CN215277143U - 一种连续性水泥外加剂工艺生产装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种连续性水泥外加剂工艺生产装置，属于水泥外加剂生产装置领域，用于水泥外加剂的生产，其用于连接原料储藏装置的管道，所述原料储藏装置为多个，每个原料储藏装置的管道上均依次串联有泵送装置、流量计量装置后与静态混合器的入口连接，静态混合器的出口连接有搅拌罐的入口；所述泵送装置与流量计量装置通过电信号与PID控制器形成闭环控制，PID控制器为双闭环控制器。本申请通过设置有流量计量装置、泵送装置的管道分别与静态混合器连接，通过静态混合器实现原料混合的方式进行水泥外加剂的生产，并且通过内置双闭环PID比例算法的PID控制器实现对送料管道输送流量精度的控制。
Description
技术领域
本申请属于水泥外加剂生产装置领域，具体地说，尤其是一种连续性水泥外加剂工艺生产装置。
背景技术
水泥外加剂是施工作业时向水泥中加入的少量化学药剂，其能够有助于改善和调节水泥性能，具有用量小、使用简便、成本低、技术效益高等特点。现有的水泥外加剂一般采用间歇式生产方式，间歇式生产方式的主要特点是按照生产配方，将各种原料依次送入带有称重的搅拌罐内进行搅拌混合，并且经过取样分析检验合格后入库。上述采用搅拌罐进行生产的方式不具有连续化生产的能力，而且能源消耗大、耗费时间长、盛装容器占地面积大、生产装置的处理量越大成本越高、需要定期保养维护电机、生产效率低、人员劳动强度大等缺点。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种可连续性水泥外加剂工艺生产装置，其通过设置有流量计量装置、机泵的送料管道分别与管道混合装置连接，通过管道混合装置实现原料混合的方式进行水泥外加剂的生产，并且通过内置双闭环PID比例算法的PID控制器实现对送料管道输送流量精度的控制。
为达到上述目的，本申请是通过以下技术方案实现的：
本实用新型中所述的可连续性水泥外加剂工艺生产装置，至少包括用于输送外加剂生产所需原料的送料管道，所述送料管道的出口连接于管道混合装置的入口，管道混合装置的出口通过管路连接于搅拌罐的循环管路，在送料管道上均设置有用于对所输送原料计量的流量计量装置以及用于原料输送的机泵，所述机泵、流量计量装置均通过电信号与PID控制器连接，PID控制器为双闭环控制器；其中所述送料管道内输送的物料粘度小于102mPa·S，所述管道混合装置的长度L与管径D之比L/D≥10，所述机泵的输送压力为0.36Mpa～0.6Mpa，输送流量为18m3/h～100m3/h，频率为5.5KW～11KW。
进一步地讲，本申请中所述的管道混合器入口处连接的相邻管道上的PID控制器通过电信号连接有比值器。
进一步地讲，本申请中所述的管道内输送物料粘度小于102mPa·S，所述管道混合器的长度L与管径D之比L/D≥10，所述泵送装置的输送压力为0.36Mpa～0.6Mpa，输送流量为18m3/h～100m3/h，频率为5.5KW～11KW。
进一步地讲，本申请中所述的管道混合器的管径D为200mm，所述管道混合器的长度L为3000mm。
进一步地讲，本申请中所述的管道混合器的空隙率ε＝1.0，压降为0.045MPa。
进一步地讲，本申请中所述的搅拌罐为两个，相邻的搅拌罐之间通过罐体管路及抽料泵连接。
进一步地讲，本申请中所述的原料储藏装置的数量大于水泥外加剂所需原料的数量。
进一步地讲，本申请中所述的管道上串联有阀门组件，阀门组件位于原料储藏装置与泵送装置、泵送装置与流量计量装置之间。
进一步地讲，本申请中所述的泵送装置包括齿轮泵和/或离心泵。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本申请能够通过泵送装置、流量计量装置及管道混合器串并联的结构形式，在以科里奥利质量流量计为代表的流量计量装置、管道混合器配合泵送装置和双闭环PID比值控制算法实现了水泥添加剂的连续化生产工艺，替代了原有的间隙式生产的模式，具有占地面积小、生产成本低、生产耗时少、劳动强度低等优点。
附图说明
图1是本申请的结构原理图(除PID控制器外)。
图2是本申请中PID与比值器的控制原理图。
图3是本申请中PID控制器与流量计量装置及泵送装置的控制示意图。
