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减压阀供水管网智能压力监控系统组成和静态特性分析

2021-02-06 19:25:35
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【一】、供水管网智能压力监控系统组成
供水管网智能减压阀是对传统减压阀的外延式发展和功能升级。它的控制目标是根据外部指令或内部模式自动调节阀后压力至目标值,并保持较高的精度,起到调节和稳压的作用。减压阀的压力是由先导阀控制的,调节导阀需要改变其弹簧预紧力。本章的目标是设计一种、可控、低功耗的导阀调节方式,从而展开了对智能减压阀的原理和智能减压阀的设计方案的研究,创新性的提出一种智能压力监控系统和智能减压阀。
智能压力监控系统硬件由以下单元组成,包括:服务器、控制器、执行器、减压阀、先导阀、流量计、客户端和水表八个部分。各部分的功能如下:
减压阀:减压阀是压力监控系统的核心,它实现系统压力调节和稳压的基本功能,其它元件都是为减压阀服务的。
服务器:负责与终端(控制器、水表、流量计)进行无线通信,采集终端的状态信号,并向终端下发控制指令;负责与客户端进行通信,接受客户端的控制指令。
智能减压阀控制器:负责向执行器输出控制信号,以达成阀后压力设定目标;负责与服务器进行定时和及时通信,上传数据和响应相关指令,它是实现压力监控的基础。
先导阀:先导阀是控制系统的核心,简称导阀。导阀安装在减压阀阀体侧面的管道上,属于膜片式减压阀类别,它是自力式减压阀的一部分。
执行器:执行器是一个膜片式水缸,通过改变水缸的压力,达到输出不同的驱动力,从而起到调节先导阀弹簧预紧力的效果。
客户端:客户端是任何可以连接互联网的设备,包括手机、平板电脑、电脑等,客户端通过浏览器或APP访问服务器上的程序,从而收发相关指令。
水表:水表是带有信号上传装置的智能终端,它能将水压转换成数字量信号,并自动通过互联网上传到服务器。
流量计:流量计采集管线的流量,通过数字量的形式输出,作为供水管网智能压力监控系统计量和控制的基础。
减压阀没有动力电源,采用水力驱动,导阀主要有以下三种工作状态:
当阀后压力超过设定压力时,导阀关闭,导阀阀前压力等于减压阀上游压力,减压阀活塞缸压力升高,驱动阀门关闭。当下游压力正常时,导阀开启,导阀阀前压力自动下降。当阀后压力低于设定值时,导阀开度增加,导阀阀前压力近似等于减压阀阀后压力,减压阀活塞缸压力降低,阀门自动开启。当下游压力正常时,导阀开度恢复正常。当阀后压力在设定值附近波动时,导阀开度近似维持不变,导阀阀前压力基本维持不变,减压阀活塞腔压力的微小波动不会造成减压阀的响应,阀后压力不产生显著变化,减压阀开度维持不变。
传统减压阀的压力设定是通过人为调整导阀上的螺母来实现的,螺母压紧弹簧,弹簧的预压缩量越多,阀后压力设定值越高;反之弹簧的预压缩量越少,阀后压力越低。
【二】、减压阀静态特性分析
200X型先导式减压阀特性分为静态特性和动态特性。静态特性包括调压范围和稳定性。
调压范围指减压阀输出压力满足规定的稳压精度的可调节范围。稳定性指减压阀处于稳定工作状态下,输出压力的波动程度。为获得优的静态特性,需对减压阀调压范围和稳定性的影响因素进行分析。
1调压范围分析
在其他结构参数固定的情况下,调压范围主要依靠选择合适的调压弹簧来确定。在输入压力为1MPa、流量1352kg/h和2.1MPa、流量2957kg/h两种情况下,分别取调压弹簧刚度为原刚度的0.2,0.5,0.8,1.5,2,2.5,5,10倍,在不同刚度下,输出压力能达到规定精度(5%)的调压范围。经仿真试验,不同调压弹簧刚度下,规定精度内的调压范围。
2稳定性分析
减压阀的稳定性可由稳态下输出压力的波动频率和波动幅值来判断。由于200X型先导式减压阀出口压力波动的存在,在现行减压阀安装使用中,减压阀与下游阀门之间需保留50倍管径以上,以缓冲压力波动对下游设备的影响。故良好的稳定性,可以减少压力波动对设备的损坏,同时减少下游缓冲管道长度,节省成本。稳态下,输出压力波动由主阀口上下运动引起,降低主阀上下运动频率和幅值,可以降低单位时间内主阀膜片的疲劳损伤,从而延长膜片使用寿命。据,膜片疲劳损坏是减压阀不能正常工作的主要原因之一。为提高导控型减压阀质量,有对输出压力波动频率和幅值的影响因素进行要深入研究,为后续结构参数优化和疲劳分析提供依据。

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