CN111506976B - 一种石膏料浆结块分析方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种石膏料浆结块分析方法和装置，该方法包括：获取石膏料浆混合机在搅拌过程中的流场状态；基于所述流场状态对石膏料浆进行结块情况分析。通过对混合机内部结构的仿真模拟，研发、优化设计出适应各种石膏料浆的专用混合机，提高搅拌能力和减少结块问题，最终提高石膏板生产效率和质量。

Description

一种石膏料浆结块分析方法和装置

技术领域

本发明实施例涉及石膏料浆性能分析技术领域，尤指一种石膏料浆结块分析方法和装置。

背景技术

石膏是单斜晶系矿物，是主要化学成分为硫酸钙的水合物，是一种用途广泛的工业材料和建筑材料，石膏及其制品的微孔结构和加热脱水性，具有优良的隔音、隔热和防火性能。

混合机是纸面石膏板生产的关键设备之一，其性能的优劣，直接影响石膏料浆的性能，目前，石膏料浆按照预设比例进行调配时，石膏粉遇水后形成石膏料浆，当石膏粉、发泡剂和水的混合物在混合机或者料管内，在外力作用下进行混合，从开始时的局部混合达到整体的均匀混合状态，在某个时刻达到动态平衡，之后，混合均匀度不会再提高而离析和混合则反复交替的进行。在搅拌过程中，石膏料浆粘度较大，且易出现气泡，若搅拌不均匀，仍有结块、气泡现象，由于混合不均或料浆流速不稳，最终会影响干燥工艺及成品板质量。混合机内的结块，造成石膏板生产过程中断纸，直接影响生产效率，对后续加工产品的质量造成直接的影响。

目前，随着仿真技术的迅速发展，使得在设计阶段就可以通过石膏料浆混合仿真来预先评估石膏料浆混合的结块情况，有利于尽早发现原设计的薄弱环节，以对整个工艺和优化过程进行有效指导，缩短了新产品开发周期，也提高了产品的性能。鉴于此，石膏料浆结块分析已经成为石膏料浆混合效果中的一个重要方面。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种石膏料浆结块分析方法和装置，能够提高石膏料浆混合效果分析精度。

于本发明的一个实施例中，提供了：一种石膏料浆结块分析方法，所述方法包括：

获取石膏料浆混合机在搅拌过程中的流场状态；

基于所述流场状态对石膏料浆进行结块情况分析,包括：

对所述石膏料浆混合机的机械结构的三维参数进行建模得到混合机模型，并根据所述石膏料浆混合物的参数信息、工作方式和所述混合机模型仿真出所述混合机内的速度云图信息；

根据速度云图信息确定所述石膏料浆混合机的速度缓慢区和涡流区；

根据所述速度缓慢区和涡流区确定石膏料浆混合物的滞流区；

基于所述石膏料浆混合物的滞流区仿真结果进行石膏料浆结块情况分析。

优选地，获取石膏料浆混合机在搅拌过程中的流场状态包括：

获取所述石膏料浆混合机的机械结构的三维参数；

基于石膏料浆混合物的参数信息和工作方式计算所述石膏料浆混合物在所述混合机内的速度云图信息；

所述石膏料浆混合机的机械结构的三维参数包括：混合机的各个部件的位置属性、所述石膏料浆混合机中的甩水区、混合区和浆料区的搅拌部件的组合属性。

优选地，所述混合机的各个部件的位置属性包括：各个部件的尺寸和位置；所述搅拌部件的组合属性包括：所采用的搅拌销的数量、位置、粗细、高度以及进料口、加水口、发泡剂入口、外加剂入口的位置、大小、数量；所述石膏料浆混合物的参数信息包括：水的初始流速信息、发泡剂的初始流速信息、石膏粉的初始流速信息以及水、发泡剂、石膏粉的比例信息、混合机内部初始压力、发泡剂的浓度、料浆粘度信息；所述工作方式包括进料方式、电机转速。

优选地，根据所述石膏料浆混合物的参数信息、工作方式和所述混合机模型仿真出所述混合机内的速度云图信息包括：

获取预设的搅拌处理文件；所述搅拌处理文件用于在所述混合机模型进行搅拌时为所述混合机模型提供相应的速度场数据；

根据所述搅拌处理文件设置所述混合机模型中混合机的各个部件的位置属性、搅拌部件的组合属性，并设置石膏料浆混合物的参数信息和工作方式；

根据所述各个部件的位置属性、搅拌部件的组合属性以及所述参数信息和工作方式更新所述混合机模型中的速度场数据；

根据所述混合机模型以及更新后的速度场数据进行映射，得到混合机内的速度云图信息。

优选地，所述的分析方法还包括：调整混合机模型中混合机的各个部件的位置属性和/或搅拌部件的组合属性和/或石膏料浆混合物的参数信息和/或工作方式以改变混合机模型中的速度场数据，并重新进行结块情况分析。

