一种程序装置的计算分析

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第13卷第3期 安徽水利水电职业技术学院学报 Vo1．13 No．32013年 9月 JOURNAL OF ANHUI TECHNICAL COLLEGE OF WATER~ URCES AND HYDROELECTRIC POWER Sep．2013一 种程序装置的计算分析秦绪巍 ， 汤 萍(1．安徽合力股份有限公司合肥铸锻厂，安徽 合肥 230022~2．安徽水利水电职业技术学院，安徽 合肥 231603)摘 要：文章介绍了一种新型的控制阀／电磁阀式的程序装置，该新型程序装置由控制阀、电磁阀和程控电路组成，通过不同的联接方式实现其分配功能，并对其中的控制阀作了概要研究与计算分析。

关键词：程序装置；分配；控制阀DOI：10．3969／j．issru 1671-6221．2013．03．000中图分类号：THll 文献标识码：A 文章编号：1671—6221(2013)03—0001—03Calculation and analysis of a new type of program unitQIN Xu wei ， TANG Ping~(1．Anhui Heli Co．，Ltd．Hefei Casting& Forging Factory，Hefei 230022，China；2．Anhui Technical Colege of Water Resources and Hydroelectric Power，Hefei 231603，China)Abstract：This paper introduces a new type of control valve／electromagnetic valve type of program u—nit，this new type of program united by the control valve，solenoid valve and circuit composition，through the different COulSling means to realize the distribution function，and a general research andcalculation analysis，for the control valve are given.

Key words：simulation program unit；distribution；control valve目前，小型的民用制氧设备一般采用分子筛变压吸附制氧技术，变压吸附制氧是一个加压吸附与减压解吸的交替循环过程，执行这样一套工艺流程须由相应的程序分配装置来完成。现介绍一种新型的双塔型变压吸附制氧设备的程序分配装置的计算分析过程。

1 新型程序分配装置的组成新型程序分配装置由若干个控制阀、电磁阀和程控电路组成。其中的控制阀由膜片活门、气腔和定流器等构成，结构简单、工作可靠。程控电路控制电磁阀的通／闭，使控制阀膜上腔充压或卸压，进而控制活门的关闭或开启。

控制阀可以并联或耦联，如图 1所示。并联例中的电磁阀控制膜上腔排空管路的通／闭；耦联例中的电磁阀控制膜上腔进气管路的通／闭。将若干个业已并联或耦联的控制阀单元再进行组联，以满足不同个数的塔的供／排气的切换要求。

2 控制阀的设计计算分析2．1 定容积绝热充气状态图 1(a)并联方式中，当电磁阀切断膜上腔放气口时，就可视为定容积绝热充气状态，如图 2所示。

收稿日期：2013—03—05：修回日期：2013—03—20作者简介：秦绪巍(1970一)，男，黑龙江宝清人，工程师，从事机械设计制造工作。

2 安徽水利水电职业技术学院学报 第 13卷J-(&)并联 (b)耦联图 1 控制阀的基本联接方式设定所要求的充气时间 t，根据经验式(1)，求得相应的进口定流器的流通面积。

一 (1．285一鲁)x5．217 √ (1)其中， 为输入绝对压力，MPa P 为膜上腔内的初始绝对压力，MPa!K为绝热指数 1．4；V为膜上腔的容积，L；S为定流器的有效流通面积，mm2；T为室温，K。

2．2 定容积绝热放气状态图1(b))耦联方式中，当电磁阀切断膜上腔进气口时，就可视为定容积绝热放气状态，如图3所示。

设定所要求的放空时间 t，根据经验式(2)，求得相应的出口定流器的流通面积。

一 { [( ) ]+0．914( ) }X5．217 √罕其中，P*为临界压力，一般取 P*一1．893 X 0．1013：0．192MPa(绝对压力)；P1为膜上腔内的初始绝对压力，MPa；Ph为环境压力，MPa；K为绝热指数 1．4；V为膜上腔的容积，L；S为定流器的有效流通面积，mm2；T为室温，K。

