CN202947765U

CN202947765U - 应用于船舶动力装置的流量测量系统

Info

Publication number: CN202947765U
Application number: CN 201220600628
Authority: CN
Inventors: 邓天勇; 李辉; 熊凤银; 孙建华; 姚涌涛
Original assignee: 719th Research Institute of CSIC
Current assignee: 719th Research Institute of CSIC
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2012-11-14
Publication date: 2013-05-22
Anticipated expiration: 2022-11-14

Abstract

本实用新型公开了一种应用于船舶动力装置的流量测量系统，涉及船舶动力装置的流量参数测量领域，该流量测量系统包括差压变送器、压力变送器、温度传感器、温度变送器和显示器，还包括变面积孔板节流装置和流量计算模块，所述变面积孔板节流装置通过法兰夹持安装在系统管路的水平段上，变面积孔板节流装置通过引压管与差压变送器相连，压力变送器、温度传感器均与系统管路相连，温度传感器与温度变送器相连，流量计算模块分别与差压变送器、压力变送器、温度变送器、显示器相连。本实用新型具有高精度、宽量程、低压损和直管段长度要求低的特点，能够满足船舶动力装置的流量参数测量要求。

Description

应用于船舶动力装置的流量测量系统

技术领域

本实用新型涉及船舶动力装置的流量参数测量领域，特别是涉及一种应用于船舶动力装置的流量测量系统。

背景技术

船舶动力装置的流量参数测量要求较高，具体表现为以下4点：

（1）由于船舶动力装置的工况转换频繁、对过程参数运行的控制要求高，因此要求流量参数测量的精确度尽可能地高；

（2）由于船舶动力装置的工况变化幅度宽，在全工况范围内都需要对流量实现连续测量，因此要求测量量程尽可能地宽；

（3）由于船舶动力装置追求高功率密度，因此要求在测量流量参数时对系统的压力损失尽可能地小；

（4）由于船舶动力装置所处空间狭小，系统管道布置紧凑，因此要求在流量参数的过测量程中，对直管道长度的要求尽可能地低。

由于常规差压式流量测量仪表具有测量技术成熟、标准化、性能稳定可靠、使用期限长等优点，因此在工业领域的流量参数测量领域得到了广泛应用。但是常规差压式流量测量仪表存在测量精度难以提高、量程比较小、对系统造成压力损失较大、对节流装置前后直管段长度要求较高等缺点，无法满足船舶动力装置的流量参数测量要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种应用于船舶动力装置的流量测量系统，其具有高精度、宽量程、低压损和直管段长度要求低的特点，能够满足船舶动力装置的流量参数测量要求。

本实用新型提供的应用于船舶动力装置的流量测量系统，包括差压变送器、压力变送器、温度传感器、温度变送器和显示器，还包括变面积孔板节流装置和流量计算模块，所述变面积孔板节流装置通过法兰夹持安装在系统管路的水平段上，变面积孔板节流装置通过引压管与差压变送器相连，压力变送器、温度传感器均与系统管路相连，温度传感器与温度变送器相连，流量计算模块分别与差压变送器、压力变送器、温度变送器、显示器相连。

在上述技术方案中，所述变面积孔板节流装置包括孔板本体、支撑架、锥体、轴、弹簧、锁定螺帽、调节螺帽，所述孔板本体被夹持在系统管路的法兰之间，支撑架与孔板本体整体铸造制成，轴沿锥体、支撑架的中心线贯穿整个锥体和支撑架、且两端穿出，锥体和轴通过支撑架与孔板本体连接，轴穿出支撑架的一端设置有调节螺帽，轴穿出锥体的一端设置有锁定螺帽，轴上锥体与锁定螺帽之间设置有弹簧。

