一种基于标准冷凝曲线的冷凝系统状态监控方法与流程

本发明涉及飞机制造领域，尤其涉及复合材料成型，更具体的说涉及一种基于标准冷凝曲线的冷凝系统状态监控方法。

背景技术：

1、先进复合材料（advanced composite materials，简称acm）主要指高性能纤维（如硼纤维、碳纤维和芳纶）等增强的树脂基复合材料，以其耐高温、耐疲劳、阻尼减震性号、破损安全性好、性能可设计等优势，逐渐取代金属部件，在现代飞行器表面上取得重要应用。热压罐是复合材料成型工艺中最主要的一种关键设备，是一个具有整体加热系统的压力容器。在零件固化过程中，热压罐需保证零件以一定的升温速率进行升温、恒温或降温，其中，依靠冷凝水吸热降温的主冷凝器在热压罐降温过程中具有重要作用。

2、热压罐内的主冷凝器以及与之配套的冷凝系统对热压罐降温功能具有重要影响，但是主冷凝器和冷凝系统具有封闭式结构，存在检修困难的问题，一旦出现明显性故障则有可能影响整罐复材零部件的成型质量，造成巨大损失。当前热压罐设备虽然对罐内温度、压力有实时监控，但并没有对冷凝水温度与流量进行实时监控并分析。又因在实际生产过程中，热压罐每次进罐的零件种类和数量有较大的不确定性，如何对采集到的实时监控数据进行有效处理与分析，提取有效特征曲线，进而监控热压罐冷凝系统的实时状态，若有异常和风险及时提示报警，成为了亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术中存在的问题和不足，本发明提出了一种基于标准冷凝曲线的冷凝系统状态监控方法，能够快速、有效且科学地解决热压罐冷凝系统的状态监控问题。

2、为了实现上述发明目的，本发明的技术方案具体如下：

3、一种基于标准冷凝曲线的冷凝系统状态监控方法，包括以下步骤：

4、以固定频率采集热压罐主冷凝水进水口温度、主冷凝水出水口温度、热压罐内真实温度、热压罐内设置温度以及热压罐主冷凝水水流量的历史数据，利用历史数据统计分析得出关键参数的阈值，定义为标准参数，制作形成一条标准冷凝曲线；

5、通过标准冷凝曲线判断热压罐在每一个降温周期内的泄压操作点，泄压操作点处温度可判定为其有效降温截止温度；

6、对于每一个降温周期，以相同的频率实时采集热压罐主冷凝水进水口温度、热压罐主冷凝水出水口温度、热压罐内真实温度、热压罐内设置温度以及热压罐主冷凝水水流量数据进行拟合分析，计算得出热压罐的有效降温截止时间、主冷凝水开启时间、主冷凝水消耗总体积、主冷凝水消耗总热量和主冷凝水散热功率；根据热压罐所有降温周期的有效降温截止时间、主冷凝水开启时间、主冷凝水消耗总体积、主冷凝水消耗总热量和主冷凝水散热功率制作形成相应的状态监控曲线；

7、根据标准冷凝曲线，判定状态监控曲线的预警线，实时监测状态监控曲线，当状态监控曲线超出预警线则进行异常和风险提示报警。

8、作为优选地，在降温周期内，温度曲线平稳下降过程中某一时间点出现温度下降突变，则该点可作为泄压操作点的初判点。

9、作为优选地，在降温周期内，当某一个时间点初步判定为泄压操作点时，从泄压判定临界时间，当且仅当满足以下三个条件时，该点可判定为泄压操作点：

10、1)该点温度低于泄压判定临界温度；

11、2)前后三分钟降温差值超过10倍；

12、3)该点之后三分钟内温度三连降。

13、作为优选地，热罐内温度真实值从开始降温至有效降温截止温度所需时长，定义为有效降温截止时间。

14、作为优选地，对于每一个降温周期内的主冷凝水进水口温度、主冷凝水出水口温度以及主冷凝水水流量数据采集曲线，某一个时间点当且仅当满足以下四个条件时，可判定为主冷凝水开启时间：

