一种碟片式离心机智能控制方法与流程

1.本发明属于碟片式离心机应用领域，涉及碟片式离心机的智能控制方法，可帮助现场用户优化调整分离能力，实现期望的分离效果。


背景技术：

2.碟片式离心机可以连续、快速地对液固、液液、液液固态的溶液进行分离，且分离效率高，具有全自动排渣功能的离心机还可以实现无人化值守的工作，因此其应用的范围十分广泛，在石油、化工、医药、视频、通用工业、科研、污水处理等领域均有应用。现代碟片式离心机一般会使用变频技术来对启动过程进行控制，使启动更加平顺和合理。但碟片式离心机在出厂或安装调试结束后，其性能就被固定，即表现为固定分离因数、固定分离能力和固定流量，导致用户无法调整其底层的电气参数和程序，且目前通常也无法植入逻辑算法。
3.碟片式离心机在实际使用中，根据不同的生产工艺和环境，其分离的介质也会有变化。第一种情况，例如某些行业的相对工况通常非常稳定，碟片式离心机的性能不需要调整，运行周期可能达几年甚至十几年，但如果需要调整，就需要求助于专业厂家。这种情况下，因为设备更新迭代以及人员更迭等原因，往往导致这批设备被作为报废处理，浪费很大；第二种情况，碟片式离心机的应用较为灵活，使得工况和被分离的介质在发生变化时，碟片式离心机因为未能得到及时调整，导致无法达到最佳的分离效果。
4.根据斯托克斯定理，碟片式离心机的分离能力与其分离介质的比重、运动粘度有绝对性的关系，所以当介质发生变化时，其对应的分离能力也会出现变化。例如，将碟片式离心机应用于切削液净化时，切削液分为乳化液、半合成(微乳)和全合成三类，切削液中会添加很多的添加剂来保证其可以应用于不同的工况以达到最好的效果，但上述三种切削液其自身的分离因数各自不同。即使同一公司生产的切削液，因为其化学体系不同，导致三种切削液的分离因数也不一致。一般来说，全合成的分离因数最高，其次为半合成，最低为乳化液。如果在碟片式离心机使用过程中以全合成的分离因数来净化乳化液和半合成切削液时，则会对乳化液和半合成切削液产生破坏，不能达到真正的净化或分离的目的。综上所述，所以需要通过参数设置，改变离心机的流量、转速以达到最好的分离效果。目前的现有的离心机控制系统技术中，通常仅仅是通过变频器来控制，调整则由人工进行，仅凭借操作人员的经验和感觉调整，还没有通过借助逻辑运算来实现离心机的智能控制的相关披露。


