一种自适应压力的管道防水锤装置的制作方法

文档序号:44821643发布日期:2026-03-03 23:25阅读:5来源:国知局

本发明涉及泵阀,具体涉及一种自适应压力的管道防水锤装置。


背景技术:

1、水锤现象是流体管道内的一种冲击作用,由于管道内水体前进过程会有速度,而突然关闭阀门或者泵突然停机时,在截止点前方管道内的流体由于惯性继续前进,在截止点前流体堆积,从而压力升高到较高的值,冲击截止点处流道壁面,发出撞击声,严重时引起截止点处管道壁面变形,所以,水锤作用是泵阀领域所需要考虑的。

2、现有的技术方案存在以下不足之处:

3、1、传统的防水锤装置,如空气罐、弹簧式缓冲器或泄压阀,通常采用固定参数设计,难以适应管道内流体压力和流速的动态变化,当系统工况偏离设计点时,这些装置的防水锤效果会大打折扣,甚至可能因响应不及时或过度响应而产生新的问题,例如,固定容积的空气罐在压力过低时可能导致气蚀,在压力过高时则可能容量不足;固定开启压力的泄压阀在压力波动频繁的系统中容易误动作或滞后;

4、当前市面上常见的防水锤装置,在针对水中杂质的处理与防护方面存在明显的结构设计短板,由于缺乏专门的杂质过滤、分离及疏导机制,水中含有的泥沙、铁锈、悬浮颗粒等各类杂质,极易在装置内部堆积滞留,这些杂质不仅会对防水锤装置的核心调节结构造成磨损、卡滞,还会影响阀门、密封件等关键零部件的配合精度与运动灵活性,导致装置的压力调节响应变慢、密封性能下降,进而引发启停异常、泄漏等故障,这不仅会严重干扰防水锤装置的正常工作效能,还会破坏后续相关系统的运行稳定性,给整体作业流程带来阻碍,影响工作的顺利推进。

5、鉴于以上情况,为了克服上述技术问题,本发明一种自适应压力的管道防水锤装置。


技术实现思路

1、本发明提供了一种自适应压力的管道防水锤装置,解决了现有的技术难以适应管道内流体压力和流速的动态变化的问题。

2、为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:

3、一种自适应压力的管道防水锤装置,包括主体阀腔,所述主体阀腔的内部开设有缓冲腔,且缓冲腔的内部连接有可动活塞杆,所述可动活塞杆的一侧设有联动调节机构;

4、所述联动调节机构包括连接在可动活塞杆一端的连杆,可动活塞杆的另一端通过调节座连接活动的调节板,调节板位于缓冲腔中,调节板采用柔性材料制成,且调节板上开设多个通孔;

5、所述缓冲腔中还设置有用于确认可动活塞杆和调节板的位置的反馈传感器,反馈传感器的输出端与控制单元的输入端连接,控制单元的输出端与调节板的活动控制端连接;

6、所述主体阀腔上设置缓冲单元,缓冲单元包括压力传感器、执行器、储能单元和控制单元,储能单元的回流口和缓冲腔之间设置回流管道,压力传感器和执行器均设置于回流管道上;储能单元中填充有缓冲介质,储能单元的输送口与缓冲腔连通;

7、控制单元设置于主体阀腔的一侧,压力传感器的输出端与控制单元的输入端连接,控制单元的输出端与执行器的接收端连接;

8、所述主体阀腔的一侧连接有出水管,其另一侧连接有进水管,进水管的内部设置有阻尼连接的有分流板,且分流板的内部分布有分流槽。

9、上述方案中,通过联动调节机构与可动活塞杆的机械联动可以实现缓冲腔容积的被动调节;以及控制单元、传感器和执行器的结合,为自适应功能奠定基础,同时通过位置反馈,控制单元可以更精确地了解缓冲腔的当前状态,从而实现更精细的调节,提高了系统的控制精度和响应准确性。

10、优选的,所述调节座的外壳与可动活塞杆连接;所述调节座内部的上方处固定有由控制单元驱动的驱动电机,所述驱动电机的输出端处连接至蜗杆的一端,蜗杆的另一端与调节座内壁转动连接;所述调节座内部的转动连接有转杆,所述转杆的外侧固定连接有蜗轮,所述转杆的外侧固定有连接架,所述连接架远离涡轮的一端与调节板固定连接;所述涡轮与蜗杆配合。

