CN2842508Y - 抽吸式无运动部件自调节液位控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种抽吸式无运动部件自调节液位控制器，由抽吸管头与限流器组成，是利用管端抽吸特性来改变抽吸管头输出液体的能力，达到控制容器液位的目的。抽吸管头的一端放置在容器的液面下，抽吸管头的另一端经过出口阀和限流器的进口端相联接。为了适应容纳设计数据与实际数据有偏差现象，设置了出口阀、旁路阀与旁路管。抽吸式无运动部件自调节液位控制器具有调节范围大、调节性能良好、全密封无泄漏等突出优点，并解决了“汽液两相流类型自调节液位控制器”在火电厂的加热器上使用时，可能导致加热器下端差增大、汽轮发电机组运行经济性降低的重大问题。

Description

抽吸式无运动部件自调节液位控制器

                            技术领域

本发明属于自动控制技术领域，涉及液位调节器，特别是抽吸式无运动部件自调节液位控制器。

                            背景技术

工业生产中，各种容器大都需要通过控制和调节，使液位稳定在一定的范围内，满足工艺流程的要求，液位调节器是广泛应用的一种产品。目前工业上广泛采用的液位调节器有机械式、气动式和电动式。它们都是通过液位调节器外部的机械、电气或气动装置实现液位的自动调节与控制。这些调节器均因其执行机构动作频繁，导致易磨损、易腐蚀而经常卡涩等故障，或因电气、气动元件以及线路等故障使液位失控，严重影响设备和系统的安全、经济运行；影响工艺过程、产品的质量和数量。因而迫切需要发明更新颖、更实用、更可靠的液位控制器。二十世纪九十年代中期兴起的以汽液两相流流动特性为原理而产生的中国专利汽液两相流液位自动水位调节器(专利号：ZL92232825.0)、一种自调节液位器(专利号：ZL 94246917.8)、压差式自调节液位控制器(专利号：ZL 95210632.9)、智能式自调节液位控制器(ZL 97239699.3)、自调节液位控制器(ZL 97242212.9)和“一种分体式两相流液位控制器”(申请号：200410073350.7)，都是适应这种要求的专利。为了便于叙述，将这些专利所涉及的液位器简称为“汽液两相流类型自调节液位控制器”。

                         发明内容

本发明的目的在于，提供一种全新的抽吸式无运动部件自调节液位控制器，该自调节液位控制器的执行机构无机械运动部件，无电气、气动元件，控制回路整个装置系全密封而无泄漏，利用管端抽吸特性来改变输出液体的能力，达到控制液位的目的。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术解决方案：

一种抽吸式无运动部件自调节液位控制器，包括设置在工业容器中的一抽吸管头，其特征在于，在抽吸管头的出口通过出口阀连接有限流器，限流器与液体输出管连接；在抽吸管头的出口还连接有一根装有旁路阀的旁路管，该旁路管连接在限流器之后，并与液体输出管连通。

本发明的抽吸式无运动部件自调节液位控制器，在工作原理上完全不同于“汽液两相流类型自调节液位控制器”，而性能与可靠性将大大高于现有的同类装置。具有调节范围大、调节性能良好、全密封无泄漏等突出优点，并解决了“汽液两相流类型自调节液位控制器”在火电厂的加热器上使用时，可能导致加热器下端差增大、汽轮发电机组运行经济性降低的重大问题。

                       附图说明

图1是管端位置图；图中标号8为液面，11为平口管端，12为液位标尺；

图2是汽相流型图；图中标号11为平口管端，21为气泡；

图3是液相流型图；图中标号11为平口管端，31为液滴；

图4是管端抽吸液体的变化规律曲线；

图5是本发明的抽吸式无运动部件自调节液位控制器连接系统图；

图6是向上平开口抽吸管头结构与放置位置图；

图7是水平剖管式抽吸管头结构，其中(b)为(a)的左侧侧视图；

图8是水平剖管式抽吸管头放置位置图；

图9是限流器的类型图，其中(a)是孔板，(b)是渐缩喷管，(c)是渐缩渐扩喷管，(d)是渐扩喷管；

图10是用于火电厂的立式加热器有疏水冷却段时抽吸式自调节液位器连接系统与抽吸管头放置位置图；图中标号41为被加热水出口，42为被加热水入口，43为蒸气入口，44为蒸气冷却段，45为主凝结段，46为疏水冷却段；

图11是用于火电厂的卧式加热器有疏水冷却段时抽吸式自调节液位器连接系统与抽吸管头放置位置图；图中标号41为被加热水出口，42为被加热水入口，43为蒸气入口，44为蒸气冷却段，45为主凝结段，46为疏水冷却段；

图12是用于火电厂的立式加热器有疏水冷却段时抽吸式自调节液位器连接系统与抽吸管头放置位置图；图中标号41为被加热水出口，42为被加热水入口，43为蒸气入口，44为蒸气冷却段，45为主凝结段，46为疏水冷却段；

