CN2234630Y - 管道流量自动调控装置 - Google Patents

Abstract

一种管道流量自动调控装置属于流量计量及控制技术，主要由旋进型旋涡流量变送器，流量调节执行机构以及计算机控制系统组成。其特征在于流量变送器的喇叭型入口通道同时作为锥形调节阀的节流口，在保证流量变送器检测精度的前提下实现了两者的直接连接。装置集计量、调节、控制于一体，可广泛用于管道中水、油、气、蒸汽以及混合流体流量的自动化调控。装置的优点是：调节范围大、精度高、结构紧凑，控制功能强，安装操作简单。

Description

管道流量自动调控装置

本实用新型属于流量自动化计量控制领域，具体地说是涉及一种具有计量和调节双重功能的管道流量自动化调控装置。

几乎所有工业部门的生产过程以及能源、环境保护工程都需要对各种流体介质进行计量、调节和控制。目前此类计量和调节往往都是通过在管道上分别安装流量计和调节阀来实现的。绝大部分流量计对前后直管段都有一定要求以期获得流量计准确度所要求的稳定流场，这就迫使现有调节阀与流量计必须相隔一段直管段安装，这无疑给安装调试增加了图难。同时，这样的管线布置使得调节精度无法提高，很难达到自动化生产的工艺要求。调节阀与流量指示计之间的相互影响造成目前流量自动化控制精度和可靠性一直比较低，这已成为流量控制技术中的难题之一。美国MKS仪器有限公司1990年在我国申请的《流量控制器》发明专利(申请号891O8624.2)中，对类似用途的流量控制装置中的控制器部份提出了一些新的设计思想，在电路设计上有其独特之处。但是该专利的提出仍是基于传统的“流量传感器＋直管段＋调节阀”的组合方式。上述流量控制技术问题至今未获根本解决。

本实用新型的目的是针对上述现有技术存在问题提出一种调节精度高，结构紧凑，安装使用方便，工作可靠的流量自动化调控装置。

本实用新型所提供的流量自动化调控装置由流量变送器本体、流量传感器、步进电机与驱动器、调节阀执行机构、单片机显示和控制系统组成。其要点在于流量变送器与调节阀两大部件直接联接。流量变送器采用旋进旋涡形式，使之可与设计人设计的锥形调节阀和谐配合，巧妙解决了调节阀与流量变送器之间相互影响这一难题，使管道中流体的流态在进入流量变送器前能达到所需要的均匀性和稳定性。流量自动化调控装置的工作过程是管道中流体在差压作用下流动，首先进入锥形调节阀前的空腔进行动量交换，使流动状态趋于均匀，然后通过调节阀的节流口进入旋涡流量变送器，在流量变送器中，流体被强制旋转，安装在变速器前部的流量传感器将检侧出的流体旋转进动频律信号送至控制系统，控制系统经过信号处理、比较后，发出指令控制步进电机调节阀门开度，直至达到所需求的位置。比较信号可以是预置流量值，或温度、压力信号。控制系统中的时钟功能可以确保调节阀在预定时间完成所需求的调节。

本实用新型实施例结合附图予以说明。

图1为流量自动化调控装置整体结构示意图；

图2为旋进型旋涡流量变送器测量原理图；

图3为锥形调节阀执行机构结构示意图；

图4为单片机系统原理框图；

图5为主程序流程图；

图6为INT0中断服务程序流程图；

图7为INT1中断服务程序流程图；

本实用新型整体结构参见图1。流量变送器本体(1)与调节阀(3)直接用螺栓联接成一体，本体(1)及阀体(3)材料根据使用要求可分别采用不锈钢、铝合金或铸钢等。本体(1)内的螺旋面通道迫使通道内的流体旋转，其旋转进动频率信号被安装在本体前部的传感器(2)检测放大后送入单片机控制系统，经过固化在单片机中的程序处理后，即可得到管道中的实际流量值。锥形调节阀(3)由步进电机执行驱动机构(4)带动，根据单片机控制系统(5)发出的指令调节节流口开度，从而实现管道中流量大小的调整。单片机接收流量传感器的反馈信号，与预置流量值、温度或压力信号反复比较，向调节阀不断发出动作指令，直至达到所要求的准确度。通过功能键转换，显示器可以任意显示时间、瞬时流量、累积流量、预置参数(流量、温度、压力)等信息。

旋进型旋涡流量变送器测量原理图参见图2。在本体(1)入口通道处装有固定螺旋状叶片。流体经过叶片后被强制绕轴心旋转，之后通过一段收缩通道(6)及等直径过渡段(7)、扩大段(8)进入下游管段。为了实现与设计人设计的锥形调节阀直接联接，本体(1)入口螺旋通道加工成喇叭口形状，这样与调节阀芯(11)配合后形成一变截面通道，增加了小流量下通道中流体的流速，提高了阀门小开度状态下的调控精度。在过渡段(7)与扩大段(8)交界内壁上装有流量传感器(2)，用以检测流体在旋转状态下由收缩段加速后经突然扩大段增压减速所产生的旋涡进动频率，此进动频率与流体在管道中的流速成正比，因此可以由检测到的旋涡进动频率积算出管道中的实际流量。

设计人所设计的锥形调节阀执行机构参见图3。步进电机(4)带动蜗轮、蜗杆付(9)，蜗轮的旋转通过螺杆付(10)带动阀芯(11)沿轴向移动。控制步进电机的正、反转及转角速率，即可方便地实现调节阀的开、闭及调节速率。由于步进电机(4)步长转角仅为1.5度，阀芯(11)的位移可以0.1mm/步长来调整，从而保证了调节精度。

单片机控制系统原理框图参见图4。由8031CPU(12)，8155接口电路(13)，2732EPROM(14)，显示器(15)，信号输入线路(16)，步进电机驱动器(17)，键盘控制电路(18)等组成。系统首先对信号输入脉冲和采样时间进行连续采样，计算出实际瞬时、累积流量，然后将实际流量与键盘即时输入流量值或预置定时流量值进行比较，得到两流量值之间偏差。最后通过控制步进电机带动锥形调节阀对管道中实际流量进行调节，直至实际流量值与设定流量值偏差控制在所要求的精度范围内。当调节阀阀芯运动至极限位置，而实际流量仍调不到设定值时，报警器报警，步进电机停止工作。

固化在2732EPOM(14)中主程序，INT0中断服务程序，INT1中断服务程序流程图参见图5、图6、和图7。

本实用新型的优点和实际效果是：调节精度高，可达到1％-2％的测量值；调节范围大，量程比在精度范围内可达到20∶1以上；控制系统可靠；键盘操作简单方便。

本实用新型可应用于石油、化工、制药、食品饮料等工业部门，以及水暖通风、环境保护方面，用于各种场合下自动调控管道中水、油、气、蒸汽或其它流体介质。

Claims (1)

1.一种管道流量自动调控装置，包括流量变送器本体(1)、流量传感器(2)、调节阀(3)、步进电机执行机构(4)以及单片机控制系统(5)，其特征在于流量变速器是旋进型旋涡流量变送器，其本体入口通道处安装的固定螺旋状叶片具有双曲线回转面，形成喇叭状入口；所述的调节阀(3)是一种具有环状节流口的锥形阀，其阀芯(11)通过执行机构的螺杆付(10)、蜗轮蜗杆付(9)与步进电机建立传动关系；变送器本体(1)的喇叭状入口作为调节阀(3)的节流口实现两者的直接连接。

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