專利名稱：基于磁流變液的智能可調(diào)容器過壓保護(hù)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于磁流變液的智能可調(diào)容器過壓保護(hù)裝置及方法，更準(zhǔn)確地說是涉及一種利用磁流變技術(shù)的智能可調(diào)的容器過壓保護(hù)裝置及方法。
背景技術(shù)：
容器通常都要有防止內(nèi)壓過大而造成容器自身爆炸的保護(hù)裝置，尤其是壓力容器。最普通的例子是化工生產(chǎn)中的壓力反應(yīng)釜，目前，采取的措施是在壓力反應(yīng)釜上安裝放空閥和防爆裝置，放空閥用于人工掌握反應(yīng)釜內(nèi)壓力，當(dāng)反應(yīng)釜內(nèi)壓力超過工藝規(guī)程中的某一限值時，操作人員手動打開放空閥，將反應(yīng)釜內(nèi)壓力降落到工藝規(guī)程的要求范圍以內(nèi)，然后關(guān)閉放空閥。這種操作具有較大的危險性，因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)過程中的許多不可預(yù)見性，反應(yīng)速度和放熱量會因某些偶然條件變化而發(fā)生劇烈變化，致使反應(yīng)釜內(nèi)的氣體或液體之體積突然增大，特別是放熱反應(yīng)在起始階段，操作人員難以準(zhǔn)確掌握反應(yīng)起始的時間和反應(yīng)釜內(nèi)壓力變化情況，有時這種變化非常劇烈，甚至非常危險，操作不當(dāng)或操作不及時會導(dǎo)致人亡釜?dú)У闹卮笫鹿?。為了彌補(bǔ)放空閥的不足，增加防爆裝置，這種裝置是由防爆片和固定件組成，固定件可將防爆片固定在反應(yīng)釜或容器上，當(dāng)反應(yīng)釜或容器內(nèi)壓力過高時，防爆片即破裂，設(shè)備內(nèi)壓力被泄出以防止設(shè)備受損壞。這種防爆裝置具有自動泄壓的作用，但仍有以下不足1、防爆片制備工藝復(fù)雜，制造成本高，用于1立方米以上的反應(yīng)釜的防爆片，通常價格在1000元以上。2、防爆片的防爆壓力是由制造商確定的，不能由用戶改變，而且防爆片的選擇非常嚴(yán)格，一般需要根據(jù)生產(chǎn)工藝規(guī)程對反應(yīng)釜的壓力要求選擇，如防爆片的爆破壓力一般不超過操作壓力的1.25倍。若防爆片在低于操作壓力時破裂，就不能維持正常生產(chǎn)；若超過設(shè)定壓力而防爆片還不破裂則不能保證安全生產(chǎn)。3、防爆片一旦選定就限止了反應(yīng)工藝的改變；4、防爆片的安裝和維護(hù)需十分小心，因不小心而對防爆片有損害，則會導(dǎo)致防爆裝置失靈，而需重新購買并安裝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對放空閥和防爆片的不足，提供一種容器過壓保護(hù)裝置及方法，可以根據(jù)容器或反應(yīng)釜的限壓設(shè)定泄壓條件，同時可根據(jù)容器或反應(yīng)釜內(nèi)的實(shí)際壓力，決定是否需要打開泄壓開關(guān)，達(dá)到遠(yuǎn)距離自動防爆的目的，特別是這種方法和裝置可以根據(jù)容器或反應(yīng)釜中實(shí)際需要的限壓值調(diào)節(jié)泄壓條件，并且制造成本低、容易安裝和維護(hù)、安全可靠。
本發(fā)明公開的基于磁流變液的智能可調(diào)容器過壓保護(hù)裝置(如圖1)，主要包括筒體1、裝于筒體中的磁流變液2、膜片3、繞在筒體1外面的電磁線圈4、下接頭5、上接頭6、電流驅(qū)動器7、控制器8、壓力傳感器9；其膜片3安放在筒體1內(nèi)，在下接頭5之上，電磁線圈4的接頭與電流驅(qū)動器7電源相連；電流驅(qū)動器7與控制器8相連并由控制器8控制電源的開或關(guān)以及供電大??；壓力傳感器9安裝在容器內(nèi)，測定容器內(nèi)的壓力，并將壓力信號給控制器8；控制器8根據(jù)實(shí)測壓力與設(shè)計限壓值對比信號，根據(jù)事先設(shè)定的程序判斷是否給電磁線圈4供、斷電以及供電大?。幌陆宇^5與要保護(hù)的容器連接；上接頭6與放空管連接。
所述的膜片用于將磁流變液和容器內(nèi)介質(zhì)隔開，其材料可以是金屬，也可選高分子材料，具體根據(jù)容器內(nèi)介質(zhì)和工藝要求而選擇不銹鋼片、或鈦鋼片、或A3鋼片、或磁流變橡膠、或聚四氟乙烯、或天然橡膠、或聚氨酯橡膠、或聚氯乙烯。
