一種奧氏體不銹鋼壓力容器應變強化控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種奧氏體不銹鋼壓力容器應變強化控制系統(tǒng)，其特征在于：包括容器、與容器相連的管路系統(tǒng)、與容器相連的測壓系統(tǒng)、與容器相連的測形變系統(tǒng)、給所述管路系統(tǒng)增壓的增壓系統(tǒng)，所述測壓系統(tǒng)、測形變系統(tǒng)、增壓系統(tǒng)均與控制柜相連。本實用新型結構設計合理，可以精確讀取測量數(shù)據(jù)，集前饋控制與PID反饋控制于一體，可以精確控制強化速度，使之符合標準。
【專利說明】一種奧氏體不銹鋼壓力容器應變強化控制系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及低溫及常溫壓力容器設計制造領域，具體涉及一種基于前饋+PID反饋組合控制策略的應變強化控制系統(tǒng)，其可以使奧氏體不銹鋼壓力容器的應變強化實現(xiàn)生產自動化，更加高效安全。
【背景技術】
[0002]在工業(yè)生產中液氮、液氬、液氧、液氫等低溫液化氣體中被廣泛運用，而低溫絕熱容器依舊是低溫介質的主要貯存及運輸設備。奧氏體不銹鋼在常溫和低溫下都具有優(yōu)良的塑性、韌性等綜合力學性能和良好的耐腐蝕性能，因而被用作低溫絕熱容器的主要制作材料。雖然我國不銹鋼的產量居世界第一，但是由于短缺鎳與鉻金屬，每年我國都需從國外進口大量的優(yōu)質不銹鋼材料。
[0003]奧氏體材料本身具有較大的冷加工潛力，通過嚴格的應變強化工藝顯著可以提高材料的許用應力，利用奧氏體不銹鋼應變強化技術制造的低溫容器，重量通?？梢詼p輕20%-50%，容重比可下降50%左右，而在低溫環(huán)境下該容器仍能安全服役，這就達到了輕型化設計的目的
[0004]關于奧氏體不銹鋼容器應變強化技術國外已經列入相關標準，在國內仍處于起步階段只有少數(shù)相關企業(yè)制定了企業(yè)標準，生產方法也比較落后，仍舊靠人工打壓，不僅勞動強度大而且經驗依賴度很高。總體來講在生產過程中主要有以下問題:一是應變強化對容器增壓速率有精確的要求，目前手工打壓無法控制打壓速率；二是生產數(shù)據(jù)完全靠人工讀取記錄，不僅精度無法保證而且效率低下；三是強化是否完成完全需要憑借豐富的相關知識和經驗來判斷，局限性很高。
實用新型內容
[0005](一)要解決的技術問題
[0006]本實用新型要解決的技術問題是提供一種可實現(xiàn)生產自動化且更加高效安全的奧氏體不銹鋼壓力容器應變強化控制系統(tǒng)。
[0007](二)技術方案
[0008]為解決上述技術問題，本實用新型所采用的技術方案是:一種奧氏體不銹鋼壓力容器應變強化控制系統(tǒng)，包括容器、與容器相連的管路系統(tǒng)、與容器相連的測壓系統(tǒng)、與容器相連的測形變系統(tǒng)、給所述管路系統(tǒng)增壓的增壓系統(tǒng)，所述測壓系統(tǒng)、測形變系統(tǒng)、增壓系統(tǒng)均與控制柜相連。
[0009]所述管路系統(tǒng)包括與水源連接的常壓管路以及與容器相連的高壓管路，所述常壓管路通過增壓泵與高壓管路連接，所述常壓管路上設有流量傳感器，所述高壓管路靠近容器一端朝外依次設有用于排水的卸荷閥、單向閥、耐震壓力表以及安全閥。
[0010]所述增壓系統(tǒng)包括所述增壓泵、無極變速裝置、變頻電機，所述無級變速裝置分別連接所述增壓泵和變頻電機，所述控制柜控制所述變頻電機的轉速。[0011]所述測壓系統(tǒng)包括第一壓力表、高壓球閥、壓力傳感器，所述高壓球閥與容器相連的管路上設有所述第一壓力表和壓力傳感器，所述壓力傳感器與控制柜相連并發(fā)送所測得容器內壓力數(shù)據(jù)。
[0012]所述測形變系統(tǒng)包括鋼卷尺和拉繩式位移傳感器，所述鋼卷尺環(huán)繞于容器外側壁上，所述拉繩式位移傳感器與鋼卷尺相連并將測得的變形數(shù)據(jù)發(fā)送給所述控制柜。
[0013]所述增壓泵為柱塞泵。
[0014](三)有益效果
[0015]本實用新型相比較于現(xiàn)有技術，具有如下有益效果:其結構設計合理，可以精確讀取測量數(shù)據(jù)，集前饋控制與PID反饋控制于一體，可以精確控制強化速度，使之符合標準。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型的奧氏體不銹鋼壓力容器應變強化控制系統(tǒng)的總流程圖?！揪唧w實施方式】
