[發(fā)明專利]一種流變儀用高粘度介質(zhì)冷卻裝置的控制方法及控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610036648.3
• 申請日: 2016-01-19
• 公開（公告）號: CN105509355B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 饒建華;章軍鋒;程鵬;劉浩
• 申請（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）
• 主分類號: F25B1/00
• 分類號: F25B1/00;F25B41/00;F25B49/02
• 代理公司: 武漢華旭知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所42214
• 代理人: 劉榮,周宗貴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于控制地質(zhì)研究儀器流變儀的高粘度介質(zhì)冷卻裝置的方法及系統(tǒng)，屬于自動控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

流變儀為一種重要的地質(zhì)類實驗儀器，用于模擬高深度地下高溫高壓的地質(zhì)環(huán)境。為得到高溫，該儀器采用容器內(nèi)部的石墨爐實現(xiàn)高溫高壓樣品的加熱，容器中圍壓壓力有時高達4～5GPa，而制造容器的超高強度材料在高溫環(huán)境中遇水或輕質(zhì)油液會發(fā)生開裂，為保證制造容器的超硬材料和金屬材料的強度，故需要使用一種高粘度礦物油作為冷卻介質(zhì)對容器進行冷卻。現(xiàn)有液冷裝置的冷卻介質(zhì)多為水或輕質(zhì)油液，介質(zhì)為水的液冷裝置采用離心水泵，而介質(zhì)為輕質(zhì)油液的液冷裝置采用葉片泵，本系統(tǒng)使用高粘度冷卻介質(zhì)粘度最高達80mm²/s，均會出現(xiàn)吸油困難的現(xiàn)象。所以現(xiàn)有液冷裝置及控制系統(tǒng)難以滿足流變儀高溫容器的冷卻需求。

發(fā)明專利“高溫高壓流變儀用高粘度液體冷卻裝置”(申請?zhí)枺?01310254578.5)設(shè)計了流變儀高粘度介質(zhì)冷卻裝置，其主要包括高粘度介質(zhì)輸送系統(tǒng)與蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)，其工作原理為：蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)內(nèi)制冷劑的低壓蒸汽被壓縮機吸入并壓縮為高壓蒸汽后排至冷凝器，同時軸流風(fēng)扇吸入的室外空氣流經(jīng)冷凝器，帶走制冷劑放出的熱量，使高壓制冷劑蒸汽凝結(jié)為高壓液體，高壓液體經(jīng)過過濾器、節(jié)流機構(gòu)后噴入蒸發(fā)器，并在相應(yīng)的低壓下蒸發(fā)，吸取周圍的熱量，同時高粘度介質(zhì)輸送系統(tǒng)的齒輪泵使高粘度介質(zhì)通過高溫容器吸熱后不斷進入蒸發(fā)器的肋片間進行熱交換，并將放熱后變冷的高粘度介質(zhì)輸回油箱，如此高粘度介質(zhì)不斷循環(huán)流動，達到冷卻高溫容器的目的。由于流變儀容器為時變熱負荷，因此需要實時調(diào)節(jié)電子膨脹閥開度、蒸汽壓縮機頻率和變頻器頻率，控制進液溫度與回液溫度，使得流變儀正常工作，設(shè)計流變儀用高粘度介質(zhì)冷卻裝置的控制方法和系統(tǒng)十分必要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，并提供一種用于控制地質(zhì)研究儀器流變儀的高粘度介質(zhì)冷卻裝置的方法及系統(tǒng)，采用分布式計算的方式，處理器分為主處理器與兩協(xié)處理器，運用PID通過調(diào)節(jié)電子膨脹閥控制蒸發(fā)器過熱度以保證蒸汽壓縮式制冷循環(huán)穩(wěn)定工作，運用分段式模糊控制通過改變壓縮機驅(qū)動模塊頻率與變頻器頻率控制供液溫度，溫控精度可達±1℃。其為流變儀高溫容器提供一定溫度、壓力、流量的冷卻液以完成冷卻，為流變儀的長時間連續(xù)工作創(chuàng)造一個良好、穩(wěn)定的外部環(huán)境。

實現(xiàn)本發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案為，一種流變儀用高粘度介質(zhì)冷卻裝置的控制方法，包括如下步驟：

(1)采集流變儀用高粘度介質(zhì)冷卻裝置的電子膨脹閥出口冷媒溫度T₁、蒸發(fā)器出口冷媒溫度T₂、蒸發(fā)器入口高粘度介質(zhì)溫度T₃和蒸發(fā)器出口高粘度介質(zhì)溫度T₄；

(2)根據(jù)公式H(k)＝T₂-T₁計算蒸發(fā)器的實時過熱度H(k)，通過增量式PID運算得到電子膨脹閥的目標(biāo)開度值增量Δu(k)，根據(jù)Δu(k)調(diào)節(jié)電子膨脹閥的開度，Δu(k)的計算公式為：

Δu(k)＝(K_p+K_I+K_D)e(k)-(K_p+2K_D)e(k-1)+K_De(k-2)

其中，e(k)為第k次采樣時輸入的偏差，e(k)＝H(k)-H_m，H_m為設(shè)定的蒸發(fā)器過熱度，K_P為設(shè)定的比例系數(shù)，K_I為設(shè)定的積分時間常數(shù)，K_D為設(shè)定的微分時間常數(shù)；

同時通過模糊控制調(diào)節(jié)流變儀用高粘度介質(zhì)冷卻裝置的壓縮機的頻率和齒輪泵的驅(qū)動電機頻率，模糊控制的具體內(nèi)容為：

計算進液溫度偏差ET₃和回液溫度偏差ET₄，計算公式為ET₃＝T₃-T_3m，E_T4＝T₄-T_4m，其中T_3m為設(shè)定的進液溫度給定值，T_4m為設(shè)定的回液溫度給定值；