CN113253023A - 一种用于磨盘磨浆机理及特性研究的实验系统及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种用于磨盘磨浆机理及特性研究的实验系统及其工作方法，属于造纸技术领域。包括盘磨机单元、第一储料罐、第二储料罐、循环泵和控制及数据采集系统；通过设置第一储料罐和第二储料罐及其附属的连接管路，在运行参数控制及检测装置和各处阀门的控制下，能够切换不同的工作模式，通过各处测点检测系统的各项参数，最终通过控制及数据采集系统进行收集，实现对不同工作模式下的磨浆机理及磨浆特性的研究。该系统结构紧凑、使用便捷、功能齐全、自动化程度高，系统的构成和操作符合生产实际，能够较好的满足盘磨机磨盘磨浆机理及磨浆特性的实验研究，满足相关实验数据的收集及理论建设验证，具有良好的应用前景。

Description

一种用于磨盘磨浆机理及特性研究的实验系统及其工作方法
技术领域
本发明属于造纸技术领域，具体涉及一种用于磨盘磨浆机理及特性研究的实验系统及其工作方法。
背景技术
磨浆过程是造纸及制浆过程、造纸法再造烟叶的重要操作单元，能够改善浆料及纤维的性能适应不同性能纸张的抄造。目前国内外采用的磨浆设备主要有盘磨机、锥形磨浆机及圆柱磨浆机等，其中盘磨机是应用最为普遍、控制相对容易的重要磨浆设备之一。目前，对于盘磨机磨盘的磨浆机理及其磨浆特性的基础研究较为欠缺，磨盘的选择及设备的选型多靠经验，最终导致磨盘选择不当、磨浆效率降低、磨浆能耗较高、浆料质量较差、成纸性能不能满足实际需求等。
磨盘磨浆机理及磨浆特性的研究对于磨浆过程控制及浆料质量控制具有重要意义，对于磨浆过程的节能降耗及体质增效具有积极作用。盘磨机的控制方法主要有恒功率控制、恒打浆度控制等，而磨盘间隙是磨浆过程的重要参数，会直接影响磨浆的功率，在实际生产中较少考量，但对于磨浆机理的研究则是一个关键参数；实验室对于磨浆的研究大多采用循环磨浆方式，而生产中多为多段磨浆，因此实验研究应尽可能的贴近实际高于实际；实际生产中，磨浆过程的控制参数主要有温度、压力、转速、流量、功率等，在实验磨浆过程中需考虑的参数还有磨盘间隙等。因此，对于磨浆机理及磨浆特性的研究需要在完善的实验磨浆设备上进行，实现不同的控制方法下的磨浆过程研究，才能更好建立完善的磨浆机理，更好服务于实际生产，而现有的实验设备均无法满足上述需求。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于磨盘磨浆机理及特性研究的实验系统及其工作方法，可操作性强、结构紧凑，能够实现在不同操作模式下研究磨盘的磨浆机理及磨浆特性。
本发明通过以下技术方案来实现：
本发明公开的一种用于磨盘磨浆机理及特性研究的实验系统，包括盘磨机单元、第一储料罐、第二储料罐、循环泵和控制及数据采集系统；第一储料罐的出口连接有第一出口管路，第二储料罐的出口连接有第二出口管路，第一出口管路和第二出口管路分别通过三通与循环泵连接，循环泵通过盘磨机单元进口管路与盘磨机单元的进口连接；盘磨机单元的出口连接有盘磨机单元出口管路，盘磨机单元出口管路通过三通分别与第一进口管路和第二进口管路连接，第一进口管路与第一储料罐的进口连接，第二进口管路与第二储料罐的进口连接；
盘磨机单元连接有运行参数控制及检测装置，第一出口管路上设有第一出口控制阀，第二出口管路上设有第二出口控制阀，盘磨机单元进口管路和盘磨机单元出口管路上均设有温度及压力测点，盘磨机单元进口管路上设有流量计，第一进口管路上设有第一进口控制阀，第二进口管路上设有第二进口控制阀；
盘磨机单元、循环泵、运行参数控制及检测装置、第一出口控制阀、第二出口控制阀、流量计、第一进口控制阀、第二进口控制阀和所有温度及压力测点均与控制及数据采集系统连接。
