的第一活塞端1的传动方向相反,第三活塞端3的受力为,第一活塞端1的受力减去第二活塞端2的受力。第三活塞端3受力减少,则第三活塞缸内部体积变大,控流杆4远离所述出气口5,出气口5流出的流体量变大。增加第二活塞缸内部气压压力,则出气口5流量增加;减少第二活塞缸内部气压压力,则出气口5流量减少。通过第一电磁阀8和第二电磁阀9的开启和关闭,可以控制出气口5所输出的流体的流量,其可以实现对输出流体的无极调速。
在控制方面,控制器用于执行以下的步骤1-步骤3,可以实现将气体流量检测控制集成阀岛装置所输出的当前流量,智能调整至用户所需的预设流量。
步骤1,通过获取所述第一压力变送器6的数据和所述第二压力变送器7的数据计算当前流量,所述当前流量为所述控流装置输出的流量;当所述当前流量小于预设流量时,转到步骤2;当所述当前流量大于预设流量时,转到步骤3;
步骤2,打开所述第一电磁阀8,并在所述当前流量达到所述预设流量时关闭所述第一电磁阀8;第二活塞缸内部压力增大,活塞杆左移,流量增大。
步骤3,打开所述第二电磁阀9,并在所述当前流量达到所述预设流量时关闭所述第二电磁阀9。第二活塞缸内部压力减小,活塞杆右移,流量减小。
在测量方面,所述过流孔板10具有若干个,所述过流孔板10一端用于和气源连通,另一端与所述第三活塞缸内部连通。
所述执行组还包括若干第三电磁阀11,所述第三电磁阀11设置在所述过流孔板10的出气端和所述第三活塞缸之间。
通过若干过流孔板10和第三电磁阀11控制气源的输出流量。
流量计算:第一压力变送器6、第二压力变送器7和过流孔板10组成一个孔板式流量计。
档位选定后,流经孔板有效面积确定,孔板与压力变送器6和压力变送器7的组合可计量当前流量,其组合相当于孔板流量计。计算公式:Q=K*S*SQRT((P1-P2)*(P1+0.103)).Q-标准流量(NL/min)、K-流量系数、S-有效面积(mm2)、P1-第一压力变送器6的压力值、P2-第二压力变送器7的压力值。
第一活塞端1通入气源后,其作用相当于一个平衡第三活塞缸的第一弹性部件。第二活塞缸相当于调节第一弹性部件弹性强度的第二弹性部件。第二活塞缸也相当于一个中间件,第二活塞缸将第一活塞缸和第三活塞缸的内部升压降压相互传递,平衡两者的内部压力。
综上,流量计量系统采用两个高精度压力变送器和多孔板组合原理,流量测量范围大,精度高,耐冲击。流量调节采用档位和压力差压双作用调节系统,能够实现流量的快速调节,同时具有无级调节(即流量的连续调节)的特点。流量调节不受设备前后端压力限制,在流量不变的情况下出口压力随背压变化自动调整。
进一步的,本发明气体流量检测控制集成阀岛装置的另一实施例,所述第一活塞缸、所述第二活塞缸和所述第三活塞缸公用一个本体,所述本体内部具有容纳腔,所述容纳腔由所述第一活塞缸的第一缸体容腔、所述第二活塞缸的第二缸体容腔和所述第三活塞缸的第三缸体容腔前后依次连接组成。
所述第一活塞端1的横截面积和所述第三活塞端3的横街面积相等;
所述第二活塞端2的横截面积大于所述第一活塞端1的横截面积;
所述第二活塞端2的横截面积大于所述第三活塞端3的横截面积。
上述实施例中,第一活塞缸、所述第二活塞缸和所述第三活塞缸公用一个本体可以简化本发明气体流量检测控制集成阀岛装置的整体结构。同时也增加了本发明气体流量检测控制集成阀岛装置的整体强度。第三活塞缸内部压力的降低与升高,与第二活塞缸同步。
进一步的,本发明气体流量检测控制集成阀岛装置的另一实施例,所述第一电磁阀8和所述第二电磁阀9为常闭电磁阀。
上述实施例中,通过将第一电磁阀8和所述第二电磁阀9设置为常闭电磁阀,在断电时,第一电磁阀8和第二电磁阀9关闭,第二活塞缸内部的气压压力不再变化。整个气体流量检测控制集成阀岛装置可以继续保持继断电时输出流体流量继续工作。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种气体流量检测控制集成阀岛装置,其特征在于,包括:
执行组,所述执行组包括与同一气源连接且位置相对固定的第一活塞缸、第二活塞缸和第三活塞缸,所述第一活塞缸的第一活塞端分别与所述第二活塞缸的第二活塞端和所述第三活塞缸的第三活塞端传动连接,所述第一活塞端的传动方向与所述第二活塞端的传动方向和所述第三活塞端的传动方向相反,其中,所述第三活塞缸还包括控流装置,所述控流装置一端与所述第三活塞缸内部连通,所述控流装置另一端与外界连通,当所述第三活塞缸内部压力逐渐降低时,所述控流装置输出的流量逐渐减少,当所述第三活塞缸内部压力逐渐增加时,所述控流装置输出的流量逐渐增加;
所述测量控制组包括用于测量第一活塞缸内部压力的第一压力变送器、用于测量第三活塞缸内部压力的第二压力变送器、设置在第一压力变送器和第二压力变送器之间的过流孔板、用于控制气源和第二活塞缸内部通断的第一电磁阀、用于控制第二活塞缸内部与外部通断的第二电磁阀和控制器,所述控制器分别与所述第一压力变送器、所述第二压力变送器、所述第一电磁阀和所述第二电磁阀电连接;
所述第一电磁阀一端用于和气源连通,所述第一电磁阀另一端和所述第二活塞缸内部连通,所述第二电磁阀一端和所述第二活塞缸内部连通,所述第二电磁阀另一端用于和外部连通,所述过流孔板一端用于和气源连通,所述过流孔板另一端与第三活塞缸内部连通;
所述第一活塞端的横截面积和所述第三活塞端的横截面积相等;
所述第二活塞端的横截面积大于所述第一活塞端的横截面积;
所述第二活塞端的横截面积大于所述第三活塞端的横截面积。
2.根据权利要求1所述的气体流量检测控制集成阀岛装置,其特征在于,所述控制器用于执行以下的步骤1-步骤3:
步骤1,通过获取所述第一压力变送器的数据和所述第二压力变送器的数据计算当前流量,所述当前流量为所述控流装置输出的流量;当所述当前流量小于预设流量时,转到步骤2;当所述当前流量大于预设流量时,转到步骤3;
步骤2,打开所述第一电磁阀,并在所述当前流量达到所述预设流量时关闭所述第一电磁阀;
步骤3,打开所述第二电磁阀,并在所述当前流量达到所述预设流量时关闭所述第二电磁阀。
3.根据权利要求1所述的气体流量检测控制集成阀岛装置,其特征在于,所述控流装置包括出气口和控流杆,所述出气口一端与所述第三活塞缸内部连通,所述出气口另一端与外界连通,所述控流杆的一端与所述第三活塞端固定连接,所述控流杆的另一端与所述出气口连接,当所述第三活塞缸内部压力降低时,所述控流杆伸入所述出气口,当所述第三活塞缸内部压力升高时,所述控流杆远离所述出气口。
4.根据权利要求1所述的气体流量检测控制集成阀岛装置,其特征在于,所述过流孔板具有若干个,所述过流孔板一端用于和气源连通,另一端与所述第三活塞缸内部连通。
5.根据权利要求4所述的气体流量检测控制集成阀岛装置,其特征在于,所述执行组还包括若干第三电磁阀,所述第三电磁阀设置在所述过流孔板的出气端和所述第三活塞缸之间。
6.根据权利要求1所述的气体流量检测控制集成阀岛装置,其特征在于,所述第一活塞缸、所述第二活塞缸和所述第三活塞缸公用一个本体,所述本体内部具有容纳腔,所述容纳腔由所述第一活塞缸的第一缸体容腔、所述第二活塞缸的第二缸体容腔和所述第三活塞缸的第三缸体容腔前后依次连接组成。
7.根据权利要求1所述的气体流量检测控制集成阀岛装置,其特征在于,所述第一电磁阀和所述第二电磁阀为常闭电磁阀。
8.根据权利要求1所述的气体流量检测控制集成阀岛装置,其特征在于,所述第一压力变送器、所述第二压力变送器和所述过流孔板组成孔板式流量计。
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