过程装备与控制综合实验平台的设计

摘 要：本论文是有关于过程装备与控制综合实验平台的设计，此实验平台主要包括以下几部分：加压罐、稳压罐、加压泵、副水泵、压力传感器、电磁流量计、电动调节阀、阀门。通过对以上设备的整合和优化设计，使此平台具有自动采集和自动控制功能，只要改变阀门的开关便可做内压应力测试实验、外压失稳实验或离心泵的性能测试。

关键词：实验平台；内压；外压；失稳；控制；管路

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 12-0000-01

一、简介

（一）自动化的发展趋势[1]

在现代化工业生产中，过程控制技术正为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产效率、改善劳动条件、保护生态环境等方面起越来越大的作用。

生产自动化是提高实验速度和精度的有利工具之一。实现实验自动化的目的如下：（1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品质量；（2）生产过程自动化的实现，能根本改变劳动方式，提高实验人员文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件[2]。

（二）实验室现状

过程设备与控制基本实验包括：内压应力测定实验、外压失稳实验以及离心泵的性能测试实验。

1.内压应力测定实验。应力测定的基本原理：由材料力学可知，材料在弹性范围内，应力与应变的关系符合虎克定律。对于两向应力状态的圆筒形容器来说，由虎克定律可导出以下公式：

MPa.

2.外压失稳实验。实验原理：失稳现象[3]

壳体在承受均布外压作用时，壳壁中产生压缩薄膜应力，其大小与相等内压时的拉伸薄膜应力相同。但此时有两种可能的失效形式：一种是因强度不足，发生压缩屈服失效；另一种是由刚度不足，发生失稳破坏。承受外压载荷的壳体，当外压载荷增大到某一值时，壳体会突然失去原来的形状，被压扁或出现波纹；载荷卸去后，壳体不能恢复原状，这种现象称为外压壳体的屈服或失稳。

（三）过程装备与控制综合实验台系统介绍

实验台装置整个系统美观实用，功能多样，使用方便，既能进行验证性、设计性实验，又能提供综合性实验，可以满足不同层次的教学和研究要求。本实验装置的检测信号、控制信号及被控信号均采用ICE标准，即电压1：5V，电流4：20mA。实验系统供电要求：单相220V交流电，外形尺寸：2270×1350×1000mm，重量：400kg。

1.系统的主要特点

（1）被调参数囊括了流量、压力等参数；（2）压力调节采用电动调节阀；（3）系统采用离心泵提供压力，噪音低；（4）共用一台加压泵。（5）可以利用副水泵实现快速抽水；（6）加压罐采用了回转盖快开结构；（7）稳压罐可以用来做内压应力测定实验。

2.实验对象组成结构

实验系统包含有：不锈钢储水箱（长×宽×高：600×500×500mm）、不锈钢稳压罐（DN400，L500）、不锈钢加压罐（DN300，L400）。

系统动力支路分两路组成：一路由多级离心泵、电动调节阀、电磁流量计、不锈钢水管、手动切换阀组成；另一路由单级离心泵、不锈钢水管、手动切换阀组成。

（四）设计思路

利用手动切换阀来控制管路中水的流动方向，以便来实现实验的目的。副水泵既可以用来给加压罐和稳压罐快速注水和排水，也可用来做离心泵的性能测试。电动调节阀既可以用来调节管路中的压力，也可以用来调节离心泵的性能测试实验中的流量。

二、管路连接及信号采集

三、结束语

本设计主要是对压力容器的结构设计、管路路线设计以及标准件的选用。最终给全套的设计方案及设计结果。

参考文献：

[1]历玉鸣.化工仪表及自动化[M].北京：化学工业出版社，1999.

[2]金希柱，王洪诏，王明珠.电磁流量计的选择与正确使用[J].中国计量，2005（08）.

[3]全国压力容器标准化技术委员会设计分团委.钢制压力容器设计指南[M].138-183.

[作者简介]王大青（1982.07-），男，山东汶上人，机电部副部长，助理工程师，工科学士。