优选地，盘磨机单元包括电机、联轴器、主轴、动盘组件和定盘组件，电机通过联轴器与主轴连接，主轴与动盘组件连接，动盘组件与定盘组件连接；运行参数控制及检测装置包括电机变频器、电量传感器、间隙调节装置和线性位移传感器，电机变频器和电量传感器分别与电机连接，间隙调节装置和线性位移传感器分别与主轴连接。
优选地，盘磨机单元进口管路上的温度及压力测点包括第一温度变送器和第一压力变送器，盘磨机单元出口管路上的温度及压力测点包括第二温度变送器和第二压力变送器。
优选地，盘磨机单元进口管路上设有进口总阀，盘磨机单元进口管路连接有排污管，排污管上设有排污阀。
优选地，盘磨机单元出口管路上设有出口压力调节阀。
优选地，盘磨机单元出口管路连接有取样管，取样管上设有取样阀。
优选地，循环泵连接有泵变频器，泵变频器与控制及数据采集系统连接。
优选地，控制及数据采集系统连接有通讯模块，通讯模块与上位机通讯互联。
本发明公开了上述用于磨盘磨浆机理及特性研究的实验系统的工作方法，包括以下工作模式：
恒间隙循环模式：通过运行参数控制及检测装置设定盘磨机单元的间隙值，选取第一储料罐或第二储料罐作为循环储料罐，开启所选储料罐的进口控制阀和出口控制阀，关闭另一储料罐的进口控制阀和出口控制阀；开启流量计、盘磨机单元、循环泵和所有温度及压力测点，通过运行参数控制及检测装置将盘磨机单元的间隙值稳定在设定值，测得的实验数据传输至控制及数据采集系统；
恒间隙串联模式：通过运行参数控制及检测装置设定盘磨机单元的间隙值，设定第一储料罐和第二储料罐分别作为初始磨前罐和磨后罐，开启初始磨前罐的进口控制阀和出口控制阀，关闭磨后罐的进口控制阀和出口控制阀；开启流量计、盘磨机单元、循环泵和所有温度及压力测点，通过运行参数控制及检测装置将盘磨机单元的间隙值稳定在设定值，测得的实验数据传输至控制及数据采集系统；单次磨浆完毕后，互换初始磨前罐和磨后罐，重复上述步骤；
恒功率循环模式：通过运行参数控制及检测装置设定盘磨机单元的功率值，选取第一储料罐或第二储料罐作为循环储料罐，开启所选储料罐的进口控制阀和出口控制阀，关闭另一储料罐的进口控制阀和出口控制阀；开启流量计、盘磨机单元、循环泵和所有温度及压力测点，通过运行参数控制及检测装置将盘磨机单元的功率值稳定在设定值，测得的实验数据传输至控制及数据采集系统；
恒功率串联模式：通过运行参数控制及检测装置设定盘磨机单元的功率值，设定第一储料罐和第二储料罐分别作为初始磨前罐和磨后罐，开启初始磨前罐的进口控制阀和出口控制阀，关闭磨后罐的进口控制阀和出口控制阀；开启流量计、盘磨机单元、循环泵和所有温度及压力测点，通过运行参数控制及检测装置将盘磨机单元的功率值稳定在设定值，测得的实验数据传输至控制及数据采集系统；单次磨浆完毕后，互换初始磨前罐和磨后罐，重复上述步骤。
优选地，每个模式磨浆实验进行时，对磨浆进行取样检测；每个模式磨浆实验完成后，对整个系统进行排污和清洗。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的用于磨盘磨浆机理及特性研究的实验系统，通过设置第一储料罐和第二储料罐及其附属的连接管路，在运行参数控制及检测装置和各处阀门的控制下，能够切换不同的工作模式，通过各处测点检测系统的各项参数，最终通过控制及数据采集系统进行收集，实现对不同工作模式下的磨浆机理及磨浆特性的研究。该系统结构紧凑、使用便捷、功能齐全、自动化程度高，系统的构成和操作符合生产实际，能够较好的满足盘磨机磨盘磨浆机理及磨浆特性的实验研究，满足相关实验数据的收集及理论建设验证，具有良好的应用前景。