技术实现要素：

5.本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种碟片式离心机智能控制方法，通过逻辑运算，使得用户可以在离心机硬件规定的范围内，进行最优化的调整其分离能力，从而达到最佳的分离效果，减少企业在设备以及整体的运营方面的资金投入，避免设备资源的浪费。
6.为实现上述目的，本发明提出一种碟片式离心机智能控制方法，包含以下步骤：
7.s1：判断是否需要考虑被净化液体的原分离因数f
r1
；
8.s2：如需要考虑，设被净化液体的原分离因数为f
r1
，根据输入工质物性参数和转鼓的强度精确计算实际工况下碟片式离心机的最大分离因数f
rmax
；
9.s21：判断最大分离因数f
rmax
是否小于原分离因数f
r1
：
10.s22：如果小于或等于，则基于校验后的转速、流量、分离精度三参数方程以最大的分离因数f
rmax
进行工作，输出最大的净化能力和固体颗粒物的分离精度，同时将数据输出给用户进行判别；
11.s23：如果不是，则按照净化液体的原分离因数f
r1
进行工作，同时将可以输出的流量和分离精度信息提供给用户进行判别；
12.s3：如不需要考虑，则区分以下三种情形处理：
13.s31：如需根据被净化液体内的固体颗粒物的分离精度de来调整碟片式离心机，则输入工质物性参数，输入希望被分离的固体颗粒物的直径后，通过校验转鼓强度确认转鼓最高转速以及以该转鼓最高转速为基准通过调整流量的办法判断是否满足用户的希望值；如能满足，则输出其对应的净化能力给用户进行判别；如不能满足，则输出可以做到的最大的分离能力即颗粒物的直径和对应的净化能力供用户进行判别；
14.s32：如需根据流量来调整离心机时，输入工质物性参数，计算转鼓强度，得到最大允许转速，经过基于简化后的转速、流量、分离精度三参数方程进行运算，输出碟片式离心机的工作转速、固体颗粒物的分离精度给用户进行判别；
15.s33：如需根据转速来调整碟片式离心机时，输入工质物性参数，根据已知输入的参数，经过基于简化后的转速、流量、分离精度三参数方程进行运算，输出固体颗粒物的分离能力、流量信息给用户进行判别。
16.上述工质物性参数包括重液的运动粘度和密度、轻液的运动粘度和密度、固体颗粒物的密度。
17.碟片式离心机的最大分离因数主要取决于受转鼓强度限制的ω
max
和转鼓直径r2，所述三参数方程为转速ω、处理量q和分离精度指标固体颗粒物最大直径de三个参数之间存在f(ω,q,de)＝0的方程关系。
18.上述三个参数中，如果转速ω的值可以确定，则上述方程可简化为f1(q,de)＝0。
19.上述三个参数中，如果处理量q的值可以确定，则上述方程又可以简化为f2(ω,de)＝0。
20.上述步骤s31中，所述通过调整流量即调整对应转速的标准流量q0。
21.上述步骤s31中，所述输出可以做到的最大的分离能力即颗粒物的直径和对应的净化能力是根据离心机对固体颗粒物的分离效率，在判决条件为最大分离因数工况下，以标准流量的30％作为最后的粒径值显示，供用户进行判别。
22.作为优选，上述步骤s32中，所述根据流量来调整离心机时不超过水泵流量的最大值。
23.与现有技术相比，本发明具有以下的有益技术效果：
24.1，本发明提出的碟片式离心机智能控制方法通过逻辑运算使得用户可以在离心机硬件规定的范围内进行最优化的调整其分离能力，从而达到最佳的分离效果，减少企业
在设备以及整体的运营方面的资金投入，避免设备资源的浪费。
25.2，本发明从用户的需求出发，通过转鼓强度限制方程和转速、流量、分离精度三参数方程，既适用于需考虑原分离因数的情况，也可以适用于不需考虑原分离因数的三种情况。
附图说明
26.图1为需要考虑被净化液体的原分离因数的智能控制流程图以及对应的输出流量q和固体颗粒物分离精度de的关系曲线图；
27.图2为不考虑被净化的液体的原分离因数，根据被净化液体内的固体颗粒物的分离精度de来调整离心机时的碟片式离心机智能控制方法流程图以及对应的输出流量q和固体颗粒物分离精度de的关系曲线图；
28.图3为不考虑被净化的液体的原分离因数，根据流量来调整离心机时的控制流程图以及对应的离心机的工作转速、固体颗粒物的分离精度示意图；
29.图4为不考虑被净化的液体的原分离因数，根据转速来调整离心机时的控制流程图以及对应的输出流量q和固体颗粒物分离精度de的关系曲线图；
30.图5为智能控制流程的总体示意图。
具体实施方式
31.现结合附图对本发明作进一步详细的说明。
32.第一种情况：如图1所示，需要被净化的液体有确定的分离因数，即原分离因数f
