一种液体流量控制系统及变流量控制方法 |
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申请号 | CN201410743849.8 | 申请日 | 2014-12-08 | 公开(公告)号 | CN104634023A | 公开(公告)日 | 2015-05-20 |
申请人 | 中国船舶工业系统工程研究院; | 发明人 | 刘凤贵; 张二岩; 陈定; 宋磊; | ||||
摘要 | 本 发明 公开一种液体流量控制系统及变流量控制方法,适用于对制冷量要求大和变流量控制的 制冷设备 上。主要由 控制器 、控制电源、驱动电源、操作面板、 电机 、油箱、 液压 泵 、控制 阀 组、流量计构成。控制电源为外接电源,驱动电源控制电机功率或 电压 。电机驱动连接 液压泵 ,液压泵通过带有 控制阀 组的管路连接到需要制冷的设备。变流量控制包括两个环节,第一个环节为改变当前输出流量至目标流量值;第二个环节为根据制冷需求增加输出流量;主要都是采用控制器控制电机转速的方式改变输出流量。本发明通过电机转速的变化实现变流量输出,解决传统由 电磁阀 或液压泵改变流量的方式,对冷却介质污染物等级无要求。 | ||||||
权利要求 | 1.一种液体流量控制系统,其特征在于:包括控制器、控制电源、驱动电源、操作面板、电机、油箱、液压泵、控制阀组、流量计; |
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说明书全文 | 一种液体流量控制系统及变流量控制方法技术领域背景技术[0002] 随着我国航空和国防事业发展,飞机所含功能及性能都有不同程度的提高,其内部电子设备发热逐渐增加。飞机在例行检查、检修、或调试时需要外界冷却保障设备对内部电子设备进行冷却,业内称为液冷设备。通常伴随不同型号飞机的研制会设计出该型飞机的外部液冷设备,即一种机型对应一种液冷设备。这种情况下,需要的设备量庞大,且兼容性不强,对各种机型设备的流量和压力控制也不同,给设计者和维护带来很大的不便。 [0003] 液冷设备中的冷却液循环原理属于液压原理。通常液压系统电控变流量控制方式分为节流调速和容积调速两种方法。节流调速指比例阀通过改变节流口的大小控制流速的大小。容积调速指通过比例变量泵改变泵的输出排量控制流速的输出大小。此两种方式均属于电液比例调速,此方法对油液污染度有一定要求。 [0004] 总结上面两方面原因:1、目前液冷设备为只对一种机型的定流量输出,不能满足多机型使用要求。2、传统液压控制中的电液比例控制流量的方法,对冷却介质的污染物等级要求较高(制冷液的实际污染物等级较低),易出现卡阀、滤油器堵塞等故障现象。所以研究一种兼容性强,流量控制简单,对设备和环境污染小的液冷设备的流量控制方法是有必要的。 发明内容[0005] 本发明针对目前液冷设备流量控制方式的不足而提出一种新型的液体流量控制系统及变流量控制方法,其要解决的技术问题是:通过对液冷设备的变流量和压力控制,保障多种机型飞机的不同冷却需要。 [0006] 为了解决上述技术问题,本发明提供的一种液体流量控制系统,其技术方案是: [0007] 一种液体流量控制系统,其特征在于,包括控制器、控制电源、驱动电源、操作面板、电机、油箱、液压泵、控制阀组、流量计。电机、油箱、液压泵、控制阀组、流量计构成液压回路。控制器由控制电源供电,同时所述控制器连接所述驱动电源和操作面板,所述控制器采集液压回路中的流量、压力信号,具有逻辑运算模块,向上执行计算机或操作面板传来的上级指令,向下控制所述驱动电源;控制电源为外接电源;驱动电源为控制所述电机功率或电压的驱动电源;操作面板主要为人机交互界面,主要由按钮、旋钮、操作键盘、指示灯、液晶屏、控制板、外部框架等组成,操作指令传输给所述控制器;电机驱动连接液压泵,液压泵通过带有所述控制阀组和流量计的管路连接到需要制冷的设备。 [0008] 以上控制器的逻辑运算模块由PLC模块组成。 [0009] 在所述液压回路中,控制阀组包含过滤器、溢流阀、电磁换向阀,均连接在所述液压泵通往制冷设备的管路上。电机驱动连接液压泵,所述液压泵将油箱内的制冷液加压到一定压力输出到过滤器,加压制冷液经过过滤器后到换向阀,换向阀可改变制冷液的流动方向,当不需要向制冷设备供液时制冷液通过换向阀返回油箱,当需要向制冷设备供液时换向阀电磁铁得电将制冷液通过流量计、温度传感器、压力传感器、软管卷盘输至制冷设备,从制冷设备返回的制冷液通过温度传感器、换向阀返回至油箱;溢流阀调节管路内压力,将多余的流量返回至油箱。 [0011] 本发明还提供一种变流量控制方法,其特征在于,包括两个环节: [0012] 第一个环节为改变当前输出流量至目标流量值; [0013] 第二个环节为根据制冷需求增加输出流量; [0014] 在所述第一个环节中,通过操作面板选择制冷设备所对应的输出流量目标值,或手动输入输出流量的目标值;输出流量目标值实时输入控制器,同时控制器实时采集流量计的当前流量信号;控制器对目标值和当前流量值进行比较计算,并形成控制电机转速的电控信号;所述电机转速电控信号输入到驱动电源,驱动电源改变电机驱动参数,驱动电机改变转速;电机通过联轴器带动液压泵改变转速,从而改变液压泵的输出流量; [0015] 在所述第二个环节中,所述控制器实时检测液压回路中去路和回路的温度传感器信号,计算温差,超过温差预定值时,控制器将增加输出流量的目标值,并使液冷设备输出流量增加至目标值。 [0016] 进一步讲,在所述第一个环节中,输出流量通过流量计进行测量,流量计把流量信息改变为电信号反馈给所述控制器;所述控制器根据新的流量值再与目标值比较计算,生成新的电机转速控制信号,周而复始,直至当前流量值与目标流量值相同为止。 [0017] 进一步讲,在所述第二个环节中,所述控制器使液冷设备输出流量增加至目标值的方法依然采用控制电机转速的方式实现,为了防止冷却流量过大而使油箱容量不够,将流量的初始目标值设定为低于油箱容量值。 [0018] 相较于现有电子设备冷却技术,本发明的主要有益效果为:1、通过变流量控制,解决传统液冷设备不能配套多型飞机制冷设备的问题;2、提供了一种冷却设备的电液控制系统流量控制方式;3、在电液变量控制的同时,不提高对冷却介质污染物等级要求,与定流量污染物等级相同。 [0020] 图1是本发明流量控制原理图。 [0021] 图2是一组液压回路的流量控制系统图。 具体实施方式[0022] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。 [0023] 按照图1给出的实施例,可以看出本发明的流量控制系统基本由控制器1、控制电源2、驱动电源3、操作面板4、电机5、油箱6、液压泵7、控制阀组8、流量计9等组成。 [0024] 在这个控制系统中,控制器1作为系统的总控部分,其由控制电源2供电。控制器1具有采集流量、压力信号的功能,和接收计算机等传达的上级指令的功能,是经过逻辑运算后控制液压部分中的电机转速和电控阀件,使其产生所需的流量和压力的控件。根据管路流量和温度,控制压缩机的制冷流量,使其满足管路油液出口温度的要求,其主要由各PLC模块组成。控制电源2即为外接电源。驱动电源3则为控制电机5的启动电源。操作面板4主要为人机交互界面,其主要由按钮、旋钮、操作键盘、指示灯、液晶屏、控制板、外部框架等组成,控制指令通过此处传输给控制器1。 [0025] 传统型液冷设备针对特定型号飞机设计,输出的压力和流量为定值。元件选择为通用电机配置定量泵和常规液压阀件组合。定量泵和常规液压阀件对制冷液污染物等级要求较低,符合飞机对制冷液污染物等级的要求。但定量泵按飞机最大发热量进行设计并始终对飞机以恒定流量输出制冷液,飞机内部管路和换热器受冲击较大,影响其使用寿命。兼容型液冷设备需满足多型号飞机使用需求,因此考虑变流量输出。在变流量输出时,不增加制冷液污染物等级的要求(传动变流量方式对介质的污染物等级要求较高)。通过变流量控制,改善制冷液对飞机管路和换热器的冲击。 [0026] 本发明是通过控制电机转速来控制泵流量的。电机5、油箱6、液压泵7、控制阀组8、流量计9等构成了液压单元,贮存有制冷液并可向飞机提供规定流量和压力的制冷液。 [0027] 图2给出了液压单元结构图,只展现了其中的一组液压回路,实际中可能会有多组,供应更多型号的机组。液压单元主要通过各组液压回路实现对多个机组的冷却液供给。 [0028] 图2中的系统工作过程是:电机5驱动液压泵7工作,液压泵7将集中油箱6内的制冷液加压到一定压力并输出到过滤器10。溢流阀11可调节系统压力,若外部负载过大,系统压力升高到指定压力后压力不再上升,多于的流量将通过溢流阀11返回油箱。高压制冷液经过过滤器10过滤后到换向阀12。换向阀12可改变制冷液的流动方向,当不需要向飞机供液时制冷液可通过换向阀12返回油箱,当需要向飞机供液时换向阀12电磁铁得电可将制冷液通过流量计9、温度传感器13-1、压力传感器14、软管卷盘15至飞机,飞机冷却箱的入、出口上分别设置有快速接头16-1、16-2。从飞机返回的制冷液通过温度传感器13-2、换向阀12返回油箱。以上仅是一条单路液压回路。 [0029] 当有更大需求量的飞机机型需要冷却时,设置两条液压回路甚至更多条回路,通过之间连接的截止阀管路实现冗余,以满足更大需求量的飞机机型的同步供给。或当其中某一路液压回路出现故障时,由另一支回路顶替其工作,这种措施可通过在各单路液压回路的供油主干道之间连接带有截止阀的管路实现,当需要补给时打开截止阀,否则关闭。 [0030] 由此可见,各单条回路可以共用一个大油箱,而各组回路可以只独立为自己的机型供液,也可在这共同的环境下协调作战,这种结构模式可以大大简化系统的构成,为设备节约空间,同时也减少成本,提高了设备的通用性。 [0031] 在本发明所提供的液压单元中,因为要控制不同飞机机型的供给量(即流量),所以在一个集中的大油箱下,分别独立的控制各个单路回路的流量将成为关键。 [0032] 传统型液冷设备针对特定型号飞机设计,流量控制常使用的比例泵或比例阀必须为清洁度要求高的产品,这无疑为设备增加了成本。如果元件选择为通用电机配置定量泵和常规液压阀件组合,虽然定量泵和常规液压阀件对制冷液污染物等级要求较低,符合飞机对制冷液污染物等级低的要求,但定量泵按飞机最大发热量进行设计并始终对飞机以恒定流量输出制冷液,飞机内部管路和换热器受冲击较大,影响其使用寿命;同时定量泵仅能实现定量供给,输出的压力和流量为定值,也不符合便流量供应的需求。 [0033] 本发明兼容型液冷设备需满足多型号飞机使用需求,因此需考虑变流量输出,同时在变流量输出时还不能对飞机管路和换热器产生冲击,还必须在变流量输出时不增加对制冷液污染物等级的要求。 [0034] 鉴于上述设计要求,本发明提供独特的液压流量控制方法,电机和液压泵、控制阀组都可以使用常规的产品,对液压泵、控制阀组无特殊要求。 [0035] 仍以图2中一条液压回路为例介绍,流量控制分两个主要环节: [0036] (1)第一个环节为改变当前输出流量至目标流量值 [0037] 通过操作面板选择飞机型号即对应输出流量值目标值,或手动输入“输出流量”的目标值;输出流量目标值实时输入控制器,同时控制器实时采集流量计的输出流量信号;控制器内对目标值和当前流量值进行比较计算,并形成控制电机转速的电控信号;电机转速电控信号输入驱动电源,驱动电源改变电机驱动参数(频率或电压),驱动电机改变其转速;电机通过联轴器带动泵改变转速,从而改变泵的输出流量,即改变液压系统流量。系统流量通过方向控制阀到达流量计,流量计把流量信息改变为电信号再反馈给控制器;控制器根据新的流量值再与目标值比较计算生成新的电机转速控制信号;以上为一个循环,周而复始,进行流量调整,直至当前流量值与目标流量值相同为止。 [0038] (2)第二个环节为根据制冷需求增加输出流量 [0039] 因为是提供制冷液,所以仅仅控制流量达到目标值还不够,在制冷过程中,制冷液会随飞机发热量增加而增加,控制器初期根据所选择飞机型号控制液冷装置以某恒定流量输出,然而当额定流量不足以满足制冷需求时,必须加大制冷量,加大制冷流量是措施之一。当控制器实时检测到去路和回路的温度传感器13-1、13-2的温差超过预定值时,控制器将增加输出流量目标值,使液冷设备输出流量增加以平衡飞机产生的发热量直至温度传感器13-1、13-2的温差恢复到预定值。根据温度调整的流量值依然采用控制电机转速的方式实现,只有当流量满足目标值且也满足温度预设值的情况下,才算是完成了流量的最佳控制。这里,为了以防流量过大而使飞机冷却箱容量不够,将流量的初始目标值设定为低于冷却箱容量值。 [0040] 当然,现有流量控制常使用的比例泵或比例阀控制方法也能实现流量控制,但是成本较高。 [0041] 具体的操作如下: [0042] 1)通过操作面板改变输出流量的目标值; [0043] 2)目标值实时输入控制器,同时当前流量值也实时输入控制器; [0044] 3)控制器内对目标值和当前流量值进行比较计算,并形成控制电机转速的电控信号; [0045] 4)电机转速电控信号输入驱动电源,驱动电源改变电机驱动参数(频率或电压); [0046] 5)驱动电源驱动电机改变其转速; [0047] 6)电机通过联轴器带动泵改变转速,从而改变泵的输出流量,系统流量通过控制阀组到达流量计,流量计把流量信息改变为电信号反馈给控制器; [0048] 7)当前流量值实时输入控制器; [0049] 8)控制器内再对目标值和当前流量值进行比较计算,并形成新的控制电机转速的电控信号; [0050] 9)电机转速电控信号再次输入驱动电源,驱动电源改变电机驱动参数(频率或电压); [0051] 10)驱动电源再次驱动电机改变其转速; [0052] 11)电机通过联轴器带动泵改变转速,从而改变泵的输出流量,既改变液压系统流量; [0053] 12)系统流量通过控制阀组到达流量计,流量计把流量信息改变为电信号反馈给控制器; [0054] 13)控制器根据新的流量值再与目标值比较计算生成新的电机转速控制线号; [0055] 14)周而复始,进行流量调整,直至当前流量值与目标流量值相同为止。 [0056] 当遇制冷需要,需要加大制冷剂流量时,系统调整目标流量值,重新循环计算,不断调整电机转速和泵的流出量,直至满足要求为止。 [0057] 本领域技术人员可以理解,实现上述实施例方法的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的程序可存储于一计算机可读存储介质中,该程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。 [0058] 以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。 |