CN113877258B - 基于油缸位移控制的高压压滤机 - Google Patents

基于油缸位移控制的高压压滤机 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于油缸位移控制的高压压滤机，该高压压滤机的控制器被配置为：监测进入滤板形成的封闭腔室内的压力流体的压力值，当所述压力值从初始压力P0增加初次压力增量P*，则所述控制器发出控制信号，控制油缸移动一初始位移增量L*；继续监测所述压力值，每当所述压力值增大一恒定压力增量p，则所述控制器发出控制信号，控制油缸移动一恒定位移增量K。根据该方案，对于保持压力的控制简单和精确，降低了成本，并大幅降低了故障率，使高压压滤机能够在更高压力下工作，从而提高了压滤效果。

Description

基于油缸位移控制的高压压滤机
技术领域
本发明涉及压滤设备技术领域，具体涉及一种高压压滤机，其基于对油缸位移的控制来提供保持压力。
背景技术
高压压滤机广泛应用于煤矿、洗砂、印染、造纸、环保等行业，用于污水或污泥的处理。高压压滤机的基本原理是对容纳在两个滤板形成的腔室内的泥浆施加压力，使其中的水分排出。压力越高，排出的水分越多。但是，压力越高，可能使两个滤板分离发生泄露。为防止泄露，需要在滤板的外侧施加保持压力。腔室内的压力是动态变化的。保压过小会产生泄露，过大可能会损坏滤板结构。因此，如何响应于腔室内压力的变化而动态调节保持压力，是高压压滤机领域的关键性问题。
为此，现有技术中已存在两种解决方案，其一是在主缸和为腔室内部提供压力的高压水管之间设置压力转换缸，压力转换缸可将高压水管的压力传递至主缸，主缸连接至滤板的外侧提供保持压力，这一方案需要设置机械结构复杂、成本高昂的压力转换缸，且压力转换缸部位可能发生水油接触污染。其二是检测进料压力或进水压力，并基于进料压力或进水压力依据预定的关系式计算出主缸的目标油压，然后控制主缸的油压达到目标油压（例如，CN108525359B），该方法涉及对主缸油压的检测和控制，对于涉及多个主缸的场合不适用，因为多个主缸的油压的同时检测和协同控制通常十分困难，而且，该方案无法精确控制滤板之间的动态变化的横向间距，控制精度低，易发生泄露或滤板压裂，在实际生产中故障率很高。
因此，实践中亟待提供一种简单易操作、控制精度高的油缸控制方案，以及相应的高压压滤机。
发明内容
本发明旨在提供一种高压压滤机，使其能够简单、可靠、高精度地响应于腔室内压力的变化而动态调节保持压力。
在本发明的一方面，提供了一种高压压滤机，包括：交替排列的多个厢式滤板和多个隔膜滤板，其中，相邻的厢式滤板和隔膜滤板在合模时形成封闭腔室，封闭腔室用于容纳泥浆；压力源，其配置为通过压力流体向封闭腔室内的泥浆施加压力，使泥浆中的水分脱出；油缸，其驱动压板在合模的厢式滤板和隔膜滤板上施加保持压力；压力传感器，其配置为检测压力流体的压力值；位移传感器，其配置为检测油缸的位移；控制器，其配置为基于检测到的压力值，确定位移参数，并控制油缸依据该位移参数进行移动。
根据该方案，基于检测到的压力流体的压力值来控制油缸的位移，可以响应于封闭腔室内部压力的变化而精准调控滤板之间的间距，施加精确的保持压力；而且，由于油缸的位移易于检测和控制，特别是对于同时使用多个油缸的情况，使得对于保持压力的控制简单和精确，降低了成本，并大幅降低了故障率，使高压压滤机能够在更高压力下工作，从而提高了压滤效果。
