分布式造纸用高真空吸水箱抽真空装置及控制系统

技术领域：

本发明属于造纸真空系统技术领域，涉及一种分布式造纸用高真空吸水箱抽真空装置及控制系统。

背景技术：

参见图1，图1是传统的造纸高真空系统配置示意图。传统的集中式真空系统设计和方案配置，主要依据的是造纸过程的不同工段对真空度的需求不同，配置不同的真空系统。而在同一个真空系统的工段内的每一个真空大小需求则依靠该部位的手动调节阀来进行调节，为了保证最大真空度的需求，每一个真空系统的配置都是按照最大需求设计和配置的。然而，由于生产过程的不确定性，实际的需求往往低于设计功率或容量，而调节过程又是依靠阀门进行的，因此就造成了极大的配置浪费和使用浪费。尤其是正常使用中真空度的调节是靠阀门完成，这就从根本原理上产生了一种理论浪费。本发明就是针对的这种情况发现并发明的。

早期的真空系统是采用水环真空泵或罗茨真空泵作为真空系统原动力的。后来人们发现高速透平风机具有更高的抽气效率和更高的机械效率，因而目前的造纸真空系统普遍采用的是透平风机真空系统。尽管相比前者提高了效率和降低了系统总的功率配置，但是由于一个真空系统要带数个真空设备，每一个真空度要求又是不同的，所以只能靠阀门调节真空度。因此透平风机虽然使整个系统功率配置减小，但是最根本的节流能耗问题没有解决，因此浪费依然存在。

除了功率配置和节流损失产生浪费以外，每一台真空泵的共用气水分离器也是造成能耗浪费的一种原因。前面已说明由于各个部位的真空度和抽气量需求不同，而这些不同的需求又是又一个公共真空系统带动的，这就造成气水分离器的设计必须按照最大的需求配置，包括气水分离器的真空抽水泵都需要按照这个配置要求设计，因而造成同样的容量或功率冗余浪费。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种分布式造纸用高真空吸水箱抽真空装置及控制系统，其克服了现有技术中存在的造纸真空系统能耗高的问题。本发明不但实现配置节能，更重要的是实现了运行节能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种分布式造纸用高真空吸水箱抽真空装置及控制系统，其特征在于：包括显示操作屏和中心控制器(PLC)，中心控制器依次与压力传感器、吸水箱、真空泵和变频调速器组成闭环连接，中心控制器并依次与气水分离器、电磁阀组成闭环连接，电磁阀通过通过连接到其他真空系统的气水分离器阀门的管道与负压抽水泵连接，负压抽水泵通过接触器与中心控制器连接，显示操作屏与中心控制器连接；在气水分离器的下方连接一个由电磁阀和管道组成的多个分时抽水系统，气水分离器上设置有液位检测传感器，液位检测传感器输出信号给中心控制器。

气水分离器包括封闭的金属圆筒，金属圆筒顶部设置有抽气孔，金属圆筒底部设置有排水孔。

抽气孔是在一个向上鼓起的锥形或圆形顶盖上插入一个圆管焊接而成的，其插入桶内的部分根据抽气量的大小不同分别在数十毫米到几十毫米之间。

吸水箱通过管道与气水分离器连接，气水分离器再经由抽气管道与真空泵连接形成抽真空系统。

管道的直径是气水分离器的直径的二分之一或更小，管道插入气水分离器的部位在整个高度的下半部分位置，且插入部分管道的上壁深入到气水分离器内部。

真空泵与气水分离器的抽气管道为插入到气水分离器内部5-10mm的金属管道。

中心控制器为西门子S7-1200系列PLC或具有运算和控制功能的计算机或单片机等组成的控制单元。

与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：

1、本发明的设计思想和配置方案是依照每一个部位的需求进行方案设计和容量配置的，因此减去了由于公共需求而必须进行的最大需求配置，这样设计虽然依然存在按每一个部位最大需求配置功率或容量的问题，似乎没有减小容量或功率可能还会增加。但是这个问题本发明经过实际计算和分析，由于按照每一个部位需求配置功率和真空容量是一种真实的需求配置，而集中配置的方式是总量计算设计配置，相比之下，实际的需求配置功率和容量都小于传统的设计和配置。除此之外，更重要的问题是本发明这种分布式真空系统配置采用的是独立调速真空需求控制，理论上说，去掉了节流损失，彻底解决了传统真空系统的原理性能耗问题，因而是运行和配置双节能增效的。

