CN102513021B - 一种稳定控制搅拌桶内搅拌状态的方法 - Google Patents

Abstract

一种稳定控制搅拌桶内搅拌状态的方法，该装置包括搅拌桶、通入搅拌桶的两个介质供应管路及一输出管路；其还包括，一浓度检测装置，设置于搅拌桶上部；所述的两个介质供应管路及一输出管路上分别设控制阀；该些控制阀电性连接至一控制器，所述的浓度检测装置也电性连接至该控制器，控制器接受浓度检测装置检测信号，处理后将控制信号传送至个控制阀。本发明利用对搅拌桶内某个高度的浓度值进行精确的光学测量，由测量值对比来实现对搅拌桶内注入介质的精确控制，从而实现对搅拌桶内浓度分布的稳定控制，以此来实现对最终向外供应的砂浆浓度的控制。

Description

一种稳定控制搅拌桶内搅拌状态的方法

技术领域

本发明涉及射流清洗技术，特别涉及一种稳定控制搅拌桶内搅拌状态的方法，主要用于实现对后混合射流系统中搅拌桶的砂量浓度进行有效控制，实现对不同种类的硬物颗粒物的不同浓度进行稳定控制，确保供砂系统能稳定的向外供应规定浓度的砂浆，保证供砂管路不发生砂浆浓度过大、过少等现象，由此实现对后混合射流特性的严格控制，有效提高后混合射流清洗效果的稳定性。

背景技术

后混合射流清洗技术是采用高压水射流带动细小的硬物颗粒，以高压水位载体将硬物颗粒加速至足够高的速度后，向目标靶物进行冲刷、轰击，从而实现对各类制品表面的腐蚀层(如锈蚀层、鳞皮)、油漆层、边角部加工毛刺等的有效清洗。

通常情况下，考虑到清洗操作的方便、快捷性，通常采用一种称为后混合射流的清洗技术，该技术是通过增压系统，如三柱塞泵将水压力增压至足够高的压力水平，如80MPa，同时将此高压水传递至后混合喷嘴处，后混合喷嘴依靠自身的特殊形腔，在通水喷射时自动产生一个对应的自吸力，该自吸力即为砂路供应的基本动力源，该自吸力通过一个插在搅拌桶中的管子将混合油高浓度砂粒的砂浆吸入喷嘴，并在喷嘴内的混合腔内完成混合后向外喷射，如此实现最终的后混合喷射，以此来实现清洗的目的。

之所以利用搅拌桶来实现供砂，主要是因为喷射的砂粒需要回收处理后再利用，这种回收再利用的砂粒进入喷射系统时，最方便的手段就是直接进入搅拌器，利用喷射系统的自吸力吸入喷射系统即可，如此即实现再利用。

这种再利用的供砂方案中的核心部件是搅拌桶，吸砂管直接插入搅拌桶，通常为了获得高浓度的砂浆，吸砂管通常直接插入至搅拌桶的底部。这种方式带来的优点是砂浆浓度极高，对喷射后的清洗效果具有很好的促进作用；然而，为实现砂量的循环利用，通常砂粒在进行一次表面喷射后，利用回收过滤系统会通过砂浆管路再次进入搅拌桶，搅拌桶作为一个供砂的关键系统，其内部的砂水浓度至关重要。当砂水浓度超标后，通常造成搅拌器负荷超限，容易造成搅拌器驱动电机过热烧损；当砂水浓度较低时，造成喷射系统的砂管中砂量不足，直接影响喷射系统的清洗效果。

基于此，为获取稳定的砂量供应，需要严格控制搅拌桶中的砂水浓度(可分为体积比浓度与质量比浓度)。通过对国内外相关领域内进行的详细调研发现，相关技术领域内的研究人员并没有提出一种针对性的有效解决方案，为此本发明基于搅拌桶内的二相流的重量特性，公开一种有效的浓度控制方案，以实现对搅拌桶中砂量的稳定控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种稳定控制搅拌桶内搅拌状态的方法，用于单一种类砂粒与液体介质的不同浓度值下的稳定控制，通过对搅拌桶特殊高度位置的浓度精确测量，实现对搅拌桶内注入介质量的精确控制，从而提高搅拌桶的砂浆浓度的稳定控制，杜绝砂浆浓度过高或过低的现象，出达到对后混合喷嘴清洗效果的有效控制。

