正壓型防爆控制系統的製作方法
2023-06-27 15:47:41
正壓型防爆控制系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種新型的正壓型防爆控制系統。其主要特徵是該正壓型防爆控制系統具有主控單元和洩壓單元；所述主控單元包括氣源調節比例分配氣路、大流量定時吹掃換氣氣路和動態穩壓氣路。上述氣路採用改進的膜式放大與噴嘴擋板技術、邏輯取樣技術和孔板差壓流量技術。該系統從原理設計到實現，始終把高可靠性放在首位，從原理設計、元件選型、加工工藝各方面系統考慮，從而得到一可靠的產品。鑑於電機在啟動、運行和加載時，殼體內壓力波動較大，甚至會產生負壓，這就要求正壓控制系統，動態跟隨迅速，響應速度快捷。由於本實用新型採取了上述技術方案，與現有技術相比，本實用新型具有運行的高可靠性和優異的動態響應性能。
【專利說明】正壓型防爆控制系統
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於正壓防爆設備【技術領域】，具體涉及一種正壓型防爆全自動氣動穩壓控制系統，主要用於正壓型防爆電機，也可用於其它需要實現正壓防爆的場合。
【背景技術】
[0002]電機防爆主要分為三種:隔爆型、增安型、正壓型。正壓型防爆電機主要是通過正壓型防爆控制系統，在電機啟動前，將流量較大的壓縮空氣等保護氣體導入電機殼體內，與電機殼體相連的卸壓閥打開，吹掃清除進入電機殼體內的危險氣體。吹掃完成後，通過聯動裝置啟動電機運行，正壓系統進入保壓穩壓控制狀態(由於防爆電機殼體存在漏氣，殼體內需要洩漏補償)，確保電機殼體內的壓力穩定，並始終高於外界(至少50Pa)，阻止外界可能存在的可燃性氣體進入電機內部，從而達到防爆的目的。
[0003]一般的正壓型防爆控制裝置，在運行時所控制的正壓容器內的壓力不存在大的波動，較易獲得穩定的正壓，控制裝置相對簡單，沒有穩壓保壓裝置，或者對動態響應要求不嚴。而電機用正壓型防爆控制系統，最大的不同在於其對動態穩壓功能要求較高。在電機啟動、拖動負載以及停機變動時，轉子轉速的改變會造成殼體內壓力大幅度波動，甚至會產生瞬間負壓，這就要求正壓防爆控制系統具有穩壓動態響應快、跟隨能力強、效果好的特性，隨時能提供一與波動相反的作用，快速補充流量，保證殼體內正壓動態穩定。
[0004]電機用正壓型防爆控制系統，在國內屬於新興技術，就目前來講，產品仍然以進口為主。國內產品尚屬研發階段，技術改進和提高的空間較大。作為正壓型防爆控制系統的核心技術，主要是其長久運行的可靠性和動態的快速響應性。
【發明內容】
[0005]為此，本實用新型的目的是設計出一種新型的正壓型防爆全自動氣動穩壓控制系統。
[0006]為達到上述目的，本實用新型採取的技術方案是該正壓型防爆控制系統具有主控單元和洩壓單元；所述主控單元包括氣源調節比例分配氣路、大流量定時吹掃換氣氣路和動態跟隨穩壓氣路。
[0007]上述氣源調節比例分配氣路:氣源經過過濾調壓閥，進入精密調壓閥後，分為6個分支，其中兩個接入氣控閥的輸入口，其餘四個接入氣動節流器後，分別給四個氣動微壓控制傳感器提供氣源基準信號或邏輯信號。
[0008]上述大流量定時吹掃換氣氣路:氣源經過濾調壓閥，到節流球閥，球閥用於調節合適的吹掃流量，再到兩位三通閥的P 口，此時C 口無氣壓，氣流從A 口出，進入正壓殼體，殼體內壓力上升。由PO 口引入主控單元，分為三路接入三個氣動微壓控制傳感器，進行壓力比較和邏輯放大，先是氣動微壓控制傳感器動作，然後帶動一、二級氣動閥動作，氣流經過三級氣動閥的A 口，再到Pl輸出口，Pl輸出口接洩壓單元的Pl 口，洩壓單元的Pl 口有氣壓後，氣缸打開擋板，殼體內的吹掃氣流，經過孔板差壓流量計，進入洩壓單元殼體，後經出風口，排出洩壓單元。到此，吹掃換氣氣路完成。
