本發(fā)明屬于測(cè)量設(shè)備領(lǐng)域，具體是一種自動(dòng)控制渦流管能量分離試驗(yàn)臺(tái)及其控制方法。

背景技術(shù)：

渦流管是一種結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單的能量分離裝置，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、運(yùn)行可靠、體積小等特點(diǎn)，工作介質(zhì)是空氣，不需要其它的任何外來(lái)能量，因此，渦流管是一種環(huán)境友好的制冷系統(tǒng)，在有特殊要求冷卻或制熱需求的領(lǐng)域，有著極為廣泛的應(yīng)用前景，在機(jī)械加工中可以替代傳統(tǒng)的冷卻劑，用于提高加工質(zhì)量，延長(zhǎng)刀具使用壽命；冷卻電氣控制柜，以防止設(shè)備過(guò)熱引起的設(shè)備控制失靈，使設(shè)備運(yùn)行可靠。

盡管渦流管結(jié)構(gòu)極為簡(jiǎn)單，但是發(fā)生在渦流管內(nèi)部的能量分離現(xiàn)象則極為復(fù)雜，至今仍沒(méi)有一種精確的理論能夠解釋其能量分離機(jī)制。渦流管能量分離機(jī)理還需要做大量的基礎(chǔ)試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)渦流管熱端流量的調(diào)節(jié)，采集不同流量比值下的溫度、壓力等數(shù)據(jù)，研究渦流管的能量分布現(xiàn)象。該自動(dòng)控制試驗(yàn)臺(tái)可實(shí)現(xiàn)對(duì)信息參數(shù)的自動(dòng)采集和自動(dòng)控制，為試驗(yàn)研究提供極大的便利。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了更好地對(duì)渦流管能量分離機(jī)理進(jìn)行研究，更好地把握熱端與冷端不同流量比值下渦流管所能實(shí)現(xiàn)的制冷制熱特性，本發(fā)明提供了一種自動(dòng)控制渦流管能量分離試驗(yàn)臺(tái)及其控制方法，為研究渦流管能量分離現(xiàn)象提供了方便。將該試驗(yàn)臺(tái)推廣應(yīng)用，將會(huì)為渦流管的研究發(fā)展起到推動(dòng)作用。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種自動(dòng)控制渦流管能量分離試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于，包括高壓氣體生成單元、高壓氣體進(jìn)氣單元、渦流管、自動(dòng)控制和參數(shù)采集單元；所述高壓氣體生成單元包括空氣壓縮機(jī)、第一輸氣管路、第一控制閥、儲(chǔ)氣罐、安全閥、第二控制閥，第一輸氣管路分別和空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐相連通，且第一輸氣管路上依次設(shè)有第一控制閥、安全閥；所述高壓氣體進(jìn)氣單元包括第二輸氣管路、第三控制閥、過(guò)濾器，第二輸氣管路一端和儲(chǔ)氣罐相連，第二輸氣管路另一端依次連接第三控制閥、過(guò)濾器；所述自動(dòng)控制和參數(shù)采集單元包括壓力變送器、參數(shù)采集器、流量調(diào)節(jié)閥、PLC，參數(shù)采集器包括第一參數(shù)采集器、第二參數(shù)采集器、第三參數(shù)采集器，PLC分別和流量調(diào)節(jié)閥、參數(shù)采集單元相連，分別用于測(cè)量渦流管的一個(gè)進(jìn)口和兩個(gè)出口的流量、壓力、溫度 參數(shù)；試驗(yàn)時(shí)，第一控制閥開(kāi)啟，第二控制閥和第三控制閥關(guān)閉，所述空氣壓縮機(jī)將空氣壓縮后通過(guò)第一輸氣管路壓縮至儲(chǔ)氣罐，待罐體能壓力達(dá)到試驗(yàn)所需壓力時(shí)，PLC控制關(guān)閉空氣壓縮機(jī)，同時(shí)關(guān)閉第一控制閥；儲(chǔ)氣罐出氣口與第二輸氣管路連通，經(jīng)過(guò)濾器接入渦流管進(jìn)氣口，渦流管進(jìn)氣口前端管路裝有第一參數(shù)采集器，渦流管熱端出口裝有第二參數(shù)采集器和流量調(diào)節(jié)閥，渦流管冷端出口裝有第三參數(shù)采集器，試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，自動(dòng)采集試驗(yàn)參數(shù)傳送到PLC，并且通過(guò)PLC可以實(shí)現(xiàn)對(duì)流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)渦流管冷、熱端不同流量比值下的能量分離研究。

