CN209865818U - 一种根据固液两相流浓度变化自动调节搅拌机转速的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种根据固液两相流浓度变化自动调节搅拌机转速的装置，其包括搅拌罐、浓度检测装置、可变速搅拌机构和控制器，浓度检测装置通过超声波监测固液两相流浓度，浓度检测装置将监测到的固液两相浓度变化以电信号形式传输给控制器，控制器读取电信号后输出控制信号到可变速搅拌机构；浓度检测装置包括发射探头和接收探头，发射探头和接收探头分置于搅拌罐两侧外壁，发射探头和接收探头分别与浓度检测仪的输入端和输出端连接。本实用新型可以自动监测固液两相流浓度变化，并根据其浓度变化可自动调整搅拌转速，解决了现有技术中存在的问题。

Description

一种根据固液两相流浓度变化自动调节搅拌机转速的装置

技术领域

本实用新型涉及自动调节搅拌转速的搅拌装置技术领域，尤其是一种根据固液两相流浓度变化自动调节搅拌机转速的装置。

背景技术

固液两相流广泛存在于自然界及能源、化工、石油、矿业、水利等各个领域。近年来，随着新材料、新技术、新工艺的出现，固液两相流理论的应用范围也不断扩大。因此，国内外对固液两相流的研究也越发重视。

固液两相流是由固相颗粒和液相流体组成的一种混合流体，在这种流体中，固相颗粒和液相流体有着密切的联系，并且它们在运动中相互影响、相互制约。固液两相流之间不仅存在固相-液相的相互作用，还有固相-固相的相互作用、液相-液相相互作用，而且固相的存在还会改变原有流场的特性。因此，要深入地研究两相流中两相之间的相互作用以及各相的运动特性，具有一定的难度。

目前，实验室中进行固液两相流研究时，固液两相流中因固体颗粒容易出现沉降现象，该现象对于固液两相流的输送研究或浓度场的分布研究等均带来一定困难。例如，在固液两相输送实验中，为保证连续输送的介质保持一定的浓度，经常使用搅拌罐搅拌，在搅拌的过程中，固液两相流中的固体颗粒会由于重力的原因发生沉降，其沉降速度跟固体颗粒的大小及其密度等参数有关。由于固体颗粒沉降的原因，固液两相介质输送的实际浓度和理论浓度具有很大的偏差，影响实验结果的准确性。国内大多使用的传统方法是手动测量固液两相流体的固体颗粒浓度，该方法主要是通过取一定体积的混合溶液，过滤出固体颗粒之后进行烘干和称重。该方法有以下2个缺点：1)固体颗粒中可能混入泥沙或者铁屑等杂质，可能造成测量结果的不准确；2)该种方法操作过程复杂，费时费力，反馈浓度变化不及时。

再例如，在进行固液两相流实验时，也是利用搅拌罐进行固液混合。具体操作为：根据实验设计需要的浓度，在搅拌罐中加入所需体积的水和所需质量的固体颗粒，用电动机驱动搅拌桨进行搅拌，以避免由于固体颗粒的沉降作用造成固液两相流浓度降低。由于实验过程中搅拌机的转速是固定的，因此当需要不同浓度的固液两相流的时候，搅拌机的转速极有可能达不到高浓度固液两相流的要求。

因此，在固相两相流研究过程中，设计一种能够自动检测固液两相溶液的浓度，并控制搅拌机转速的装置显得十分必要。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种根据固液两相流浓度变化自动调节搅拌机转速的装置，该装置可以自动监测固液两相流浓度变化，并根据其浓度变化可自动调整搅拌转速，解决了现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种根据固液两相流浓度变化自动调节搅拌机转速的装置，包括搅拌罐，其特征在于：还包括浓度检测装置、可变速搅拌机构和控制器，浓度检测装置通过超声波监测固液两相流浓度，浓度检测装置将监测到的固液两相浓度变化以电信号形式传输给控制器，控制器读取电信号后输出控制信号到可变速搅拌机构。

