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        智能閥門流量系數(shù)流阻因子檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)*

        2018-08-31 02:14:00
        機(jī)械制造 2018年5期
        關(guān)鍵詞:編程序子程序壓差

        上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院 上海 201114

        1 設(shè)計(jì)背景

        閥門的流量系數(shù)是衡量閥門流通能力的指標(biāo),流量系數(shù)越大,說明流體經(jīng)過閥門時(shí)的壓力損失越小。閥門的流阻因子可以衡量流體通過閥門后的主要功率消耗[3]。閥門的流量系數(shù)與流阻因子取決于閥門的尺寸、形式、結(jié)構(gòu),因此對(duì)閥門的流量系數(shù)與流阻因子進(jìn)行試驗(yàn),可以改進(jìn)閥門產(chǎn)品,為流體工程系統(tǒng)合理設(shè)計(jì)、降低動(dòng)力消耗提供有效數(shù)據(jù)[4]。筆者設(shè)計(jì)了智能閥門流量系數(shù)流阻因子檢測(cè)裝置,對(duì)于合理選用閥門、評(píng)定閥門質(zhì)量水平、開發(fā)新型節(jié)能產(chǎn)品及制定閥門有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等具有積極作用[5]。

        2 檢測(cè)裝置原理

        智能閥門流量系數(shù)流阻因子檢測(cè)裝置主要由循環(huán)水箱、水泵驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、測(cè)試管道、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)等組成。循環(huán)水箱提供試驗(yàn)介質(zhì),水泵驅(qū)動(dòng)可以達(dá)到滿足試驗(yàn)要求的流量和壓差。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要收集流量計(jì)、溫度傳感器、壓力傳感器、壓差傳感器等的數(shù)據(jù),通過以太網(wǎng)反饋至計(jì)算機(jī),并通過計(jì)算機(jī)計(jì)算得出常用閥門的流量系數(shù)和流阻因子,繪制流量與壓差曲線圖,從而分析閥門的水力特性。智能閥門流量系數(shù)流阻因子檢測(cè)裝置及水路原理分別如圖1、圖 2所示。

        智能閥門流量系數(shù)流阻因子檢測(cè)裝置可自動(dòng)檢測(cè)閥門的流量系數(shù)、流阻因子和流量特性,具體包括:①水流通過閥門達(dá)到穩(wěn)流時(shí),通用閥門常壓下的流量系數(shù)和流阻因子;②調(diào)節(jié)閥常壓下的流量系數(shù)和固有流量特性;③ 減壓閥的調(diào)壓試驗(yàn)、流量試驗(yàn)、流量特性試驗(yàn)和壓力特性試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí),智能閥門流量系數(shù)流阻因子檢測(cè)裝置可以模擬水流動(dòng)狀態(tài),檢測(cè)不同進(jìn)口壓力及不同流量下的閥門流量特性和壓力特性等[6-7]。

        設(shè)計(jì)精度高且操作簡便的智能閥門流量系數(shù)流阻因子檢測(cè)裝置,關(guān)鍵是測(cè)量閥門進(jìn)出口的壓差。通過以下公式可以計(jì)算出閥門的壓力損失Δpv、流量系數(shù)Kv和流阻因子ξ:

        ▲圖1 智能閥門流量系數(shù)流阻因子檢測(cè)裝置

        ▲圖2 智能閥門流量系數(shù)流阻因子檢測(cè)裝置水路原理

        式中:Δpv+t為閥門和試管的壓力損失,Pa;Δpt為試管的壓力損失,Pa。

        式中:qv為流速,m3/h;ρ為水的密度,kg/m3;ρ0為 15 ℃時(shí)水的密度,kg/m3。

        式中:u為平均流速,m/s。

        式中:q為流量,m3/s;D為試管的內(nèi)徑,mm。

        3 電控系統(tǒng)

        3.1 組成

        智能閥門流量系數(shù)流阻因子檢測(cè)裝置的電控系統(tǒng)主要由六部分組成,如圖3所示。

        開關(guān)電源將220 V交流電轉(zhuǎn)換為24 V直流電,向測(cè)試系統(tǒng)的可編程序控制器和傳感器提供電源??删幊绦蚩刂破鲗?duì)傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換為常用單位數(shù)據(jù),并根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算測(cè)試結(jié)果。傳感器采集測(cè)試需要的壓力、流量、壓差、溫度數(shù)據(jù)。變頻器根據(jù)可編程序控制器控制,提供恒壓變頻供水。伺服驅(qū)動(dòng)器根據(jù)可編程序控制器指令,實(shí)現(xiàn)閥門的自動(dòng)開合。計(jì)算機(jī)具有人機(jī)交互界面,可以發(fā)出測(cè)試指令,根據(jù)可編程序控制器數(shù)據(jù)形成測(cè)試曲線,得出測(cè)試結(jié)果。

        3.2 控制子程序

        智能閥門流量系數(shù)流阻因子檢測(cè)裝置采用子程序分塊控制[7-8],檢測(cè)主程序包含以下子程序:

        (1)模擬量采集轉(zhuǎn)換子程序;

        (2)模擬量轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)校驗(yàn)子程序;

        (3)恒壓變頻控制子程序;

        (4)靜壓差計(jì)算子程序;

        (5)流速計(jì)算子程序;

        (6)雷諾數(shù)Re計(jì)算子程序;

        (7)流量系數(shù)計(jì)算子程序;

        (8)流阻因子計(jì)算子程序;

        檢測(cè)流程如圖4所示。

        3.3 可編程序控制器地址表

        可編程序控制器地址表用于編程時(shí)使用的各種編程元件,可提供動(dòng)合和動(dòng)斷觸點(diǎn)。編程元件包括輸入寄存器、輸出寄存器、位存儲(chǔ)器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、通用寄存器、數(shù)據(jù)寄存器及特殊功能存儲(chǔ)器等[9]。智能閥門流量系數(shù)流阻因子檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)程序中數(shù)據(jù)及命令的載體就是編程元件。外部輸入輸出信號(hào)傳送設(shè)備地址[10-11]、寄存器地址、輔助繼電器地址、定時(shí)器地址等。

        3.4 操作界面

        基于標(biāo)準(zhǔn) BS EN 1267:2012,設(shè)計(jì)了適用于程序模塊測(cè)試的組態(tài)軟件,用于操作者發(fā)布命令、設(shè)置參數(shù),并將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果呈現(xiàn)在操作界面上,如圖5所示。圖6給出了閥門的流量與壓差變化曲線,圖7給出了閥門流量系數(shù)與閥門開度變化曲線。

        ▲圖3 電控系統(tǒng)組成

        ▲圖4 控制流程圖

        4 結(jié)束語

        ▲圖6 閥門流量與壓差變化曲線

        ▲圖7 閥門流量系數(shù)與開度變化曲線

        通過設(shè)計(jì),智能閥門流量系數(shù)流阻因子檢測(cè)裝置所得數(shù)據(jù)穩(wěn)定,精度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。該檢測(cè)裝置自動(dòng)化程度高,所有檢測(cè)數(shù)據(jù)均經(jīng)高速處理,且處理準(zhǔn)確度高,同時(shí)滿足了標(biāo)準(zhǔn) BS EN 1267:2012和 GB/T 30832—2014的檢測(cè)要求。智能閥門流量系數(shù)流阻因子檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)可以提升檢測(cè)能力,有利于今后新市場的開拓。

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