一种气压平衡式快速切换阀装置，包括阀门一，阀门二，阀门三，三通切换阀，阀门五，阀门六，充气罐，管道一，管道二，管道三，排气管，进气管，滞止容器，喷嘴；其中：阀门一安装在管道一与充气罐之间，阀门二安装在管道一与排气管之间，阀门三安装在管道二和管道三之间，打开时连通管道二和管道三，三通切换阀安装在管道一、管道二和管道三的交汇处，阀门五安装在进气管和滞止容器之间，阀门六安装在管道三和排气管之间，喷嘴安装在管道二插入滞止容器内的一端上。本发明专利技术的优点：避免在气体流量标准装置充气结束时阀门切换过程中气体“倒流”的问题，提高了气体流量装置的准确度，单一的三通阀门不存在同步问题，缩短了气路切换时间。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及气体流量标准装置领域，特别涉及了一种气压平衡式快速切换阀装置。
技术介绍
气体流量标准装置的工作原理是通过准确测量一定时间间隔内流经被校准流量 计的气体量来获得气体流量的标准值。在气体流量标准装置中一般使用快速动作阀门来切 换气体的流动方向和同步计时。如图1，在国内外现有的气体流量标准装置中一般使用两个 独立的阀门(排气阀和充气阀)，通过控制器分别控制每个阀门的开关，通过控制信号的发 出次序来使两个阀门按照需要的时序开关，以实现气路的切换。例如美国NIST的PVTt流 量标准装置、美国西南研究院的原级气体流量装置、“西气东输”工程南京天然气流量计量 站、四川华阳中国天然气大流量计量站均采用这种方式。使用两个独立的阀门实现气路切换的方案中，两个阀门同步是否准确和重复直接 影响装置准确度，另外整个气路切换时间是两个阀门动作时间的和，气路切换时间较慢。如果充气时间较长，则气路切换时间造成的误差较小，但是在且充气罐容积一定 且气体流量较大时，切换时间必然缩短，由此造成的误差则会站主导地位。John D. Wright and Aaron N. Johnson撰写的文章UNCERTAINTY IN PRIMARY GAS FLOW STANDARDS DUE TO FLOW WORK PHENOMENA中对气体流量装置的气路切换过程进行了 分析。文章指出，气路切换可以分为两种模式。第一种是充气“无重叠”模式，即在气路切 换过程中，一个阀门完全关闭后，另一个阀门再开启，两个阀门动作时间没有重叠；第二种 是“重叠”模式，即在气路切换过程中，一个阀门未完全关闭时，另一个阀门已经开时打开， 两个阀门动作时间有一段重叠。对于第一种模式，设计系统时需要保证在气路切换的瞬间 上游的临界流喷嘴不失去临界状态，而且在气路切换开始至两个阀门完全关闭的过程中， 阀门上游喷嘴下游的区域的温度和压力会由于充气做功效应而迅速上升，在系统工作时必 须考虑这一部分的影响。对于第二种模式(这种模式可以是两个阀门切换时的重叠，也可 以是一个三通阀门在切换过程中自然出现的重叠效果)，重叠状态有助于减轻由于充气做 功效应造成的温度压力快速上升，但是在这种模式下，气路切换过程中会出现一小段时间 三个方向均相互连通，此时气体的流动状态将由于工作压力、温度和流量的不同而出现无 法预测的状态，例如可能出现充气结束时气体“倒流”的现象，由于无法准确计算和修正，这 将对装置的准确度造成负面影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了精确测量气体流量，特提供了一种气压平衡式快速切换阀装置。在气体大流量标准装置中的设计中，在气体流量大，气体收集容器容积一定的情 况下，充气时间相对变短，此时由于气路切换过程造成的误差将占主导地位，但由于大流量时管路和阀门的公称通径均较大，较大阀门的动作速度受驱动机构和阀门材料等方面的限 制，无法达到很高的动作速度。如果采用
技术介绍
中介绍的第一种模式，使用两个独立的阀 门实现气路切换的方案，整个气路切换时间是两个阀门动作时间之和，气路切换时间较长， 而且两个阀门同步是否准确和重复也会影响装置准确度。如果选用采用前述的第二种模 式，采用单一三通阀门用于气路的切换，三通阀门在充气结束切换至排气方向的瞬间切换 过程中，可能会出现气体“倒流”现象，难以计算修正。本专利技术提供了一种气压平衡式快速切换阀装置，其特征在于所述的气压平衡式 快速切换阀装置包括阀门一 1，阀门二 2，阀门三3，三通切换阀4，阀门五5，阀门六6，充气 罐7，管道一 8，管道二 9，管道三10，排气管11，进气管12，滞止容器13，喷嘴14 ；其中阀门一 1安装在管道一 8与充气罐7之间，阀门二 2安装在管道一 8与排气 管11之间，阀门三3安装在管道二 9和管道三10之间，打开时连通管道二 9和管道三10， 三通切换阀4安装在管道一 8、管道二 9和管道三10的交汇处，阀门五5安装在进气管12 和滞止容器13之间，阀门六6安装在管道三10和排气管11之间，喷嘴14安装在管道二 9 插入滞止容器13内的一端上。所述的喷嘴14为临界流文丘里喷嘴。本专利技术选用了单一三通切换阀4用于气路的切换，在三通切换阀4和排气管11之 间增加了阀门六6，并且在管道二 9和排气管11之间设计了一条带有阀门三3的可控通气 管路；在校准工作中，通过阀门六6控制，使在充气结束三通切换阀4切换至排气管11方向 之前，使三通切换阀4换入换出两个方向的压力基本相等，这种设计称为气压平衡式快速 切换阀系统。这种设计基本避免了