图13用于火电厂的卧式加热器有疏水冷却段时抽吸式自调节液位器连接系统与抽吸管头放置位置图。图中标号41为被加热水出口，42为被加热水入口，43为蒸气入口，44为蒸气冷却段，45为主凝结段，46为疏水冷却段。

以下结合附图和本发明的工作原理以及具体应用本发明的实施例对本发明作进一步的详细说明。

                 具体实施方式

1、结构原理

参见图5，本发明的抽吸式无运动部件自调节液位控制器由抽吸管头2和限流器4两大部件组成。

抽吸管头2的作用是随液面8变化而改变抽吸管头输出液体流量。

抽吸管头2有三种形状：①向下平开口抽吸管头，它是具有一个平口管端、且该管端向下的管段。图5中的抽吸管头2为向下平开口抽吸管头；②向上平开口抽吸管头，它是具有一个平口管端、且该管端向上的管段。图6表述了抽吸管头2向上平开口抽吸管头的形状；③水平剖管式抽吸管头，该水平剖管式抽吸管头包括一个端口不对称水平管段，该不对称水平管段的端口沿水平管段中心线分为上端口部和下端口部，上端口部和下端口部之间沿水平管段中心线相隔一段距离，在上部端口和下部端口上分别设有半圆形堵板。即制备方法是在一个管端沿管子轴向中心线剖开，并沿径向挖去下半部，然后用两个半圆形板分别堵于管端上部、下部，其结构如图7所示，由此形成管端开口向下的状态；也可以采用铸造等其它加工方法与工艺、或采用其它材料制造出具有图7所示的外部形状的水平剖管式抽吸管头。应根据不同工业容器的结构要求或安装条件的限制，选用恰当形状的抽吸管头。当需要的抽吸管头的管径很大时，应在平口入口处装设“十字”钢架，消除旋涡。

抽吸管头2在工业容器1中放置的位置如图5、图6、图8、图10、图11、图12、图13所示，要将抽吸管头的平口管端放置在液面8下。

如图5中所示，限流器4的作用是限制出口管道输出液体流量的最大值。限流器4可以是孔板，也可以是渐缩喷管、或渐缩渐扩喷管、渐扩喷管等，如图9(a)、(b)、(c)、(d)所列四种。

图5是本发明的抽吸式无运动部件自调节液位控制器的连接系统图，它由工业容器1(工业生产过程中的容器，该容器的液位要求自动控制，如火电厂的加热器等)，抽吸管头2，限流器4，以及出口阀3和旁路阀6组成。具体连接描述如下：工业容器1中设置一抽吸管头2，抽吸管头2出口紧接出口阀3，出口阀3后连接限流器4，限流器4后连接液体输出管5。在抽吸管头2出口接一根旁路管7，该旁路管7连接在限流器4后并与液体输出管5相连，在旁路管7上装一个旁路阀6。

如图5所示的抽吸式无运动部件自调节液位控制器系统，其液位控制是这样实现：当系统处于最大负荷时，液体从输出管路排出的液体量达最大，此时液面8处于抽吸管口平面以上10mm～15mm，工业容器1进、出液体达到平衡，液位处于稳定不变状态；当负荷下降时，流入工业容器1的液体流量减少，这时出口流量仍未改变，即进得少，出得多，工业容器1的液体流量进出不平衡，导致液位下降。在液位下降的同时，按抽吸管端的特性，抽吸能力下降，导致输出液体流量下降。当液位降到一定位置时，工业容器1中液体进、出流量达到新的平衡，液位稳定在新的位置；反之，当负荷上升时，流入工业容器1中的液体流量增加，这时出口流量仍未改变，即进得多，出得少，工业容器1内液体流量进、出不平衡，导致液位上升。在液位上升的同时，按抽吸管端的特性，抽吸能力上升，导致输出液体流量增加。当液位上升到一定位置时，工业容器1中液体进出流量达到新的平衡，液位稳定在新的位置。由此达到自动调节液位的目的。为适应设计参数与实际运行参数(压力及流量)出现的偏差(此情况在工程实践中经常发生)，在系统中增设了出口阀3及旁路阀6，作为调整正负偏差之用。出口阀3和旁路阀6可以应用具有一定节流性能的各种类型的阀门，例如闸阀、调节阀、蝶阀等等。