图中：1、泵送装置；2、流量计量装置；3、静态混合器；4、阀门组件；5、原料储藏装置；6、PID控制器；7、后台服务器。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型所述的技术方案作进一步地描述说明。需要说明的是，在下述段落可能涉及的方位名词，包括但不限于“上、下、左、右、前、后”等，其所依据的方位均为对应说明书附图中所展示的视觉方位，其不应当也不该被视为是对本实用新型保护范围或技术方案的限定，其目的仅为方便本领域的技术人员更好地理解本实用新型创造所述的技术方案。
在本说明书的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
实施例1
一种连续性水泥外加剂工艺生产装置，包括用于盛装各种水泥外加剂生产所需原料的原料储藏装置，原料储藏装置的数量大于水泥外加剂生产所需原料的数量。所述原料储藏装置的出口连接有串联泵送装置1、流量计量装置2的管道，管道的出口连接于管道混合器的入口，所述管道混合器具有多个并联的入口，分别与不同的原料储藏装置管道连接。所述管道混合器的出口通过管路连接于搅拌罐的循环管路，所述泵送装置1、流量计量装置2均通过电信号与PID控制器连接，PID控制器为内置双闭环PID比值控制算法的双闭环控制器；其中所述管道内输送的物料粘度小于102mPa·S，所述管道混合器3的长度L与管径D之比L/D≥10，所述泵送装置1的输送压力为0.36Mpa～0.6Mpa，输送流量为18m3/h～100m3/h，频率为5.5KW～11KW。
实施例2
一种连续性水泥外加剂工艺生产装置，所述管道混合器的管径D为200mm，所述管道混合器的长度L为3000mm；所述管道混合器的空隙率ε＝1.0，压降为0.045Mpa；所述搅拌罐为两个，相邻的搅拌罐之间通过管路及抽料泵连接；所述管道上的泵送装置、PID控制器及流量计量装置2构成闭环控制，相邻送料管道之间的PID控制器连接有比值器。其余部分的结构及连接关系与前述实施例中任意一项所述的结构及连接关系相同，为避免行文繁琐，此处不再赘述。
在上述实施例的基础上，本实用新型继续对其中涉及到的技术特征及该技术特征在本实用新型中所起到的功能、作用进行详细的描述，以帮助本领域的技术人员充分理解本实用新型的技术方案并且予以重现。
如图1至图2所示，本实用新型中所述的采用科里奥利质量流量计作为流量计量装置2实现对各个原料储藏装置5所连管道内原料的精确计量，在实际使用时，所需原料储藏装置5的数量应当大于所需原料的种类，即留有备份用的原料储藏装置，以供检修或应急情况下使用。本申请是通过PID控制器实现对泵送装置1中变频电机的自动控制，管道混合器所连接的相邻管道上的PID控制器可通过比值器进行连接，实现以其中一根管道为主变量的动态控制，使得原料在管道混合器中混合均匀，从而实现水泥外加剂产品的连续化生产。管道混合器设置有出料口，出料口与搅拌罐的循环管路连通，以便将混合好的水泥外加剂送入到搅拌罐中。
在本申请中，所述管道中所输送原料的粘度小于102mPa·S，按照原料粘度选择合适的管道混合器3，例如SV型管道混合器。选择管道混合器3时，必须保证管道混合器3的长度L与其自身的管径D之比L/D≥10，当管道混合器3的管径为200mm时，L的最佳长度为2.0m，但是为了提高不同原料的均化能力，本申请中的管径优选为3.0m。
在本申请中，所述的管道混合器3的总体积流量可控制在80m3/h，选用管道混合器3的长度为3.0m时，在孔隙率为ε＝1.0，μ为原料在工作条件下连续相粘度，故而管道的雷诺数通过计算为：
由于压降＞150，所以摩擦系数f＝1.0，空隙率ε＝1.0，故管道混合器3的压降为：
其中dh为水力直径，为混合单元空隙体积的4倍与润湿表面积之比，ρc为工作条件下连续相流体密度，实践证明与计算结果一致，满足相应的工艺要求。
在本申请中，所述的泵送装置可依据生产水泥外加剂所需原料介质的特性对应选择离心泵或者齿轮泵，选择的机泵类型及相关参数可参见下表。
| 输送介质 | 型号 | 流量 | 压力 | 变频电机频率 |
| VI | 1HF100-80-125 | 100m<sup>3</sup>/h | 0.6MPa | 7.5KW |
| VII | KCB-483.3 | 29m<sup>3</sup>/h | 0.36MPa | 11KW |
| VIII | KCB-300 | 18m<sup>3</sup>/h | 0.36MPa | 5.5KW |