所述的上接頭和下接頭是分別用于連接容器的防爆接口和放空管，可以是法蘭，也可以是螺口，卡口。
本發(fā)明的基于磁流變液的智能可調(diào)容器過壓保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)過壓保護(hù)的方法是(如圖2所示)工作介質(zhì)為磁流變液，調(diào)節(jié)和實(shí)施裝置的過壓保護(hù)是利用磁流變液隨外加電源產(chǎn)生的磁場大小變化而改變粘度的磁流變效應(yīng)，也即是利用磁流變效應(yīng)調(diào)節(jié)裝置的耐壓能力從而達(dá)到保護(hù)容器過壓的目的。具體做法是將基于磁流變液的智能可調(diào)容器過壓保護(hù)裝置的下接頭5與容器的防爆接口的接頭連接，同時將基于磁流變液的智能可調(diào)容器過壓保護(hù)裝置的上接頭6與通向室外的放空管的接頭連接，壓力傳感器9安裝到容器內(nèi)，用于測定容器內(nèi)的實(shí)際壓力，壓力傳感器9與控制器8聯(lián)接，控制器根據(jù)容器的實(shí)測壓力與設(shè)計限壓值對比后，控制電磁線圈4電源的供、斷電，使受到磁場的作用磁流變液的密封作用和耐壓能力提高或下降，從而自動將容器與大氣接通或隔開，保護(hù)容器不過壓。
控制器8按設(shè)計的設(shè)定程序控制電磁線圈4的電流量；當(dāng)容器內(nèi)實(shí)測壓力小于容器設(shè)定限壓時，控制器8按設(shè)定電流條件(定電壓和電流強(qiáng)度)向電磁線圈4提供電源，(具體的電流和電壓值由容器的最大限壓以及磁流變液的性能和磁流變液用量等因素確定，使用前由基于磁流變液的智能可調(diào)容器過壓保護(hù)裝置的實(shí)測值確定，即電源的電壓和電流根據(jù)實(shí)際測定的過壓保護(hù)裝置的耐壓能力與電壓、電流關(guān)系及容器的限壓值預(yù)先設(shè)定)，電流驅(qū)動器7呈閉合的供電狀態(tài)；此時筒體1內(nèi)的磁流變液受到磁場的作用，粘度迅速增大，甚至呈固體狀態(tài)，失去流動性，具有密封作用和很高的耐壓能力；當(dāng)容器內(nèi)實(shí)測壓力大于容器設(shè)定限壓時，控制器8切斷電磁線圈4的電流，電流驅(qū)動器7呈斷開的斷電狀態(tài)；此時筒體1內(nèi)的磁流變液未受到磁場的作用，粘度迅速降低，恢復(fù)流動性，耐壓能力下降，容器內(nèi)的氣體或液體可立即沖開膜片和磁流變液向容器外泄露出去，達(dá)到了減壓保護(hù)容器的效果。
本發(fā)明的基于磁流變液的智能可調(diào)容器過壓保護(hù)裝置，通過選擇不同磁流變特性的磁流變液及其用量來調(diào)節(jié)裝置的耐壓能力，或/和通過改變電流的電壓大小或電流強(qiáng)度大小實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)裝置的耐壓能力；壓力傳感器插入容器或反應(yīng)釜內(nèi)，用于測定容器或反應(yīng)釜內(nèi)的實(shí)際壓力，壓力傳感器與電源開關(guān)偶聯(lián)，當(dāng)容器或反應(yīng)釜內(nèi)實(shí)測壓力小于容器或反應(yīng)釜設(shè)定限壓時，聯(lián)接電磁線圈的直流電源呈供電狀態(tài)，電源的電壓和電流由根據(jù)過壓保護(hù)裝置的測定耐壓能力與電壓、電流關(guān)系及容器或反應(yīng)釜的限壓值預(yù)先設(shè)定；膜片起防止磁流變液泄漏的作用。
本發(fā)明中的基于磁流變液的智能可調(diào)容器過壓保護(hù)保護(hù)方法，是利用磁流變液的表觀粘度隨外加磁場可逆變化的特性，磁流變液的粘度與外加磁場強(qiáng)度成正比，而磁流變液的粘度與其耐壓能力成正比，即在其它條件固定的條件下，磁流變液的耐壓能力與外加磁場強(qiáng)度成正比。所以，可以根據(jù)容器或反應(yīng)釜的實(shí)際需要限止壓力，設(shè)定外加磁場強(qiáng)度(磁場強(qiáng)度可以由流經(jīng)電磁線圈的電流強(qiáng)度改變)，當(dāng)壓力傳感器檢測到容器或反應(yīng)釜的實(shí)際壓力達(dá)到或超過設(shè)定限止壓力時，電源開關(guān)自動斷開電源，磁流變液的粘度立即下降，也即是磁流變液的耐壓能力立即下降，容器或反應(yīng)釜內(nèi)的氣體或液體將通過防止容器或反應(yīng)釜過壓的裝置向外溢出，達(dá)到泄壓的目的。
