CN109227996B - 橡胶密炼机冷却水流量比例温控装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及温度控制技术领域，特别涉及一种橡胶密炼机冷却水流量比例温控装置及其控制方法，包括三路通道、机架和控制器，所述通道上分别设置有水泵、换热器、加热器和阀门，所述三路通道盘设固定在所述机架上，其特征是，所述三路通道均为自循环封闭管路，所述三路通道的通径、加热器功率、换热器面积、水泵功率根据冷却区热容大小按比例配置。所述换热器循环进水口处设有温度传感器或测温仪表。与现有的技术相比，本发明的优点是：1）三路相互独立可按工艺需要分别进行各自的加热或冷却。2）三种工况通过控制阀门的开关实现切换，满足橡胶密炼机的工艺要求。3）各路通道通径根据冷却区热容按比例配置，能实现快速、有效地控制密炼机温度。

Description

橡胶密炼机冷却水流量比例温控装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及温度控制技术领域，特别涉及一种橡胶密炼机冷却水流量比例温控装置及其控制方法。

背景技术

橡胶密炼机是橡胶产业企业里的最基本又是关键设备之一，温度控制对密炼机来说十分重要，其对密炼机出胶的质量影响非常大。橡胶密炼机不但电能消耗大，冷却水用量多，而且温度控制要求高。为了混炼高性能的混炼胶，达到理想的温度控制效果，既提高密炼机的物料混炼效率，又不致密炼机内的物料在混炼过程中温度过高而发生胶烧现象，多年来人们一直在进行这方面研究。

橡胶密炼机传统的温度控制方法是对密炼机各区段的温度根据混炼过程工艺的要求，通过对温度调节仪表进行温度值设定，并对各区段的循环回水口（或循环出水口）的温度进行检测（温度传感器、热电偶或热电阻）作为测量值反馈，温度调节仪把设定值和测量值进行比较，使各区段的循环回水温度值控制在其设定温度附近值上下（恒温控制），由于温控装置与密炼机之间连接的循环管路较长，其循环水在循环管道内存在流动阻力。再加之测温元件有一定的感温时间，往往测量与控制间存在较大的信号传输滞后，这就严重影响密炼机内混炼物料在混炼过程温度控制的准确与及时，往往产生温度超调和震荡。

鉴于以上特点，传统的密炼机温度控制方式，由于每区段温度控制基于循环回水温度与其设定温度值进行比较实现恒温温度调节，从密炼机输入电能——机械能——热能（使混炼胶料温度上升）胶料通过热质传递给循环水；当安装于循环回水管路上的温度传感器检测到循环水的温度高于设定温度时，温度调节仪输出冷却控制信号，使冷却阀打开，使循环水温度下降，再通过热质传递使胶料温度下降，可以看出这样的温度调节方式，由于热传递因果和时序关系，必将产生严重的温度调节滞后，使温度控制不及时。

发明内容

本发明目的之一：公开一种橡胶密炼机冷却水流量比例温控装置，三路内循环通道相互独立封闭，分别对应各自冷却区，各冷却区按工艺需要分别进行独立控制；各路通道通径根据冷却区热容按比例配置，在保证生产工艺的前提下，实现快速、有效地控制密炼机温度；内循环通道为三工况集合配置，实现启动、正常生产和异常处理的自动或手动切换。

本发明目的之二：公开一种橡胶密炼机冷却水流量比例温度控制方法，采用PID控制算法，分别自动控制各通道内的加热和冷却切换，将各自冷却区温度控制在设定温度范围内；以PLC为系统控制器，通过控制通道上的阀门开关，实现三种工况的任意切换；通过与仪表联锁，实现橡胶密炼机关键区域温度的远程自动化控制或本地控制。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

本发明技术方案之一：橡胶密炼机冷却水流量比例温控装置，包括三路通道、机架和控制器，所述通道上分别设置有水泵、换热器、加热器和阀门，所述三路通道盘设固定在所述机架上，其特征在于，所述三路通道均为自循环封闭管路，所述三路通道的通径根据冷却区热容大小按比例配置。