2．3 膜上腔为节流通室的加压或泄压状态图 1(b)耦联方式中，当电磁阀导通膜上腔进气口时，在充气的同时，膜上腔的出口定流器也在放气，由于进气口通径大于出口定流器流通面积，故膜上腔呈加压状态，如图4所示。

图1(a)并联方式中，当电磁阀导通膜上腔出气口时，在放气的同时，膜上腔的进口定流器也在充气，由于出口放气孔通径大于进口定流器流通面积，故膜上腔呈泄压状态，如图 5所示。

Ph Th圈2 定容积绝热充气 图3 定窖积绝热放气 图4 加压状态 图5 泄压状态这种加压(充气)或泄压(放气)状态的设计计算，可将膜上腔的物理模型视作一节流通室。这样，在任一时间内，膜上腔内的空气各参数符合状态方程式PAV — G*RT (3)其中，PA为膜上腔内压力，MPa；G*为膜上腔内空气重量，kg；R为气体常数 J／kg·K。

设在充气或放气过程中膜上腔内空气温度是恒定的，上述状态方程式对时间求导，得V dPA／dt— RT dG*／ (4)因为膜上腔内空气量的变化速度 dG*／dt可以用膜上腔内瞬时空气流入量G人与瞬时流出量 G出之差的形式表示dG*／dt— G入一G出 (5)将(5)式代人式(4)得：V dPA／dt—RT(G入一G出) (6)dt— V dPA／RT (G入一G出) (7)积分可得第3期 秦绪巍，等：一种程序装置的计算分析 3一 fP sV／RT(G~．一G~)dPA (8) J ^
以图1(b)耦联方式为例，由图6、图7的图解分析可见，随着膜上腔内压力 P^ 的变化，G人和G出的流动状况是在变化的，G人由超临界流动变为亚临界流动，相反，G出由亚临界流动变为超临界流动，它们应分别按不同的流动状况进行计算：图6 在充气同时也放气时，流入与流出膜上腔的流量变化趋势超临界流动计算式如式(9)rc 一 姜饕薹盏PE
t0 0图7 在充气同时也放气时，膜上腔内压力 PA变化趋势G出、人一uSB*P／~／T0 (9)其中， 为流量系数；S为进 口或出口定流器的流通面积，mm2；B*为超临界流常数 ，对空气 B*一0．396X10～；P一定流器前压力(MPa)；To为定流器前气体温度，K。

亚临界流动计算式如式(1O) .

G出
、人一uSBPO(e)／ 丁0 (10)其中， (e)一√(s)号一(e) e为定流器前后气体压力比；B为亚临界流常数，对空气B=I．53×10～。

这样，式(5)应分段写成：J． l~89Ph(1flB* ／ 一2f2BPAO(~h)／ul u )aPA PsT0 ~／ ＼ ，
t—V／RT0 l+ ro．528R 一 一 ＼ (ulflB Ps| —u2t B*PA／0 )dPAJ 1．89只+So7 R(ulflBPAO(-~A)／ 一 2f2B*PA／4"-TO)dPA根据已知和设定的条件，结合定容积绝热充气和放气状态的计算结果，可由式(6)求得图1(b)耦联方式中膜上腔的充气流量G 和图1(a)并联方式中膜上腔放气口的最小孔径的近似值，并经试验修正、确定。

3 结束语本文通过对一种应用于工业的双塔型变压吸附制氧设备的控制阀／电磁阀式程序装置的初探研究、计算分析，为该装置的详细设计提供了思路。以该程序装置为组元，将它们按一定相位差叠加组联，不失为三塔、四塔或六塔型制氧设备程序分配装置设计的可行方案。

[参 考 文 献]E13 张辉，王和平．制氧技术问答EM]．北京 ：化学工业出版社，2011.

E23 李 杰，周 理．变压吸附空分制氧的技术进展EM]．化学工业与工程，2004，(3)：201-205.

[3] 丁利群．新型六塔旋转变压吸附制氧装置EM]．化工进展，2011，(9)：56—58.

(责任编辑 陈化钢)