專利名稱：一種etfe氣枕結構試驗恒壓力控制系統(tǒng)的制作方法
一種ETFE氣枕結構試驗恒壓力控制系統(tǒng)技術領域
本發(fā)明屬于建筑結構試驗技術領域，涉及一種氣枕結構試驗壓力控制技術，可應用于建筑氣囊膜、氣枕、氣承膜、工業(yè)儲氣罐的壓力控制試驗，尤其涉及一種ETFE氣枕結構試驗恒壓力控制系統(tǒng)。
背景技術：
充氣膜結構是一種重要膜結構體系，其可分為氣囊式、氣承式，而氣囊式具有很多的表現(xiàn)形式，如飛碟、飛艇、充氣梁、氣拱、氣枕等。ETFE氣枕是近10年發(fā)展起來的一種新型充氣膜。充氣膜結構依靠充氣壓力，使內(nèi)壓力高于外大氣壓，從而達到維持膜形態(tài)，并承受外載荷。壓力控制系統(tǒng)是充氣膜重要系統(tǒng)之一，一般包括動力源、風機、閥門、壓力傳感器 (氣壓計)、管路、計算機控制系統(tǒng)，在具體工程應用中根據(jù)工程規(guī)模和自然環(huán)境特征設計充氣系統(tǒng)。在ETFE氣枕結構試驗時亦需要壓力控制系統(tǒng)，但由于試驗模型往往較小，氣囊容積很小，在試驗過程由于模擬外載荷、溫度等氣囊響應，其導致氣囊耦合作用后容積變化極小，采用普通壓力控制方法將使壓力恒值難以控制、高低劇烈變化、頻繁開閉電路、設備響應頻繁。
陳務軍著的“膜結構工程設計”(中國建筑工業(yè)出版社，2005. 3.)研究介紹充氣膜、蝶形氣囊膜、飛艇、ETFE氣枕設計等。
陳務軍、唐雅芳、任小強等著的“ETFE充氣膜結構設計設計分析方法與數(shù)值分析特征研究”(空間結構，2010，16 ) :38-44)采用氣囊膜，研究了氣囊膜分析方法和結構特性。
王雙軍、陳先明著的“水立方ETFE充氣膜結構技術”(化學工業(yè)出版社，2010. 2) 研究介紹了 ETFE充氣膜系統(tǒng)集成技術，包括ETFE充氣膜建筑、結構、充氣系統(tǒng)、制作與施工寸。
王凱著的“ETFE充氣膜結構設計方法與ETFE薄膜特性研究”(上海交通大學碩士學位論文，2010. 11)研究介紹了 ETFE充氣膜結構設計方法、壓力控制系統(tǒng)設計原理與設備選擇、ETFE氣枕高溫交變試驗以及ETFE薄膜材料性能力學試驗。
王凱、陳務軍、宋浩著的“ETFE充氣膜結構設計方法與特征”(第八屆全國土木工程研究生學術論壇，浙江大學，杭州，2010. 11.27-28)研究介紹了 ETFE充氣膜結構設計方法、ETFE氣枕結構特征。
這些現(xiàn)有的壓力控制系統(tǒng)一般包括壓力傳感器(氣壓計)、計算機控制系統(tǒng)等，在 ETFE氣枕結構試驗時，采用普通壓力控制方法將使壓力恒值難以控制、高低劇烈變化、頻繁開閉電路、設備響應頻繁，不能滿足簡單、可靠、精度高、響應快、無計算機控制系統(tǒng)、無壓力傳感器、經(jīng)濟實用的要求。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有氣囊壓力控制系統(tǒng)的不足，提供一種新型ETFE氣枕結構試驗恒壓力控制技術，具有簡單、可靠、精度高、響應快、無計算機控制系統(tǒng)、無壓力傳感器、經(jīng)濟實用，可應用于建筑氣囊膜、氣枕、氣承膜、工業(yè)儲氣罐的壓力控制試驗，以及其它充氣結構壓力控制試驗。