進(jìn)一步，所述的自動(dòng)控制渦流管能量分離試驗(yàn)臺(tái)，所述第一輸氣管路連接空氣壓縮機(jī)和儲(chǔ)氣罐，儲(chǔ)氣罐避免了用氣量頻繁波動(dòng)，使渦流管進(jìn)氣口保持相對(duì)穩(wěn)定，輸氣管路中裝有第一控制閥、安全閥。

進(jìn)一步，所述的自動(dòng)控制渦流管能量分離試驗(yàn)臺(tái)，所述第二輸氣管路連接儲(chǔ)氣罐和第一參數(shù)采集器進(jìn)氣口，輸氣管路中裝有壓力變送器，第三控制閥、過(guò)濾器。

進(jìn)一步，所述的自動(dòng)控制渦流管能量分離試驗(yàn)臺(tái)，所述第一參數(shù)采集器接入渦流管進(jìn)氣口，第二參數(shù)采集器接入渦流管熱端出氣口，第三參數(shù)采集器接入渦流管冷端出氣口，第二參數(shù)采集器與其余第一參數(shù)采集器、第三參數(shù)采集器相比，裝有流量調(diào)節(jié)閥，參數(shù)采集器將采集到的壓力、流量、溫度參數(shù)傳送至PLC，并且通過(guò)PLC控制流量調(diào)節(jié)閥。

進(jìn)一步，所述的自動(dòng)控制渦流管能量分離試驗(yàn)臺(tái)，所述參數(shù)采集器集成了壓力、流量和溫度三個(gè)參數(shù)值。

本發(fā)明的控制方法的技術(shù)方案如下：

一種自動(dòng)控制渦流管能量分離試驗(yàn)臺(tái)控制方法，包括步驟：

S1，試驗(yàn)準(zhǔn)備階段，第一控制閥開(kāi)啟，第二控制閥與第三控制閥關(guān)閉，檢查安全閥，PLC控制啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)，將空氣壓縮至儲(chǔ)氣罐，待壓力達(dá)到試驗(yàn)所需壓力時(shí)，關(guān)閉第一控制閥，PLC控制關(guān)閉空氣壓縮機(jī)。

S2，試驗(yàn)開(kāi)始階段，通過(guò)PLC調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥至第一個(gè)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，第三控制閥開(kāi)啟，高壓氣體經(jīng)過(guò)濾器、第一參數(shù)采集器進(jìn)入渦流管進(jìn)氣口，氣體在渦流管內(nèi)部發(fā)生能量分離后，熱氣從渦流管熱端出口排出，冷氣從渦流管冷端出口排出，第一參數(shù)采集器、第二參數(shù)采集器、第三參數(shù)采集器將采集到的各端壓力值、流量值和溫度值傳送至PLC。

S3，第一個(gè)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)參數(shù)采集完畢后，通過(guò)PLC調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥的流量值，采集本次試驗(yàn)的參數(shù)，依次進(jìn)行其他試驗(yàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的試驗(yàn)。

S4，試驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉試驗(yàn)臺(tái)電源，關(guān)閉第三控制閥，開(kāi)啟第二控制閥對(duì)儲(chǔ)氣罐進(jìn)行 泄壓，將罐內(nèi)氣體排空。