上述结构中，搅拌罐给固液两相流的原料混合提供了容腔场所，在其搅拌过程中通过浓度检测装置实时检测固液两相流浓度变化，并将该浓度变化信号以电信号形式传输给控制器，控制器读取电信号后输出控制信号至可变速搅拌机构使其改变转速，达到根据固液两相流浓度变化而自动调整转速的目的，浓度检测装置可以采用超声波监测或射线检测(红外射线、X射线、β射线等)。

进一步的，所述浓度检测装置包括发射探头和接收探头，发射探头和接收探头分置于搅拌罐两侧外壁，发射探头和接收探头分别与浓度检测仪的输入端和输出端连接。

上述结构中，发射探头和接收探头分置于搅拌罐两侧，其两者连线穿过搅拌罐的中心线，浓度变化信号(超声波信号或射线信号)从发射探头发出，被接收探头接收到，之后将浓度变化的信号转换成电信号由控制器接收。

进一步的，所述可变速搅拌机构包括变频器、变频调速电机和搅拌桨，搅拌桨包括搅拌轴和设置在搅拌轴一端的搅拌叶片，搅拌轴另一端安装于搅拌罐盖板上，且搅拌轴该端与所述变频调速电机同步运动连接，变频调速电机的输出端与搅拌轴伸出搅拌罐盖板的一端连接，变频调速电机的输入端与变频器输出端连接，变频器输入端与控制器连接。

上述结构中，搅拌罐中经搅拌桨对固液两相流进行搅动，搅拌桨由变频调速电机驱动，变频器根据控制器发出的控制信号而开启或关闭相应的开关，调节变频调速电机的频率和输入电压来达到改变搅拌桨搅拌转速的目的。

进一步的，所述搅拌罐盖板上设有弧形缺口，搅拌罐盖板外侧固装有电机座，电机座包括底板和设置在底板上端面的安装板，安装板与底板形成纵截面为“凸”字状结构，安装板周围经间隔分布的紧固件固定装配于搅拌罐盖板上。

上述结构中，搅拌罐盖板为变频调速电机提供了安装板，该安装板通过底板固定于搅拌罐盖板上，另，该搅拌罐盖板上的弧形缺口可以提供观察所用或透气或加料使用。

进一步的，所述控制器包括控制电路，控制电路包括与若干浓度值对应的开关，分别为：浓度合适值C₁对应开关LS₁，浓度偏低值C₂对应开关LS₂、浓度最低值C₃对应开关LS₃……，各个开关分别与单片机上的输入引脚一一对应连接，单片机的输出脚分别对应连接变频器的最大电压频率引脚、增大电压频率引脚、保持电压频率引脚，变频器输出端具有与最大电压频率引脚、增大电压频率引脚、保持电压频率引脚分别对应的变频器输出引脚，各变频器输出引脚分别与变频调速电机的输入端连接。

上述结构中，控制器通过控制电路实现根据固液两相流浓度变化实现自动调整搅拌速度的作用，单片机上的各输入引脚与不同浓度范围值对应，当浓度检测装置监测到固体颗粒浓度发生变化即当搅拌罐中固体颗粒浓度降低到一个阈值时，与相应浓度范围值对应的开关导通，单片机相应的输出脚则输出相应的控制信号控制变频器打开相应的开关，变频器则改变输入变频调速电机的电压频率，提高搅拌桨的搅拌速度。

采用上述方案，本实用新型将搅拌罐中固体颗粒浓度变化转变为电信号，并将电信号传输到控制器，由控制器做出相应的动作控制变频调速电机，改变搅拌电机转速以调整固液两相流浓度场分布，其形成一个可以自动监测固液两相浓度和自动控制搅拌机转速的闭环系统，因此，固液两相流浓度和转速都会保持在一定的目标范围内，使进入泵内的混合溶液的浓度保持在一个定值范围。

