氣液流量數字微分控制系統技術方案

本發明專利技術提供一種氣液流量數字微分控制系統，包括安裝在被控制設備上的若干調節閥，所述若干調節閥由按照通流面積的大小依次編號的1號、2號…n號調節閥組成，各調節閥的通流面積分別為S1，S2，…Sn，其中n為閥號，所有調節閥的通流總面積為2j-1，其中j為閥的總數；每個調節閥的面積從大到小排列或從小到大排列時，閥的面積組合成為一個等比數列，每個調節閥的面積從大到小排列時的公比為1/2，每個調節閥的面積從小到大排列時的公比為2。在被控設備負荷從100%～0%自由調節中，利用各個閥的開啟和關閉，使得在內燃機和燃氣鍋爐進液量調節過程中既能一次到位，而且能夠做到精確調節，使內燃機始終工作在相適應的功率范圍和較低的油耗區域工作。

【技術實現步驟摘要】
氣液流量數字微分控制系統
本專利技術涉及流量控制
，特別涉及一種氣液流量數字微分控制系統；可用于內燃機燃料(氣體、液體)、熱處理爐燃料、燃氣(燃油)鍋爐燃料、化工(氣體、液體)配料的流量控制。
技術介紹
目前內燃機絕大多數都是往復活塞式內燃機，往復活塞式內燃機最大功率與其排量大小直接相關。在往復式內燃機中，進液(氣)量與活塞行程的上、下極限點的位置、活塞直徑和活塞的行程等有關，而實際上活塞行程的上、下止點位置、活塞直徑均是不能改變的，曲柄連桿機構是剛性的也不可調整的，因此這類往復活塞式傳動機構的排氣量都是固定的、不可變化的。但在內燃機設計過程中，一般都是按照最大的負載質量、最高允許的車速、最短時間的加速性能和最大的爬坡角度等極限指標來配置內燃機的功率。在此情況下，內燃機的最大功率雖然滿足了機動車在上述極限負荷情況下的行駛要求，而實際上機動 車在使用過程中，相當多的情形下并非都處于這種極限狀態下，例如在市區內中低速行駛的機動車、空載或少載的行駛機動車等等。機動車在這種低負荷狀態下行駛所需要的功率就比所配置的車用內燃機最大功率小的多，這就迫使內燃機只能在低轉速、低負荷狀態下工作。往復活塞式內燃機在低負荷和低轉速工作狀態所消耗的燃料和排氣污染，要遠遠高于轉速較高時和負荷較大的經濟運行區域，這種內燃機的特性也是造成機動車用內燃機熱效率低、污染嚴重的重要原因。因此，根據機動車實際使用過程中負荷的大小變化，適時調整內燃機的進液(氣)量，從而調整內燃機的最大功率，使內燃機始終工作在相適應的功率范圍和較低的油耗區域，才能從根本上消除內燃機在低負荷狀態下燃油消耗高、污染嚴重的性能缺陷。另外熱處理爐、燃料燃氣(燃油)、鍋爐燃料、化工(氣體、液體)配料流量液均是在最大功率下配置的，隨著處理量和溫度變化，其輸入液(氣)量也要適時調節，否則會造成燃燒不充分，效率下降等。在傳統的情況下，調節進液(氣)量通常使用步進電機來改變閥門的開度，進而調節內燃機和燃氣鍋爐等的進液(氣)量。步進電機調節，實際上是通過步進電機的運動來控制閥芯的旋轉角度來實現的，而此種控制方法會形成兩種致命的缺點，其一是閥芯旋轉的角度無法精確控制；其二是調節過程中不能做到一步調節到位，要旋轉到某一確定位置角度時，必須要經過相鄰的角度才能到達，這就使內燃機和燃氣鍋爐不能始終工作在相適應的功率范圍和較低的油耗區域。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種氣液流量數字微分控制系統，使得在內燃機和燃氣鍋爐進液量調節過程中既能一次到位，而且能夠做到精確調節。為了實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案—種氣液流量數字微分控制系統，包括安裝在被控制設備上的若干調節閥，所述若干調節閥由按照通流面積的大小依次編號的I號、2號…η號調節閥組成，各調節閥的通流面積分別為S1, S2,，其中η為閥號，所有調節閥的通流總面積為2^1，其中j為閥的總數；每個調節閥的面積從大到小排列或從小到大排列時，閥的面積組合成為一個等比數列，每個調節閥的面積從大到小排列時的公比為1/2，每個調節閥的面積從小到大排列時的公比為2。本專利技術進一步的改進在于S1, S2,…SnS按照面積從大到小排列時，Sn=2Sn+1，n=l, 2，…j,最后一個η號調節閥的通流面積為I個面積單位，即Sn=l。本專利技術進一步的改進在于S1; S2,為按照面積從小到大排列時，I號調節閥的通流面積為I個面積單位，即S1=I, Sn=l/2Sn+1, n=l, 2，…j。