專利名稱：抽吸式無運動部件自調(diào)節(jié)液位控制器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于自動控制技術(shù)領域，涉及液位調(diào)節(jié)器，特別是抽吸式無運動部件自調(diào)節(jié)液位控制器。
背景技術(shù)：
工業(yè)生產(chǎn)中，各種容器大都需要通過控制和調(diào)節(jié)，使液位穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)，滿足工藝流程的要求，液位調(diào)節(jié)器是廣泛應用的一種產(chǎn)品。目前工業(yè)上廣泛采用的液位調(diào)節(jié)器有機械式、氣動式和電動式。它們都是通過液位調(diào)節(jié)器外部的機械、電氣或氣動裝置實現(xiàn)液位的自動調(diào)節(jié)與控制。這些調(diào)節(jié)器均因其執(zhí)行機構(gòu)動作頻繁，導致易磨損、易腐蝕而經(jīng)?？裙收?，或因電氣、氣動元件以及線路等故障使液位失控，嚴重影響設備和系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行；影響工藝過程、產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因而迫切需要發(fā)明更新穎、更實用、更可靠的液位控制器。二十世紀九十年代中期興起的以汽液兩相流流動特性為原理而產(chǎn)生的中國專利汽液兩相流液位自動水位調(diào)節(jié)器(專利號ZL92232825.0)、一種自調(diào)節(jié)液位器(專利號ZL 94246917.8)、壓差式自調(diào)節(jié)液位控制器(專利號ZL 95210632.9)、智能式自調(diào)節(jié)液位控制器(ZL 97239699.3)、自調(diào)節(jié)液位控制器(ZL 97242212.9)和“一種分體式兩相流液位控制器”(申請?zhí)?00410073350.7)，都是適應這種要求的專利。為了便于敘述，將這些專利所涉及的液位器簡稱為“汽液兩相流類型自調(diào)節(jié)液位控制器”。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種全新的抽吸式無運動部件自調(diào)節(jié)液位控制器，該自調(diào)節(jié)液位控制器的執(zhí)行機構(gòu)無機械運動部件，無電氣、氣動元件，控制回路整個裝置系全密封而無泄漏，利用管端抽吸特性來改變輸出液體的能力，達到控制液位的目的。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)解決方案一種抽吸式無運動部件自調(diào)節(jié)液位控制器，包括設置在工業(yè)容器中的一抽吸管頭，其特征在于，在抽吸管頭的出口通過出口閥連接有限流器，限流器與液體輸出管連接；在抽吸管頭的出口還連接有一根裝有旁路閥的旁路管，該旁路管連接在限流器之后，并與液體輸出管連通。
本發(fā)明的抽吸式無運動部件自調(diào)節(jié)液位控制器，在工作原理上完全不同于“汽液兩相流類型自調(diào)節(jié)液位控制器”，而性能與可靠性將大大高于現(xiàn)有的同類裝置。具有調(diào)節(jié)范圍大、調(diào)節(jié)性能良好、全密封無泄漏等突出優(yōu)點，并解決了“汽液兩相流類型自調(diào)節(jié)液位控制器”在火電廠的加熱器上使用時，可能導致加熱器下端差增大、汽輪發(fā)電機組運行經(jīng)濟性降低的重大問題。


圖1是管端位置圖；圖中標號8為液面，11為平口管端，12為液位標尺；圖2是汽相流型圖；圖中標號11為平口管端，21為氣泡；圖3是液相流型圖；圖中標號11為平口管端，31為液滴；圖4是管端抽吸液體的變化規(guī)律曲線；圖5是本發(fā)明的抽吸式無運動部件自調(diào)節(jié)液位控制器連接系統(tǒng)圖；圖6是向上平開口抽吸管頭結(jié)構(gòu)與放置位置圖；圖7是水平剖管式抽吸管頭結(jié)構(gòu)，其中(b)為(a)的左側(cè)側(cè)視圖；圖8是水平剖管式抽吸管頭放置位置圖；