进一步进行说明，在现有技术CN108525359B的方案中，测量封闭腔室内压力流体的压力值，然后基于该压力值依据比例关系确定目标的油缸压力值，控制油缸使其达到目标的油缸压力值。这一控制的目的在于维持封闭腔室内压力和油缸提供的保持压力动态平衡，不关注滤板之间的动态横距的变化，换言之，这一控制逻辑下理想的控制效果是油缸内外压力平衡，油缸不发生移动。本发明的控制思路与此截然不同。本发明是基于封闭腔室内压力流体的压力值直接控制油缸的位移，其一，油缸的位移是本发明的核心控制量，而非油缸的压力，位移必然出现而不会因为压力的动态平衡而不出现；其二，本发明之所以关注到油缸的位移，是基于认识到滤板之间的动态横距对压力容纳极限值的重要影响，对于围成封闭腔室的两个对接滤板来说，二者之间的距离（即横距）越小，则相接部位处的弹性变形越大，二者之间的接触面积越大，对于封闭腔室内的压力流体的阻封效果越好，封闭腔室内所能承受的最大压力也越大，本案发明人创造性地认识到，通过精确控制滤板的弹性变形程度，可以充分发挥滤板的耐压能力，提高高压压滤机的工作压力。各个滤板的弹性变形会集中体现为油缸在保压阶段中的位移情况，因此，本案发明人创造性地提出了基于压力流体的压力值直接控制油缸位移的控制方式，相比于传统控制油缸压力的方案，这一控制方式可以实现更高的压滤压力，且易于操作，具有显著的进步性。
可选地，所述压力源包括进料泵和进水泵；进料泵被配置为经由进料管道将泥浆注入封闭腔室，并向封闭腔室内的泥浆施加压力，使泥浆中的水分脱出；进水泵被配置为经由进水管道将水注入储水腔室，并向储水腔室内的水施加压力，使得储水腔室经由隔膜向封闭腔室内的泥浆施加压力，使泥浆中的水分脱出。
可选地，所述压力传感器包括料压传感器和水压传感器，料压传感器被配置为检测进料管道中的泥浆的压力值；水压传感器被配置为检测进水管道中的水的压力值。
可选地，所述控制器被配置为基于检测到的压力值、以及压力值与目标位移值之间的对应关系，确定对应的目标位移值；所述控制器还被配置为发出控制信号，控制油缸移动至该对应的目标位移值。
可选地，压力值与目标位移值之间的对应关系为：L T =L 0 +k（P-P 0 ），其中，P为压力流体的压力值，LT为目标位移值；P0为合模时封闭腔室内的初始压力，其通过预先的计算确定；L0为合模时油缸的初始位移，k为位移控制系数，L0和k由预先的计算或实验确定。
可选地，所述控制器被配置为确定检测到的压力值相对于之前测得的压力值的压力变化值；所述控制器被配置为基于该压力变化值、以及压力变化值与位移变化值之间的对应关系，确定对应的位移变化值；所述控制器还被配置为发出控制信号，控制油缸移动该对应的位移变化值。
可选地，压力变化值ΔP与位移变化值ΔL T 的对应关系为：ΔL T =kΔP，其中，k为位移控制系数，k由预先的计算或实验确定。
可选地，所述控制器被配置为监测所述压力值，每当所述压力值增大一恒定压力增量，则所述控制器发出控制信号，控制油缸移动一恒定位移增量。
根据该方案，由于其中的压力增量和位移增量均是恒定的，进一步简化了控制方案，降低了成本。
可选地，恒定位移增量K与恒定压力增量p之间的对应关系为：K =k· p，其中，k为位移控制系数，k由预先的计算或实验确定。
可选地，所述控制器被配置为监测所述力值，当所述压力值从初始压力P0增加初次压力增量P*，则所述控制器发出控制信号，控制油缸移动一初始位移增量L*；所述控制器被配置为继续监测所述压力值，每当所述压力值增大一恒定压力增量p，则所述控制器发出控制信号，控制油缸移动一恒定位移增量K。
可选地，所述初次压力增量P*不同于所述恒定压力增量p，所述初始位移增量L*不同于所述恒定位移增量K。
可选地，与恒定压力增量p对应的恒定位移增量K，以及与初次压力增量P*对应的初始位移增量L*，均是通过预先进行的计算和/或实验确定的。
可选地，所述控制器配置为输出控制信号至伺服电机泵，伺服电机泵将油导入油缸，控制油缸移动。
