CN102755854A - 一种供砂系统的稳定控制方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种供砂系统的稳定控制方法及其装置，其装置包括，搅拌器，其包括搅拌桶、伸入搅拌桶内的搅拌叶轮及其传动轴及驱动电机；搅拌桶设第一、第二输入管路，分别对应砂粒、液态水输入；吸砂管，其一端伸入搅拌器搅拌桶内，另一端通过吸砂输送管路连接射流清洗喷射系统；所述的第一、第二输入管路、吸砂输送管路分别设置控制阀，并分别与射流清洗喷射控制系统电气连接。其控制方法为通过搅拌器重量的称量、进入介质的浓度、流量测量，实现对多种不同硬物颗粒的二相混合物进行浓度控制，从而实现对后混合喷射系统中吸入砂量的稳定控制，在提高搅拌器的供砂效率同时，不出现供砂管路堵塞现象，达到对后混合喷嘴清洗效果的有效控制。

Description

一种供砂系统的稳定控制方法及其装置

技术领域

本发明涉及射流清洗技术，特别涉及一种供砂系统的稳定控制方法及其装置，用于实现对后混合射流系统中搅拌器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喷射系统供应额定浓度的砂浆，保证供砂管路不发生堵塞、砂量过少等现象，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同一对象的效果稳定性。

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器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。

之所以利用搅拌器来实现供砂，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器，吸砂管直接插入搅拌器，通常为了获得高浓度的砂浆，吸砂管通常直接插入至搅拌器的底部。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器，搅拌器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，需要严格控制搅拌器中的砂水浓度(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，为此本专利基于搅拌器内的二相流的重量特性，公开一种有效的浓度控制方案，以实现对搅拌器中砂量的稳定控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种供砂系统的稳定控制方法及其装置，能稳定控制搅拌器中砂水浓度值，适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，通过及时重量的称量、进入介质的浓度、流量测量，实现对多种不同硬物颗粒的二相混合物进行浓度控制，从而提高搅拌器的供砂效率同时，不出现供砂管路堵塞现象，达到对后混合喷嘴清洗效果的有效控制。

本发明的技术方案是利用重量的控制作用来实现对搅拌器中浓度的稳定控制，从而实现对后混合喷射系统中吸入砂量的稳定控制。

具体地，本发明的一种供砂系统的稳定控制方法，搅拌器接受来之砂浆管供应的高浓度砂浆以及工业用水两种介质，喷射系统吸砂管在搅拌器内抽吸一定浓度的砂浆；其中，

流入搅拌器的介质参数如下：

高浓度砂浆中硬质颗粒物的体积比浓度值为z1％；

高浓度砂浆单位时间的稳定供应流量为：a1m³/s；

工业用水的单位时间的稳定供应流量为：a2m³/s；

从搅拌器中吸出的介质参数如下：

高浓度砂浆中硬质颗粒物的体积比的浓度值为z2％；

高浓度砂浆吸出的单位时间的流量为：bm³/s；

搅拌器自身的参数：

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

式中：h-搅拌器的有效容积深度m；d-搅拌器的有效容积直径m；V₀-搅拌器的最终有效容积m³；V₁-搅拌器在搅拌器有效容积深度内所占据的容积m³；

搅拌器通过称重所获取的总体重量值为G kg；

搅拌器需要保持的体积比浓度为K₁％；

两种介质的参数：

硬质颗粒物的密度值p₁，kg/m³；工业用水的密度值p₂，kg/m³；

由此可得，搅拌器中需要保持硬质颗粒物占总介质的体积比浓度为K₁，％；

以此，可得搅拌器中当前的实际硬质颗粒物占总介质的体积比浓度为：

K₀＝(G-V₀·p₂)/V₀(p₁-p₂)，％

由此，为保证搅拌器中的硬质颗粒物占总介质的体积比浓度满足要求，则假设当前硬质颗粒物占总介质的实际体积比浓度为K，通过反馈控制，具体需要两种介质水与硬物颗粒的输入量与速率如下：