S5，若儲(chǔ)氣罐中的壓力值高于設(shè)定值，安全閥啟動(dòng)，防止因壓力過(guò)高發(fā)生危險(xiǎn)。

本發(fā)明具有以下技術(shù)效果：

本發(fā)明的自動(dòng)控制和參數(shù)采集單元可實(shí)現(xiàn)對(duì)渦流管各端口的參數(shù)自動(dòng)采集和自動(dòng)調(diào)節(jié)，試驗(yàn)時(shí)，各端的參數(shù)值將以電信號(hào)的形式傳遞給PLC，PLC可以控制調(diào)節(jié)熱端出口的流量調(diào)節(jié)閥，以測(cè)量多組試驗(yàn)數(shù)值。

本發(fā)明的PLC可以通過(guò)控制空氣壓縮機(jī)的開(kāi)啟、關(guān)閉確保儲(chǔ)氣罐中壓力維持在穩(wěn)定的狀態(tài)。

本發(fā)明的參數(shù)采集器集成了壓力、流量、溫度三個(gè)參數(shù)，采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)更為快捷。

本發(fā)明的安全閥設(shè)置在儲(chǔ)氣罐的進(jìn)口處，對(duì)安全閥設(shè)置合適的壓力值，若壓力值超過(guò)安全閥設(shè)定值，安全閥開(kāi)啟，保障整個(gè)系統(tǒng)的和試驗(yàn)人員的安全。儲(chǔ)氣罐另一端設(shè)置一個(gè)控制閥，儲(chǔ)氣罐充氣和試驗(yàn)時(shí)，此安全閥關(guān)閉，試驗(yàn)結(jié)束后，通過(guò)此安全閥進(jìn)行泄壓，將罐內(nèi)氣體排空。

附圖說(shuō)明

圖1為自動(dòng)控制渦流管試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)方案圖；

圖2為自動(dòng)控制方案圖。

圖中：1-空氣壓縮機(jī)，2-第一輸氣管路，3-第一控制閥，4-儲(chǔ)氣罐，5-安全閥，6-第二控制閥，7-第二輸氣管路，8-壓力變送器，9-第三安全閥，10-過(guò)濾器，11-第一參數(shù)采集器，12-第二參數(shù)采集器，13-第三參數(shù)采集器，14-控制顯示器，15-流量調(diào)節(jié)閥，16-渦流管

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。

圖1為自動(dòng)控制渦流管試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)方案圖，其連接方式為：一種自動(dòng)控制渦流管能量分離試驗(yàn)臺(tái)，包括高壓氣體生成單元、高壓氣體進(jìn)氣單元、渦流管16、自動(dòng)控制和參數(shù)采集單元；所述高壓氣體生成單元包括空氣壓縮機(jī)1、第一輸氣管路2、第一控制閥3、儲(chǔ)氣罐4、安全閥5、第二控制閥6，第一輸氣管路2分別和空氣壓縮機(jī)1、儲(chǔ)氣罐4相連通，且第一輸氣管路2上依次設(shè)有第一控制閥3、安全閥5；所述高壓氣體進(jìn)氣單元包括第二輸氣管路7、第三控制閥9、過(guò)濾器10，第二輸氣管路7一端和儲(chǔ)氣罐4相連，第二輸氣管路7另一端依次連接第三控制閥9、過(guò)濾器10；所述自動(dòng)控制和參數(shù)采集單元包括壓力變 送器8、參數(shù)采集器、流量調(diào)節(jié)閥15、PLC14，參數(shù)采集器包括第一參數(shù)采集器11、第二參數(shù)采集器12、第三參數(shù)采集器13，PLC14分別和流量調(diào)節(jié)閥15、參數(shù)采集單元相連，分別用于測(cè)量渦流管16的一個(gè)進(jìn)口和兩個(gè)出口的流量、壓力、溫度參數(shù)；試驗(yàn)時(shí)，第一控制閥3開(kāi)啟，第二控制閥6和第三控制閥9關(guān)閉，所述空氣壓縮機(jī)1將空氣壓縮后通過(guò)第一輸氣管路2壓縮至儲(chǔ)氣罐4，待罐體能壓力達(dá)到試驗(yàn)所需壓力時(shí)，PLC控制關(guān)閉空氣壓縮機(jī)1，同時(shí)關(guān)閉第一控制閥3；儲(chǔ)氣罐4出氣口與第二輸氣管路7連通，經(jīng)過(guò)濾器10接入渦流管16進(jìn)氣口，渦流管進(jìn)氣口前端管路裝有第一參數(shù)采集器11，渦流管熱端出口裝有第二參數(shù)采集器12和流量調(diào)節(jié)閥15，渦流管冷端出口裝有第三參數(shù)采集器13，試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，自動(dòng)采集試驗(yàn)參數(shù)傳送到PLC14，并且通過(guò)PLC14可以實(shí)現(xiàn)對(duì)流量調(diào)節(jié)閥15進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)渦流管冷、熱端不同流量比值下的能量分離研究。