圖9是限流器的類型圖，其中(a)是孔板，(b)是漸縮噴管，(c)是漸縮漸擴噴管，(d)是漸擴噴管；圖10是用于火電廠的立式加熱器有疏水冷卻段時抽吸式自調(diào)節(jié)液位器連接系統(tǒng)與抽吸管頭放置位置圖；圖中標號41為被加熱水出口，42為被加熱水入口，43為蒸氣入口，44為蒸氣冷卻段，45為主凝結(jié)段，46為疏水冷卻段；圖11是用于火電廠的臥式加熱器有疏水冷卻段時抽吸式自調(diào)節(jié)液位器連接系統(tǒng)與抽吸管頭放置位置圖；圖中標號41為被加熱水出口，42為被加熱水入口，43為蒸氣入口，44為蒸氣冷卻段，45為主凝結(jié)段，46為疏水冷卻段；圖12是用于火電廠的立式加熱器有疏水冷卻段時抽吸式自調(diào)節(jié)液位器連接系統(tǒng)與抽吸管頭放置位置圖；圖中標號41為被加熱水出口，42為被加熱水入口，43為蒸氣入口，44為蒸氣冷卻段，45為主凝結(jié)段，46為疏水冷卻段；圖13用于火電廠的臥式加熱器有疏水冷卻段時抽吸式自調(diào)節(jié)液位器連接系統(tǒng)與抽吸管頭放置位置圖。圖中標號41為被加熱水出口，42為被加熱水入口，43為蒸氣入口，44為蒸氣冷卻段，45為主凝結(jié)段，46為疏水冷卻段。
以下結(jié)合附圖和本發(fā)明的工作原理以及具體應用本發(fā)明的實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
具體實施方式
1、結(jié)構(gòu)原理參見圖5，本發(fā)明的抽吸式無運動部件自調(diào)節(jié)液位控制器由抽吸管頭2和限流器4兩大部件組成。
抽吸管頭2的作用是隨液面8變化而改變抽吸管頭輸出液體流量。
抽吸管頭2有三種形狀①向下平開口抽吸管頭，它是具有一個平口管端、且該管端向下的管段。圖5中的抽吸管頭2為向下平開口抽吸管頭；②向上平開口抽吸管頭，它是具有一個平口管端、且該管端向上的管段。圖6表述了抽吸管頭2向上平開口抽吸管頭的形狀；③水平剖管式抽吸管頭，該水平剖管式抽吸管頭包括一個端口不對稱水平管段，該不對稱水平管段的端口沿水平管段中心線分為上端口部和下端口部，上端口部和下端口部之間沿水平管段中心線相隔一段距離，在上部端口和下部端口上分別設有半圓形堵板。即制備方法是在一個管端沿管子軸向中心線剖開，并沿徑向挖去下半部，然后用兩個半圓形板分別堵于管端上部、下部，其結(jié)構(gòu)如圖7所示，由此形成管端開口向下的狀態(tài)；也可以采用鑄造等其它加工方法與工藝、或采用其它材料制造出具有圖7所示的外部形狀的水平剖管式抽吸管頭。應根據(jù)不同工業(yè)容器的結(jié)構(gòu)要求或安裝條件的限制，選用恰當形狀的抽吸管頭。當需要的抽吸管頭的管徑很大時，應在平口入口處裝設“十字”鋼架，消除旋渦。
抽吸管頭2在工業(yè)容器1中放置的位置如圖5、圖6、圖8、圖10、圖11、圖12、圖13所示，要將抽吸管頭的平口管端放置在液面8下。
如圖5中所示，限流器4的作用是限制出口管道輸出液體流量的最大值。限流器4可以是孔板，也可以是漸縮噴管、或漸縮漸擴噴管、漸擴噴管等，如圖9(a)、(b)、(c)、(d)所列四種。
圖5是本發(fā)明的抽吸式無運動部件自調(diào)節(jié)液位控制器的連接系統(tǒng)圖，它由工業(yè)容器1(工業(yè)生產(chǎn)過程中的容器，該容器的液位要求自動控制，如火電廠的加熱器等)，抽吸管頭2，限流器4，以及出口閥3和旁路閥6組成。具體連接描述如下工業(yè)容器1中設置一抽吸管頭2，抽吸管頭2出口緊接出口閥3，出口閥3后連接限流器4，限流器4后連接液體輸出管5。在抽吸管頭2出口接一根旁路管7，該旁路管7連接在限流器4后并與液體輸出管5相連，在旁路管7上裝一個旁路閥6。