[0009]上述動態跟隨穩壓氣路:氣源經過濾調壓閥和新型氣動調節閥的輸入口 P，經輸出口 A，到兩位三通閥，由輸出口 A送入正壓殼體。殼體內的壓力信號經過取樣，由PO 口送給氣動微壓控制傳感器，由氣動微壓控制傳感器進行邏輯放大，輸出連到新型氣動調節閥的輸入口 C，作用於膜片下方，與設定壓力進行比較，結果會使膜片作出向上或向下移動，帶動閥杆移動，控制閥芯開合度，從而控制進氣量的大小，穩定殼體內的壓力。只要正壓殼體內的壓力發生變化，經取樣放大後的壓力，就會與設定壓力進行比較，結果就會使膜片作出向上或向下移動，帶動閥杆，控制閥芯開合度，從而控制進氣量的大小，穩定殼體內壓力的大小，實現動態穩壓。
[0010]上述動態穩壓氣路涉及到兩個關鍵元件:氣動微壓控制傳感器和新型氣動調節閥。
[0011]所述氣動微壓控制傳感器主要由弧形矽膠膜片(運動靈活、壽命長)、頂杆(由膜片帶動)、彈簧和噴嘴組成。弧形矽膠膜片與頂杆接觸，頂杆上套有彈簧，構成膜式放大機構；頂杆正對應於噴嘴，構成噴嘴擋板機構。該產品組合了膜式放大和噴嘴擋板氣動技術，產品設計新穎。工作時，微壓作用於膜片上，膜片帶動頂杆運動，從而控制進氣量的大小，實現了動態跟隨與穩壓。
[0012]所述新型氣動調節閥具有閥體，在閥體內上部設置有氣動膜片，氣動膜片中心與閥杆固定在一起，在閥體內氣動膜片下方設有獨立的控制氣室，控制氣室一側開有一氣控輸入接口，引入控制氣壓，作用於氣動膜片下方。工作時與設定壓力進行比較，結果會使膜片上、下移動，帶動閥杆，控制閥芯的開合度，從而控制進氣量大小。在控制氣室底部與輸出之間設有一通道，在埠處固定一節流氣塞，節流氣塞中心有一節流孔。
[0013]在氣動膜片上通過一彈簧與調整旋鈕帶動的頂杆進行彈性連接，調整旋鈕用於設定閥的初始開合度。
[0014]洩壓單元包括氣動孔板流量計組件和安全洩壓閥。
[0015]氣動孔板流量計組件包括孔板、孔板內外壓差感應探頭、差壓傳感器。氣體流經孔板，在孔板內外兩面產生氣壓差，信號通過壓差感應探頭送至差壓傳感器，由主控單元邏輯計算後確定當前氣體流量，以此來控制吹掃流量。一般來講氣體流量大小是由孔板口徑和壓差的大小來決定。若孔板口徑固定，流量由壓差大小決定，若壓差固定，流量由孔板口徑大小決定。傳統的氣動孔板流量計採用固定孔板口徑，通過檢測不同的壓差來檢測流量，當需要檢測幾個不同的流量時，就需要檢測幾個不同的孔板內外壓差，相應就需要幾個差壓傳感器，純氣動實現結構比較複雜。該正壓系統在設計上，只用一個差壓傳感器來檢測固定的壓差，通過採用不同口徑孔板，來實現不同流量。這樣在氣動設計上，結構簡潔、工作可靠。
[0016]安全洩壓閥:確保殼體內壓力達到洩壓閥設定值時，通過洩壓閥排氣。設計一定的排氣孔徑，與主控單元的閥門開度相對應，即使在主控發生故障的情況下，殼體內的壓力會得到安全控制。
[0017]該系統主要有三大功能:一、大流量定時吹掃換氣，二、換氣結束後的動態穩壓，三、輸出聯動信號。
[0018]正壓防爆控制系統的技術核心，首要是確保其運行的可靠性，其次是運行動態跟隨的快速響應性。設計上選用氣動控制方式，不涉及電子器件，本質安全，不受任何電磁幹擾影響。採用全自動運行方式，杜絕人為因素，在功能設計上周全嚴密，確保正壓殼體內在加電時始終處於高可靠狀態。科學的氣路設計和氣動調節閥的創新改進，以及特殊的膜片設計使整個系統的動態響應大大提高，性能已經趕上或超過國外同類產品性能。