15、1)该时刻之前水流量10分钟内处于稳定状态，且波动范围在±10立方米/小时；

16、2)该时刻水流量小于1立方米每小时；

17、3)该时刻之后五分钟水流量均值大于主冷凝水开启第一判定流量；

18、4)该时刻之后五到十分钟水流量均值大于主冷凝水开启第二判定流量。

19、作为优选地，所述计算得出热压罐的主冷凝水消耗总体积，包括：

20、从主冷凝水开启时间开始，到该降温周期的有效降温截止时间，对每分钟的热压罐主冷凝水水流量乘以60再求和，最终得到主冷凝水消耗总体积。

21、作为优选地，所述计算得出热压罐的主冷凝水消耗总热量，包括：

22、首先根据比热容公式

23、；

24、；

25、；

26、为热量，为比热容，为质量，为温度差，为密度，为体积，为流量，为时间，则有：

27、；

28、则在第1到第分钟，主冷凝水消耗总热量为：

29、；

30、其中，为采样频率，为第n时刻流量，为第n时刻的温度，为第n-1时刻的温度，n为当前时刻。

31、作为优选地，所述主冷凝水散热功率为单位体积主冷凝水从热压罐内带走的热量为主冷凝水的散热功率。

32、本发明的有益效果：

33、1、本发明通过找到泄压操作点后判定有效降温截止温度，进而确定有效降温截止时间的方法，得到在热压罐下降固定温度的情况下，主冷凝水消耗的总体积、带走的热量和主冷凝水散热功率，由此监控热压罐冷凝系统状态，为冷凝泵维修、冷凝塔清洗及冷凝水更换等预防性维修提供判据，实现产品因设备故障导致的不合格率降低了50%。

34、2、本发明用于精确性监测冷凝系统运行状态，除用于复合材料热压罐成型外，可推广至其他用液体介质进行冷却的降温系统进行精确监控，例如发电工业等。

技术特征：

1.一种基于标准冷凝曲线的冷凝系统状态监控方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于标准冷凝曲线的冷凝系统状态监控方法，其特征在于，在降温周期内，温度曲线平稳下降过程中某一时间点出现温度下降突变，则该点作为泄压操作点的初判点。

3.根据权利要求2所述的一种基于标准冷凝曲线的冷凝系统状态监控方法，其特征在于：在降温周期内，当某一个时间点初步判定为泄压操作点时，从泄压判定临界时间，当且仅当满足以下三个条件时，该点判定为泄压操作点：

4.根据权利要求1所述的一种基于标准冷凝曲线的冷凝系统状态监控方法，其特征在于，热罐内温度真实值从开始降温至有效降温截止温度所需时长，定义为有效降温截止时间。

5.根据权利要求1所述的一种基于标准冷凝曲线的冷凝系统状态监控方法，其特征在于，对于每一个降温周期内的主冷凝水进水口温度、主冷凝水出水口温度以及主冷凝水水流量数据采集曲线，某一个时间点当且仅当满足以下四个条件时，判定为主冷凝水开启时间：

6.根据权利要求1所述的一种基于标准冷凝曲线的冷凝系统状态监控方法，其特征在于，所述计算得出热压罐的主冷凝水消耗总体积，包括：

7.根据权利要求1所述的一种基于标准冷凝曲线的冷凝系统状态监控方法，其特征在于，所述计算得出热压罐的主冷凝水消耗总热量，包括：

8.根据权利要求1所述的一种基于标准冷凝曲线的冷凝系统状态监控方法，其特征在于，所述主冷凝水散热功率为单位体积主冷凝水从热压罐内带走的热量为主冷凝水的散热功率。

技术总结
本发明涉及复合材料成型技术领域，公开了一种基于标准冷凝曲线的冷凝系统状态监控方法，通过找到泄压操作点后判定有效降温截止温度，进而确定有效降温截止时间的方法，得到在热压罐下降固定温度的情况下，主冷凝水消耗的总体积、带走的热量和主冷凝水散热功率，由此监控热压罐冷凝系统状态，为冷凝泵维修、冷凝塔清洗及冷凝水更换等预防性维修提供判据，降低了产品因设备故障导致的不合格率。

技术研发人员：伏磊,刘彦汝,唐鹏,祝君军,余宁
受保护的技术使用者：成都飞机工业（集团）有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16