优选地，所述的分析方法还包括：

根据仿真结果确定所述混合机模型中各个部件的位置属性、搅拌部件的组合属性以及所述石膏料浆混合物的参数信息和工作方式与结块情况之间的对应关系；

根据所述对应关系确定当前待生产的石膏料浆对应的控制参数；

所述控制参数包括以下至少一项：

混合机机械结构的三维参数、搅拌工作方式、石膏料浆混合物的参数信息。

优选地，根据所述混合机模型以及更新后的速度场数据进行映射，得到混合机内的速度云图信息包括：

根据预设的多相流混合模型，建立所述各个部件的位置属性、搅拌部件的组合属性以及所述参数信息和工作方式与混合机内的速度云图信息的映射关系，形成所述混合机内的速度云图信息。

优选地，基于所述石膏料浆混合物的滞流区仿真结果进行石膏料浆结块情况分析包括：

通过所述混合机内的速度云图信息仿真结果获得所述石膏料浆混合机的速度缓慢区和涡流区；

判断所述石膏料浆混合机的速度缓慢区或涡流区是否符合预设的滞留标准；

当所述石膏料浆混合机的速度缓慢区或涡流区符合所述滞留标准时，判定所述速度缓慢区或涡流区为石膏料浆混合物的滞流区；当所述石膏料浆混合机的速度缓慢区或涡流区不符合所述滞留标准时，判定所述速度缓慢区或涡流区不为石膏料浆混合物的滞流区。

于本发明的另外一个实施例中，提供了：一种石膏料浆结块分析装置，包括处理器和计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述指令被所述处理器执行时，实现石膏料浆结块分析方法。

本发明实施例的有益效果：通过对混合机内部结构的仿真模拟，研发、优化设计出适应各种石膏料浆的专用混合机，提高搅拌能力和减少结块问题，最终提高石膏板生产效率和质量。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本发明实施例的混合机的结构示意图；

图2为本发明实施例的石膏料浆结块分析方法流程图；

图3为本发明实施例的获取石膏料浆混合机在搅拌过程中的流场状态的流程图；

图4为本发明实施例的基于所述流场状态对石膏料浆进行结块情况分析的流程图；

图5为本发明实施例的根据所述石膏料浆混合物的参数信息和所述混合机模型仿真出所述混合机内的速度云图信息的流程图；

图6为本发明实施例的基于所述石膏料浆混合物的滞流区仿真结果进行石膏料浆结块情况分析的流程图；

图7为本发明实施例的混合机的结构剖面示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

目前，如图1所示，混合机的结构包括机壳1，所述机壳1顶端为开口状，机壳的底端贴合设置有转盘2，转盘2上均匀设置多组竖向的下搅拌组，每组所述下搅拌组包括多个下搅拌销3和一个搅拌耳4，机壳1内设有电机，电机与转盘2的转轴链接，机壳1侧壁的底端设有料浆出口5，机壳1上方设置有上盖6，上盖上设置进水口7、进料口8和发泡剂入口9，上盖6下方均匀设置与转盘上的下搅拌销对应的竖向的多个上搅拌销(图中未显示)，所述下搅拌销3在转盘转动过程中从上搅拌销间交错穿过，构成交叉式搅拌结构。

如图2所示，针对目前的混合机结构，本发明实施例为了进行混合机内流体仿真，提供一种石膏料浆结块分析方法，包括：

S101、获取石膏料浆混合机在搅拌过程中的流场状态；

S102、基于所述流场状态对石膏料浆进行结块情况分析。

如图3所示，本发明实施例中，步骤S101中获取石膏料浆混合机在搅拌过程中的流场状态包括：

S1011、获取所述石膏料浆混合机的机械结构的三维参数；

S1012、基于石膏料浆混合物的参数信息和工作方式计算所述石膏料浆混合物在所述混合机内的速度云图信息。

本发明实施例中还可以得到压力云图信息和涡流云图信息，对于结块情况分析来说速度云图信息较有参考意义。

所述石膏料浆混合机的机械结构的三维参数包括：混合机的各个部件的位置属性、所述石膏料浆混合机中的甩水区、混合区和浆料区的搅拌部件的组合属性。

其中，所述混合机的各个部件的位置属性包括：各个部件的尺寸和位置；所述搅拌部件的组合属性包括：所采用的搅拌销的数量、位置、粗细、高度以及进料口、加水口、发泡剂入口、外加剂入口的位置、大小、数量；所述石膏料浆混合物的参数信息包括：水的初始流速信息、发泡剂的初始流速信息、石膏粉的初始流速信息以及水、发泡剂、石膏粉的比例信息、混合机内部初始压力、发泡剂的浓度、料浆粘度信息；所述工作方式包括进料方式、电机转速。