11、优选的,所述进水管内部的上下两端处固定有缓冲座,且缓冲座的内部活动连接有阻尼活动块,所述阻尼活动块的一侧与分流板相连接,所述阻尼活动块的另一端卷绕有弹簧。

12、优选的,所述分流板的上下两端处固定有导向块,所述进水管的内壁上开设有导向槽,且导向槽均与导向块滑动连接。

13、在上述方案中,导向块和导向槽共同组成导向结构,使得分流板的前后移动更为顺畅。

14、优选的,进水管内还设置有过滤网,所述过滤网位于分流板与缓冲腔的进水口之间。

15、优选的,分流槽呈波浪形。

16、优选的,所述控制单元包括一个压力趋势分析模块,用于实时分析压力传感器采集到的管道压力数据,并计算压力变化率。

17、上述方案中,通过压力变化率的计算,能够快速识别水锤发生的早期迹象,为系统快速响应提供依据,而非仅仅依赖压力阈值判断。

18、优选的,所述压力趋势分析模块能够根据压力变化率和/或压力峰值,判断是否存在正水锤或负水锤风险。

19、上述方案中,结合了压力变化率和压力绝对值阈值,提高了水锤识别的准确性,减少误报和漏报。

20、优选的,所述控制单元包括一个模糊pid控制模块,用于根据压力偏差及其变化率,通过模糊逻辑动态调整pid参数,从而精确控制执行器。

21、上述方案中,模糊pid控制算法能够更好地处理管道系统的非线性和不确定性,使执行器对缓冲腔压力的调节更加平稳、精确和快速,显著优于传统固定参数pid控制器。

22、优选的,所述控制单元指令执行器向缓冲腔快速充入缓冲介质,以增大缓冲腔的刚度。

23、上述方案中,通过增加缓冲腔刚度来吸收冲击能量,是高效应对正水锤的关键,结合自适应调节,能动态匹配水锤强度。

24、优选的,所述控制单元指令执行器排出缓冲腔内的部分缓冲介质,以减小缓冲腔的刚度。

25、上述方案中,通过减小缓冲腔刚度来防止负压气蚀,是高效应对负水锤的关键,避免了传统装置在负压时的失效或响应不足。

26、优选的,所述控制单元包括一个自学习与优化模块,用于记录水锤事件数据,并利用机器学习算法优化水锤识别阈值和控制参数。

27、上述方案中,装置能够从历史数据中学习并持续改进自身的响应策略,使其性能随时间推移不断优化,真正实现“自适应”和“智能化”,而不是仅仅预设固定规则。

28、优选的,所述自学习与优化模块能够根据长期运行数据和水锤事件的缓冲效果,动态校准管道的正常运行压力(p_normal)和允许的压力波动范围(δp_allow)。

29、上述方案中,系统能根据实际工况变化自我调整基准参数,确保其在不同运行环境下都能保持最佳性能,增强了装置对环境变化的适应性。

30、本发明的有益效果如下:

31、本发明一种自适应压力的管道防水锤装置借助分流板的缓流功能能够有效减缓水流的流动速度,避免高速水流产生的冲击力对过滤网造成不良影响,水流冲击力不仅会直接破坏过滤网的过滤介质结构,导致过滤孔径变形、堵塞,显著降低其过滤效率与净化效果,还会长期冲击过滤网的壳体、接口等部件,引发磨损、松动甚至开裂等损伤,缩短过滤网的使用寿命。同时,在缓冲单元的协同作用下,可在缓流的基础上实现二次缓冲减压,能进一步吸收水流的动能,平稳水流状态,既减少了水流冲击对过滤网过滤过程的干扰,保障过滤效果稳定,又能拦截部分大颗粒杂质,避免杂质随高速水流直接冲刷主体阀腔内部的核心零件,可防止杂质造成零件磨损、卡滞或密封失效,确保主体阀腔的运行精度与稳定性,从而避免因设备故障导致后续相关作业流程受阻,保障整体工作的顺利推进。

32、本发明中的控制单元可以根据管道内流体压力和流速的动态变化进行实时调节,具体的,利用压力趋势分析模块采用滑动平均滤波对压力传感器数据进行平滑处理,消除测量噪声通过计算压力变化率(dp/dt),结合预设的阈值,判断压力是否出现异常的快速变化。

33、模糊pid控制模块是以压力偏差 “e = p_target - p_current” 和压力偏差变化率“de/dt”作为输入,通过模糊推理系统,动态调整pid控制器中的比例(kp)、积分(ki)、微分(kd)参数,实现对执行器的精确控制。

34、自学习与优化模块,则是记录每次水锤事件的压力曲线、响应时间、执行器动作和最终缓冲效果,采用机器学习算法,分析历史数据,优化水锤识别阈值和模糊pid控制器的参数,其目标是最小化水锤峰值压力或负压,同时最小化响应时间和缓冲介质消耗。

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