所述三路通道由三组结构相似的独立通道组成，三路通道共用冷进总管、冷回总管和软化水总管，所述通道中包括第一循环管、第二循环管、第三循环管、第四循环管、第五循环管、第六循环管、第七循环管、第八循环管、第九循环管和第十循环管，所述第一循环管连接在软化水总管与水泵的进水口，所述第二循环管连接在水泵出水口与加热器的进水口之间，所述第三循环管的一端连接在加热器出水口，所述第三循环管的另一端与第四循环管的一端连接于第一三通处，所述第四循环管的另一端与冷进总管连接第二三通处，所述第五循环管的一端与所述第四循环管的一端和所述第三循环管的另一端相连接于第一三通处，所述第五循环管的另一端连接所述冷却区的进口，所述第六循环管的一端连通于所述第一循环管于第三三通处，所述第六循环管的另一端与所述换热器的循环出口相连接，所述第七循环管的一端与所述换热器的循环进口相连接，所述第七循环管的另一端与所述冷却区的出口相连接，所述第八循环管的一端与第七循环管的另一端和述冷却区的出口连接于第四三通处，所述第八循环管的另一端与所述冷出总管相连接于第五三通，所述第九循环管的一端连接在所述换热器的冷却水出口，所述第九循环管的另一端连接于所述冷出总管上的第六三通，所述第十循环管的一端连接所述换热器的冷却水入口，所述第十循环管的另一端连接所述冷进总管于第七三通处；

所述第一循环管上设有第二阀门，所述第二阀门位于所述第三三通与所述水泵的进水口之间，所述第二循环管上设有第三阀门，所述第四循环管上设有第七阀门，所述第七循环管上设有第一阀门，所述第八循环管上设有第六阀门，所述第九循环管上设有第五阀门，所述第十循环管上设有第四阀门。

所述冷却区分别为混炼室侧壁、转子和排料门。

所述通径比例优选一为混炼室侧壁通道：转子通道：排料门通道＝DN65：DN50：DN40。

所述通径比例优选二为混炼室侧壁通道：转子通道：排料门通道＝DN50：DN50：DN40。

所述换热器循环进水口处设有温度传感器或测温仪表。

所述第十循环管上设有冷却截止阀。

本发明技术方案之二：橡胶密炼机冷却水流量比例温度控制方法，其特征在于，基于不同规格或型式的橡胶密炼区的结构温度差异，冷却混炼室侧壁、转子和排料门的各通道的通径、加热器功率、换热器面积、水泵功率等参数按比例配置，通过PLC系统控制器，对三路通道的温度控制采用PID控制算法，分别控制各通道内的加热和冷却的切换，将各自冷却区的温度控制在设定温度范围内，其具体步骤如下：

1）开机时，当冷却区出水温度低于设定温度时，加热器启动，开始加热，控制第一阀门、第二阀门、第三阀门开启，第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门关闭，当冷却区出水温度达到设定温度时，加热器停止加热，保温运行；

2）密炼投料时，PLC控制器根据温度传感器反馈，当冷却区出水温度高于设定温度时，控制第一阀门、第二阀门、第三阀门，第四阀门、第五阀门开启，第六阀门、第七阀门关闭，冷却截止阀开启，当冷却区出水温度达到设定温度时，冷却截止阀关闭，停止冷却水循环，保温运行，阀门开关状态和温度值通过有线或无线网络发送到远程计算机终端。

当所述水泵或换热器故障时，控制第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门和第五阀门关闭，第六阀门、第七阀门开启，冷却水代替循环水直接进入冷却区，保证生产的连续。

所述换热器为板式换热器或管式换热器中的一种，其采用冷却水和循环水的热量交换，所述循环水是经过处理的软水，PH值在6.5~8之间，且连续供水，水压为0.4~0.6 Mpa。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：1）三路相互独立的封闭循环管路，每个通道各配有一套加热、冷却水循环及温控装置，可按工艺需要分别进行各自的加热或冷却。2）三种工况通过控制阀门的开关实现切换，满足橡胶密炼机的工艺要求。3）各路通道通径根据冷却区热容按比例配置，在保证生产工艺的前提下，能实现快速、有效地控制密炼机温度。4）循环水为独立系统，与工厂的冷却水系统不连通，使用软化水，能保证水质，延长换热器和密炼机的使用寿命。5）与智能仪表相联锁，有利于实现橡胶密炼机关键冷却区域温度的远程自动化控制或本地控制。