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

附图说明

附图1为本实用新型具体实施例连接结构框图；

附图2为本实用新型具体实施例实物产品结构连接结构图；

附图3为本实用新型具体实施例附图2的结构主视图；

附图4为本实用新型具体实施例搅拌罐的结构俯视图；

附图5为本实用新型具体实施例A-A向搅拌罐内搅拌桨的的结构图；

附图6为本实用新型具体实施例控制电路结构图；

搅拌罐1、搅拌罐盖板2、弧形缺口21、电机座22、底板221、安装板222、发射探头31、接收探头32、超声波浓度仪33、搅拌桨4、搅拌叶片41、搅拌轴42、控制器5、可变速搅拌机构6。

具体实施方式

本实用新型的具体实施例如图1-6所示是根据固液两相流浓度变化自动调节搅拌机转速的装置，其包括搅拌罐1、浓度检测装置、可变速搅拌机构6和控制器5，浓度检测装置通过超声波监测固液两相流浓度，浓度检测装置将监测到的固液两相浓度变化以电信号形式传输给控制器5，控制器5读取电信号后输出控制信号到可变速搅拌机构6。搅拌罐1给固液两相流的原料混合提供了容腔场所，在其搅拌过程中通过浓度检测装置实时检测固液两相流浓度变化，并将该浓度变化信号以电信号形式传输给控制器5，控制器5读取电信号后输出控制信号至可变速搅拌机构6使其改变转速，达到根据固液两相流浓度变化而自动调整转速的目的，浓度检测装置可以采用超声波监测或射线检测 (红外射线、X射线、β射线等)，本实施例中采用超声波检测进行具体举例说明。

浓度检测装置包括发射探头31和接收探头32，发射探头31和接收探头32 分置于搅拌罐1两侧外壁，发射探头31和接收探头32分别与超声波浓度仪 (F3000非接触式浓度计)33的输入端和输出端连接。发射探头31和接收探头 32分置于搅拌罐1两侧，其两者连线穿过搅拌罐1的中心线，浓度变化信号即超声波信号从发射探头31发出，被接收探头32接收到，之后将浓度变化的信号转换成电信号由控制器5接收。

可变速搅拌机构6包括变频器、变频调速电机和搅拌桨4，变频器采用 MM440变频器，变频调速电机采用1TL002变频调速三相异步电动机，变频器和变频调速电机安装于整体外壳中后一起装置于搅拌罐1上方，上述搅拌桨4包括搅拌轴42和设置在搅拌轴42一端的搅拌叶片41，搅拌轴42另一端安装于搅拌罐盖板2上，搅拌罐盖板2上设有弧形缺口21，搅拌罐盖板2外侧固装有电机座22，电机座22包括底板221和设置在底板221上端面的安装板222，安装板222与底板221形成纵截面为“凸”字状结构，安装板222周围经间隔分布的紧固件固定装配于搅拌罐盖板2上。变频调速电机装配于安装板222上，且变频调速电机与搅拌桨4同步运动连接，具体地，变频调速电机的输出端与搅拌轴42伸出搅拌罐盖板2的一端连接，变频调速电机的输入端与变频器输出端连接，变频器输入端与控制器5连接，控制器5可以采用现有的S7-200PLC 实现，也可以采用本实施例中公开的控制电路实现。

控制器5包括控制电路，控制电路包括与若干浓度值对应的开关，以3个浓度值作为具体数量进行举例说明，浓度值可以是固定值也可以是一定范围值，本实施例优选为一定范围值。具体地，浓度基准值C₀(控制目标浓度)则可以根据需要自行设定，而下述3个浓度值均是与该浓度基准值C₀为准线的低浓度值范围。浓度合适值C₁对应开关LS₁，浓度偏低值C₂对应开关LS₂、浓度最低值C₃对应开关LS₃……，3个开关则分别与单片机MCS-51上的3个输入引脚一一对应连接，单片机的相应3个输出脚分别对应连接变频器的最大电压频率引脚(增加电压频率到最大使得变频调速电机有最大转速)、增大电压频率引脚(增加电压频率使得变频调速电机有较大转速)、保持电压频率引脚(保持电压频率，使得变频调速电机正常转动)，变频器输出端具有与最大电压频率引脚、增大电压频率引脚、保持电压频率引脚分别对应的变频器输出引脚，各变频器输出引脚分别与变频调速电机的输入端连接。控制器5通过控制电路实现根据固液两相流浓度变化实现自动调整搅拌速度的作用，单片机上的各输入引脚与不同浓度范围值对应，当浓度检测装置监测到固体颗粒浓度发生变化即当搅拌罐1中固体颗粒浓度降低到一个阈值时，与相应浓度范围值对应的开关导通，单片机相应的输出脚则输出相应的控制信号控制变频器打开相应的开关，变频器则改变输入变频调速电机的电压频率，提高搅拌桨4的搅拌速度。