[0019]對於需要設計加工的元件，如氣動微壓控制傳感器，在設計上剪輯兩種成熟的氣動技術:膜式放大和噴嘴擋板技術，組合到一起。將兩個不同而且成熟的技術組合起來完成一項新的功能，實現技術創新。元件選材上，比如傳感器的氣動膜片，選用可靠穩定的矽膠材質，膜片與塑料元件的結合，採用了複合成型而非粘合，同樣是確保組件的高可靠性。氣路設計採用新型氣動調節閥技術與微壓控制傳感器技術的巧妙結合，加之膜片的特殊設計,重量輕,反應靈敏,動態響應性能大為提高。
[0020]本實用新型應用對象是大型電機；大型電機具有高電壓、大電流的特性，周圍磁場環境惡劣，因此控制裝置必須具備抗磁場幹擾的特性。正壓型防爆控制系統完全採用氣動控制設計，不含電子電路，具有不受強電磁場幹擾的特點。另外，為避免人為操作的不可靠因素，整套系統採用全自動氣控的工作模式，系統具有較高的可靠性能。特殊的氣路設計和新型氣動調節閥的應用，以及特殊的膜片設計使整個系統的動態響應大大提高，性能已經趕上或超過國外同類產品性能，是替代進口的最佳產品。
[0021]由於本實用新型採取了上述技術方案，與現有技術相比，本實用新型具有可靠性高和動態響應快的優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]下面結合附圖，對本實用新型的結構特徵做進一步說明。
[0023]圖1是本實用新型的主控單元氣路實現圖。
[0024]圖2是本實用新型的洩壓單元氣路實現圖。
[0025]圖3是本實用新型氣動微壓控制傳感器的結構示意圖。
[0026]圖4是本實用新型新型氣動調節閥的結構示意圖。
[0027]圖5是本實用新型新型氣動調節閥應用的結構示意圖。
[0028]附圖1中:1-4.氣動微壓控制傳感器，5-8.氣動節流器，11_17.兩位三通閥，18.防爆開關，19.氣動指示燈，20.兩位三通閥，21.新型氣動調節閥，22.氣動定時器，23.精密調壓閥，25.過濾調壓器，26.氣動指示燈，28.球閥，29.梭閥，31.氣閥安裝座一，32.氣容，33.氣閥安裝座二，35-37.氣缸，38、39.防爆開關，40.孔板式差壓流量計，41.氣缸，42.安全洩壓閥，43.出風口(帶阻火網)，44.洩壓單元殼體，45.吹掃排氣孔蓋板，46.面板安裝氣動快接端子，47.弧型矽膠膜片，48.頂杆(即擋板)，49.噴嘴，50.微壓輸入，51.彈簧，52.氣動膜片，53.控制氣室，54.氣控輸入接口，55.節流氣塞，56.連通下氣室和輸出的通道，57.鎖緊螺母，58.調整旋鈕，59.閥體，60.放大器，61.氣控輸入，62.新型氣動調節閥，63.正壓容器。
[0029]P.氣動閥輸入,A.氣動閥輸出,E.氣動閥排氣,C.氣動閥氣控輸入,P0.壓力傳感輸入，Pl.氣動輸出(高有效)，P2、P3.壓差輸入。
【具體實施方式】[0030]本實用新型所述正壓防爆控制系統具有主控單元和洩壓單元；所述主控單元包括氣源調節比例分配氣路、大流量定時吹掃換氣氣路和動態穩壓氣路。
[0031]整套系統的氣路分為兩個單元，主控單元如圖1，洩壓單元如圖2。為了便於安裝，主控單元採用了兩塊內含管路的集成板。
[0032]整套系統主要有三大功能:一、大流量定時吹掃換氣，二、換氣結束後的動態穩壓，三、輸出聯動信號。
[0033]氣源調節比例分配氣路:氣源經過過濾調壓閥25，進入精密調壓閥23，之後分為.6個分支，其中兩個接入氣閥16、17的輸入口 P (氣動閥輸入)，其餘四個接入氣動節流器5^8後，分別給四個氣動微壓控制傳感器1~4提供氣源基準信號或邏輯信號。
[0034]大流量定時吹掃換氣氣路:氣源經過濾調壓閥25，進入節流球閥28，球閥用於調節合適的吹掃流量，再到兩位三通閥20的P 口，此時C 口無氣壓，氣流從A 口出，進入正壓殼體；殼體內壓力上升，由PO 口引入主控單元，分為三路接入三個氣動微壓控制傳感器1、