进一步地，电机变频器能够控制盘磨机的转速，电量传感器能够检测电流数值，间隙调节装置能够调节并稳定盘磨机的间隙值，线性位移传感器能够监测盘磨机安装及运行时的间隙值；上述部件能够实时监测系统的运行参数，满足实验需求。
进一步地，进口总阀能够配合循环泵对流量和进口压力进行控制调节，并可在有突发状况时紧急关闭，提高系统安全性；排污阀能够在单次实验后对系统进行清洗排污。
进一步地，出口压力调节阀能够实现盘磨机进出口压差的调节。
进一步地，取样阀能够对系统运行时的磨浆进行取样分析。
进一步地，泵变频器能够调节循环泵的转速进而调节流量及进口压力，满足实验需求。
进一步地，控制及数据采集系统能够通过通讯模块与上位机通讯互联，实时传输数据至上位机进行处理和分析。
本发明公开的上述用于磨盘磨浆机理及特性研究的实验系统的工作方法，可操作性强、自动化程度高，能够实现在不同操作模式下研究磨盘的磨浆机理及磨浆特性。
附图说明
图1为本发明的系统整体构成示意图；
图2为盘磨机组件传感器布置示意图。
图中，1为流量计，2为第一温度变送器，3为第一压力变送器，4为动盘组件，5为定盘组件，6为电机，7为电机变频器，8为间隙调节装置，9为第二压力变送器，10为第二温度变送器，11为出口压力调节阀，12为取样阀，13为第一进口控制阀，14为第二进口控制阀，15为第一储料罐，16为第二储料罐，17为第一出口控制阀，18为第二出口控制阀，19为循环泵，20为泵变频器，21为排污阀，22为进口总阀，23为控制及数据采集系统，24为通讯模块，25为联轴器，26为电量传感器，27为线性位移传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构和工作原理做进一步详细描述：
如图1，本发明的用于磨盘磨浆机理及特性研究的实验系统，包括盘磨机单元、第一储料罐15、第二储料罐16、循环泵19和控制及数据采集系统23；第一储料罐15的出口连接有第一出口管路，第二储料罐16的出口连接有第二出口管路，第一出口管路和第二出口管路分别通过三通与循环泵19连接，循环泵19通过盘磨机单元进口管路与盘磨机单元的进口连接；盘磨机单元的出口连接有盘磨机单元出口管路，盘磨机单元出口管路通过三通分别与第一进口管路和第二进口管路连接，第一进口管路与第一储料罐15的进口连接，第二进口管路与第二储料罐16的进口连接；
盘磨机单元连接有运行参数控制及检测装置，第一出口管路上设有第一出口控制阀17，第二出口管路上设有第二出口控制阀18，盘磨机单元进口管路和盘磨机单元出口管路上均设有温度及压力测点，盘磨机单元进口管路上设有流量计1，第一进口管路上设有第一进口控制阀13，第二进口管路上设有第二进口控制阀14；
盘磨机单元、循环泵19、运行参数控制及检测装置、第一出口控制阀17、第二出口控制阀18、流量计1、第一进口控制阀13、第二进口控制阀14和所有温度及压力测点均与控制及数据采集系统23连接。
如图2，在本发明的一个较优的实施例中，盘磨机单元包括电机6、联轴器25、主轴、动盘组件4和定盘组件5，电机6通过联轴器25与主轴连接，主轴与动盘组件4连接，动盘组件4与定盘组件5连接；运行参数控制及检测装置包括电机变频器7、电量传感器26、间隙调节装置8和线性位移传感器27，电机变频器7和电量传感器26分别与电机6连接，间隙调节装置8和线性位移传感器27分别与主轴连接。
在本发明的一个较优的实施例中，盘磨机单元进口管路上的温度及压力测点包括第一温度变送器2和第一压力变送器3，盘磨机单元出口管路上的温度及压力测点包括第二温度变送器10和第二压力变送器9。
在本发明的一个较优的实施例中，盘磨机单元进口管路上设有进口总阀22，盘磨机单元进口管路连接有排污管，排污管上设有排污阀21。
