過程裝備與控制綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

摘 要：本論文是有關(guān)于過程裝備與控制綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)，此實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要包括以下幾部分：加壓罐、穩(wěn)壓罐、加壓泵、副水泵、壓力傳感器、電磁流量計(jì)、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、閥門。通過對(duì)以上設(shè)備的整合和優(yōu)化設(shè)計(jì)，使此平臺(tái)具有自動(dòng)采集和自動(dòng)控制功能，只要改變閥門的開關(guān)便可做內(nèi)壓應(yīng)力測(cè)試實(shí)驗(yàn)、外壓失穩(wěn)實(shí)驗(yàn)或離心泵的性能測(cè)試。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；內(nèi)壓；外壓；失穩(wěn)；控制；管路

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2014） 12-0000-01

一、簡(jiǎn)介

（一）自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)[1]

在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，過程控制技術(shù)正為實(shí)現(xiàn)各種最優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、提高經(jīng)濟(jì)效益和勞動(dòng)生產(chǎn)效率、改善勞動(dòng)條件、保護(hù)生態(tài)環(huán)境等方面起越來越大的作用。

生產(chǎn)自動(dòng)化是提高實(shí)驗(yàn)速度和精度的有利工具之一。實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)自動(dòng)化的目的如下：（1）加快生產(chǎn)速度，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量；（2）生產(chǎn)過程自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)，能根本改變勞動(dòng)方式，提高實(shí)驗(yàn)人員文化技術(shù)水平，為逐步地消滅體力勞動(dòng)和腦力勞動(dòng)之間的差別創(chuàng)造條件[2]。

（二）實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀

過程設(shè)備與控制基本實(shí)驗(yàn)包括：內(nèi)壓應(yīng)力測(cè)定實(shí)驗(yàn)、外壓失穩(wěn)實(shí)驗(yàn)以及離心泵的性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)。

1.內(nèi)壓應(yīng)力測(cè)定實(shí)驗(yàn)。應(yīng)力測(cè)定的基本原理：由材料力學(xué)可知，材料在彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系符合虎克定律。對(duì)于兩向應(yīng)力狀態(tài)的圓筒形容器來說，由虎克定律可導(dǎo)出以下公式：

MPa.

2.外壓失穩(wěn)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)原理：失穩(wěn)現(xiàn)象[3]

殼體在承受均布外壓作用時(shí)，殼壁中產(chǎn)生壓縮薄膜應(yīng)力，其大小與相等內(nèi)壓時(shí)的拉伸薄膜應(yīng)力相同。但此時(shí)有兩種可能的失效形式：一種是因強(qiáng)度不足，發(fā)生壓縮屈服失效；另一種是由剛度不足，發(fā)生失穩(wěn)破壞。承受外壓載荷的殼體，當(dāng)外壓載荷增大到某一值時(shí)，殼體會(huì)突然失去原來的形狀，被壓扁或出現(xiàn)波紋；載荷卸去后，殼體不能恢復(fù)原狀，這種現(xiàn)象稱為外壓殼體的屈服或失穩(wěn)。

（三）過程裝備與控制綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)介紹

實(shí)驗(yàn)臺(tái)裝置整個(gè)系統(tǒng)美觀實(shí)用，功能多樣，使用方便，既能進(jìn)行驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，又能提供綜合性實(shí)驗(yàn)，可以滿足不同層次的教學(xué)和研究要求。本實(shí)驗(yàn)裝置的檢測(cè)信號(hào)、控制信號(hào)及被控信號(hào)均采用ICE標(biāo)準(zhǔn)，即電壓1：5V，電流4：20mA。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)供電要求：?jiǎn)蜗?20V交流電，外形尺寸：2270×1350×1000mm，重量：400kg。

1.系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

（1）被調(diào)參數(shù)囊括了流量、壓力等參數(shù)；（2）壓力調(diào)節(jié)采用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥；（3）系統(tǒng)采用離心泵提供壓力，噪音低；（4）共用一臺(tái)加壓泵。（5）可以利用副水泵實(shí)現(xiàn)快速抽水；（6）加壓罐采用了回轉(zhuǎn)蓋快開結(jié)構(gòu)；（7）穩(wěn)壓罐可以用來做內(nèi)壓應(yīng)力測(cè)定實(shí)驗(yàn)。

2.實(shí)驗(yàn)對(duì)象組成結(jié)構(gòu)

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包含有：不銹鋼儲(chǔ)水箱（長(zhǎng)×寬×高：600×500×500mm）、不銹鋼穩(wěn)壓罐（DN400，L500）、不銹鋼加壓罐（DN300，L400）。

系統(tǒng)動(dòng)力支路分兩路組成：一路由多級(jí)離心泵、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電磁流量計(jì)、不銹鋼水管、手動(dòng)切換閥組成；另一路由單級(jí)離心泵、不銹鋼水管、手動(dòng)切換閥組成。

（四）設(shè)計(jì)思路

利用手動(dòng)切換閥來控制管路中水的流動(dòng)方向，以便來實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的目的。副水泵既可以用來給加壓罐和穩(wěn)壓罐快速注水和排水，也可用來做離心泵的性能測(cè)試。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥既可以用來調(diào)節(jié)管路中的壓力，也可以用來調(diào)節(jié)離心泵的性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)中的流量。

二、管路連接及信號(hào)采集

三、結(jié)束語

本設(shè)計(jì)主要是對(duì)壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、管路路線設(shè)計(jì)以及標(biāo)準(zhǔn)件的選用。最終給全套的設(shè)計(jì)方案及設(shè)計(jì)結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1]歷玉鳴.化工儀表及自動(dòng)化[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999.

[2]金希柱，王洪詔，王明珠.電磁流量計(jì)的選擇與正確使用[J].中國(guó)計(jì)量，2005（08）.

[3]全國(guó)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)設(shè)計(jì)分團(tuán)委.鋼制壓力容器設(shè)計(jì)指南[M].138-183.

[作者簡(jiǎn)介]王大青（1982.07-），男，山東汶上人，機(jī)電部副部長(zhǎng)，助理工程師，工科學(xué)士。