其中，外加剂包括：减水剂、缓凝剂、促凝剂等；混合机的各个部件的位置属性包括：各个部件的尺寸和位置，例如混合机转盘的尺寸和位置、混合机甩水盘的尺寸和位置、料浆出口的尺寸和位置、转盘的楔形出口的尺寸和位置等。

如图4所示，本发明实施例中，步骤S102中所述基于所述流场状态对石膏料浆进行结块情况分析包括：

S1021、对所述石膏料浆混合机的机械结构的三维参数进行建模得到混合机模型，并根据所述石膏料浆混合物的参数信息、工作方式和所述混合机模型仿真出所述混合机内的速度云图信息；

S1022、根据速度云图信息确定所述石膏料浆混合机的速度缓慢区和涡流区；

S1023、根据所述速度缓慢区和涡流区确定石膏料浆混合物的滞流区；

S1024、基于所述石膏料浆混合物的滞流区仿真结果进行石膏料浆结块情况分析。

如图5所示，本发明实施例中，步骤S1021根据所述石膏料浆混合物的参数信息、工作方式和所述混合机模型仿真出所述混合机内的速度云图信息包括：

S10211、获取预设的搅拌处理文件；所述搅拌处理文件用于在所述混合机模型进行搅拌时为所述混合机模型提供相应的速度场数据；

S10212、根据所述搅拌处理文件设置所述混合机模型中混合机的各个部件的位置属性、搅拌部件的组合属性，并设置石膏料浆混合物的参数信息、工作方式；

S10213、根据所述各个部件的位置属性、搅拌部件的组合属性以及所述参数信息和工作方式更新所述混合机模型中的速度场数据；

S10214、根据所述混合机模型以及更新后的速度场数据进行映射，得到混合机内的速度云图信息。

本发明实施例中，所述的分析方法还包括：调整混合机模型中混合机的各个部件的位置属性和/或搅拌部件的组合属性和/或石膏料浆混合物的参数信息、工作方式以改变混合机模型中的速度场数据，并重新进行结块情况分析。

本发明实施例中，在首次进行仿真和分析时，以目前的混合机结构作为基础，根据混合机模型中与搅拌相关的组合属性以及石膏料浆混合物的参数信息、工作方式进行仿真，当形成的混合机内的速度云图信息确定石膏料浆结块情况不理想或者分析其他情况对应的结块情况时，通过改变混合机模型中与搅拌相关的组合属性和/或石膏料浆混合物的参数信息和/或工作方式的方式，获得新的混合机内的速度云图信息。

本发明实施例中，所述的分析方法，还包括：根据仿真结果确定所述混合机模型中各个部件的位置属性、搅拌部件的组合属性以及所述石膏料浆混合物的参数信息和工作方式与结块情况之间的对应关系；

根据所述对应关系确定当前待生产的石膏料浆对应的控制参数；

所述控制参数包括以下至少一项：

混合机机械结构的三维参数、搅拌工作方式、石膏料浆混合物的参数信息。

因为不同料浆、板型所适应的最佳的结构/工作模式可能是不同的，本发明实施例中可以先通过上述模拟方法、实验验证确定所述混合机模型中与搅拌相关的组合属性以及所述石膏料浆混合物的参数信息和工作方式与结块情况之间的对应关系，在实际生产中，根据当前的料浆种类和要生产的板型，对混合机的结构和搅拌工作方式、石膏料浆混合物的参数信息进行调整。