在本发明的一个较优的实施例中，盘磨机单元出口管路上设有出口压力调节阀11。
在本发明的一个较优的实施例中，盘磨机单元出口管路连接有取样管，取样管上设有取样阀12。
在本发明的一个较优的实施例中，循环泵19连接有泵变频器20，泵变频器20与控制及数据采集系统23连接。
在本发明的一个较优的实施例中，控制及数据采集系统23连接有通讯模块24，通讯模块24与上位机通讯互联。
下面以一个具体实施例来对本发明的结构和工作方法进行进一步的解释说明：
如图1，本发明的用于磨盘磨浆机理及特性研究的实验系统，包括盘磨机单元、浆料储存及流送系统、控制及数据采集系统23，盘磨机单元包括电机6、支架、主轴、动盘组件4及定盘组件5。动盘组件4包括动盘旋转基体及动磨盘，其中动盘旋转基体与主轴相连；定盘组件5包括定盘基体及定磨盘，其中定盘基体与支架一体化；管道系统主要有第一储料罐15、第二储料罐16、第一储料罐15的进出口控制阀、第二储料罐16的进出口控制阀、排污阀21、循环泵19、出口压力调节阀11、取样阀12等；控制系统采用PLC控制，主要包括磨盘间隙测量、自动间隙调节机构、电机变频器7、泵变频器20，实现盘磨机的间隙控制、功率控制及转速控制，同时可实现系统的流量控制及盘磨机进口的压力控制；数据采集系统主要包括测量元件、信号采集传输设备，其中测量元件主要有流量计1、第一压力变送器3、第一温度变送器2、第二压力变送器9、第二温度变送器10、磨盘间隙检测传感器、盘磨机电压、电流及转速传感器，对泵转速、流量、进出口压力、进出口温度、盘磨机功率、转速、间隙进行实时数据采集，并将所测量数据传输至数据采集系统等候处理。
盘磨机单元可实现磨片的更换，盘磨机安装有变频器，通过变频器控制可实现磨盘转速控制；盘磨机安装有磨盘间隙检测传感器，可实现磨盘间隙的实时检测；
浆料储存及流送系统，包含第一储料罐15、第二储料罐16、第一储料罐15的进出口控制阀、第二储料罐16的进出口控制阀、排污阀21、循环泵19、出口压力调节阀11、取样阀12等，第一储料罐15和第二储料罐16前均有管道连接，进入储料罐的管道在储料罐前通过三通分成第一储料罐15及第二储料罐16两路，在三通后两路上分别设置入口控制阀门。第一储料罐15及第二储料罐16后均有管道连接，离开储料罐的管道在储料罐后通过三通分成汇成一路并与循环泵19相连，在三通前两路上分别设置出口控制阀门；循环泵19后的管道为竖直管道，并安装有流量计1，流量计1与管道通过卡箍连接，通过流量计1后管道水平接向盘磨机入口方向，水平布置的管道末接有金属软管，金属软管后通过卡箍连接一段固定在盘磨机入口法兰的竖直管道上，竖直管道上由上到下布置有第一温度变送器2及第一压力变送器3；盘磨机出口布置垂直管道，垂直管道与盘磨机用法兰连接，垂直管道上布置有第二压力变送器9、第二温度变送器10及出口压力调节阀11；出口竖直管道用弯管与出口水平管道连接，出口水平管道安装有取样阀12，取样阀12通过三通与出口水平管道相连，出口水水平管道与第一储料罐15及第二储料罐16入口管道连接。
磨盘间隙测量采用线性位移传感器及刻度显示方式，在盘磨机主轴安装线性位移传感器27；磨盘间隙的调节采用间隙调节装置8，通过控制主轴的轴向移动实现间隙调节；泵变频器20与循环泵19相连，电机变频器7与电机6相连。通过设定磨盘间隙值可实现盘磨机的恒间隙控制，同时通过设定恒定功率值，可通过磨盘间隙的自动调节实现磨盘的恒功率控制；循环泵19流量的控制主要通过控制泵变频器20转速来实现，通过转速的实时调节可实现系统的流量恒定及磨区入口压力恒定。
上述系统在工作时包括：
(1)安装好磨盘后，锁紧磨浆机，开启测量元器件电源；
(2)在系统中通入水或浆料，开启循环泵19，当系统正常运转时，对磨盘间隙进行校准；