在上述技术方案中，所述孔板本体中部开有节流孔。

在上述技术方案中，所述孔板本体开有两个内置式压力感应孔。

在上述技术方案中，所述锥体呈圆台形。

在上述技术方案中，所述弹簧采用硬质镍铬铁耐热合金材料制成。

在上述技术方案中，所述差压变送器采用精度为0.075%的单量程罗斯蒙特差压变送器。

在上述技术方案中，所述差压变送器采用精度为0.075%的双量程罗斯蒙特差压变送器。

在上述技术方案中，所述显示器采用数码管。

在上述技术方案中，所述流量计算模块包括微控制器、铁电存储器、电源监控复位模块、LED状态指示电路、电源电路、数字隔离电路、A/D转换电路、显示驱动电路、CAN控制器、D/A转换电路、隔离输入电路，其中，D/A转换电路通过SPI总线与数字隔离电路相连，隔离输入电路通过SPI总线与A/D转换电路相连，数字隔离电路、A/D转换电路、显示驱动电路均通过SPI总线与微控制器相连，微控制器还分别与铁电存储器、电源监控复位模块、LED状态指示电路、电源电路、CAN控制器相连。

与现有技术相比，本实用新型的优点如下：

（1）本实用新型采用变面积孔板节流装置、高精度差压变送器和流量计算模块，有针对性的解决了船舶动力装置流量参数测量时面临的高精度、宽量程、低压损和直管段长度要求低的难题，能够提高船舶动力装置运行的安全性、可靠性和经济性。

（2）本实用新型应用广泛，除了用于船舶动力装置的流量参数测量外，还能应用于石化、电力、动力工程等其它工业领域的流量参数测量。

附图说明

图1为本实用新实施例中应用于船舶动力装置的流量测量系统的结构示意图。

图2为本实用新型实施例中变面积孔板节流装置的结构示意图。

图3为本实用新型实施例中流量计算模块的结构框图。

图中：1—变面积孔板节流装置，2—压力变送器，3—温度传感器，4—温度变送器，5—显示器，6—流量计算模块，7—差压变送器，1a—孔板本体，1b—支撑架，1c—锥体，1d—轴，1e—弹簧，1f—锁定螺帽，1g—调节螺帽。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述。

参见图1所示，本实用新型实施例提供一种应用于船舶动力装置的流量测量系统，包括变面积孔板节流装置1、压力变送器2、温度传感器3、温度变送器4、显示器5、流量计算模块6、差压变送器7，变面积孔板节流装置1通过法兰夹持安装在系统管路的水平段上，夹持法兰的压力等级满足系统设计压力要求。变面积孔板节流装置1通过引压管与差压变送器7相连，压力变送器2、温度传感器3均与系统管路相连，温度传感器3与温度变送器4相连，流量计算模块6分别与差压变送器7、压力变送器2、温度变送器4、显示器5相连。

差压变送器7采用单量程罗斯蒙特高精度差压变送器或大、小量程两个量程的双量程罗斯蒙特差压变送器，实现差压信号的高精度测量转换，差压变送器7的精度可达0.075%。

变面积孔板节流装置1是一种特殊的差压式流量节流装置，压力变送器2完成系统介质压力的测量，并将系统介质压力信号送至流量计算模块6。温度传感器3和温度变送器4完成系统介质温度的测量，并将系统介质温度信号送至流量计算模块6。通过引压管将变面积孔板节流装置1产生的差压信号无损失、不失真的传输至高精度的差压变送器7，差压变送器7将差压信号转换为4～20mA电流信号后输出至流量计算模块6。

参见图2所示，变面积孔板节流装置1包括孔板本体1a、支撑架1b、锥体1c、轴1d、弹簧1e、锁定螺帽1f、调节螺帽1g，孔板本体1a被夹持在系统管路的法兰之间，孔板本体1a中部开有节流孔，被测介质流经孔板本体1a中部的节流孔；孔板本体1a为锥体1c和轴1d提供支撑，孔板本体1a开有两个内置式压力感应孔。支撑架1b与孔板本体1a整体铸造制成，锥体1c呈圆台形，轴1d沿锥体1c、支撑架1b的中心线贯穿整个锥体1c和支撑架1b、且两端穿出，锥体1c和轴1d通过支撑架1b与孔板本体1a连接，锥体1c能够在轴1d上沿轴向自由滑动，当介质流经节流孔时，锥体1c在介质流动推力和弹簧1e压缩阻力的共同作用下沿轴向自由移动，从而使流体通过的圆环面积连续变化，流体流经流通圆环后，在锥体1c前、后产生压差。