附图说明

图1 是本发明橡胶密炼机冷却水流量比例温控装置实施例结构示意图。

图2是图1的A向视图。

图3是本发明开机加热状态水路流向示意图。

图4是本发明正常工作状态水路流向示意图。

图5是本发明换热器故障状态水路流向示意图。

图6是本发明正常工作状态混炼室温度变化曲线图。

图7是本发明正常工作状态转子温度变化曲线图。

图8是本发明正常工作状态排料门温度变化曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明：

如图1至图2所示，是本发明橡胶密炼机冷却水流量比例温控装置实施例结构示意图，包括排料门通道11、转子通道12、混炼室侧壁通道13、机架1和PLC控制系统2。排料门通道11上设置有水泵111、换热器112、加热器113和若干阀门；转子通道12上设置有水泵121、换热器122、加热器123和若干阀门；混炼室侧壁通道13通道上设置有水泵131、换热器132、加热器133和若干阀门。三路通道盘设固定在机架1上。

本发明温控装置是确保密炼机正常工作的辅助设备。经过多年的经验积累和实际验证，人们发现生产橡胶橡胶的密炼机的混炼室侧壁、转子、排料门的温度必须在很小的范围内恒定才能保证橡胶的质量最佳，这个温度范围根据密炼橡胶的种类不同而有所区别，比如：用天然橡胶作为聚合物原料密炼生产橡胶橡胶时，混炼室侧壁的温度要在40±1.5℃，转子的温度要在30±1.5℃，排料门的温度在30±1.5℃范围内，正是基于密炼机每个冷却区域结构温度的区别，三个通路循环水路通径与冷却水管路通径不同，由于密炼机的加工能力不同，不同密炼机温控系统的管路通径也有区别。比如：BB430密炼机混炼室的容积是430升，它的温控系统混炼室侧壁、转子、排料门对应的温控管路通径分别是DN65、DN50、DN40，对应的加热器功率分别是32kW、22kW、9kW，对应的换热器面积是14m²、10m²、4m²，对应的水泵功率是5.5kW、4kW、1.5kW。而BB305密炼机混炼室的容积是305升，它的温控系统混炼室侧壁、转子、排料门对应的温控管路通径分别是DN50、DN50、DN40，对应的加热器功率分别是22kW、22kW、9kW，对应的换热器面积是10m²、10m²、4m²，对应的水泵功率是4kW、4kW、1.5kW。每个通路上配备的热交换设备热交换面积、加热设备功率及电机功率都不相同，存在比例关系，不过冷却水的进/出水总管通径一般都是DN100（小型密炼机通径更小，比如DN65），确保冷却水供应充足，而且带有0.3~0.7MPa的压力，进水口与出水口的压差保持不低于在0.25MPa，使系统正常工作。

如图3至图5所示，本发明三路通道是由三组结构相似的独立通道组成的，三路通道共用冷进总管3、冷回总管4和软化水总管5，冷进总管3一端开口于A端，另一端止于封板A0，冷回总管4一端开口于B端，另一端止于封板B0，软化水总管5一端开口于G端，另一端止于封板G0。以排料门通道为例，通道中包括第一循环管21、第二循环管22、第三循环管23、第四循环管24、第五循环管25、第六循环管26、第七循环管27、第八循环管28、第九循环管29和第十循环管30，第一循环管21连接在软化水总管5与水泵111的进水口；第二循环管22连接在水泵111出水口与加热器113的进水口之间；第三循环管23的一端连接在加热器113出水口，另一端与第四循环管24的一端连接于第一三通处T1，第四循环管24的另一端与冷进总管连接第二三通处T2；第五循环管25的一端与第四循环管的一端和第三循环管23的另一端相连接于第一三通处T1，第五循环管25的另一端连接排料门的进口；第六循环管26的一端连通于第一循环管21于第三三通处T3，第六循环管26的另一端与换热器112的循环出口相连接；第七循环管27的一端与换热器112的循环进口相连接，第七循环管27的另一端与排料门的出口相连接；第八循环管28的一端与第七循环管27的另一端和排料门的出口连接于第四三通处T4，第八循环管28的另一端与冷出总管4相连接于第五三通T5；第九循环管29的一端连接在换热器112的冷却出口，第九循环管29的另一端连接于冷出总管4上的第六三通T6；第十循环管30的一端连接换热器的冷却入口，第十循环管30的另一端连接冷进总管3于第七三通处T7；换热器112循环进水管路设有温度传感器33。