2.工作原理

抽吸式无运动部件自调节液位控制器的工作原理是利用管端抽吸特性来改变输出液体的能力，达到控制液位的目的。

在压力容器中插入一根平口管端(见图1)，用以排出液体时，有下面自然现象发生。在压力P₁＞P₂，且ΔP＝P₁-P₂不变以及管路各种阻力亦不变状态下，当容器液位在管端平口上部10mm以上时，这时管端水平口被液面全密封，液体借压差抽吸能力，从出口连续排出液体，并且排出液体的最大流量，决定于ΔP及管路阻力。若液面逐渐下降，譬如从+10mm降为+9mm、+8mm、+7mm，这时虽然液面仍将管端水平口封住，但已开始有汽体透过液面，呈汽泡状随液体从出口排出(见图2)。这时抽吸液体能力下降，液体输出流量随之下降。这种现象随着液面不断降低，汽泡量将不断增多，抽吸液体能力和输出液体流量将迅速下降。当液位降至管端平口处，即图1中的液位标尺的0位时，抽吸液体能力已极度微弱，只能随汽流携带部分液滴排出，如图3。若液位从0位继续下降到-5mm，则汽流携带液滴量逐步趋于零，抽吸液体的排出量随之趋于零。上述过程中汽体的排出量则与液体的排出量相反，由输出为零逐步达到最大。它们的变化规律经试验参见如图4的曲线。

由此可以得出重要的结论：液位从+15mm降到-15mm，管端抽吸能力大幅度降低，导致液体输出量变化非常大，流量从最大迅速变化到零。就是说液位变化一点点，就能大幅度改变液体输出流量。这就是管端抽吸的自然规律和特性。本发明利用这一规律和特性实现液位的自动调节，使液位变化控制在很小范围，达到控制液位的目的。

3.具体应用实例

对于火电厂的加热器使用本发明时：若加热器中无“疏水冷却段”，可使用图5、图6、图8中抽吸管头结构与放置位置；若加热器中有“疏水冷却段”，则可将抽吸管头直接装在加热器内“疏水冷却段”的疏水入口处，如图10(适用于立式加热器)及图11(适用于卧式加热器)所示。如果在布置上有困难，也可采用弯头式抽吸管头(其实质上是向上平开口抽吸管头)的方式，如图12(适用于立式加热器)及图13(适用于卧式加热器)所示。

本发明的抽吸式无运动部件自调节液位控制器的液位调节过程，是一个典型的“双位有差调节”。经试验证明，其液位差变化很小，从最大负荷到最小负荷液位变化不超过10mm～20mm，这是管端抽吸特性规律所决定的(见图4特性曲线)。从特性曲线还看出，在负荷从100％变到50％或30％，其汽耗量很小，约为输出液量的2％左右。这些调节指标能满足现代工业对液位控制的要求。实验证明本发明原理正确，属原创性，调节范围大，性能良好，液位稳定；实现了无机械运动部件、无电气、无气动元件，全密封无泄漏，因而有安全性、可靠性好、使用寿命长等突出优点，同时解决了“汽液两相流类型自调节液位控制器”在有“疏水冷却段”的加热器上使用时，导致加热器下端差增大、汽轮发电机组运行经济性降低的重大问题，将发展成为新一代液位控制产品。

Claims (10)

1.一种抽吸式无运动部件自调节液位控制器，包括设置在工业容器(1)中的一抽吸管头(2)，其特征在于，在抽吸管头(2)的出口通过出口阀(3)连接有限流器(4)，限流器(4)与液体输出管(5)连接；在抽吸管头(2)的出口还和旁路管(7)连通，旁路管(7)与连接在限流器(4)出口的液体输出管(5)连通；旁路管(7)上装有旁路阀(6)。

2.如权利要求1所述的液位控制器，其特征在于，所述的限流器(4)是孔板或是渐缩喷管、渐缩渐扩喷管、渐扩喷管其中之一。

3.如权利要求1所述的液位控制器，其特征在于，所述的抽吸管头(2)形状为向下平开口抽吸管头或向上平开口抽吸管头或水平剖管式抽吸管头。

4.如权利要求3所述的液位控制器，其特征在于，所述的向下平开口抽吸管头具有一个平口管端、且该管端向下的管段。

5.如权利要求3所述的液位控制器，其特征在于，所述的向上平开口抽吸管头是具有一个平口管端、且该管端向上的管段。

6.如权利要求3所述的液位控制器，其特征在于，所述的水平剖管式抽吸管头包括一个端口不对称水平管段，该不对称水平管段的端口沿水平管段中心线分为上端口部和下端口部，上端口部和下端口部之间沿水平管段中心线相隔一段距离，在上部端口和下部端口上分别设有半圆形堵板。

7.如权利要求1所述的液位控制器，其特征在于，所述的工业容器(1)为火电厂的加热器或其它以凝结换热方式进行热交换、并且加热工质与被加热工质不混合的换热器。

8.如权利要求7所述的液位控制器，其特征在于，当所述的火电厂的加热器带有疏水冷却段时，其中的抽吸管头(2)的进口为该疏水冷却段进水处一个向下的平口管端；或者为该疏水冷却段进水处具有一个平口管端、且该管端向上的弯曲形状的管段。

9.如权利要求3所述的液位控制器，其特征在于，所述的抽吸管头(2)的平口管端放置在工业容器(1)中的液面(8)下。

10.如权利要求1所述的的液位控制器，其特征在于，所述的出口阀(3)和旁路阀(6)为闸阀或调节阀或蝶阀或具有一定节流性能的其它类型的阀门。

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