[0017]下面結合附圖和實施例，對本實用新型的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。
[0018]如圖1所示的為本實用新型所述的一種奧氏體不銹鋼壓力容器應變強化控制系統(tǒng)的總流程圖，系統(tǒng)的壓力介質是水。
[0019]強化實驗前檢查整個系統(tǒng)是否連接正確。水箱內存有潔凈水，為控制系統(tǒng)提供水源，水經過流量傳感器8由常壓管路進入到增壓泵13后輸出高壓水源，流量傳感器8可測量瞬時進水量以及累計進水量并將數(shù)據(jù)發(fā)送給控制柜16，增壓泵13為柱塞泵，最大輸出壓力為9MPa，最大流量為2000L/h，柱塞泵13由變頻電機15驅動，活塞做往復運動，可不斷抽取水箱中的水并輸出，高壓水經單向閥9進入容器1，從而實現(xiàn)增壓功能。變頻電機15的轉速由控制柜16控制，從而控制柱塞泵的打壓速率。無級變速裝置14可手動粗調柱塞泵的工作速度。
[0020]單向閥9的作用是只允許介質進入容器，防止介質回流，實現(xiàn)容器穩(wěn)定增壓并保壓的功能。為便于監(jiān)測高壓管路壓力，高壓管路上裝有耐震壓力表11;為防止意外情況發(fā)生，高壓管路上裝有安全閥12，例如:安全閥的額定壓力為lOMPa，開啟壓力為7MPa ;為便于在強化生產完成后泄壓，在單向閥9與容器I間裝有卸荷閥10，卸荷閥10為高壓球閥，打開卸荷閥可將容器中的水排出。
[0021]容器的頂部裝有耐震壓力表4、壓力傳感器6，壓力傳感器可測量容器內壓力并將數(shù)據(jù)發(fā)送給控制柜16，壓力傳感器最大量程為lOMPa，壓力表4的作用是為了與壓力傳感器數(shù)值進行校訂，便于軟件數(shù)據(jù)的調整；高壓球閥5與壓力表4、壓力傳感器6相連，并且處于最高的位置，作用是為了在無壓充裝壓力介質時，方便排出容器內的氣體，使壓力介質充滿整個容器。
[0022]容器的環(huán)向環(huán)繞有鋼卷尺3，拉繩式位移傳感器2的拉繩與鋼卷尺3相連，鋼卷尺3的作用是向拉繩式位移傳感器2傳遞容器I的變形量，拉繩式位移傳感器2可將測量到的數(shù)據(jù)發(fā)送給控制柜16。
[0023]緊急停止裝置，為防止生產過程中遇到的特殊緊急情況，緊急停止裝置可以使該控制系統(tǒng)除計算機外全部停止，達到保護操作工人的目的。該裝置位于控制柜強電箱中，220v、380v電路中配有交流接觸器，急停開關按鈕與交流接觸器控制線圈相串聯(lián)，當急停開關按鈕按下，交流接觸器控制線圈斷路，交流接觸器斷開，220v、380v電路斷開，控制系統(tǒng)停
止工作。
[0024]過熱保護裝置，變頻電機與變頻器在工作時會散發(fā)出大量的熱，嚴重影響控制系統(tǒng)的正常工作，為此控制柜上設置有散熱風扇，可以將控制柜中的熱空氣及時排出。為防止系統(tǒng)出現(xiàn)過熱情況，380v電路中裝有熱繼電器，繼電器控制開關與泵啟動按鈕相串聯(lián)，若變頻電機或變頻器過熱，則繼電器控制開關斷開，380v電路斷開，從而起到保護控制系統(tǒng)的作用。
[0025]采用VC++程序編制了能運行于WINDOWS界面的數(shù)據(jù)采集程序，該程序能夠實時地通過數(shù)據(jù)采集卡將壓力傳感器及流量傳感器的信號讀入計算機，并存于數(shù)據(jù)庫中，并能實時地在二維坐標平面內顯示壓力-流量曲線。
[0026]控制柜電腦箱中計算機裝有北京阿爾泰生產的PCI8602數(shù)據(jù)采集卡，該采集卡具有16位AD精度，250ks/s采樣頻率，差分16路模擬量輸入，帶DA，D10，計數(shù)器等功能，可以將傳感器數(shù)據(jù)輸送給計算機，并將計算機的控制指令發(fā)送給變頻器。
[0027]采用VC++/labview軟件編制了能運行于WINDOWS界面的測控程序。該程序集參數(shù)設置、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析處理、儀器控制、報告生成等功能集一體。