单位时间的总注入流量为：

v_粒＝a₁·z₁-b·z₂，m³/s；

v_水＝a₂+a₁(1-z₁)-b(1-z₂)，m³/s；

而实际所需的介质注入总流量为：

ΔV_粒＝V₀·(K₁-K₀)，m³；

则打开注入水路、高浓度砂浆管路的时间为：

t_粒＝ΔV_粒/v_粒＝[V₀(K₁-K₀)]/(a₁·z₁-b·z₂)，s；

式中：t_粒-保证粒子浓度所需的注入的高浓度砂浆的时间，s；t_水-保证水量所需的注入水量的时间，s。

进一步，所述硬物颗粒物为石榴石、铁砂、钢丝切丸、或不锈钢丸。

搅拌器接受来之砂浆管供应的高浓度砂浆与工业用水两种介质，同时向喷射系统供应一定浓度的砂浆，其供应方式是喷射系统利用自身的抽吸力通过吸砂管在搅拌器内部自动抽吸一定浓度的砂浆。在此过程中，为保证输出砂浆管路能及时抽吸到稳定质量浓度的砂浆，搅拌器内部必须保持稳定的水位、砂浆浓度。

本发明的一种射流清洗供砂装置，连接于射流清洗喷射系统；其特征在于，包括，搅拌器，其包括搅拌桶、伸入搅拌桶内的搅拌叶轮及其传动轴及驱动电机；搅拌桶设第一、第二输入管路，分别对应砂粒、液态水输入；吸砂管，其一端伸入搅拌器搅拌桶内，另一端通过吸砂输送管路连接射流清洗喷射系统；所述的第一、第二输入管路、吸砂输送管路分别设置控制阀，并分别与射流清洗喷射控制系统电气连接。

进一步，所述的搅拌桶底部设重量计量器。

所述的搅拌桶侧壁上还开设一额定容积溢出口。

本发明的有益效果

本发明充分利用对搅拌器总体重量的称量、出入介质的测量，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。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。

附图说明

图1为本发明射流清洗供砂装置实施例的示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明的一种射流清洗供砂装置，连接于射流清洗喷射系统；其包括，搅拌器1，其包括搅拌桶11、伸入搅拌桶内的搅拌叶轮12及其传动轴13及驱动电机14；搅拌桶11设第一、第二输入管路15、16，分别对应砂粒、液态水输入；吸砂管2，其一端伸入搅拌器搅拌桶11内，另一端通过吸砂输送管路3连接射流清洗喷射系统4；所述的第一、第二输入管路15、16、吸砂输送管路3分别设置控制阀5、6、7，并分别与射流清洗喷射控制系统8电气连接。

所述的搅拌桶11底部设重量计量器9，搅拌桶11侧壁上还开设一额定容积溢出口111。

搅拌器1通过第一、第二输入管路15、16分别输入含砂粒的高浓度砂浆、工业用水，经过搅拌器7内搅拌混合成一定浓度的砂浆，由吸砂管2抽吸该砂浆，通过吸砂输送管路3输送至射流清洗喷射系统4，再和高压水17混合，由射流清洗喷射系统4对金属板带18射流清洗。

在上述过程中，本发明利用搅拌器内部固定的容积以及额定体积浓度值下的搅拌器内的总体质量值，通过调整两种介质(高浓度砂浆的输入与水的输入)的输入，来实现对搅拌器内部砂粒浓度的稳定控制。

流入搅拌器的介质参数如下：

高浓度砂浆的体积比浓度值为z1＝80％；

高浓度砂浆单位时间的稳定供应速度为：a1＝60m³/s；

工业用水的单位时间的稳定供应速度为：a2＝30m³/s；

从搅拌器中吸出的介质参数如下：

抽吸的砂浆浓度值恒定控制在：z2＝50％；

吸出的单位时间的速度为：b＝20m³/s；

搅拌器自身的参数：

容积重量为： $V_0=h\·\frac{\mathrm{\π}\·d^2}{4}-V_1=0.6855m^3$

式中：h-搅拌器的有效容积深度，为1.0m；d-搅拌器的有效容积直径，为1.0m；V₀-搅拌器的最终有效容积，计算所得为0.6855m³；V₁-搅拌器在搅拌器有效容积深度内所占据的容积，0.1m³；

搅拌器通过称重所获取的总体重量值为G，为1500kg；

搅拌器需要保持的体积比浓度为K₁，为50％；

两种介质的参数：

硬物颗粒物的密度值p₁，为6000kg/m³；

往搅拌器中注入水的密度值p₂，为1000kg/m³；

由此可得，搅拌器中需要保持的均匀体积比浓度为K₁为50％；

以此，可得搅拌器中当前的实际匀质浓度为：

K₀＝(G-V₀·p₂)/V₀(p₁-p₂)＝(1500-0.6855·1000)/0.6855(6000-1000)