本專利技術進一步的改進在于1號、2號…η號調節閥分別對應二進制碼的控制信號 的每一位，每個調節閥打開狀態為“1”，關閉狀態為“O”;將I號、2號…η號調節閥的開啟面積轉換為二進制數，如果存在小數，則將小數四舍五入取整，二進制數的位數應與調節閥的個數相等，如果不等，從二進制的首位開始補“0”，直到位數相等為止。本專利技術進一步的改進在于各調節閥的開啟狀態使用二進制數的“O”和“I”表達，“O”表示關閉狀態，“I”表示開啟狀態。本專利技術進一步的改進在于最小一個調節閥的開啟面積為I個面積單位。本專利技術進一步的改進在于面積單位由被控制設備的設計進液/氣量與設計流速確定，其值為設計進液/氣量與設計流速的比值。本專利技術進一步的改進在于各個閥完全是獨立的，布置在被控制設備的任意位置。本專利技術進一步的改進在于所述I號、2號…η號調節閥布置在被控設備內燃機或燃氣鍋爐上。相對于現有技術，本專利技術具有以下優點在內燃機和燃氣鍋爐等負荷從100% 0%自由調節中，利用各個閥的開啟和關閉，使得在內燃機和燃氣鍋爐進液量調節過程中既能一次到位，而且能夠做到精確調節，使內燃機始終工作在相適應的功率范圍和較低的油耗區域工作，從根本上消除內燃機在低負荷狀態下燃油消耗高、污染嚴重的性能缺陷，燃氣鍋爐也能始終工作在高效狀態。附圖說明圖I為氣液流量數字微分控制系統原理示意圖；圖2為本專利技術各閥的排列與通流面積特點示意圖；圖3為設置為8個閥時，在滿負荷情況下，各調節閥所處的開啟狀態；圖4為設置8個閥時，且調節到原流量50%時，各調節閥所處狀態；圖5為設置8個閥時，且調節到原流量75%時，各調節閥所處狀態；圖6為設置8個閥時，且調節到原流量45%時，各調節閥所處狀態。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術做進一步詳細描述。本專利技術提供的內燃機和燃氣鍋爐等的氣液流量數字微分控制系統完全可以克服傳統步進電機調節的缺點，做到一次精確調節到位。該氣液流量微分控制系統的原理由圖I表示，圖中橫坐標S為閥的通流面積，縱坐標Q為氣液流量，在某一設定流量Qtl下，閥的總通流面積由三角形面積OAB表示，采用流量數字微分調節控制后的總通流面積由圖中陰影面積表示，即三角形面積由若干個閥的矩形面積代替，如果需要非常準確的調節，則可以設置多個閥，其陰影面積就足夠接近三角形面積。各閥完全是獨立的，可以根據所需要的調節結構，任意布置在機構的任何位置。本專利技術氣液流量微分控制系統是由j個可控閥門(電磁閥等)組成，它們的面積分別為S1, S2,，其中η為閥號，設Sn=I個面積單位，閥的加權系數為211-1，所有閥的總通流總面積為2Μ，其中j為閥的總數，每一個閥的面積等于該閥的加權系數與Sn的乘積，各閥的面積關系為Si=2Si+1，每個閥的面積從大到小排列，圖2所示，閥的面積組合成為一個等比數列，其公比為1/2，它完全符合等比數列的性質，面積單位是根據內燃機和燃氣鍋爐設定工況下的通流總面積確定。設置每個閥打開狀態為“1”，關閉狀態為“0”，這樣就由每個閥的開、關組成了 2n個流量控制開度。流量控制開度正好為二進制數，二進制的“ I ”和“O”則就表達了每個閥“開”與“關”的狀態。通過各閥的“開”與“關”直接做到一步調節到位。實際使用中，先根據內燃機的設計功率和燃氣鍋爐的設計進液(氣)量所對應的流·量為閥孔的總面積，然后再根據所要求的調節流量，確定各閥的“開”和“關”狀態，例如使用8個閥，閥的總數j=8，先根據公式計算各閥的加權系數211-1，然后再按照公SSi=〗11—1 *Sn計算出各閥的面積，如第一個閥的加權系數為2^=2^=128,第一只閥的面積為S1=128 · 1=128，第二只閥的加權系數為2^=2^=64,第二只閥的面積為S2=64 · 1=64，同理可以計算本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種氣液流量數字微分控制系統，其特征在于：包括安裝在被控制設備上的若干調節閥，所述若干調節閥由按照通流面積的大小依次編號的1號、2號…n號調節閥組成，各調節閥的通流面積分別為S1，S2，…Sn，其中n為閥號，所有調節閥的通流總面積為2j？1，其中j為閥的總數；每個調節閥的面積從大到小排列或從小到大排列時，閥的面積組合成為一個等比數列，每個調節閥的面積從大到小排列時的公比為1/2，每個調節閥的面積從小到大排列時的公比為2。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：曹兵，
申請(專利權)人：曹兵，
類型：發明
國別省市：