技术介绍
中所述的气体“倒流”的现象，提高了气体流量标准 装置的准确度；单一的三通切换阀4不存在同步问题；使用一个三通切换阀4代替两个独 立阀门也缩短了气路切换时间。下面以正压式气体流量装置为例说明这种系统的工作原理如图2，在三通切换阀4换入过程中，由于三通切换阀4两侧的压力很接近，均接近 大气压，因此可以认为，如果不考虑三通切换阀4速度的变化，整个切换过程中，流向三通 切换阀4两侧流量是近似对称的，即流向管道一 8和管道三10的气体量相同。如果没有阀门阀门三3及连通管路，且没有阀门六6，三通切换阀4的换出方向直 接连排气管11，在充气结束时的换出过程中，由于管道一 8处的压力P1接近称量容器内的 目标压力，而管道三10处的压力P2则接近大气压，在换出时管道一 8中的气体有可能同“倒 流”向管道三10，“倒流”的量与流经喷嘴14的流量和三通切换阀4处的压力相关，是一个 变化量，这样就会存在一个不确定因素。为了避免这种“倒流”情况，在三通切换阀4的排气方向增加阀门阀门六6，在管道 二 9和管道三10之间之间设计一条管路，通过阀门三3控制何时将管道二 9和管道三10 之间的连通。在换入之前，阀门阀门三3处于关闭状态，在换入结束后，软件控制立刻关闭 阀门六6，在阀门六6关闭到位后，立刻开启阀门三3，使管道二 9和管道三10之间连通，这 样在校准结束快速三通切换阀4换出时，三通切换阀4两侧的P1和P2压力基本相同，这样 就避免了前述的“倒流”现象，而流入管道三10的气体量同样可以通过管道三10的容积、 压力和温度进行计算，最终在计算气体总质量时予以修正即可。4本专利技术的优点1.气压平衡式快速切换阀设计避免在气体流量标准装置充气结束时阀门切换过 程中气体“倒流”的问题，提高了气体流量装置的准确度。2.单一的三通阀门不存在同步问题。3.使用一个三通阀代替两个独立阀门也有助于缩短了气路切换时间。 附图说明下面结合附图及实施方式对本专利技术作进一步详细的说明图1为传统气体流量标准装置流路切换模式示意图；图2为气压平衡式快速切换阀装置示意图。具体实施例方式实施例1本实施例提供了一种气压平衡式快速切换阀装置，其特征在于所述的气压平衡 式快速切换阀装置包括阀门一 1，阀门二 2，阀门三3，三通切换阀4，阀门五5，阀门六6，充 气罐7，管道一 8，管道二 9，管道三10，排气管11，进气管12，滞止容器13，喷嘴14 ；其中阀门一 1安装在管道一 8与充气罐7之间，阀门二 2安装在管道一 8与排气 管11之间，阀门三3安装在管道二 9和管道三10之间，打开时连通管道二 9和管道三10， 三通切换阀4安装在管本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种气压平衡式快速切换阀装置，其特征在于：所述的气压平衡式快速切换阀装置包括阀门一（１），阀门二（２），阀门三（３），三通切换阀（４），阀门五（５），阀门六（６），充气罐（７），管道一（８），管道二（９），管道三（１０），排气管（１１），进气管（１２），滞止容器（１３），喷嘴（１４）；其中：阀门一（１）安装在管道一（８）与充气罐（７）之间，阀门二（２）安装在管道一（８）与排气管（１１）之间，阀门三（３）安装在管道二（９）和管道三（１０）之间，打开时连通管道二（９）和管道三（１０），三通切换阀（４）安装在管道一（８）、管道二（９）和管道三（１０）的交汇处，阀门五（５）安装在进气管（１２）和滞止容器（１３）之间，阀门六（６）安装在管道三（１０）和排气管（１１）之间，喷嘴（１４）安装在管道二（９）插入滞止容器（１３）内的一端上。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘忠奎，王亮，何乃库，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司沈阳发动机设计研究所，
类型：发明
国别省市：89
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