为达到上述目的，本发明的主要技术方案是：

利用对搅拌桶内某个高度的浓度值进行精确的光学测量，由测量值对标来实现对搅拌桶内注入介质的精确控制，从而实现对搅拌桶内浓度分布的稳定控制，以此来实现对最终向外供应的砂浆浓度的控制。

具体地，本发明的一种稳定控制搅拌桶内搅拌状态的方法，包括如下步骤：

1)确定搅拌桶初始状态的参数：

搅拌桶容积为： $V_0=h\·\frac{\mathrm{\π}\·d^2}{4}-V_1$

式中：h—搅拌桶的有效容积深度，m；d—搅拌桶的有效容积直径，m；V₀—搅拌桶的最终有效容积，m³；V₁—搅拌器在搅拌桶有效容积深度内所占据的容积，m³；

搅拌桶内砂浆初始浓度值为N₀，该测量值N₀正是搅拌桶6在后续稳定供应期间需要保持的测量值，即桶内必须达到的目标浓度值；

搅拌桶初始加入介质即砂浆和水的平均体积比为Z₀：

Z₀＝N₀×K

式中，K值为等效系数，即桶内的平均体积比浓度值与该高度下测量点的实际体积比浓度值的比值，该值主要由搅拌桶的自身特性与搅拌参数决定，为常值，取值1～8；

2)在搅拌桶抽吸过程中，搅拌桶内上部设浓度测量点，通过光学检测获得该高度搅拌桶内介质的浓度值N1，由此可以计算得桶内介质的平均体积比Z₁：

Z₁＝N₁×K

式中，K值同上；

此时，搅拌桶内介质的当前实际浓度与介质需要达到的目标浓度存在如下平均差值：

Z₀-Z₁

由此可得，搅拌桶中需要保持的均匀体积比浓度为Z₀，而此时搅拌桶内因介质向外输送了一部分，造成桶内原有的流场分布发生变化，此时检测浓度值为N1，故需要补充的介质量分别为：水为Δa₂，砂浆为Δa₁，其中：

Δa₁＝{[(N₁-N₂)·K]·V₀}/Z₀

然而，搅拌桶在向内注入介质的同时，向外以一定速率向外输出介质，因此，其实际注入介质的流量为：

Z₁·a₁-Z₂·b

由此可知，注入高浓度砂浆所需的时间为：

S₁＝Δa₁/(Z₁·a₁-Z₂·b)

对于水的供应量Δa₂，不需要精确控制，仅需保持输入量超过需求量即可；

控制，补充耗时S1，在S1+S之后再次测量，其测量值再次与规定浓度N0做对比，直到(N0-N1)/N0≈d，d值为系统中所能容忍的浓度最大偏差量；如此，系统即达到了所要求浓度精度的稳定水平从而实现对搅拌桶内浓度分布的稳定控制，以此来实现对最终向外供应的砂浆浓度的控制。

进一步，颗粒浓度低于15％的颗粒浓度检测仪。

另外，本发明稳定控制搅拌桶内搅拌状态的装置，包括搅拌桶、通入搅拌桶的两个介质供应管路及一输出管路；其还包括，一浓度检测装置，设置于搅拌桶上部；所述的两个介质供应管路及一输出管路上分别设控制阀；该些控制阀电性连接至一控制器，所述的浓度检测装置也电性连接至该控制器，控制器接受浓度检测装置检测信号，处理后将控制信号传送至个控制阀。

