用于气动式脉冲液体射流泵的液位控制测量系统和方法技术方案

用于气动式脉冲液体射流泵的液位控制测量系统和方法，该系统包括活塞筒，高位、低位液位限测控管，低位、高位压差传感器，Ｄ／Ａ转换器，数据收集系统以及用户终端工作站。当低位液位限测控管和活塞筒间的压差信号产生“Ｖ”型阶跃时，判断低位液位限到达；当高位液位限测控管和活塞筒间的压差信号产生由零开始的阶跃信号时，判断高位液位限到达；根据低位液位限测控管和活塞筒间的压差信号计算活塞筒内实际的液位高度。本发明专利技术的液位控制测量系统，无机械可动部件，可实现远程控制，可很好地满足气动式脉冲液体射流泵中的活塞筒高低液位限的控制要求，因此可在危险环境下充分减少维修需求，以保证维修、操作人员的人身安全。

Liquid level control measuring system and method for pneumatic pulsed liquid jet pump

For the pneumatic pulsed liquid jet pump type liquid level control system and measurement method, the system includes a piston cylinder, the upper and lower level limit measurement and control, low and high pressure difference sensor, D / A converter, data collection system and user terminal station. When the low liquid level limit measurement and control tube and the piston cylinder pressure difference between the signal \V\ step, the low liquid level limit is reached; when the high liquid level limit measurement and control tube and the piston cylinder pressure difference between the signal generated by the zero step signal, the high liquid level limit is reached; according to the level of low liquid level limit measurement and control tube and the piston cylinder between the differential pressure signal in the piston cylinder is calculated the actual height. The measurement of liquid level control system of the invention, no mechanical moving parts, can realize remote control, which can well meet the pneumatic control piston cylinder liquid level pulsed liquid jet pump in the limit requirements, thus can decrease the maintenance requirement in dangerous environment, maintenance, to ensure the safety of operating personnel.