上述控制电路的电控原理如下：当浓度检测装置检测到固液两相流体的浓度处于合适的浓度范围内时，将电信号传到控制器5中，开关LS₁接通，控制器5接收到浓度正常的信号后，传递信号给变频器，此时变频器将频率控制在正常转速的频率；当浓度检测装置检测到固液两相流体的浓度偏低时，将电信号传到控制器5中，开关LS₂接通，控制器5接收到浓度偏低的信号后，传递信号给变频器，此时变频器将频率提高一定值，这时变频调速电机转速将提高，从而搅拌桨4的转速也提高，使固液两相流体的浓度上升到合适的浓度范围；当浓度检测装置检测到固液两相流体的浓度处于很低的范围内时，将电信号传到控制器5中，开关LS₃接通，控制器5接收到浓度很低的信号后，传递信号给变频器，此时变频器将频率进一步提升，这时变频调速电机转速进一步提高，从而搅拌桨4的转速也进一步提高，使固液两相流体的浓度上升到合适的浓度范围。

本实用新型不局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本实用新型公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本实用新型的，或者凡是采用本实用新型的设计结构和思路，做简单变化或更改的，都落入本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种根据固液两相流浓度变化自动调节搅拌机转速的装置，包括搅拌罐，其特征在于：还包括浓度检测装置、可变速搅拌机构和控制器，浓度检测装置通过超声波监测固液两相流浓度，浓度检测装置将监测到的固液两相浓度变化以电信号形式传输给控制器，控制器读取电信号后输出控制信号到可变速搅拌机构。

2.根据权利要求1所述的根据固液两相流浓度变化自动调节搅拌机转速的装置，其特征在于：所述浓度检测装置包括发射探头和接收探头，发射探头和接收探头分置于搅拌罐两侧外壁，发射探头和接收探头分别与浓度检测仪的输入端和输出端连接。

3.根据权利要求1或2所述的根据固液两相流浓度变化自动调节搅拌机转速的装置，其特征在于：所述可变速搅拌机构包括变频器、变频调速电机和搅拌桨，搅拌桨包括搅拌轴和设置在搅拌轴一端的搅拌叶片，搅拌轴另一端安装于搅拌罐盖板上，且搅拌轴该端与所述变频调速电机同步运动连接，变频调速电机的输出端与搅拌轴伸出搅拌罐盖板的一端连接，变频调速电机的输入端与变频器输出端连接，变频器输入端与控制器连接。

4.根据权利要求3所述的根据固液两相流浓度变化自动调节搅拌机转速的装置，其特征在于：所述搅拌罐盖板上设有弧形缺口，搅拌罐盖板外侧固装有电机座，电机座包括底板和设置在底板上端面的安装板，安装板与底板形成纵截面为“凸”字状结构，安装板周围经间隔分布的紧固件固定装配于搅拌罐盖板上。

5.根据权利要求1或2所述的根据固液两相流浓度变化自动调节搅拌机转速的装置，其特征在于：所述控制器包括控制电路，控制电路包括与若干浓度值对应的开关，分别为：浓度合适值C₁对应开关LS₁，浓度偏低值C₂对应开关LS₂、浓度最低值C₃对应开关LS₃……，各个开关分别与单片机上的输入引脚一一对应连接，单片机的输出脚分别对应连接变频器的最大电压频率引脚、增大电压频率引脚、保持电压频率引脚，变频器输出端具有与最大电压频率引脚、增大电压频率引脚、保持电压频率引脚分别对应的变频器输出引脚，各变频器输出引脚分别与变频调速电机的输入端连接。