根据该方案，通过使用伺服电机泵来控制油缸，可实现对油缸位移的精确控制。
可选地，所述控制器配置为输出控制信号至位于泵机和油缸之间的比例控制阀，控制油缸移动。
可选地，所述高压压滤机还包括压力转换缸，其位于油缸和压力源之间。
可选地，所述压力转换缸包括油料转换皮囊或水油转换皮囊，油料转换皮囊或水油转换皮囊与进料管道或进水管道经由比例控制阀连接，其中，控制器被配置为基于检测到的压力值确定位移参数，并通过控制该比例控制阀的工作来控制油缸依据该位移参数进行移动。
附图说明
图1示出了本发明的高压压滤机的示意图；
图2示出了本发明的油缸控制系统的示意图；
图3示出了根据一种实施例的压榨压力和目标位移之间的对应关系表格；
图4示出了根据另一种实施例的压榨压力和目标位移之间的对应关系表格。
附图标记：
1 机架；2厢式滤板；3隔膜滤板；4伺服电机泵；5伺服控制器；6充液阀；7油箱；8压板；9油缸；10进料泵；11进料阀门；12进料管道；13进水泵；14进水阀门；16进水管道；17水压传感器；18料压传感器；20位移传感器。
具体实施方式
为了使得本发明的技术方案的目的、方案和优点更加清楚，下文中将结合本发明的具体实施例的示意性附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚和完整的描述。除非另有说明，否则本文所使用的术语具有本领域通常的含义。附图中相同的附图标记代表相同的部件。
图1示出了本发明的高压压滤机的示意图。高压压滤机包括机架1，其上支撑彼此重叠、交替排列的多个厢式滤板2和多个隔膜滤板3。在这些滤板的一侧，设置由油缸9驱动的压板8，压板8用于驱动滤板合模，以及在脱水阶段施加保持压力。
合模阶段，油缸9驱动压板8向左移动（如图1所示）时，驱动厢式滤板2和隔膜滤板3彼此靠拢至合模。此时，厢式滤板2的一个侧面和正对的隔膜滤板3的一个侧面的周缘抵靠在一起，在二者内部形成封闭腔室。厢式滤板2具有进料孔和排水孔，泥浆经过进料孔进入封闭腔室中。
脱水阶段，随着封闭腔室内的压力升高，泥浆中的水将被压出，从排水孔排出，在封闭腔室内形成滤饼。与此同时，油缸9将继续在压板8上施加压力，从而在厢式滤板2和隔膜滤板3上施加保持压力，以与封闭腔室内增大的压力平衡，维持腔室的密封性。
卸料阶段，油缸9驱动压板8向右移动（如图1所示）时，厢式滤板2和隔膜滤板3之间泄压，驱动拉杆（未示出）将厢式滤板2和隔膜滤板3依次分离至开模。此时，在封闭腔室中形成的滤饼在重力或外加振动作用下掉落。
厢式滤板2和隔膜滤板3之间的封闭腔室中的压力越高，对泥浆的脱水效果越好。在本发明的方案中，压滤压力可来自厢式滤板2一侧，也可来自隔膜滤板3一侧，分别对应一段脱水和二段脱水。
在一段脱水阶段，进料泵10经由开启的进料阀门11、进料管道12将泥浆注入各个厢式滤板2和隔膜滤板3之间的封闭腔室中，完成注入后，进料泵10继续施加泵送力，从而在封闭腔室内施加压力，促使泥浆中的水排出。
在二段脱水阶段，进料阀门11关闭，进水泵13经由开启的进水阀门14、进水管道16将水注入隔膜滤板3中的储水腔体，该储水腔体通过不透水的隔膜与封闭腔室隔开。随着储水腔体中的水压增大，促使隔膜朝向封闭腔室变形，在封闭腔室中施加压力，促使泥浆中的水进一步排出。
在脱水过程中，为了防止封闭腔室内的压力过大使厢式滤板2和隔膜滤板3分开造成泄漏，需要在由压板8施加保持压力。这一保持压力过大，容易造成厢式滤板2和隔膜滤板3的接触部位压裂；这一保持压力过小，则可能发生泄漏。精确且动态地调整保持压力的大小，使其与封闭腔室内的压力维持平衡，对于实现高效压滤至关重要。
在本发明中，提出一种通过控制油缸9的位移来调节压板8保压的控制方案。