  ＝814.5/3427.5＝0.2376＝23.76％

由此，为保证搅拌器中的体积比浓度满足要求，则假设当前实际浓度为K，通过反馈控制，具体需要两种介质水与硬物颗粒的输入量与速率如下：

单位时间的总注入流量为：

v_粒＝a₁·z₁-b·z₂＝38m³/s

v_水＝a₂+a₁(1-z₁)-b(1-z₂)＝32m³/s

而实际所需的介质注入总量为：

ΔV_粒＝V₀·(K₁-K₀)＝0.1799m³；

则打开注入水路、高浓度砂浆管路的时间为：

t_粒＝ΔV_粒/v_粒＝0.1799×1000/38＝4.734s

由式中计算得出的t_粒极为4.734s，既可以保证搅拌器7中的硬物颗粒浓度达到所需的50％体积比。

综上所述，本发明充分利用对搅拌器总体重量的称量、出入介质的测量，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。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 (5)

1.一种供砂系统的稳定控制方法，搅拌器接受来之砂浆管供应的高浓度砂浆以及工业用水两种介质，喷射系统吸砂管在搅拌器内抽吸一定浓度的砂浆；其中，

流入搅拌器的介质参数如下：

高浓度砂浆中硬质颗粒物的体积比浓度值为z1％；

高浓度砂浆单位时间的稳定供应流量为：a1m³/s；

工业用水的单位时间的稳定供应流量为：a2m³/s；

从搅拌器中吸出的介质参数如下：

高浓度砂浆中硬质颗粒物的体积比的浓度值为z2％；

高浓度砂浆吸出的单位时间的流量为：bm³/s；

搅拌器自身的参数：

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

式中：h-搅拌器的有效容积深度m；d-搅拌器的有效容积直径m；V₀-搅拌器的最终有效容积m³；V₁-搅拌器在搅拌器有效容积深度内所占据的容积m³；

搅拌器通过称重所获取的总体重量值为G kg；

搅拌器需要保持的体积比浓度为K₁％；

两种介质的参数：

硬质颗粒物的密度值p₁，kg/m³；工业用水的密度值p₂，kg/m³；

由此可得，搅拌器中需要保持硬质颗粒物占总介质的体积比浓度为K₁，％；

以此，可得搅拌器中当前的实际硬质颗粒物占总介质的体积比浓度为：

K₀＝(G-V₀·p₂)/V₀(p₁-p₂)，％

由此，为保证搅拌器中的硬质颗粒物占总介质的体积比浓度满足要求，则假设当前硬质颗粒物占总介质的实际体积比浓度为K，通过反馈控制，具体需要两种介质水与硬物颗粒的输入量与速率如下：

单位时间的总注入流量为：

v_粒＝a₁·z₁-b·z₂，m³/s；

v_水＝a₂+a₁(1-z₁)-b(1-z₂)，m³/s；

而实际所需的介质注入总流量为：

ΔV_粒＝V₀·(K₁-K₀)，m³；

则打开注入水路、高浓度砂浆管路的时间为：

t_粒＝ΔV_粒/v_粒＝[V₀(K₁-K₀)]/(a₁·z₁-b·z₂)，s；

式中：t_粒-保证粒子浓度所需的注入的高浓度砂浆的时间，s；t_水-保证水量所需的注入水量的时间，s。

2.如权利要求1所述的供砂系统的稳定控制方法，其特征是，所述硬物颗粒物为石榴石、铁砂、钢丝切丸、或不锈钢丸。

3.一种射流清洗供砂装置，连接于射流清洗喷射系统；其特征在于，包括，

搅拌器，其包括搅拌桶、伸入搅拌桶内的搅拌叶轮及其传动轴及驱动电机；搅拌桶设第一、第二输入管路，分别对应砂粒、液态水输入；

吸砂管，其一端伸入搅拌器搅拌桶内，另一端通过吸砂输送管路连接射流清洗喷射系统；

所述的第一、第二输入管路、吸砂输送管路分别设置控制阀，并分别与射流清洗喷射控制系统电气连接。

4.如权利要求3所述的射流清洗供砂装置，其特征在于，所述的搅拌桶底部设重量计量器。

5.如权利要求3或4所述的射流清洗供砂装置，其特征在于，所述的搅拌桶侧壁上还开设一额定容积溢出口。

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