第一循环管21上设有第二阀门202，第二阀门位于第三三通T3与水泵111的进水口之间，第二循环管22上设有第三阀门203，第四循环管24上设有第七阀门207，第七循环管27上设有第一阀门201，第八循环管28上设有第六阀门206，第九循环管29上设有第五阀门205，第十循环管30上设有第四阀门204。第十循环管30上设有冷却截止阀208和流量传感器31，流量传感器能够判断第十循环管30中是否有循环水流动，只有有循环水流过，密炼机才能启动，否则控制系统发出信号，阻止密炼机启动。这样既保护密炼机避免因温度过高而损毁，也可以防止密炼不合格产品。位于高处的第七循环管27和第九循环管29上还设有排气阀32用于排出管路中的多余气体。

本发明温控装置用管路与密炼机需要控制温度的各部位相连接组成彼此独立闭合的循环系统，PLC控制系统2按工艺需要分别进行各通道的加热或冷却。首先保证密炼机及其它所有供辅系统全部安装完毕，所有管路吹扫干净，打压合格，测量仪表、供电、冷却水、软水等都处于备用状态，随时能投运。

本发明所述的橡胶密炼机冷却水流量比例温度控制方法，就是基于不同规格或型式的橡胶密炼区的结构温度差异，冷却混炼室侧壁、转子和排料门的各通道的通径、加热器功率、换热器面积、水泵功率等参数按比例配置，并通过PLC为系统控制器，对三路通道的温度控制采用PID控制算法，分别控制各通道内的加热和冷却的自动切换，将各自冷却区的温度控制在设定温度范围内，其具体步骤如下：

1）开机，当开启温控系统时，由于密炼机事先处于停机状态，没有工作，一般循环水的温度低于正常工作温度，当循环水温度低于25℃时，加热器启动，冷却截止阀关闭，停止冷却水循环，各阀门开闭状态如下表：

各工况下阀门的开启、关闭状态表：

注：本表中阀门开启：√，阀门关闭：×

2）正常工作，根据密炼机的运转情况，测温仪表测量，自动调节全部投运，冷却截止阀开启，各种阀门调整合理的开度，保证密炼机的混炼室侧壁、转子、卸料门三个室处于最佳的工作温度。管路阀门开闭状态如上表。正常工作时，电加热器关闭，换热器正常工作，阀门开关状态和温度值通过有线或无线网络发送到远程计算机终端。

见图6-图8，是三个冷却区在正常工作状态下，温度变化曲线，可见其能实现快速、有效地控制密炼机各冷却区的温度，降温速度快，且能长时间保持温度稳定。

本发明异常情况处理预案，当密炼机温控系统某个管路上的离心水泵或者板式换热器因机械故障或其它原因无法正常工作时，启动温控系统异常情况处理预案。管路阀门开闭状态如上表“异常情况”。例如排料门管道水泵111停泵，冷却水直接进混炼室侧壁130冷却，而循环水直接进入冷出总管4，形成密闭循环管路，保证密炼机正常工作，不会因为混炼室侧壁通道水泵111出现故障而被迫停机。

本发明软化水补水系统，由于密炼机高温循环工作，循环水在工作过程中不可避免会出现蒸发及泄漏，必然导致循环水流量减少，为了弥补循环水的损失，确保密炼机有足够量的循环水调控结构温度，同时避免离心泵因水量不足出现吸空现象，导致设备损坏，增设了软化水总管5，确保补充到循环管路中的水清洁、干净。补水系统处于常开状态，不受上述蝶阀的开闭控制。

上述实施例中的名词解释：

循环水：在温控管路及热交换元件密闭环路内流动的水，分别不间断的流经混炼室侧壁、转子、排料门，为相应结构降温并确保温度在恒定的范围内波动。

冷却水：来自工厂内部供水系统，温度一般在25℃以下，在温控内部循环流动，在热交换器内与循环水进行热交换，降低循环水的温度。

软化水：经过软化处理的水，与循环系统相通，随时补充循环水的流失份额，同时保护离心泵。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用与限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.橡胶密炼机冷却水流量比例温控装置，包括三路通道、机架和控制器，三路通道上均设置有水泵、换热器、加热器和阀门，所述三路通道盘设固定在所述机架上，其特征在于，所述三路通道均为自循环封闭管路，所述三路通道的通径根据冷却区热容大小按比例配置；