如图1所示，在进料管道12中设置料压传感器18，用于检测一段脱水期间的进料压力，该进料压力与封闭腔室内的压力相关；在进水管道16中设置水压传感器17，用于检测二段脱水期间的进水压力，该进水压力也与封闭腔室内的压力相关。
料压传感器18和水压传感器17可采用本领域已知的各种类型的压力传感器，本发明不做特殊限制。
油缸9经由充液阀6、伺服电机泵4等与油箱7相连。伺服控制器5控制伺服电机泵4工作，将定量的油导入油缸9中，驱动油缸9的活塞移动。伺服电机泵4的使用可提高控制精度、简化系统结构、降低成本。在另一实施例中，还可以采用比例控制阀配合普通的泵机来控制油缸的移动。
另外，设置高精度的位移传感器20，其用于检测油缸9的位移L。位移传感器20的具体设置位置和具体类型不做限制，只要能实现检测油缸9的位移L的作用，均属本发明要求保护的范围。
油缸9的位移L具体指油缸的活塞及其上连接的部件在油压作用下线性移动的距离。例如，位移传感器20可以设置在油缸9的活塞上，还可以设置在与油缸9的活塞一起移动的压板8上。
位移传感器20可以采用各种已知类型的位移传感器，例如电位器式、电感式、电容式、霍尔式、光电式等各种形式。
图2示出了根据本发明的油缸控制系统的示意图，其包括与油缸9、伺服电机泵4、位移传感器20、水压传感器17、料压传感器18等相连的控制器C。控制器C可使用本领域已知的各种类型的具有计算、存储、信号输入、信号输出等功能的控制装置。
水压传感器17的测量值为与进水管道16内输送的水的压力相关的压力参数，料压传感器18的测量值为与进料管道12内输送的泥浆的压力相关的压力参数，压力参数具体可以是压力值，其被传输至控制器C；控制器C基于该测得的压力参数、并根据所存储的特定计算方案得出与油缸的位移相关的位移参数，并将与之相关的控制信号发送至伺服电机泵4；伺服电机泵4控制油缸9根据该位移参数进行移动；位移传感器20的测量值为油缸当前位移，其被传输至控制器C，用于实现油缸位移的闭环控制。闭环控制可采用各种本领域已知的控制方法，例如PID控制。
除了使用伺服电机泵，本发明的其他实施例可以采用比例控制阀配合普通泵机来实现对油缸位移的控制。
下面描述几种可能的具体实施方式，需注意，这些具体实施方式中的一个或多个为示例性的，这些实施例的某些方面可以缺省、增加、替换或彼此组合，以得到其他可能实施例，各种可能的变型实施例均属本专利保护范围。
[第一实施例]
在第一实施例中，控制器C被配置为执行以下功能：
1）从水压传感器17或料压传感器18接收当前压力值P，其在一段脱水中为进料压力，在二段脱水中为进水压力；
2）基于该当前压力值P，根据控制器C内存储的对应关系，确定目标位移值LT；
3）基于目标位移值LT，发出控制信号，控制伺服电机泵4工作，使得油缸9的位移L增大；
4）当油缸9的当前位移L达到目标位移值LT后，停止控制伺服电机泵4的工作。
在本发明中，通过预先的分析计算或实验，确定压力值P与目标位移值LT之间的对应关系。
具体地，压力值P与目标位移值LT之间的可以满足以下关系式：
L T =L 0 +k（P-P 0 ） （1）
其中，P0是厢式滤板2和隔膜滤板3在合模时，在不发生泄露和滤板压裂情况下，封闭腔室内的初始压力，该初始压力是基于滤板的材料、弹性变形参数、水与滤板间的摩擦系数等参数计算出的数值；L0为厢式滤板2和隔膜滤板3合模时油缸9的初始位移；k是位移控制系数；L0、k均为通过出厂前的分析计算或实验过程预先确定的数值。
[第二实施例]
基于上述关系式（1），可进一步得到如下关系式：
ΔL T =kΔP （2）
其中，ΔP是相邻两个测量时刻的压力流体的压力值P之差，即压力变化值；ΔLT是对应的相邻两个测量时刻的油缸的目标位移值LT之差，即位移变化值。