為實現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明的新型ETFE氣枕結構試驗恒壓力控制系統(tǒng)包括儲水罐、壓力管、浮動開關、主動氣源、進氣閥。浮動開關由中間絕緣輕質(zhì)桿、下端輕質(zhì)浮塊、上端電極板構成，浮塊浸浮于水中，電極板可接通壓力管電極。壓力管上端密封，有一對電極和一個氣嘴，電極內(nèi)側端可與浮動開關接通，外接線端連接主動氣源的進氣閥，氣嘴通過軟氣管連接ETFE氣枕的氣嘴，壓力管下端座透氣可固定放置于儲水罐。主動氣源通過軟氣管連接ETFE氣枕氣嘴，軟氣管間接進氣閥。初始氣枕內(nèi)不充氣，往儲水罐內(nèi)注水，當注水使浮動開關頂升接通進氣閥，主動氣源對ETFE氣枕充氣，當壓力達到設定值壓力管內(nèi)氣體從壓力罐下端溢出產(chǎn)生氣泡或儲水罐內(nèi)水位增高、水溢出，氣面和液面保持設定高差(壓力力差)，浮動開關降低斷開進氣閥電極，主動氣源停止充氣，當壓力低于設定值浮動開關頂升接通充氣，維持系統(tǒng)壓力恒定。
較佳地，儲水罐和壓力管為透明剛化玻璃制成；ETFE氣枕為超壓氣囊；主動氣源為空壓機。
本發(fā)明充分利用大氣壓差、水壓力、水浮力的特點和物理原理，實現(xiàn)新型ETFE氣枕結構試驗恒壓力控制系統(tǒng)，簡單、精度高、無需計算機控制系統(tǒng)、無壓力傳感器、經(jīng)濟實用，可應用于建筑氣囊膜、氣枕、氣承膜、工業(yè)儲氣罐的壓力控制試驗，以及其它充氣結構壓力控制試驗。
以下將結合附圖對本發(fā)明的構思、具體結構及產(chǎn)生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。


圖1是本發(fā)明的一個較佳實施例的ETFE氣枕結構試驗恒壓力控制系統(tǒng)。
圖中，1為ETFE氣枕，2為空壓機，3為空氣，4為電纜，5為軟氣管，6為輕質(zhì)浮塊，7 為絕緣輕質(zhì)桿，8為儲水罐，9為壓力管，10為電極板，11為電極接線端，12為凈水，13為進氣閥，14為支架。
具體實施方式
如圖1所示，本發(fā)明包括ETFE氣枕1、空壓機2、空氣3、電纜4、軟氣管5、輕質(zhì)浮塊 6、絕緣輕質(zhì)桿7、儲水罐8、壓力管9、電極板10、電極接線端11、凈水12、進氣閥13、支架14。 絕緣輕質(zhì)桿7上端連接電極板10下端連接輕質(zhì)浮塊6構成浮動開關。透明有毫米精度標尺的壓力管9上端密封，密封蓋上有一對電極11和一個氣嘴，電極內(nèi)側端可與浮動開關接通，外接線端由電纜4連接空壓機2的進氣閥13，氣嘴通過軟氣管5連接ETFE氣枕1的氣嘴，壓力管9下端座透氣可固定放置于儲水罐8。進氣閥13 —端口由軟氣管5連接空壓機 2，另一端口由軟氣管5連接ETFE氣枕1的氣嘴，進氣閥13由電纜4連接壓力管9的電極接線端11，由浮動開關的電極板10接通。ETFE氣枕1連接固定于支架14，內(nèi)充空氣3，有兩個氣嘴，有軟氣管5連接壓力管9的氣嘴和進氣閥13的端口。儲水罐8內(nèi)儲存凈水12， 儲水罐8凈水頂面與壓力管9內(nèi)氣/水界面間水的高度差為ETFE氣枕1與大氣壓的壓差，初始時刻ETFE氣枕1內(nèi)和大氣壓一致，壓力管9內(nèi)水面域儲水罐8內(nèi)水面高度一致，ETFE 氣枕1內(nèi)壓力增大，壓力管9內(nèi)水面降低，壓力管9內(nèi)外水面壓差即為ETFE氣枕壓力，當壓差達到設定值將不再增大。