(3)磨盘间隙校准后，打开排污阀21，对系统进行清洗；
(4)确定系统的工作模式：
当进行恒间隙操作模式时，根据实验要求设定所需要间隙，使得动盘及定盘间隙达到设定值；选取第二循环储料罐16，关闭第一进口控制阀13和第一出口控制阀17，第二进口控制阀14和第二出口控制阀18开启，实现系统的单罐循环，同理也可以选择第一循环储料罐15；将预处理好的浆料装入对应储料罐，待稳定后，开启磨浆系统，系统设定的开机顺序为检测仪表(流量计1、第一温度变送器2、第一压力变送器3、第二压力变送器9、第二温度变送器10)、盘磨机单元、循环泵19；间隙调节装置8会将磨盘间隙稳定在设定值，在运行过程中若需调节磨盘间隙可根据实际实验条件进行操作，实验过程中，所有实验数据会通过控制及数据采集系统23进行采集并实时传输至计算机。
当进行恒功率操作模式时，根据实验要求设定所需要功率，使得盘磨机操作功率达到设定值；选取第一储料罐15为初始磨前罐，第二储料罐16为磨后罐，故在初始状态下应将第一进口控制阀13和第二出口控制阀18关闭，第二进口控制阀14和第一出口控制阀17开启；单次磨浆完毕后，若再进行串联磨浆，可将第一进口控制阀13和第二出口控制阀18开启，第二进口控制阀14和第一出口控制阀17关闭，以此类推，实现多段磨浆；
(5)实验过程中，所有实验数据会通过数据采集系统进行采集并实时传输至计算机；
(6)确定取样方式，可在取样阀12处取样；
(7)磨浆实验完成后，打开排污阀21，保证盘磨机单元和循环泵19的同时运转，当排空后，关闭盘磨机单元、循环泵19及排污阀21；在储料罐内加入适量的水后，开启盘磨机单元后打开循环泵19，对系统进行冲洗。
以上描述仅为本发明的较佳实施例以及对所运用技术原理等方案的说明。同时，本发明中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本发明中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种用于磨盘磨浆机理及特性研究的实验系统，其特征在于，包括盘磨机单元、第一储料罐(15)、第二储料罐(16)、循环泵(19)和控制及数据采集系统(23)；第一储料罐(15)的出口连接有第一出口管路，第二储料罐(16)的出口连接有第二出口管路，第一出口管路和第二出口管路分别通过三通与循环泵(19)连接，循环泵(19)通过盘磨机单元进口管路与盘磨机单元的进口连接；盘磨机单元的出口连接有盘磨机单元出口管路，盘磨机单元出口管路通过三通分别与第一进口管路和第二进口管路连接，第一进口管路与第一储料罐(15)的进口连接，第二进口管路与第二储料罐(16)的进口连接；
盘磨机单元连接有运行参数控制及检测装置，第一出口管路上设有第一出口控制阀(17)，第二出口管路上设有第二出口控制阀(18)，盘磨机单元进口管路和盘磨机单元出口管路上均设有温度及压力测点，盘磨机单元进口管路上设有流量计(1)，第一进口管路上设有第一进口控制阀(13)，第二进口管路上设有第二进口控制阀(14)；
盘磨机单元、循环泵(19)、运行参数控制及检测装置、第一出口控制阀(17)、第二出口控制阀(18)、流量计(1)、第一进口控制阀(13)、第二进口控制阀(14)和所有温度及压力测点均与控制及数据采集系统(23)连接。
2.根据权利要求1所述的用于磨盘磨浆机理及特性研究的实验系统，其特征在于，盘磨机单元包括电机(6)、联轴器(25)、主轴、动盘组件(4)和定盘组件(5)，电机(6)通过联轴器(25)与主轴连接，主轴与动盘组件(4)连接，动盘组件(4)与定盘组件(5)连接；运行参数控制及检测装置包括电机变频器(7)、电量传感器(26)、间隙调节装置(8)和线性位移传感器(27)，电机变频器(7)和电量传感器(26)分别与电机(6)连接，间隙调节装置(8)和线性位移传感器(27)分别与主轴连接。