r1
。离心机的硬件不会改变，每种离心机在设计时都会有根据设定的工作条件而确定的分离因数，但离心机的分离能力会因被分离的介质发生变化时也会跟随变化，所以需要根据实际情况重新判断离心机在该工况下自身精确的分离能力。根据输入重液的运动粘度和密度、轻液的运动粘度和密度、固体颗粒物的密度和转鼓的强度，精确计算出实际工况下离心机的最大分离因数f
rmax
否小于原分离因数f
r1
：
33.如果能满足要求，则按照液体本身的分离因数进行工作，同时将可以输出的流量和分离精度等信息输出给用户进行判别；
34.如不能满足要求，则以校验后最大的分离因数进行工作，输出最大的净化能力和固体颗粒物的分离精度，同时数据输出给用户进行判别；
35.以碟片式离心机为例，最大分离因数主要取决于转鼓鼓强度限制的ω
max
和转鼓直径r2.
36.转鼓内部存在径向应力和周向应力，分别由转鼓自身材料和内部流动的介质的离心运动导致。根据行业经验，只考虑周向应力。周向应力分为两部分，一是由于转鼓自身离心运动导致，二是内部流动介质离心运动的离心液压导致。
37.通过求解拉普拉斯方程，转鼓自身离心运动产生的周向应力内部介质离心液压其中r为介质内部任意处半径，最大离心液压在转鼓半径r2处。
求解拉普拉斯方程，最大周向应力总周向应力σ2＝σ
’2 σ”2
.根据第三强度理论，转鼓的强度条件为：
[0038][0039]
其中为强度系数。
[0040]
由转鼓的强度条件可知，转鼓转鼓强度限制方程r(ω
max
,[σ])＝0具体公式如下：
[0041][0042]
转速ω，处理量q和分离精度指标固体颗粒物最大直径de关系如下：
[0043][0044]
上式可以看做转速ω，处理量q和分离精度指标固体颗粒物最大直径de的三参数方程f(ω,q,de)＝0。
[0045]
对于三参数方程f(ω,q,de)＝0，如果确定了转速ω，三参数方程简化为f1(q,de)＝0。如果确定了处理量q，方程可以简化为f2(ω,de)＝0。
[0046]
运行如图1所示：
[0047]
1.输入原分离因数f
r1
，工质物性参数。
[0048]
2.根据转鼓强度限制条件计算出最高转速ω
max
和最大允许分离因数f
rmax
。
[0049]
3.原分离因数f
r1
是否大于最大允许分离因数f
rmax
[0050]
4.满足，则把ω
max
带入三参数方程，三参数方程简化为f1(q,de)＝0,输出流量q和固体颗粒物分离精度de的曲线，供用户选择工作点
[0051]
5.不满足，则根据原分离因数f
r1
计算出设计转速ω1。根据ω1得到输出流量q和固体颗粒物分离精度de的关系曲线，供用户选择工作点。
[0052]
第二种情况，不考虑被净化的液体的原分离因数f
r1
。
[0053]
1.根据被净化液体内的固体颗粒物的分离精度de来调整离心机时，输入重液的运动粘度和密度，轻液的运动粘度和密度，固体颗粒物的密度，输入希望被分离的固体颗粒物的直径后，系统通过校验转鼓强度来确认转鼓最高转速和转鼓最高转速为基准通过调整流量(对应转速的标准流量q0)的办法判断是否满足用户的希望值：
[0054]
如能满足，则输出其对应的净化能力(流量)给用户进行判别；
[0055]
如不能满足，则输出可以做到的最大的分离能力(即颗粒物的直径)和对应的净化能力(根据离心机对固体颗粒物的分离效率，在不满足的条件下，判决条件为最大分离因数工况下，以标准流量的30％作为最后的粒径值显示给用户)给用户进行判别，计算流程如图2所示。
[0056]
2.根据流量来调整离心机时(不超过水泵流量的最大值)，输入重液的运动粘度和密度，输入轻液的运动粘度和密度，输入固体颗粒物的密度，系统自动进行运算，输出离心机的工作转速、固体颗粒物的分离精度给用户进行判别，计算流程如图3所示。
[0057]
3.根据转速来调整离心机时。输入重液的运动粘度和密度，输入轻液的运动粘度和密度，输入固体颗粒物的密度，离心机系统根据已知输入的参数，输出固体颗粒物的分离
能力(粒径)、流量等信息给用户进行判别，计算流程如图4所示。
[0058]
本发明从用户需求出发，通过转鼓强度限制方程和转速流量分离精度三参数方程，实现的碟片式离心机的智能控制方法，既解决了考虑原分离因数的情况(图1)，也解决了不考虑原分离因数的三种情况(图2-4)。一个完整的总体智能控制的流程如图5所示。
[0059]
需要说明的是，以上具体实施方式的描述并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。