[0028]參數(shù)設置界面包括四個選項:無壓充裝液體、壓力強化、標定、描畫歷史曲線。無壓充裝液體用于容器打壓前充裝液體；壓力強化用于本次容器應變強化的基本參數(shù)輸入；標定用于對各傳感器的數(shù)據(jù)標定；描畫歷史曲線用于描繪歷史數(shù)據(jù)曲線。
[0029]數(shù)據(jù)采集可將壓力、位移、流量數(shù)據(jù)顯示在軟件界面并記錄進數(shù)據(jù)庫保存，便于需要時進行查詢。
[0030]數(shù)據(jù)分析可以講采集到的數(shù)據(jù)進行分析計算，可得到應變率，增壓速率等數(shù)據(jù)，并將壓力-時間、位移-時間、流量-時間、壓力-位移、壓力-流量曲線以圖形化顯示。
[0031]儀器控制采用PID控制的同時融入了有限元分析的數(shù)據(jù)。首先有限元分析的數(shù)據(jù)為打壓速率提供了精確的預估，避免了初期PID控制電機速度的不穩(wěn)定，大大提高了系統(tǒng)的工作壽命與效率。其次有限元分析的數(shù)據(jù)解決了 PID控制的滯后問題，提高了控制系統(tǒng)的靈敏性。該控制系統(tǒng)可基于企業(yè)標準編制，可以精確控制應變強化生產時各階段的增壓速率，使之符合強化工藝要求，生產的容器合格。
[0032]打壓時，可以隨時根據(jù)需求暫?；蛘呋謴痛驂?。當達到設計壓力時系統(tǒng)會自動停止打壓并彈出對話框提醒操作工人檢查各管路以及容器是否漏水，確認后可繼續(xù)打壓。當打壓壓力在接近強化壓力時打壓速率會逐漸降低，并最終于達到強化壓力時停止進行保壓，保壓時壓力下降系統(tǒng)會自動進行補水，保整強化壓力恒定。
[0033]生產完成后，系統(tǒng)根據(jù)生產數(shù)據(jù)可自動生成檢測報告，根據(jù)需要可保存或打印輸出。
[0034]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1.一種奧氏體不銹鋼壓力容器應變強化控制系統(tǒng)，其特征在于:包括容器、與容器相連的管路系統(tǒng)、與容器相連的測壓系統(tǒng)、與容器相連的測形變系統(tǒng)、給所述管路系統(tǒng)增壓的增壓系統(tǒng)，所述測壓系統(tǒng)、測形變系統(tǒng)、增壓系統(tǒng)均與控制柜相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的奧氏體不銹鋼壓力容器應變強化控制系統(tǒng)，其特征在于:所述管路系統(tǒng)包括與水源連接的常壓管路以及與容器相連的高壓管路，所述常壓管路通過增壓泵與高壓管路連接，所述常壓管路上設有流量傳感器，所述高壓管路靠近容器一端朝外依次設有用于排水的卸荷閥、單向閥、耐震壓力表以及安全閥。
3.根據(jù)權利要求2所述的奧氏體不銹鋼壓力容器應變強化控制系統(tǒng)，其特征在于:所述增壓系統(tǒng)包括所述增壓泵、無極變速裝置、變頻電機，所述無極變速裝置分別連接所述增壓泵和變頻電機，所述控制柜控制所述變頻電機的轉速。
4.根據(jù)權利要求1所述的奧氏體不銹鋼壓力容器應變強化控制系統(tǒng)，其特征在于:所述測壓系統(tǒng)包括第一壓力表、高壓球閥、壓力傳感器，所述高壓球閥與容器相連的管路上設有所述第一壓力表和壓力傳感器，所述壓力傳感器與控制柜相連并發(fā)送所測得容器內壓力數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權利要求1所述的奧氏體不銹鋼壓力容器應變強化控制系統(tǒng)，其特征在于:所述測形變系統(tǒng)包括鋼卷尺和拉繩式位移傳感器，所述鋼卷尺環(huán)繞于容器外側壁上，所述拉繩式位移傳感器與鋼卷尺相連并將測得的變形數(shù)據(jù)發(fā)送給所述控制柜。
6.根據(jù)權利要求3所述的奧氏體不銹鋼壓力容器應變強化控制系統(tǒng)，其特征在于:所述增壓泵為柱塞泵。
【文檔編號】C21D7/10GK203382798SQ201320502734
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年8月16日 優(yōu)先權日:2013年8月16日
【發(fā)明者】惠虎, 聞慶, 馬小軍, 葉青, 王剛, 章云飛 申請人:寧波明欣化工機械有限責任公司, 華東理工大學