轴1d穿出支撑架1b的一端设置有调节螺帽1g，轴1d穿出锥体1c的一端设置有锁定螺帽1f，轴1d上锥体1c与锁定螺帽1f之间设置有弹簧1e，弹簧1e采用硬质镍铬铁耐热合金材料制成，在450℃的温度范围内其弹簧系数不会发生改变；当介质流经节流孔时，介质流动推力和弹簧1e压缩阻力的共同作用是锥体1c平衡地停留在轴1d上某一位置，是流体通过的圆环面积连续变化。锁定螺帽1f能够调整弹簧1e的压缩量，使参考距离处于设计规定的长度范围内。当通过锁定螺帽1f调整好参考距离后，拧紧调节螺帽1g固定弹簧1e。

参见图3所示，流量计算模块6包括ARM7微控制器、铁电存储器、电源监控复位模块、LED状态指示电路、电源电路、数字隔离电路、A/D转换电路、显示驱动电路、CAN控制器、D/A转换电路、隔离输入电路，其中，D/A转换电路通过SPI总线与数字隔离电路相连，隔离输入电路通过SPI总线与A/D转换电路相连，数字隔离电路、A/D转换电路、显示驱动电路均通过SPI总线与ARM7微控制器相连，ARM7微控制器还分别与铁电存储器、电源监控复位模块、LED状态指示电路、电源电路、CAN控制器相连。

本实用新型实施例的原理如下：

本实用新型实施例采用变面积孔板节流装置1作为敏感元件，由高精度差压变送器7将变面积孔板节流装置1输出的差压信号转换为4～20mA电流信号，输出至流量计算模块6，流量计算模块6完成温度信号、压力补偿信号及差压信号线性化补偿，输出流量信号，并由显示器5显示出来，显示器5可以采用数码管、液晶显示屏等具有显示功能的器件。

变面积孔板节流装置1的工作原理为弹簧负载变面积原理，流体流通面积为孔板本体1a与锥体1c共同构成的一个环形截面面积，当流体流经变面积孔板节流装置1时，在流体推力和弹簧1e压缩力的共同作用下，锥体1c在轴1d上移动，使流体的流通面积受锥体1c形状的影响而发生变化，达到平衡后在孔板本体1a前后产生差压信号。变面积孔板节流装置1输出的差压信号与流量成线性关系，而常规差压式节流装置输出差压信号的开方与流量成线性关系。

变面积孔板节流装置1输出差压与流量成线性关系，极大地扩大了流量测量系统的量程范围，最高流量测量量程比可以达到100：1。

圆环形的流通截面减小了上游速度界面的影响，使变面积孔板节流装置1所需要的直管段长度远小于常规差压式式节流装置的直管段长度，在上游6倍管径、下游3倍管径的直管段长度条件下，即可保证流量测量具有极高的精确性和重复性。

在流量计算模块6内运行温度压力补偿软件，根据系统介质温度、系统介质压力对流量值进行实时在线补偿，有效提高了流量测量系统偏离设计工况时的流量测量精度。

在流量测量系统安装前，采用流量标准装置对每一台变面积孔板节流装置1进行标定，根据标定结果，将变面积孔板节流装置的差压-流量关系进行分段线性化，计算出分段线性补偿系数，将其存入流量计算模块6。在实际测量中，流量计算模块6根据实测流量值自动读取分段线性补偿系数对流量实测值进行补偿，能进一步提高流量测量精度。

流量计算模块6能将采集的差压信号、温度信号、压力信号和流量在显示器5上进行显示，并通过模拟量信号或CAN总线方式输出给船舶动力装置的其它控制、显示和存储设备进行流量参数控制、显示和存储。

流量计算模块6内置的温压补偿软件具有温度压力补偿功能，通过采集系统运行压力和温度，在船舶动力装置工况变换是能够实现流量测量的温度压力实时在线补偿，有效提高了流量测量精度。

流量计算模块6内置数据处理软件具有差压-流量线性化补偿功能，经过校准的差压-流量关系输入流量计算模块6，流量计算模块6对变面积孔板节流装置1输出的差压信号进行分段线性化补偿，实现了变面积孔板节流装置1流量系数的变参数补偿，有效提高了流量测量精度。

流量计算模块6的电路设计采用基于ARM7微控制器的大规模集成电路，模拟量输入选用线性光隔和16位A/D芯片，通过SPI总线与微控制器通讯，实现输入的差压、温度、压力等信号的高精度隔离采集；模拟量输出选用磁隔离芯片和16位D/A芯片，通过SPI总线由微控制器进行驱动，实现流量信号的高精度隔离输出。