所述三路通道由三组结构相似的独立通道组成，三路通道共用冷进总管、冷出总管和软化水总管，所述通道中包括第一循环管、第二循环管、第三循环管、第四循环管、第五循环管、第六循环管、第七循环管、第八循环管、第九循环管和第十循环管，所述第一循环管连接在软化水总管与水泵的进水口，所述第二循环管连接在水泵出水口与加热器的进水口之间，所述第三循环管的一端连接在加热器出水口，所述第三循环管的另一端与第四循环管的一端连接于第一三通处，所述第四循环管的另一端与冷进总管连接第二三通处，所述第五循环管的一端与所述第四循环管的一端和所述第三循环管的另一端相连接于第一三通处，所述第五循环管的另一端连接所述冷却区的进口，所述第六循环管的一端连通于所述第一循环管于第三三通处，所述第六循环管的另一端与所述换热器的循环出口相连接，所述第七循环管的一端与所述换热器的循环进口相连接，所述第七循环管的另一端与所述冷却区的出口相连接，所述第八循环管的一端与第七循环管的另一端和述冷却区的出口连接于第四三通处， 所述第八循环管的另一端与所述冷出总管相连接于第五三通，所述第九循环管的一端连接在所述换热器的冷却水出口，所述第九循环管的另一端连接于所述冷出总管上的第六三通，所述第十循环管的一端连接所述换热器的冷却水入口，所述第十循环管的另一端连接所述冷进总管于第七三通处；

所述第一循环管上设有第二阀门，所述第二阀门位于所述第三三通与所述水泵的进水口之间，所述第二循环管上设有第三阀门，所述第四循环管上设有第七阀门，所述第七循环管上设有第一阀门，所述第八循环管上设有第六阀门，所述第九循环管上设有第五阀门，所述第十循环管上设有第四阀门；

所述冷却区分别为混炼室侧壁、转子和排料门；

所述第十循环管上设有冷却截止阀。

2.根据权利要求1所述的橡胶密炼机冷却水流量比例温控装置，其特征在于，所述通径比例为混炼室侧壁通道：转子通道：排料门通道＝DN65：DN50：DN40。

3.根据权利要求1所述的橡胶密炼机冷却水流量比例温控装置，其特征在于，所述通径比例为混炼室侧壁通道：转子通道：排料门通道＝DN50：DN50：DN40。

4.根据权利要求1所述的橡胶密炼机冷却水流量比例温控装置，其特征在于，所述换热器循环进水口处设有测温仪表。

5.根据权利要求1所述橡胶密炼机冷却水流量比例温控装置的控制方法，其特征在于，基于不同规格或型式的橡胶密炼区的结构温度差异，冷却混炼室侧壁、转子和排料门的各通道的通径、加热器功率、换热器面积、水泵功率各参数按比例配置，通过PLC系统控制器，对三路通道的温度控制采用PID控制算法，分别控制各通道内的加热和冷却的切换，将各自冷却区的温度控制在设定温度范围内，其具体步骤如下：

开机时，当冷却区出水温度低于设定温度时，加热器启动，开始加热，控制第一阀门、第二阀门、第三阀门开启，第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门关闭，当冷却区出水温度达到设定温度时，加热器停止加热，保温运行；

密炼投料时，PLC控制器根据温度传感器反馈，当冷却区出水温度高于设定温度时，控制第一阀门、第二阀门、第三阀门，第四阀门、第五阀门开启，第六阀门、第七阀门关闭， 冷却截止阀开启，当冷却区出水温度达到设定温度时，冷却截止阀关闭，停止冷却水循环， 保温运行，阀门开关状态和温度值通过有线或无线网络发送到远程计算机终端。

6.根据权利要求5所述橡胶密炼机冷却水流量比例温控装置的控制方法，其特征在于，当所述水泵或换热器故障时，控制第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门和第五阀门关闭， 第六阀门、第七阀门开启，冷却水代替循环水直接进入冷却区，保证生产的连续。

7.根据权利要求5所述橡胶密炼机冷却水流量比例温控装置的控制方法，其特征在于，所述换热器为板式换热器或管式换热器中的一种，其采用冷却水和循环水的热量交换，所述循环水是经过处理的软水，PH值在6 .5~8之间，且连续供水，水压为0 .4~0 .6 Mpa。