3、4，先是氣動微壓控制傳感器動作，氣動閥16動作，帶動氣動閥12動作，氣流經過氣動閥13的A 口，再到Pl輸出口，Pl輸出口接洩壓單元的Pl 口 ；見圖2，洩壓單元的Pl 口有氣壓後，氣缸41打開擋板45，殼體內的吹掃氣流，經過孔板差壓流量計40，進入洩壓單元殼體44，後經出風口 43，排出洩壓單元。到此，吹掃換氣氣路完成。
[0035]動態跟隨穩壓氣路:氣源經過濾調壓閥25，接入新型氣動調節閥21的輸入口 P，經輸出口 A，到兩位三通閥20，由輸出口 A送入正壓殼體，殼體內的壓力信號經取樣，由PO口送給氣動微壓控制傳感器1，由氣動微壓控制傳感器I作出邏輯放大，輸出連到新型氣動調節閥21的輸入口 C，與設定壓力進行比較，結果會使膜片上、下移動，帶動閥杆，控制閥芯的開合度，從而控制進氣量大小，實現殼體內壓力穩定。
[0036]氣路設計採用改進的膜式放大與噴嘴擋板技術、目標容器壓力邏輯取樣技術、新型氣動調節閥、孔板差壓流量技術，使整個系統簡潔、可靠、科學。氣路設計見附圖1、圖2。
[0037]氣路中動態響應涉及到兩個關鍵元件:氣動微壓控制傳感器和新型氣動調節閥。
[0038]所述氣動微壓控制傳感器，其主要構造如圖3所示，由弧型矽膠膜片47 (運動靈活、壽命長)、頂杆48 (由膜片帶動)、彈簧51和噴嘴49等組成，組合應用膜式放大和噴嘴擋板氣動技術，工作時微壓作用於膜片上，膜片帶動頂杆運動，從而控制氣壓大小。該產品組合了膜式放大和噴嘴擋板氣動技術，產品設計新穎。工作時，微壓作用於膜片上，膜片帶動頂杆運動，從而控制進氣量的大小，實現了動態跟隨與穩壓。
[0039]新型氣動調節閥的實現:圖4是新型氣動調節閥的結構圖。所述新型氣動調節閥具有閥體，在閥體內上部設置有氣動膜片52，氣動膜片52中心與閥杆固定在一起，在閥體內氣動膜片下方設有獨立的控制氣室，控制氣室一側開有一氣控輸入接口，引入控制氣壓，作用於氣動膜片下方。工作時與設定壓力進行比較，結果會使膜片上、下移動，帶動閥杆，控制閥芯的開合度，從而控制進氣量大小。在控制氣室底部與輸出之間設有一通道，在埠處固定一節流氣塞55,節流氣塞中心有一節流孔。
[0040]在氣動膜片上通過一彈簧與調整旋鈕帶動的頂杆進行彈性連接，調整旋鈕用於設定閥的初始開合度。
[0041]實際應用時，選用一個與新型氣動調節閥主體結構相近、技術成熟、高可靠的膜式氣動精密調壓閥(精密調壓閥具有獨立的位於膜片下方的控制氣室)，進行加工改進。改進有兩點:
[0042]一、在控制氣室一側殼體上鑽孔，安裝氣管快接，做為取樣氣控輸入口 54。
[0043]二、精密調壓閥在控制氣室和輸出之間有一通路，在其上安裝一中心開孔的氣塞55 (中心開孔，直徑大小視具體應用決定，可以為零)。
[0044]經過以上兩處無損原有產品的高可靠性改進，即可得到一專用的新型氣動調節閥，極大降低加工難度，無需再長期驗證，縮短產品上市時間。
[0045]動態穩壓的實現:由微壓控制傳感器與新型氣動調節閥組合完成。
[0046]新型氣動調節閥是膜式氣動精密調壓閥功能的改進和創新。傳統的氣動精密調壓閥，內部取樣點來自於調壓閥輸出埠，其輸出埠壓力與目標容器壓力大小存在差異。為了更真實地控制目標容器內的壓力，新型氣動調節閥是將目標容器內的真實壓力經取樣氣路後，再經微壓控制傳感器進行邏輯放大，引入新型氣動調節閥的輸入口，作用於膜片下方，與設定壓力進行比較，結果作用與膜片，帶動閥杆移動，改變閥芯的開合度，從而控制進氣量的大小，穩定目標容器內的壓力。