微控制器通过I²C或SPI总线与外围的铁电存储器进行通讯，在铁电存储器里存储校准系数、日期等参数。

电源监控复位模块是对微控制器供电进行监控和手动复位。

LED状态指示电路实现LED状态灯定期闪烁，表明微控制器工作状态正常。

电源电路是将直流5V转换成直流3.3V和直流1.8V，为微控制器提供稳定的工作电压。

为适应船用环境条件下动力装置对流量参数测量和控制的需求，流量计算模块6还具有流量信号本机数码管显示、CAN总线通讯输出、模拟量信号输出、在线隔离调试调试等功能。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型包含这些改动和变型在内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims

1.一种应用于船舶动力装置的流量测量系统，包括差压变送器（7）、压力变送器（2）、温度传感器（3）、温度变送器（4）和显示器（5），其特征在于：还包括变面积孔板节流装置（1）和流量计算模块（6），所述变面积孔板节流装置（1）通过法兰夹持安装在系统管路的水平段上，变面积孔板节流装置（1）通过引压管与差压变送器（7）相连，压力变送器（2）、温度传感器（3）均与系统管路相连，温度传感器（3）与温度变送器（4）相连，流量计算模块（6）分别与差压变送器（7）、压力变送器（2）、温度变送器（4）、显示器（5）相连。

2.如权利要求1所述的应用于船舶动力装置的流量测量系统，其特征在于：所述变面积孔板节流装置（1）包括孔板本体（1a）、支撑架（1b）、锥体（1c）、轴（1d）、弹簧（1e）、锁定螺帽（1f）、调节螺帽（1g），所述孔板本体（1a）被夹持在系统管路的法兰之间，支撑架（1b）与孔板本体（1a）整体铸造制成，轴（1d）沿锥体（1c）、支撑架（1b）的中心线贯穿整个锥体（1c）和支撑架（1b）、且两端穿出，锥体（1c）和轴（1d）通过支撑架（1b）与孔板本体（1a）连接，轴（1d）穿出支撑架（1b）的一端设置有调节螺帽（1g），轴（1d）穿出锥体（1c）的一端设置有锁定螺帽（1f），轴（1d）上锥体（1c）与锁定螺帽（1f）之间设置有弹簧（1e）。

3.如权利要求2所述的应用于船舶动力装置的流量测量系统，其特征在于：所述孔板本体（1a）中部开有节流孔。

4.如权利要求2所述的应用于船舶动力装置的流量测量系统，其特征在于：所述孔板本体（1a）开有两个内置式压力感应孔。

5.如权利要求2所述的应用于船舶动力装置的流量测量系统，其特征在于：所述锥体（1c）呈圆台形。

6.如权利要求2所述的应用于船舶动力装置的流量测量系统，其特征在于：所述弹簧（1e）采用硬质镍铬铁耐热合金材料制成。

7.如权利要求1至6中任一项所述的应用于船舶动力装置的流量测量系统，其特征在于：所述差压变送器（7）采用精度为0.075%的单量程罗斯蒙特差压变送器。

8.如权利要求1至6中任一项所述的应用于船舶动力装置的流量测量系统，其特征在于：所述差压变送器（7）采用精度为0.075%的双量程罗斯蒙特差压变送器。

9.如权利要求1至6中任一项所述的应用于船舶动力装置的流量测量系统，其特征在于：所述显示器（5）采用数码管。

10.如权利要求1至6中任一项所述的应用于船舶动力装置的流量测量系统，其特征在于：所述流量计算模块（6）包括微控制器、铁电存储器、电源监控复位模块、LED状态指示电路、电源电路、数字隔离电路、A/D转换电路、显示驱动电路、CAN控制器、D/A转换电路、隔离输入电路，其中，D/A转换电路通过SPI总线与数字隔离电路相连，隔离输入电路通过SPI总线与A/D转换电路相连，数字隔离电路、A/D转换电路、显示驱动电路均通过SPI总线与微控制器相连，微控制器还分别与铁电存储器、电源监控复位模块、LED状态指示电路、电源电路、CAN控制器相连。