本发明实施例中，根据所述混合机模型以及更新后的速度场数据进行映射，得到混合机内的速度云图信息包括：

根据预设的多相流混合模型，建立所述各个部件的位置属性、搅拌部件的组合属性以及所述参数信息与混合机内的速度云图信息的映射关系，形成所述混合机内的速度云图信息。

如图6所示，本发明实施例中，步骤S1024中基于所述石膏料浆混合物的滞流区仿真结果进行石膏料浆结块情况分析包括：

S10241、通过所述混合机内的速度云图信息仿真结果获得所述石膏料浆混合机的速度缓慢区和涡流区；

S10242、判断所述石膏料浆混合机的速度缓慢区或涡流区是否符合预设的滞留标准；

S10243、当所述石膏料浆混合机的速度缓慢区或涡流区符合所述滞留标准时，判定所述速度缓慢区或涡流区为石膏料浆混合物的滞流区；

S10244、当所述石膏料浆混合机的速度缓慢区或涡流区不符合所述滞留标准时，判定所述速度缓慢区或涡流区不为石膏料浆混合物的滞流区。

本发明实施例还提供一种石膏料浆结块分析装置，包括处理器和计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述指令被所述处理器执行时，实现上述的石膏料浆结块分析方法。

实施例一

如和2和图7所示，本实施例说明混合机搅拌的过程：

水从进水口7注入甩水区，通过甩水区附近的壁面与转盘2之间的缝隙沿切线方向甩出；石膏从进料口8加入，发泡剂从发泡剂入口9投入，在混合区进行混合，混合机在工作过程中，上搅拌销静止，下搅拌销3转动，下搅拌销3从上搅拌销间交错穿过，两者构成手指交叉式搅拌结构；通过周期位置变化，利用剪切和扩散作用将物料在内部反复的搅拌混合；主要的混合方式为剪切混合和对流混合方式。浆料混合，浆料在转盘2和机壳1以及上盖之间的间隙由于速度梯度差，产生强烈的剪切混合，经转盘2转动将浆料带到料浆出口5。

实施例二

本实施例采用混合机工作情况选择流体中的多相流Mixture模型进行模拟，首先在混合机结构进行3D建模的基础上，利用有限元模型(不局限于此)对搅拌部件的组合属性(如搅拌销、进料口的位置、大小等)、石膏料浆混合物的参数信息(如流速等)和工作方式(如转速、工作方式等)等输入参数与混合效果的相应指标(如结块情况)之间的关系进行研究，通过理论分析、采样数据建立数学模型，并对模型加以采样验证，在确定混合机模拟模型后，通过模型寻找到可以达到最佳混合效果的输入参数组合。

本实施例在水的流速2.26m/s，发泡剂0.57m/s，石膏粉0.29m/s。纯石膏粉的溶液粘度为4000-5000cps时仿真出混合机内的速度云图信息。

根据仿真结果确定：

1)上、下搅拌销附近存在速度缓慢区；

2)搅拌耳内侧存在速度缓慢区；

3)料浆出口区域存在速度缓慢区；

4)甩水区外侧附近区域存在速度缓慢区。

其原因为：因为上搅拌销静止，下搅拌销速度很大，推动着它附近的浆料快速运动，碰到静止的下搅拌销以及其附近的浆料，受到强剪切作用，形成速度梯度差和涡流，很容易形成涡流，影响搅拌效果，导致结块。料浆出口两侧的浆料被外壳和齿槽围成的狭小孔隙中受到强烈的剪切和湍动，被齿槽面推出时仍然保持惯性速度。狭小流场中未搅拌均匀的浆料由于密度大，被其它浆料推着到浆料出口排出。一般来说，混合区未充分搅拌的浆料大部分会滞留在此区域，而浆料区未搅拌完全的浆料则可能会被通过转子齿槽直接排出料浆出口。甩水盘处靠近石膏投入口，石膏含量比较集中，混合中有未带走的石膏粉末，加之最内圈下搅拌销圆周速度相较其它下搅拌销速度慢，搅拌效果不好，造成结块。

本实施例中通过改变转盘的转速，进一步仿真得出以下结论：下搅拌销速度越大，涡流越深，不利于搅拌，易形成结块。通过进一步调整混合机模型中与搅拌相关的组合属性和/或石膏料浆混合物的参数信息、工作方式，得到的仿真结果：

1、改变运动的下搅拌销位置，使其距离外壳和上盖的距离相等，可以改善结块；

2、改变下搅拌销直径或数量，找到使流场均匀的合适的直径和间距，减小涡流强度，降低结块可能性；

3、最外侧的上搅拌销轴运动轨迹与搅拌耳内侧弧面一致，可以起到与搅拌耳朵内侧弧面剐蹭效果，降低结块可能性；

4、下搅拌销位置和轨迹与上搅拌销配合紧密，增大甩水盘附近的下搅拌销搅拌力度，使投入的石膏粉末被充分搅拌，可以改善结块。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

Claims (9)