如圖5所示的抽吸式無運動部件自調(diào)節(jié)液位控制器系統(tǒng)，其液位控制是這樣實現(xiàn)當系統(tǒng)處于最大負荷時，液體從輸出管路排出的液體量達最大，此時液面8處于抽吸管口平面以上10mm～15mm，工業(yè)容器1進、出液體達到平衡，液位處于穩(wěn)定不變狀態(tài)；當負荷下降時，流入工業(yè)容器1的液體流量減少，這時出口流量仍未改變，即進得少，出得多，工業(yè)容器1的液體流量進出不平衡，導致液位下降。在液位下降的同時，按抽吸管端的特性，抽吸能力下降，導致輸出液體流量下降。當液位降到一定位置時，工業(yè)容器1中液體進、出流量達到新的平衡，液位穩(wěn)定在新的位置；反之，當負荷上升時，流入工業(yè)容器1中的液體流量增加，這時出口流量仍未改變，即進得多，出得少，工業(yè)容器1內(nèi)液體流量進、出不平衡，導致液位上升。在液位上升的同時，按抽吸管端的特性，抽吸能力上升，導致輸出液體流量增加。當液位上升到一定位置時，工業(yè)容器1中液體進出流量達到新的平衡，液位穩(wěn)定在新的位置。由此達到自動調(diào)節(jié)液位的目的。為適應設計參數(shù)與實際運行參數(shù)(壓力及流量)出現(xiàn)的偏差(此情況在工程實踐中經(jīng)常發(fā)生)，在系統(tǒng)中增設了出口閥3及旁路閥6，作為調(diào)整正負偏差之用。出口閥3和旁路閥6可以應用具有一定節(jié)流性能的各種類型的閥門，例如閘閥、調(diào)節(jié)閥、蝶閥等等。
2.工作原理抽吸式無運動部件自調(diào)節(jié)液位控制器的工作原理是利用管端抽吸特性來改變輸出液體的能力，達到控制液位的目的。
在壓力容器中插入一根平口管端(見圖1)，用以排出液體時，有下面自然現(xiàn)象發(fā)生。在壓力P1＞P2，且ΔP＝P1-P2不變以及管路各種阻力亦不變狀態(tài)下，當容器液位在管端平口上部10mm以上時，這時管端水平口被液面全密封，液體借壓差抽吸能力，從出口連續(xù)排出液體，并且排出液體的最大流量，決定于ΔP及管路阻力。若液面逐漸下降，譬如從+10mm降為+9mm、+8mm、+7mm，這時雖然液面仍將管端水平口封住，但已開始有汽體透過液面，呈汽泡狀隨液體從出口排出(見圖2)。這時抽吸液體能力下降，液體輸出流量隨之下降。這種現(xiàn)象隨著液面不斷降低，汽泡量將不斷增多，抽吸液體能力和輸出液體流量將迅速下降。當液位降至管端平口處，即圖1中的液位標尺的0位時，抽吸液體能力已極度微弱，只能隨汽流攜帶部分液滴排出，如圖3。若液位從0位繼續(xù)下降到-5mm，則汽流攜帶液滴量逐步趨于零，抽吸液體的排出量隨之趨于零。上述過程中汽體的排出量則與液體的排出量相反，由輸出為零逐步達到最大。它們的變化規(guī)律經(jīng)試驗參見如圖4的曲線。
由此可以得出重要的結(jié)論液位從+15mm降到-15mm，管端抽吸能力大幅度降低，導致液體輸出量變化非常大，流量從最大迅速變化到零。就是說液位變化一點點，就能大幅度改變液體輸出流量。這就是管端抽吸的自然規(guī)律和特性。本發(fā)明利用這一規(guī)律和特性實現(xiàn)液位的自動調(diào)節(jié)，使液位變化控制在很小范圍，達到控制液位的目的。
3.具體應用實例對于火電廠的加熱器使用本發(fā)明時若加熱器中無“疏水冷卻段”，可使用圖5、圖6、圖8中抽吸管頭結(jié)構(gòu)與放置位置；若加熱器中有“疏水冷卻段”，則可將抽吸管頭直接裝在加熱器內(nèi)“疏水冷卻段”的疏水入口處，如圖10(適用于立式加熱器)及圖11(適用于臥式加熱器)所示。如果在布置上有困難，也可采用彎頭式抽吸管頭(其實質(zhì)上是向上平開口抽吸管頭)的方式，如圖12(適用于立式加熱器)及圖13(適用于臥式加熱器)所示。