基于上述关系（2），在第二实施方式中，控制器C被配置为执行以下功能：
1）从水压传感器17或料压传感器18接收当前压力值P；
2）基于该当前压力值P，确定其相对于之前的测量时刻的压力值的压力变化值ΔP；
3）基于的压力变化值ΔP、以及ΔP与ΔLT之间的对应关系，如上述关系式（2），确定对应的位移变化值ΔLT；
4）基于位移变化值ΔLT，发出控制信号，控制伺服电机泵4工作，使得油缸9的位移L增大ΔLT。
[第三实施例]
基于上述关系式（2），如果将ΔP取固定值p，例如可以是0.5 Mpa，由于k、p均为固定值，ΔLT也是固定值，记为K，此时可进一步得到如下关系式：
K =k·p （3）
基于上述关系（3），在第三实施方式中，控制器C被配置为执行以下功能：
1）从水压传感器17或料压传感器18接收当前压力值P；
2）监测压力值P的变化，每当压力值P增大一个恒定压力增量p，则发出控制信号，控制伺服电机泵4工作，使得油缸9的位移增大一对应的恒定位移增量K。
[第四实施例]
在第四实施方式中，控制器C被配置为根据图3示出的表格来控制目标位移LT。在该表格中，新出现的参数P*为油缸9从厢式滤板2和隔膜滤板3合模时的初始位移L0第一次发生位移时，对应的压力值P的增加量，称之为初次压力增量P*；参数L*为油缸9从厢式滤板2和隔膜滤板3合模时的初始位移L0第一次发生位移时的增加量，称之为初次位移增量L*。
p为之后每一次的压力值P的增加量，称之为恒定压力增量p; K为之后每一次的油缸的位移增量，称之为恒定位移增量K。
L0、P0、P*、L*、p、K，这六个数值均为通过出厂前的分析计算或实验测试预先确定的数值，以确保在压力值相应增加和油缸相应移动之后，所述封闭腔室不发生泄露。特别地，P*不同于p，L*不同于K。特别地，与恒定压力增量p以及与之对应的恒定位移增量K，是基于大量的出厂前实验确定的最优数值组合。
基于图3所示的表格，在第四实施方式中，控制器C被配置为执行以下功能：
1）从水压传感器17或料压传感器18接收当前的压力值P；
2）监测压力值P的变化，如果压力值P相对于初始压力P0增大初次压力增量P*，则发出控制信号，控制伺服电机泵4工作，使得油缸9的位移L增大初次位移增量L*；
3）继续监测压力值P的变化，压力值P之后每增加一个恒定压力增量p，则发出控制信号，控制伺服电机泵4工作，使得油缸9的位移L增大一个恒定位移增量K。
在一具体实施例中，初次压力增量P*可以是1Mpa，恒定压力增量p可以是0.5Mpa，图3中的表格将具体化为图4所示的表格，该表格中，L0、P0、L*、K，这四个数值均为通过出厂前的分析计算或实验测试预先确定的数值。
通过本发明提供的技术方案，通过控制油缸9的位移，可以间接控制油缸9所施加的保持压力，相对于直接测量和控制油缸9油压的方案，本发明的控制方案简单且精确，在缩减生产运行成本的同时，也大幅降低了故障率。例如，当油缸9处的多组油缸（例如16组）发生30%的内泄时，传统的基于油压监控的方案失效；而对于本发明的方案，由于监控的参数是油缸9的位移，可以继续控制其余组油缸的工作，直至其达到期望的位移。
此外，通过根据进料压力或进水压力的增大而动态地调节油缸9的位移，使得厢式滤板2和隔膜滤板3的接触部位发生适当的弹性变形，防止由于封闭腔室内的压力增大而产生泄露，封闭腔室内的压力可以达到更高的压滤压力，显著提高压滤效果。
在另一实施例中，在油缸的上游可以设置压力转换缸，压力转换缸可设置在油缸与上游的压力源之间。在此情况下，根据本发明的教导，测量进料压力或进水压力，并根据进料压力或进水压力确定油缸的位移参数，控制压力源的工作，使油缸按照位移参数移动。