| IV | KCB-300 | 18m<sup>3</sup>/h | 0.36MPa | 5.5KW |
| V | KCB-300 | 18m<sup>3</sup>/h | 0.36MPa | 5.5KW |
在本申请中，若能够实现各种原料的精确计量下料，原则上就能够实现管道混合器的连续化生产水泥外加剂。而实现原料的精确下料离不开良好的控制器。在本申请中选择内置双闭环控制算法的PID控制器，其能够实现减小流量的超调和过饱和现象，得到更加良好的动态效果。
在本申请中，所述的被控对象为多路被变频器控制的变频电机，变频电机能够带动泵送装置1实现输送流量的变化，继而实现对所在管道输送流量的控制。在连接管道混合器3的管道上均设置有流量计量装置2以实现对所输送原料流量的计量。例如，可将管道分为送料管道A1、送料管道B2，送料管道A1的流量为系统的主动量Q1、送料管道B2的流量为系统的从动量Q2，要求从动量Q2跟随主动量Q1的变化而变化，且两者之间维持一个定值的比例关系，即Q2/Q1＝K。本申请中上述的定值比例关系是通过比值器来实现的，通过比值器实现不同送料管道上PID控制器的联动调节，继而实现双闭环的PID控制及动态比值关系的稳定。本申请中PID控制器的控制精度应当控制在0.5％内，以满足质量控制需求。
在实际使用中，待各原料实时流速与给定流速通入且流量稳定在±50kg/h时，开启1#搅拌罐至2#搅拌罐抽料泵，将1#中前期配比不稳定的物料抽至2#搅拌罐内，将配比稳定的物料保留于1#搅拌罐中。并对1#搅拌罐内的样品进行抽样检测，检测结果如下。
| 取样时间 | 即刻检测数据 | 取样时间 | 即刻检测数据 |
| 1 | 44.50 | 7 | 44.48 |
| 2 | 44.48 | 8 | 44.57 |
| 3 | 44.10 | 9 | 44.53 |
| 4 | 44.41 | 10 | 44.59 |
| 5 | 44.53 | 搅拌后 | 44.50 |
| 6 | 44.55 | 平均值 | 44.48 |
所取得10个样品中固含量最高的是44.59％，最小的是44.10％，差值较小，实验完毕1#搅拌罐的搅拌样品的固含量为44.50％与实验样固含量数据一致性较好，与各实验样固含量平均值差值仅有0.02％。
最后，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (9)
1.一种连续性水泥外加剂工艺生产装置，包括用于连接原料储藏装置(5)的管道，其特征在于：所述原料储藏装置(5)为多个，每个原料储藏装置(5)的管道上均依次串联有泵送装置(1)、流量计量装置(2)后与管道混合器(3)的入口连接，管道混合器(3)的出口连接有搅拌罐的入口；所述泵送装置(1)与流量计量装置(2)通过电信号与PID控制器形成闭环控制，PID控制器为双闭环控制器。
2.根据权利要求1所述的连续性水泥外加剂工艺生产装置，其特征在于：所述管道混合器(3)入口处连接的相邻管道上的PID控制器通过电信号连接有比值器。
3.根据权利要求1所述的连续性水泥外加剂工艺生产装置，其特征在于：所述管道内输送物料粘度小于102mPa·S，所述管道混合器(3)的长度L与管径D之比L/D≥10，所述泵送装置(1)的输送压力为0.36Mpa～0.6Mpa，输送流量为18m3/h～100m3/h，频率为5.5KW～11KW。
4.根据权利要求3所述的连续性水泥外加剂工艺生产装置，其特征在于：所述管道混合器(3)的管径D为200mm，所述管道混合器(3)的长度L为3000mm。
5.根据权利要求4所述的连续性水泥外加剂工艺生产装置，其特征在于：所述管道混合器(3)的空隙率ε＝1.0，压降为0.045MPa。
6.根据权利要求1所述的连续性水泥外加剂工艺生产装置，其特征在于：所述搅拌罐为两个，相邻的搅拌罐之间通过罐体管路及抽料泵连接。
7.根据权利要求1所述的连续性水泥外加剂工艺生产装置，其特征在于：所述原料储藏装置(5)的数量大于水泥外加剂所需原料的数量。
8.根据权利要求1所述的连续性水泥外加剂工艺生产装置，其特征在于：所述管道上串联有阀门组件(4)，阀门组件(4)位于原料储藏装置(5)与泵送装置(1)、泵送装置(1)与流量计量装置(2)之间。
9.根据权利要求1所述的连续性水泥外加剂工艺生产装置，其特征在于：所述泵送装置(1)包括齿轮泵和/或离心泵。
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