通過本發(fā)明可以方便地制造防止容器過壓的裝置，并對容器實(shí)施過壓保護(hù)。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，成本低，而且容易維護(hù)，特別是可以根據(jù)容器的實(shí)際限壓需要現(xiàn)場調(diào)節(jié)。該方法準(zhǔn)確可靠，可遠(yuǎn)距離通過儀器自動操作，安全，成本低。特別適合用于需要進(jìn)行過壓保護(hù)的化學(xué)反應(yīng)釜、高位槽、貯罐等。


圖1基于磁流變液的智能可調(diào)容器過壓保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)示意2基于磁流變液的智能可調(diào)容器過壓保護(hù)裝置的工作方法示意中標(biāo)號含義1筒體，2磁流變液，3膜片，4電磁線圈，5下接頭，6上接頭，7電流驅(qū)動器，8控制器，9壓力傳感器。
具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不是對本發(fā)明權(quán)利要求的限制。
實(shí)施例1一個體積5升的密封容器，有一個防爆接口，一個通氣閥，一個壓力傳感器接口，并裝有一個壓力表，試驗(yàn)設(shè)定限壓為0.15兆帕。在容器的防爆接口安裝如圖1所示的基于磁流變液的智能可調(diào)容器過壓保護(hù)裝置，其中膜片是磁流變橡膠墊片，上下接頭是法蘭，按圖2所示將壓力傳感器9裝在容器內(nèi)，聯(lián)接電流驅(qū)動器7和控制器8，將控制器8的控制程序中的電流設(shè)定為30伏特、1.5安培；試驗(yàn)開始時，容器內(nèi)的壓力表顯示壓力為零，壓力傳感器9檢測到容器內(nèi)壓力低于0.15兆帕，控制器8按設(shè)定電流條件(電壓為30伏特和電流強(qiáng)度1.5安培)通過電流驅(qū)動器7向電磁線圈4提供電源，容器為密封狀態(tài)；當(dāng)向容器充入壓縮空氣時，壓力表顯示的容器內(nèi)的壓力逐步增大，而當(dāng)容器內(nèi)壓力達(dá)到0.15兆帕?xí)r，控制器8立即斷開電流驅(qū)動器7，基于磁流變液的智能可調(diào)容器過壓保護(hù)裝置中的電磁線圈4通過的電流立刻為零，磁流變液2所受的外磁場強(qiáng)度也為零，結(jié)果是基于磁流變液的智能可調(diào)容器過壓保護(hù)裝置的膜片3和磁流變液2立即被容器內(nèi)的氣體沖開，容器立刻與大氣相通，達(dá)到泄壓作用，自動保護(hù)了容器。
實(shí)施例2一個體積2升的密封容器，有一個防爆接口，一個通氣閥，一個壓力傳感器接口，并裝有一個壓力表，試驗(yàn)設(shè)定限壓為0.1兆帕。在容器的防爆接口安裝如圖1所示的基于磁流變液的智能可調(diào)容器過壓保護(hù)裝置，其中膜片是A3鋼墊片，上下接頭是螺口，按圖2所示將壓力傳感器9裝在容器內(nèi)，聯(lián)接電流驅(qū)動器7和控制器8，將控制器8的控制程序中的電流設(shè)定為20伏特、1.0安培；試驗(yàn)開始時，容器內(nèi)的壓力表顯示壓力為零，壓力傳感器9檢測到容器內(nèi)壓力低于0.1兆帕，控制器8按設(shè)定電流條件(電壓為20伏特和電流強(qiáng)度1.0安培)通過電流驅(qū)動器7向電磁線圈4提供電源，容器為密封狀態(tài)；當(dāng)向容器充入壓縮空氣時，壓力表顯示的容器內(nèi)的壓力逐步增大，而當(dāng)容器內(nèi)壓力達(dá)到0.10兆帕?xí)r，控制器8立即斷開電流驅(qū)動器7，基于磁流變液的智能可調(diào)容器過壓保護(hù)裝置中的電磁線圈4通過的電流立刻為零，磁流變液2所受的外磁場強(qiáng)度也為零，結(jié)果是基于磁流變液的智能可調(diào)容器過壓保護(hù)裝置的膜片3和磁流變液2立即被容器內(nèi)的氣體沖開，容器立刻與大氣相通，達(dá)到泄壓作用，自動保護(hù)了容器。
權(quán)利要求