所述的搅拌桶对应浓度检测装置处设检测口，该检测口为搅拌桶上部桶壁凸设结构。

所述的检测口沿搅拌桶上部设有若干个。

所述的搅拌桶上部设溢流口。

所述的浓度检测装置为光学检测装置。

所述的浓度检测装置为激光浓度测量仪或射线浓度测量仪。

所述的所述搅拌桶输入介质管路中高浓度砂浆的硬物颗粒体积比浓度为一稳定值，且该体积比浓度值高于输出管路的体积比浓度值。

所述的搅拌桶输入介质管路中的水注入管路，其中硬物颗粒的含量不高于50mg/L。

所述的浓度测量装置测量点在桶身的不同高度位置，测量点的混合介质中的浓度值不能高于15％。

本发明的有益效果：

1)本发明能稳定控制搅拌桶内的固体颗粒物与水两种介质的体积比浓度控制在目标平均浓度值Z₀的一定范围内，从而实现该搅拌桶能稳定的为外界提供稳定浓度的浆料。

2)通过本发明控制方法，能实现搅拌桶内浓度的完全自动化控制，无需人工干预，保证了整个系统的可靠性。

附图说明

图1为本发明稳定控制搅拌桶内搅拌状态的装置的示意图。

图2为本发明一实施例的示意图。

具体实施方式

参见图1、图2，本发明稳定控制搅拌桶内搅拌状态的装置，包括搅拌桶1、通入搅拌桶1的两个介质供应管路2、3及一输出管路4；其还包括，一浓度检测装置5，设置于搅拌桶1上部；所述的两个介质供应管路2、3及一输出管路4上分别设控制阀6、6’、6”；该些控制阀6、6’、6”电性连接至一控制器7，所述的浓度检测装置5也电性连接至该控制器，控制器7接受浓度检测装置5检测信号，处理后将控制信号传送至个控制阀6、6’、6”。

所述的搅拌桶对应浓度检测装置处设检测口，该检测口为搅拌桶上部桶壁凸设结构。所述的检测口沿搅拌桶上部设有若干个。

所述的搅拌桶1上部设溢流口101。

所述的浓度检测装置5为光学检测装置，如激光浓度测量仪或射线浓度测量仪。

实施例

本发明的稳定控制搅拌桶内搅拌状态的方法，包括如下步骤：

1)确定搅拌桶初始状态的参数：

(1)该搅拌桶内的等效系数K＝6，即桶内所有介质的平均浓度值与距离搅拌桶液面为10cm测量点(该处实测值不高于15％)的浓度测量值之间的比值；

(2)搅拌桶1注入介质后，达到稳定搅拌状态所需达到的时间为5s；

(3)搅拌桶需要控制达到的目标平均浓度值Z₀＝48％，即测量点浓度为N₀＝8％；

(4)搅拌桶容积为： $V_0=h\·\frac{\mathrm{\π}\·d^2}{4}-V_1=0.69m^3$

式中：h—搅拌桶1的有效容积深度，为1.0m；d—搅拌桶1的有效容积直径，为1.0m；V₀—搅拌桶1的最终有效容积，计算所得为0.69m³；V1—搅拌器在搅拌桶有效容积深度内所占据的容积，0.1m³；

搅拌桶内砂浆初始浓度测量值为N₀＝8％；该测量值N₀正是搅拌桶1在后续稳定供应期间需要保持的测量值，即桶内必须达到的目标浓度值；搅拌桶初始加入介质即砂浆和水的平均体积比为Z₀：

Z₀＝N₀×K＝8％×6＝48％

式中，K值为等效系数，即桶内的平均体积比浓度值与该高度下测量点的实际体积比浓度值的比值，该值主要由搅拌桶的自身特性与搅拌参数决定，基于实验测量结果，该值可取常数6；

2)在搅拌桶抽吸过程中，搅拌桶内上部设浓度测量点，通过光学检测获得该高度搅拌桶内介质的浓度值N1，由此可以计算得桶内介质的平均体积比Z1：

Z₁＝N₁×K＝5％×6＝30％

式中，K值同上；

此时，搅拌桶内介质的当前实际平均体积比浓度值与介质需要达到的目标平均体积比浓度值的差值计算如下：

Z₀-Z₁＝48％-30％＝18％

由此可得，搅拌桶中需要保持的均匀体积比浓度为Z₀，而此时搅拌桶内因介质向外输送了一部分，造成桶内原有的流场分布发生变化，此时检测浓度值为N1，故需要补充的介质量分别为：水为Δa2，砂浆为Δa1，如此，即获得的浓度偏差量与磨料需要增添的量为：