例如，压力转换缸可以包括本领域已知的油料转换皮囊或水油转换皮囊。油料转换皮囊可以连接至进料管道，二者之间设置比例控制阀。基于测得的进料压力或进水压力的值确定油缸位移参数，通过控制比例控制阀的运行，使油缸按照位移参数移动。油水转换皮囊可以连接至进水管道，二者之间设置比例控制阀。基于测得的进料压力或进水压力的值确定油缸位移参数，通过控制比例控制阀的运行，使油缸按照位移参数移动。
本文参照优选的实施例详细描述了本发明的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本发明构思的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本发明提出的各种技术特征、结构进行多种组合，而不超出本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (10)

1.一种高压压滤机，其特征在于，包括：
交替排列的多个厢式滤板和多个隔膜滤板，其中，相邻的厢式滤板和隔膜滤板在合模时形成封闭腔室，封闭腔室用于容纳泥浆；
压力源，其配置为通过压力流体向封闭腔室内的泥浆施加压力，使泥浆中的水分脱出；
油缸，其驱动压板在合模的厢式滤板和隔膜滤板上施加保持压力；
压力传感器，其配置为检测压力流体的压力值；
位移传感器，其配置为检测油缸的位移；
控制器，其配置基于压力流体的压力值直接控制油缸的位移，以精确控制滤板的弹性变形程度，所述控制器被配置为；
-监测所述压力值，当所述压力值从初始压力P0增加初次压力增量P*，则所述控制器发出控制信号，控制油缸移动一初始位移增量L*；
-继续监测所述压力值，每当所述压力值增大一恒定压力增量p，则所述控制器发出控制信号，控制油缸移动一恒定位移增量K。
2.根据权利要求1所述的高压压滤机，其特征在于，
所述初次压力增量P*不同于所述恒定压力增量p，并且，所述初始位移增量L*不同于所述恒定位移增量K。
3.根据权利要求1或2所述的高压压滤机，其特征在于，
与恒定压力增量p对应的恒定位移增量K，以及与初次压力增量P*对应的初始位移增量L*，均是通过预先进行的计算和/或实验确定的。
4.根据权利要求1所述的高压压滤机，其特征在于，
所述压力源包括进料泵，该进料泵被配置为经由进料管道将泥浆注入封闭腔室，并向封闭腔室内的泥浆施加压力，使泥浆中的水分脱出。
5.根据权利要求4所述的高压压滤机，其特征在于，
所述压力源为包括进水泵，该进水泵被配置为经由进水管道将水注入储水腔室，并向储水腔室内的水施加压力，使得储水腔室经由隔膜向封闭腔室内的泥浆施加压力，使泥浆中的水分脱出。
6.根据权利要求5所述的高压压滤机，其特征在于，
所述压力传感器包括料压传感器和水压传感器，
料压传感器被配置为检测进料管道中的泥浆的压力值；
水压传感器被配置为检测进水管道中的水的压力值。
7.根据权利要求1所述的高压压滤机，其特征在于，
所述控制器配置为输出控制信号至伺服电机泵，伺服电机泵将油导入油缸，控制油缸移动。
8.根据权利要求1所述的高压压滤机，其特征在于，所述控制器配置为输出控制信号至位于泵机和油缸之间的比例控制阀，控制油缸移动。
9.根据权利要求1所述的高压压滤机，其特征在于，还包括压力转换缸，其位于油缸和压力源之间。
10.根据权利要求9所述的高压压滤机，其特征在于，所述压力转换缸包括油料转换皮囊或水油转换皮囊，油料转换皮囊或水油转换皮囊与进料管道或进水管道经由比例控制阀连接，其中，控制器被配置为基于检测到的压力值确定位移参数，并通过控制该比例控制阀的工作来控制油缸依据该位移参数进行移动。
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