本發(fā)明的抽吸式無運動部件自調(diào)節(jié)液位控制器的液位調(diào)節(jié)過程，是一個典型的“雙位有差調(diào)節(jié)”。經(jīng)試驗證明，其液位差變化很小，從最大負荷到最小負荷液位變化不超過10mm～20mm，這是管端抽吸特性規(guī)律所決定的(見圖4特性曲線)。從特性曲線還看出，在負荷從100％變到50％或30％，其汽耗量很小，約為輸出液量的2％左右。這些調(diào)節(jié)指標能滿足現(xiàn)代工業(yè)對液位控制的要求。實驗證明本發(fā)明原理正確，屬原創(chuàng)性，調(diào)節(jié)范圍大，性能良好，液位穩(wěn)定；實現(xiàn)了無機械運動部件、無電氣、無氣動元件，全密封無泄漏，因而有安全性、可靠性好、使用壽命長等突出優(yōu)點，同時解決了“汽液兩相流類型自調(diào)節(jié)液位控制器”在有“疏水冷卻段”的加熱器上使用時，導致加熱器下端差增大、汽輪發(fā)電機組運行經(jīng)濟性降低的重大問題，將發(fā)展成為新一代液位控制產(chǎn)品。
權(quán)利要求1.一種抽吸式無運動部件自調(diào)節(jié)液位控制器，包括設置在工業(yè)容器(1)中的一抽吸管頭(2)，其特征在于，在抽吸管頭(2)的出口通過出口閥(3)連接有限流器(4)，限流器(4)與液體輸出管(5)連接；在抽吸管頭(2)的出口還和旁路管(7)連通，旁路管(7)與連接在限流器(4)出口的液體輸出管(5)連通；旁路管(7)上裝有旁路閥(6)。
2.如權(quán)利要求1所述的液位控制器，其特征在于，所述的限流器(4)是孔板或是漸縮噴管、漸縮漸擴噴管、漸擴噴管其中之一。
3.如權(quán)利要求1所述的液位控制器，其特征在于，所述的抽吸管頭(2)形狀為向下平開口抽吸管頭或向上平開口抽吸管頭或水平剖管式抽吸管頭。
4.如權(quán)利要求3所述的液位控制器，其特征在于，所述的向下平開口抽吸管頭具有一個平口管端、且該管端向下的管段。
5.如權(quán)利要求3所述的液位控制器，其特征在于，所述的向上平開口抽吸管頭是具有一個平口管端、且該管端向上的管段。
6.如權(quán)利要求3所述的液位控制器，其特征在于，所述的水平剖管式抽吸管頭包括一個端口不對稱水平管段，該不對稱水平管段的端口沿水平管段中心線分為上端口部和下端口部，上端口部和下端口部之間沿水平管段中心線相隔一段距離，在上部端口和下部端口上分別設有半圓形堵板。
7.如權(quán)利要求1所述的液位控制器，其特征在于，所述的工業(yè)容器(1)為火電廠的加熱器或其它以凝結(jié)換熱方式進行熱交換、并且加熱工質(zhì)與被加熱工質(zhì)不混合的換熱器。
8.如權(quán)利要求7所述的液位控制器，其特征在于，當所述的火電廠的加熱器帶有疏水冷卻段時，其中的抽吸管頭(2)的進口為該疏水冷卻段進水處一個向下的平口管端；或者為該疏水冷卻段進水處具有一個平口管端、且該管端向上的彎曲形狀的管段。
9.如權(quán)利要求3所述的液位控制器，其特征在于，所述的抽吸管頭(2)的平口管端放置在工業(yè)容器(1)中的液面(8)下。
10.如權(quán)利要求1所述的的液位控制器，其特征在于，所述的出口閥(3)和旁路閥(6)為閘閥或調(diào)節(jié)閥或蝶閥或具有一定節(jié)流性能的其它類型的閥門。
專利摘要本實用新型公開了一種抽吸式無運動部件自調(diào)節(jié)液位控制器，由抽吸管頭與限流器組成，是利用管端抽吸特性來改變抽吸管頭輸出液體的能力，達到控制容器液位的目的。抽吸管頭的一端放置在容器的液面下，抽吸管頭的另一端經(jīng)過出口閥和限流器的進口端相聯(lián)接。為了適應容納設計數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)有偏差現(xiàn)象，設置了出口閥、旁路閥與旁路管。抽吸式無運動部件自調(diào)節(jié)液位控制器具有調(diào)節(jié)范圍大、調(diào)節(jié)性能良好、全密封無泄漏等突出優(yōu)點，并解決了“汽液兩相流類型自調(diào)節(jié)液位控制器”在火電廠的加熱器上使用時，可能導致加熱器下端差增大、汽輪發(fā)電機組運行經(jīng)濟性降低的重大問題。
文檔編號G05D9/02GK2842508SQ20052007897
公開日2006年11月29日 申請日期2005年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月27日
發(fā)明者林萬超, 陳國慧, 邢秦安 申請人:西安交通大學