Δa₁＝{[(N₁-N₂)·K]·V₀}/Z₀＝{0.18×0.69×10³}/0.48＝258.75L

对于水的供应量Δa₂，不需要精确控制，仅需保持输入量超过需求量即可；

3)根据上述需要补充的介质量，分别对两个介质即水、砂浆供应管路控制，且两介质补充管路的补充参数如下：

(1)高浓度砂浆的体积比浓度值为Z1＝80％；

(2)高浓度砂浆单位时间的稳定供应速度为：a1＝60L/min；

(3)工业用水的单位时间的稳定供应速度为：a2＝30L/min；

另外，从搅拌桶向外输出的介质流量参数如下：

(1)抽吸的砂浆浓度值恒定控制在：Z2＝50％；

(2)吸出的单位时间的速度为：b＝20L/min；

然而，搅拌桶在向内注入介质的同时，向外以一定速率向外输出介质，因此，其实际注入介质的流量为：

Z₁·a₁-Z₂·b＝80％×60-50％×20＝38L/min

由此可知，注入高浓度砂浆直至桶内浓度达到目标平均浓度所需的时间为：

$S_1=\mathrm{\Δ}{a}_1/a_1=\frac{258.75}{38}=6.81\min =409s$

注入介质后，搅拌桶内还需要5s才能达到稳定状态，因此，控制系统5必须在409+5＝414s后再进行数据采集，其测量结果才能作为控制量，只要此时的搅拌桶6内部的实测浓度值N₁与目标浓度值N₀之间的浓度偏差满足如下控制要求：

d＝(N₀-N₁)/N₀≤5％

即满足系统的浓度控制目标，即输入介质的管路关闭即可，如此，系统即达到了所要求浓度精度的稳定水平从而实现对搅拌桶内浓度分布的稳定控制，以此来实现对最终向外供应的砂浆浓度的控制。

本发明充分利用对搅拌桶内一定高度的浓度值、出入介质的测量，通过合理计算即可实现对搅拌器内部硬物颗粒物体积比浓度的稳定控制。由于本发明所采用技术已经成熟，可以实施，推广应用完全可行。另一方面，本发明能辅助公司对表面处理的技术进步，提高表面处理的效率与稳定性。因此，本发明在表面处理生产领域具有广阔的应用前景。

Claims (1)

1.一种稳定控制搅拌桶内搅拌状态的方法，包括如下步骤：

1)确定搅拌桶初始状态的参数：

搅拌桶容积为： $V_0=h\·\frac{\mathrm{\π}\·d^2}{4}-V_1$

式中：h—搅拌桶的有效容积深度，m；d—搅拌桶的有效容积直径，m；V₀—搅拌桶的最终有效容积，m³；V₁—搅拌器在搅拌桶有效容积深度内所占据的容积，m³；

搅拌桶内砂浆初始浓度值为N₀，该测量值N₀正是搅拌桶6在后续稳定供应期间需要保持的测量值，即桶内必须达到的目标浓度值；

搅拌桶初始加入介质即砂浆和水的平均体积比为Z₀：

Z₀＝N₀×K

式中，K值为等效系数，即桶内的平均体积比浓度值与该高度下测量点的实际体积比浓度值的比值，该值主要由搅拌桶的自身特性与搅拌参数决定，为常值，取值1～8；

2)在搅拌桶抽吸过程中，搅拌桶内上部设浓度测量点，通过光学检测获得该高度搅拌桶内介质的浓度值N1，由此可以计算得桶内介质的平均体积比Z₁：

Z₁＝N₁×K

式中，K值同上；

此时，搅拌桶内介质的当前实际浓度与介质需要达到的目标浓度存在如下平均差值：

Z₀-Z₁

由此可得，搅拌桶中需要保持的均匀体积比浓度为Z₀，而此时搅拌桶内因介质向外输送了一部分，造成桶内原有的流场分布发生变化，此时检测浓度值为N1，故需要补充的介质量分别为：水为Δa2，砂浆为Δa1，其中：

Δa₁＝{[(N₁-N₂)·K]·V₀}/Z₀

然而，搅拌桶在向内注入介质的同时，向外以一定速率向外输

出介质，因此，其实际注入介质的流量为：

Z₁·a₁-Z₂·b

b为从供砂桶内向外抽吸的单位流量值；

由此可知，注入高浓度砂浆所需的时间为：

S₁＝Δa₁/(Z₁·a₁-Z₂·b)

对于水的供应量Δa₂，不需要精确控制，仅需保持输入量超过需求量即可；

3)根据上述需要补充的介质量，分别对两个介质即水、砂浆供应管路控制，补充耗时S1，在S1+S之后再次测量，其测量值再次与规定浓度N0做对比，直到(N0-N1)/N0≈d，d值为系统中所能容忍的浓度最大偏差量；如此，系统即达到了所要求浓度精度的稳定水平从而实现对搅拌桶内浓度分布的稳定控制，以此来实现对最终向外供应的砂浆浓度的控制。