3.根据权利要求1所述的用于磨盘磨浆机理及特性研究的实验系统，其特征在于，盘磨机单元进口管路上的温度及压力测点包括第一温度变送器(2)和第一压力变送器(3)，盘磨机单元出口管路上的温度及压力测点包括第二温度变送器(10)和第二压力变送器(9)。
4.根据权利要求1所述的用于磨盘磨浆机理及特性研究的实验系统，其特征在于，盘磨机单元进口管路上设有进口总阀(22)，盘磨机单元进口管路连接有排污管，排污管上设有排污阀(21)。
5.根据权利要求1所述的用于磨盘磨浆机理及特性研究的实验系统，其特征在于，盘磨机单元出口管路上设有出口压力调节阀(11)。
6.根据权利要求1所述的用于磨盘磨浆机理及特性研究的实验系统，其特征在于，盘磨机单元出口管路连接有取样管，取样管上设有取样阀(12)。
7.根据权利要求1所述的用于磨盘磨浆机理及特性研究的实验系统，其特征在于，循环泵(19)连接有泵变频器(20)，泵变频器(20)与控制及数据采集系统(23)连接。
8.根据权利要求1所述的用于磨盘磨浆机理及特性研究的实验系统，其特征在于，控制及数据采集系统(23)连接有通讯模块(24)，通讯模块(24)与上位机通讯互联。
9.权利要求1～8任意一项所述用于磨盘磨浆机理及特性研究的实验系统的工作方法，其特征在于，包括以下工作模式：
恒间隙循环模式：通过运行参数控制及检测装置设定盘磨机单元的间隙值，选取第一储料罐(15)或第二储料罐(16)作为循环储料罐，开启所选储料罐的进口控制阀和出口控制阀，关闭另一储料罐的进口控制阀和出口控制阀；开启流量计(1)、盘磨机单元、循环泵(19)和所有温度及压力测点，通过运行参数控制及检测装置将盘磨机单元的间隙值稳定在设定值，测得的实验数据传输至控制及数据采集系统；
恒间隙串联模式：通过运行参数控制及检测装置设定盘磨机单元的间隙值，设定第一储料罐(15)和第二储料罐(16)分别作为初始磨前罐和磨后罐，开启初始磨前罐的进口控制阀和出口控制阀，关闭磨后罐的进口控制阀和出口控制阀；开启流量计(1)、盘磨机单元、循环泵(19)和所有温度及压力测点，通过运行参数控制及检测装置将盘磨机单元的间隙值稳定在设定值，测得的实验数据传输至控制及数据采集系统；单次磨浆完毕后，互换初始磨前罐和磨后罐，重复上述步骤；
恒功率循环模式：通过运行参数控制及检测装置设定盘磨机单元的功率值，选取第一储料罐(15)或第二储料罐(16)作为循环储料罐，开启所选储料罐的进口控制阀和出口控制阀，关闭另一储料罐的进口控制阀和出口控制阀；开启流量计(1)、盘磨机单元、循环泵(19)和所有温度及压力测点，通过运行参数控制及检测装置将盘磨机单元的功率值稳定在设定值，测得的实验数据传输至控制及数据采集系统；
恒功率串联模式：通过运行参数控制及检测装置设定盘磨机单元的功率值，设定第一储料罐(15)和第二储料罐(16)分别作为初始磨前罐和磨后罐，开启初始磨前罐的进口控制阀和出口控制阀，关闭磨后罐的进口控制阀和出口控制阀；开启流量计(1)、盘磨机单元、循环泵(19)和所有温度及压力测点，通过运行参数控制及检测装置将盘磨机单元的功率值稳定在设定值，测得的实验数据传输至控制及数据采集系统；单次磨浆完毕后，互换初始磨前罐和磨后罐，重复上述步骤。
10.根据权利要求9所述的用于磨盘磨浆机理及特性研究的实验系统的工作方法，其特征在于，每个模式磨浆实验进行时，对磨浆进行取样检测；每个模式磨浆实验完成后，对整个系统进行排污和清洗。
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