【技术实现步骤摘要】

用于气动式脉冲液体射流泵的液位控制系统和方法属于流体输送、液位测量和监控技术 领域，可用于腐蚀性、毒性、放射性等危险性流体输送时的液位限控制和液位高度的测量和 监控。
技术介绍
在化工、能源、矿山等工业生产中，常常涉及到具有腐蚀性、毒性的危险性流体的输送 操作。对通常的机械式流体泵送设备来说，由于存在可动部件，设备长期运行后将不得不定 期对设备进行维修、更换等操作，在输送流体具有人身危害性的情况下，这种操作必然会对 操作、维修人员带来危险。在核能生产领域，由于流体普遍存在放射性，该问题尤其严重。为此，如图1所示的、无可动部件的气动式脉冲液体射流泵系统成为该种情况下的优选 输送设备。该系统由动力源(由压縮喷射器和真空喷射器组成)、活塞桶、可逆流体换向装置 (Reverse flow diverter, RFD)三大部分组成，工作过程分压冲和抽吸两个过程压冲时， 高压气体在压缩喷射器的作用下，直接作用于气液活塞筒内的液体之上，加压流体经过RFD 的入流结构，把压能转化为动能，在入流结构的出口处形成射流。由于射流边界层的紊动扩 散作用，在引流间隙中的射流核心区周围将产生负压区，使部分从贮料桶通过引流管进入引 流间隙中的流体被巻吸入射流主体。这两股流体在引流间隙以及出流结构内混合，进行能量 和质量传递，于是加压流体的速度减小，被吸流体的速度增大，两者的速度在出流结构出口 处渐趋一致。在此过程中，混合流体的动能逐渐转换成静压能，流体由此被输送到后续单元 中。当活塞筒内液位降到低位液位限时，压冲过程结束，抽吸过程开始。在抽吸过程中，真 空喷射器抽吸活塞筒内的气体，使压力降低到供液箱和排液管中部分液体能被反吸到气液活 塞筒内，当筒内的反吸液体上升到高位液位限时，关闭通气阀和抽气阀，打开压縮空气阀， 再将筒内液位压縮到低位液位限，如此反复循环。在气动式脉冲液体射流泵上述工作过程中，如操作不当，压冲时有可能将高压气体压入 后续单元，抽吸时又可能导致液体溢出活塞筒进入顶部气体管路，在输送流体具有危险性的 情况下，尤其是具有放射性的情况下，将有可能造成非常严重的后果。因此，活塞筒中高位 液位限、低位液位限的判断控制，以及压冲、抽吸过程中液位高度的实时监测对操作安全具 有特别重要的意义。由于流体具有人身伤害性，为尽可能减少维修更换并可远距离控制操作， 与流体接触部分不存在机械可动部件的免维修结构也同时成为该液位控制测量系统的必要的 设计目标。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对危险性流体的输送问题，提供一种适用于但不限于气动式脉冲液体射流泵系统的、无机械可动部件、可远程控制操作的液位控制测量系统和方法。 本专利技术的技术方案如下一种用于气动式脉冲液体射流泵的液位控制测量系统，其特征在于该液位控制测量系 统包括活塞筒，设置在活塞筒内的低位液位限测控管，低位压差传感器，D/A转换器，数据 收集系统以及用户终端工作站；所述的低位液位限测控管与所述的低位压差传感器的高压端相连，所述的低位压差传感器低压端与活塞筒的顶部相连；所述的低位压差传感器的信号输 出通过信号线与A/D数据收集系统相连；所述活塞筒顶部通过一个出口分别连通高压气路和 放空气路，高压气路和放空气路上分别装有第一电磁阀和第二电磁阀；所述第一电磁阀和第 二电磁阀的开关控制信号端均与D/A转换器的控制信号输出端连接；所述D/A转换器和A/D 数据收集系统均由用户终端工作站计算机控制。本专利技术的另一技术方案是该液位控制测量系统还包括高位液位限测控管和高位压差传感器，所述的高位液位限测控管设置在活塞筒内部；所述的高位液位限测控管与所述的高位 压差传感器的高压端相连，所述的高位压差传感器的低压端与活塞筒的顶部相连；所述的高 位压差传感器的信号输出通过信号线与A/D数据收集系统相连。本专利技术所述的上述方案中，D/A转换器、A/D数据采集系统和用户终端工作站用固化有 控制程序的单片机代替，所述的低位压差传感器、高位压差传感器的信号输出直接与单片机 外围的电压/电流信号输入端相连，单片机的电压输出信号作为控制信号控制第一电磁阀和第 二电磁阀。本专利技术所述的上述方案中高压气路和放空气路另一种连接方式是各自直接和活塞筒的 顶部相连。本专利技术提供了基于上述第一种方案的用于气动式脉冲液体射流泵的液位控制测量方法，其特征在于该方法按如下步骤进行1) 首先确定高、低液位限到达时的低位液位限测控管和活塞筒之间的具体压差数值，以该数值作为高、低液位限到达的判断、控制标准；2) 在操作条件稳定的情况下，低位压差传感器实时测量低位液位限测控管和活塞筒 之间的压力差数值，终端工作站计算机将该测量数值与设定的高位液位限、低位液位限到达 时的压差设定值进行比对，当低位压差传感器检测到的压差信号数值到达设定数值时即判断 高位液位限或低位液位限达到；3) 液位测量时，在活塞筒的压冲、抽吸过程中，低位液位限测控管中的液柱高度随 活塞筒中的液位变化而变化，两者之间呈单调的唯一关系，根据低位压差传感器测量得到的 低位液位限测控管和活塞筒之间的压力差，即可根据公式计算得到低位液位限测控管中的液 柱高度，并随之得到活塞筒中的液位高度，具体公式如下-<formula>formula see original document page 6</formula>其中，/ m、 A分别是低位液位限测控管8和活塞筒3中的液位高度，Km、 A是低位液位 限测控管8的总体积和截面积，尸v、尸s分别是压冲压力和抽吸压力，d尸是低位液位限测控管8 和活塞筒3之间的压力差。本专利技术提供了基于上述第二种方案的用于气动式脉冲液体射流泵的液位控制测量方法， 其特征在于该方法按如下步骤进行1) 低位限控制以低位液位限测控管底部开口位置作为低位液位限的控制位置，在活 塞筒压冲过程中，当液位下降到低于低位液位限测控管底部开口的位置时，低位液位限测控 管内的液柱在重力的作用下突然落下，低位液位限测控管内和活塞筒液面上部的压力差瞬间 变为零，从而形成了一个阶跃式的"V"型压差变化，以此种趋势的压差变化作为低位液位限 判断、控制的标准。2) 高位限控制以高位液位限测控管的底部开口位置作为高位液位限的控制位置，在活塞筒抽吸过程中，当液位上升且开始淹没高位液位限测控管的底部开口时，其内部将产生 一个液柱，并导致其内部和活塞筒内的压差为正值并逐渐升高，即产生一个从零开始的"突 变，以该趋势作为高位液位限控制的判断、控制标准。3) 液位测量时，在活塞筒的压冲、抽吸过程中，低位液位限测控管中的液柱高度随活 塞筒中的液位变化而变化，两者之间呈单调的唯一关系，根据低位压差传感器测量得到的低 位液位限测控管和活塞筒之间的压力差，即可根据公式计算得到低位液位限测控管中的液柱高度，并随之得到活塞筒中的液位高度。具体公式如下F 尸 A --ii_)其中，4、 A分别是低位液位限测控管8和活塞筒3中的液位高度，K、 A是低位液位 限测控管8的总体积和截面积，尸v、 A分别是压冲压力和抽吸压力，d尸是低位液位限测控管8 和活塞筒3之间的压力差。如上所述，当采用第二种方案，即采用压差变化的唯一性趋势作为判断高低液位限是否 到达时的标准，而不采用具体数值作为判断标准本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于气动式脉冲液体射流泵的液位控制测量系统，其特征在于：该液位控制测量系统包括活塞筒（３），设置在活塞筒内的低位液位限测控管（８），低位压差传感器（９），Ｄ／Ａ转换器（１１），数据收集系统（１２）以及用户终端工作站（１３）；所述的低位液位限测控管（８）与所述的低位压差传感器（９）的高压端相连，所述的低位压差传感器低压端与活塞筒的顶部相连；所述的低位压差传感器的信号输出通过信号线与Ａ／Ｄ数据收集系统（１２）的相连；所述活塞筒（３）顶部通过一个出口分别连通高压气路（１６）和放空气路（１７），高压气路和放空气路上分别装有第一电磁阀（１４）和第二电磁阀（１５）；所述第一电磁阀（１４）和第二电磁阀（１５）的开关控制信号端均与Ｄ／Ａ转换器（１１）的控制信号输出端连接；所述Ｄ／Ａ转换器（１１）和Ａ／Ｄ数据收集系统（１２）均由用户终端工作站计算机（１３）控制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐聪，景山，吴秋林，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]