1.一種基于磁流變液的智能可調(diào)容器過壓保護(hù)裝置，其特征在于，該基于磁流變液的智能可調(diào)容器過壓保護(hù)裝置主要包括筒體(1)、裝于筒體中的磁流變液(2)、膜片(3)、繞在筒體(1)外面的電磁線圈(4)、下接頭(5)、上接頭(6)、電流驅(qū)動器(7)、控制器(8)、壓力傳感器(9)；其膜片(3)安放在筒體(1)內(nèi)，在下接頭(5)之上，電磁線圈(4)的接頭與電流驅(qū)動器(7)電源相連；電流驅(qū)動器(7)與控制器(8)相連并由控制器(8)控制電源的開或關(guān)以及供電大??；壓力傳感器(9)安裝在容器內(nèi)，測定容器內(nèi)的壓力，并將壓力信號給控制器(8)；控制器(8)根據(jù)實(shí)測壓力與設(shè)計限壓值對比信號給電磁線圈(4)供、斷電以及供電大??；下接頭(5)與要保護(hù)的容器連接；上接頭(6)與放空管連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁流變液的智能可調(diào)容器過壓保護(hù)裝置，其特征在于，所述的膜片根據(jù)容器內(nèi)介質(zhì)和工藝要求而選擇不銹鋼片，或鈦鋼片，或A3鋼片，或磁流變橡膠，或聚四氟乙烯，或天然橡膠，或聚氨酯橡膠，或聚氯乙烯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁流變液的智能可調(diào)容器過壓保護(hù)裝置，其特征在于，所述的上接頭(6)和下接頭(5)為法蘭接頭，或螺口接頭，或卡口接頭。
4.權(quán)利要求1所述的基于磁流變液的智能可調(diào)容器過壓保護(hù)裝置應(yīng)用方法，其特征在于，將該裝置的下接頭(5)與容器的防爆接口的接頭連接，同時將上接頭(6)與容器的放空管的接頭連接，壓力傳感器(9)安裝到容器內(nèi)，測定容器的實(shí)際壓力，壓力傳感器(9)與控制器(8)聯(lián)接，控制器根據(jù)容器的實(shí)測壓力與設(shè)計限壓值對比后，控制電磁線圈(4)電源的供、斷電，使受到磁場的作用磁流變液的密封作用和耐壓能力提高或下降，從而自動將容器與大氣接通或隔開，保護(hù)容器不過壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于磁流變液的智能可調(diào)容器過壓保護(hù)裝置應(yīng)用方法，其特征在于，控制器(8)按設(shè)計的設(shè)定程序控制電磁線圈(4)的電流量；當(dāng)容器內(nèi)實(shí)測壓力小于容器設(shè)定限壓時，控制器(8)按設(shè)定電壓和電流強(qiáng)度向電磁線圈(4)提供電源，電流驅(qū)動器(7)呈閉合的供電狀態(tài)，使筒體(1)內(nèi)的磁流變液受到磁場的作用，粘度迅速增大，密封作用和耐壓能力提高；當(dāng)容器內(nèi)實(shí)測壓力大于容器設(shè)定限壓時，控制器(8)切斷電磁線圈(4)的電流，電流驅(qū)動器(7)呈斷開的斷電狀態(tài)，使筒體(1)內(nèi)的磁流變液未受到磁場的作用，粘度迅速降低，恢復(fù)流動性，耐壓能力下降，容器內(nèi)的氣體或液體立即沖開膜片(3)和磁流變液向容器外泄露出去，達(dá)到減壓保護(hù)容器的效果。
全文摘要
一種基于磁流變液的智能可調(diào)容器過壓保護(hù)裝置及方法，該裝置包括外筒(1)、外筒中的磁流變液(2)、膜片(3)、繞在外筒(1)上的電磁線圈(4)、下接頭(5)、上接頭(6)、電流驅(qū)動器(7)、控制器(8)、壓力傳感器(9)；其膜片(3)在下接頭(5)之上，電磁線圈(4)的接頭與電流驅(qū)動器電源相連；電流驅(qū)動器(7)與控制器(8)相連，下接頭(5)連接容器，上接頭(6)連接放空管，壓力傳感器(9)裝在容器內(nèi)，測定容器內(nèi)壓力，將壓力信號給控制器(8)，控制器(8)根據(jù)實(shí)測壓力與設(shè)計限壓值對比信號，控制電磁線圈(4)供、斷電及供電大小，使磁流變液的密封和耐壓力提高或下降，使容器與大氣接通或隔開而不過壓。
文檔編號F17C13/00GK1888514SQ20061001962
公開日2007年1月3日 申請日期2006年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月13日
發(fā)明者程海斌, 高為鑫, 張清杰, 王金銘, 張劍, 李惠庭, 肖峻, 陳作炳, 袁潤章 申請人:武漢理工大學(xué), 江蘇天一超細(xì)金屬粉末有限公司