本發(fā)明的構件尺寸、材料選擇、工藝設計可針對具體應用確定，包括最大壓力值 Hl (儲水罐8頂端與壓力管9下端之間的高度)、壓差控制誤差值h(電極板10與電極接線端11之間的高度)。儲水罐8、壓力管9可用透明剛化玻璃，ETFE氣枕1可為平面矩形、方形、菱形、圓形，支架14可為鋼結構、鋁合金材料。軟氣管5可為白色PE波紋管，絕緣輕質(zhì)桿7可為PE棒。
以上詳細描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員依本發(fā)明的構思在現(xiàn)有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種ETFE氣枕結構試驗恒壓力控制系統(tǒng)，其特征在于，包括儲水罐、壓力管、設置于壓力管內(nèi)的浮動開關、進氣閥和通過進氣閥供氣的主動氣源；其中，ETFE氣枕連接固定于支架，內(nèi)充空氣，ETFE氣枕有兩個氣嘴，分別通過軟氣管連接壓力管的氣嘴和進氣閥的端口；浮動開關由上端的電極板、中間的絕緣輕質(zhì)桿和下端的浮塊構成，浮塊浸浮于水中，電極板可接通壓力管的電極；壓力管透明并有毫米精度標尺，壓力管上端用密封蓋密封，密封蓋上有一個氣嘴和分別位于密封蓋兩側的一對電極端子，內(nèi)側電極端子自動與浮動開關接通，外側電極端子通過電纜連接進氣閥，以控制進氣閥的動作；壓力管的氣嘴通過軟氣管連接ETFE氣枕的一個氣嘴，壓力管下端座透氣且固定放置于儲水罐中；儲水罐內(nèi)儲存凈水，凈水頂面與壓力管內(nèi)氣/水界面間水的高度差為ETFE氣枕與大氣壓的壓差；初始時刻ETFE氣枕內(nèi)不充氣，壓力和大氣壓一致，壓力管內(nèi)水面與儲水罐內(nèi)水面高度一致，浮動開關頂升，控制進氣閥接通，主動氣源對ETFE氣枕充氣；隨著ETFE氣枕內(nèi)壓力增大，壓力管內(nèi)水面降低，壓力管內(nèi)外水面壓差即為ETFE氣枕壓力，當壓差達到設定值，壓力管內(nèi)氣體從壓力罐下端溢出產(chǎn)生氣泡或儲水罐內(nèi)水位增高、水溢出，氣面和液面保持設定高差，浮動開關降低，使得進氣閥關閉；當壓力低于設定值時，浮動開關頂升，重新接通充氣，從而維持系統(tǒng)壓力恒定不再增大。
2.如權利要求1所述的ETFE氣枕結構試驗恒壓力控制系統(tǒng)，其特征在于，儲水罐和壓力管為透明剛化玻璃制成。
3.如權利要求1所述的ETFE氣枕結構試驗恒壓力控制系統(tǒng)，其特征在于，ETFE氣枕為超壓氣囊。
4.如權利要求1所述的ETFE氣枕結構試驗恒壓力控制系統(tǒng)，其特征在于，主動氣源為空壓機。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型ETFE氣枕結構試驗恒壓力控制系統(tǒng)，由壓力管、浮動開關、儲水罐、進氣閥、空壓機、軟氣管利用大氣壓力、水壓力、水浮力構成一套物理壓力恒定控制系統(tǒng)，無壓力傳感器，無計算機電子控制系統(tǒng)。絕緣輕質(zhì)桿上端連接電極板下端連接輕質(zhì)浮塊構成浮動開關。儲水管存水，ETFE氣枕內(nèi)充氣。當氣壓低時浮動開關接通進氣閥，空壓機給ETFE氣枕充氣。當壓力達到設定值，浮動開關降低斷開進氣閥，空壓機停止給ETFE氣枕充氣。
文檔編號G05D16/06GK102508504SQ20111036015
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月14日 優(yōu)先權日2011年11月14日
發(fā)明者何艷麗, 趙兵, 陳務軍 申請人:上海交通大學