1.一种石膏料浆结块分析方法，其特征在于，所述方法包括：

获取石膏料浆混合机在搅拌过程中的流场状态；

基于所述流场状态对石膏料浆进行结块情况分析，包括：

对所述石膏料浆混合机的机械结构的三维参数进行建模得到混合机模型，并根据所述石膏料浆混合物的参数信息、工作方式和所述混合机模型仿真出所述混合机内的速度云图信息；

根据速度云图信息确定所述石膏料浆混合机的速度缓慢区和涡流区；

根据所述速度缓慢区和涡流区确定石膏料浆混合物的滞流区；

基于所述石膏料浆混合物的滞流区仿真结果进行石膏料浆结块情况分析。

2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，获取石膏料浆混合机在搅拌过程中的流场状态包括：

获取所述石膏料浆混合机的机械结构的三维参数；

基于石膏料浆混合物的参数信息和工作方式计算所述石膏料浆混合物在所述混合机内的速度云图信息；

所述石膏料浆混合机的机械结构的三维参数包括：混合机的各个部件的位置属性、所述石膏料浆混合机中的甩水区、混合区和浆料区的搅拌部件的组合属性。

3.根据权利要求2所述的分析方法，其特征在于，所述混合机的各个部件的位置属性包括：各个部件的尺寸和位置；所述搅拌部件的组合属性包括：所采用的搅拌销的数量、位置、粗细、高度以及进料口、加水口、发泡剂入口、外加剂入口的位置、大小、数量；所述石膏料浆混合物的参数信息包括：水的初始流速信息、发泡剂的初始流速信息、石膏粉的初始流速信息以及水、发泡剂、石膏粉的比例信息、混合机内部初始压力、发泡剂的浓度、料浆粘度信息；所述工作方式包括进料方式、电机转速。

4.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，根据所述石膏料浆混合物的参数信息、工作方式和所述混合机模型仿真出所述混合机内的速度云图信息包括：

获取预设的搅拌处理文件；所述搅拌处理文件用于在所述混合机模型进行搅拌时为所述混合机模型提供相应的速度场数据；

根据所述搅拌处理文件设置所述混合机模型中混合机的各个部件的位置属性、搅拌部件的组合属性，并设置石膏料浆混合物的参数信息和工作方式；

根据所述各个部件的位置属性、搅拌部件的组合属性以及所述参数信息和工作方式更新所述混合机模型中的速度场数据；

根据所述混合机模型以及更新后的速度场数据进行映射，得到混合机内的速度云图信息。

5.根据权利要求4所述的分析方法，其特征在于，还包括：调整混合机模型中混合机的各个部件的位置属性和/或搅拌部件的组合属性和/或石膏料浆混合物的参数信息和/或工作方式以改变混合机模型中的速度场数据，并重新进行结块情况分析。

6.根据权利要求4或5所述的分析方法，其特征在于，还包括：

根据仿真结果确定所述混合机模型中各个部件的位置属性、搅拌部件的组合属性以及所述石膏料浆混合物的参数信息和工作方式与结块情况之间的对应关系；

根据所述对应关系确定当前待生产的石膏料浆对应的控制参数；

所述控制参数包括以下至少一项：

混合机机械结构的三维参数、搅拌工作方式、石膏料浆混合物的参数信息。

7.根据权利要求4所述分析方法，其特征在于，根据所述混合机模型以及更新后的速度场数据进行映射，得到混合机内的速度云图信息包括：

根据预设的多相流混合模型，建立所述各个部件的位置属性、搅拌部件的组合属性以及所述参数信息和工作方式与混合机内的速度云图信息的映射关系，形成所述混合机内的速度云图信息。

8.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，基于所述石膏料浆混合物的滞流区仿真结果进行石膏料浆结块情况分析包括：

通过所述混合机内的速度云图信息仿真结果获得所述石膏料浆混合机的速度缓慢区和涡流区；

判断所述石膏料浆混合机的速度缓慢区或涡流区是否符合预设的滞留标准；

当所述石膏料浆混合机的速度缓慢区或涡流区符合所述滞留标准时，判定所述速度缓慢区或涡流区为石膏料浆混合物的滞流区；当所述石膏料浆混合机的速度缓慢区或涡流区不符合所述滞留标准时，判定所述速度缓慢区或涡流区不为石膏料浆混合物的滞流区。

9.一种石膏料浆结块分析装置，包括处理器和计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，其特征在于，当所述指令被所述处理器执行时，实现如权利要求1-8任意一项所述的石膏料浆结块分析方法。

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