圖2為自動(dòng)控制方案圖，展示了試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備與PLC控制系統(tǒng)信號(hào)的收集、傳遞方式。啟動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)電源，空氣壓縮機(jī)啟動(dòng)，將空氣壓縮至儲(chǔ)氣罐中，達(dá)到設(shè)定壓力值后PLC控制關(guān)閉空氣壓縮機(jī)，隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，消耗儲(chǔ)氣罐中的的氣體，壓力值也隨之降低，當(dāng)降低到設(shè)定值后，儲(chǔ)氣罐出口處壓力變送器將壓力值傳遞至PLC，PLC控制開(kāi)啟壓縮機(jī)，維持儲(chǔ)氣罐中的氣體壓力在穩(wěn)定的范圍內(nèi)；試驗(yàn)過(guò)程中，渦流管進(jìn)、出口三個(gè)參數(shù)采集器的參數(shù)值自動(dòng)采集傳遞至PLC，并且通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)渦流管熱端出口處流量調(diào)節(jié)閥的控制，以測(cè)量多組試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的自動(dòng)控制渦流管能量分離試驗(yàn)臺(tái)控制方法，包括步驟：

1、試驗(yàn)準(zhǔn)備階段，第一控制閥開(kāi)啟，第二控制閥與第三控制閥關(guān)閉，檢查安全閥，啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)，將空氣壓縮至儲(chǔ)氣罐，待壓力達(dá)到試驗(yàn)所需壓力時(shí)，關(guān)閉第一控制閥，關(guān)閉空氣壓縮機(jī)。

2、試驗(yàn)開(kāi)始階段，通過(guò)控制顯示器調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥至第一個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，第三控制閥開(kāi)啟，高壓氣體經(jīng)過(guò)濾器、第一參數(shù)采集器進(jìn)入渦流管進(jìn)氣口，氣體在渦流管內(nèi)部發(fā)生能量分離后，熱氣從渦流管熱端出口排出，冷氣從渦流管冷端出口排出，第一參數(shù)采集器、第二參數(shù)采集器、第三參數(shù)采集器將采集到的各端壓力值、流量值和溫度值傳送至控制顯示器。

3、第一個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)參數(shù)采集完畢后，通過(guò)控制顯示器調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥的流量值，采集本次試驗(yàn)的參數(shù)，依次進(jìn)行其他試驗(yàn)點(diǎn)的試驗(yàn)。

4、試驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉控制顯示器電源，關(guān)閉第三控制閥，開(kāi)啟第二控制閥對(duì)儲(chǔ)氣罐進(jìn)行泄壓，將罐內(nèi)氣體排空。

5、若儲(chǔ)氣罐中的壓力值高于設(shè)定值，安全閥啟動(dòng)，防止因壓力過(guò)高發(fā)生危險(xiǎn)。

在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示意性實(shí)施例”、“示 例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。