[0047]輸出聯動信號:見圖1主控單元，氣動邏輯通過氣缸35?37，帶動三個防爆開關38，39，18。三個防爆開關為無源接點，引出線與主控室相聯。通過三個聯動信號，殼體內經吹掃換氣後，系統進入保壓工況時，方可加電啟動電機。一旦殼體內壓力降至預警壓力，發出報警信號，當壓力進一步降至最小，聯動斷電。
[0048]洩壓單元主要由氣動孔板流量計組件和安全洩壓閥組成。
[0049]氣動孔板流量計組件:氣流流經孔板，在孔板內外兩面產生氣壓差，氣體流量與孔板口徑和壓差對應。該系統在設計上，只用一個差壓傳感器來檢測固定的壓差，採用系列不同口徑孔板，來實現不同流量。這樣在氣動實現上，結構簡潔、工作可靠。
[0050]洩壓單元的安全洩壓閥:確保殼體內壓力達到洩壓閥設定壓力值時，通過洩壓閥排氣。排氣孔徑與主控單元的球閥開度相匹配，即使在主控單元發生故障的情況下，殼體內壓力達到洩壓閥動作閥值壓力時，洩壓閥打開，確保系統安全。
【權利要求】
1.一種正壓型防爆控制系統，其特徵在於該系統具有主控單元和洩壓單元；所述主控單元包括氣源調節比例分配氣路、大流量定時吹掃換氣氣路和動態跟隨穩壓氣路；上述氣路採用氣動微壓控制傳感器和新型氣動調節閥；上述氣源調節比例分配氣路的氣源經過過濾調壓閥，一個分支進入精密調壓閥，之後分為6個分支，其中兩個接入氣控閥的輸入口，其餘四個接入氣動節流器後，分別給四個氣動微壓控制傳感器提供氣源基準信號或邏輯信號；上述大流量定時吹掃換氣氣路:氣源經過濾調壓閥，到節流球閥，球閥用於調節合適的吹掃流量，再到兩位三通閥的P 口，此時C 口無氣壓，氣流從A 口出，進入正壓殼體；殼體內壓力上升，由PO 口引入主控單元，分為三路接入三個氣動微壓控制傳感器，先是氣動微壓控制傳感器動作，一級氣動閥動作，再帶動二級氣動閥動作，氣流經過氣動閥的A 口，再到Pl輸出口，Pl輸出口接洩壓單元的Pl 口，Pl 口有氣壓後，氣缸打開擋板，殼體內的吹掃氣流，經過孔板差壓流量計，進入洩壓單元殼體，後經出風口，排出洩壓單元；上述動態穩壓氣路:氣源經過濾調壓閥，接入新型氣動調節閥的輸入口 P，經輸出口 A，到兩位三通閥，由輸出口 A送入正壓殼體,殼體內的壓力信號經取樣後，由PO 口送至氣動微壓控制傳感器，由氣動微壓控制傳感器作出邏輯放大和控制，輸出連到新型氣動調節閥的輸入口 C，與設定壓力進行比較，結果作用於膜片，帶動閥杆移動，改變閥芯的開合度，從而控制進氣量的大小，穩定殼體內的壓力，實現動態穩壓。
2.根據權利要求1所述正壓型防爆控制系統，其特徵在於所述氣動微壓控制傳感器主要由弧形矽膠膜片、頂杆、彈簧和噴嘴組成；弧形矽膠膜片與頂杆接觸，頂杆上套有彈簧，構成膜式放大機構；頂杆正對應於噴嘴，構成噴嘴擋板機構。
3.根據權利要求2所述正壓型防爆控制系統，其特徵在於所述新型氣動調節閥具有閥體，在閥體內上部設置有氣動膜片，氣動膜片中心與閥杆固定在一起，在閥體內氣動膜片下方設有獨立的控制氣室，控制氣室一側開有一氣控輸入接口，引入控制氣壓，作用於氣動膜片下方；工作時與設定壓力進行比較，結果會使膜片上、下移動，帶動閥杆，控制閥芯的開合度，從而控制進氣量大小；在控制氣室底部與輸出之間設有一通道，在埠處固定一節流氣塞，節流氣塞中心有一節流孔。
4.根據權利要求3所述正壓型防爆控制系統，其特徵在於在氣動膜片上通過一彈簧與調整旋鈕帶動的頂杆進行彈性連接，調整旋鈕用於設定閥的初始開合度。
5.根據權利要求1所述正壓型防爆控制系統，其特徵在於所述洩壓單元內含氣動孔板流量計組件和安全洩壓閥。
【文檔編號】F16K31/126GK203453564SQ201320485920
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年8月9日 優先權日:2013年8月9日
【發明者】陳鵬, 董榮華, 趙明遠 申請人:南陽市華業防爆儀表有限公司