2、本发明一种分布式造纸用高真空吸水箱抽真空装置及控制系统关键发明点就是发现并分析了集中式真空系统的方设计和配置以及运行等方面存在的原理性能耗问题，从而提出并设计了分布式真空系统方案，解决了原来设计和方案配置中原理行能耗的问题。不但实现配置节能更重要的是实现了运行节能。

3、本发明是在分布式吸水箱真空系统的基础上进一步改进髙真空系统排水方案的一种新型设计。将传统的一个气水分离器配置一个抽水泵的方案，改为多个气水分离器配置一个公共抽水泵的方案，在气水分离器上配置液位显示传感器，具有开关量输出信号，中心控制器(PLC)检测多个气水分离器的液位信号，根据是否需要排水设置自动开启和停止抽水泵，实现负压排水。

附图说明：

图1为传统造纸真空系统配置图；

图2为本发明分布式真空系统方案配置示意图；

图3为本发明分布式真空系统分时抽水控制结构原理图；

图4为本发明分布式真空系统分时抽水气水离器结构图；

图5为本发明分布式高真空系统控制系统结构图；

图6为本发明分布式高真空系统控制流程图；

图7为本发明分布式高真空系统电路原理图。

图中，1-吸水箱，2-压力传感器，3-管道，4-气水分离器，5-抽气管道，6-液位检测传感器，7-出水管，8-电磁阀，9-连接到其他真空系统的气水分离器阀门的管道，10-负压抽水泵，11-真空泵，12-负压抽水泵的输出水槽。

具体实施方式：

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

造纸高真空吸水箱真空特性是真空度高，气水量相对较小。本发明提出了不同于传统集中一个真空泵包括气水分离器配置一台抽水泵的方法，而是采用分布式气水分离器集中分时排水的技术方案。真空度的调节采用了压力传感器加变频调速风机的自动控制。而气水分离器的排水采用分时自动控制排水方式，这样就通过连接气水分离器下端的阀门和液位传感器以及抽水泵组成一个分时自动控制系统，既可以及时抽出气水分离器的积水，又可以节省设备配置和能量消耗。

本发明针对高压多个吸水箱，采用独立真空系统的技术方案，即每一个吸水箱由一套真空系统来完成真空吸水工作。具体内容是：每一个吸水箱真空系统通过管道连接到一个定制的气水分离器，然后这个气水分离器再经由管道连接到高压真空泵形成抽真空系统。在气水分离器的下方连接一个由阀门和管道组成的多个分时抽水系统，再在每一个气水分离器上安装一个液位传感器，这个传感器输出信号给PLC中心控制器，根据液位和需要自动开启和停止水泵。这种工作方式不必严格分时开关，而是在需要是可以同时开启多个阀门抽水而不影响真空效果。

参见图2，每一个吸水箱配置一套独立的由气水分离器、连接管道变频高压风机、压力传感器等组成的真空自动控制系统。高压真空泵可以选择市场上销售的标准产品如浙江固霸高压真空泵或其他品牌产品，高压真空泵可以是单级或双级的，根据需要的抽气量和真空度选择。在高真空吸水箱分部，利用多吸水箱独立气水分离器，集中分时抽水方案设计进行分时自动抽水。在气水分离器液位传感器和中心控制器的统一控制下，实现分时或同时抽水。在抽水过程中需要严格控制每一个气水分离器的最低液位，否则可能造成系统真空度混乱。液位传感器可以选择数显式或翻版式，既能显示液位又能输出开关信号。

参照图3，每一套真空系统由一个高压风机和一个气水分离器以及一个配套的变频器对风机调速和一个压力传感器进行闭环检测控制所组成如图3所示。每一个真空箱的真空度是闭环自动控制的，可以使真空度根据设定值实现自动控制而不是人工手动阀门调节。吸水箱1通过管道3与气水分离器4连接，管道3的直径大约是气水分离器4的直径的二分之一或更小，管道3插入气水分离器4的部位在整个高度的下半部分位置，且插入部分管道的上壁是深入到气水分离器4内部的，目的是防止水流向抽气口。连接真空泵11的抽气管道5是插入到气水分离器4内部约5-10mm的金属管道，目的是防止负压水量吸入真空泵11；液位传感器6输出开关信号到中心控制器(PLC)，中心控制器PLC再输出信号给电磁阀8，根据液位和预先设定的参数对电磁阀8和负压抽水泵10进行分时或同时控制，及时抽出气水分离器4中的多余水量。连接到其他真空系统的气水分离器阀门的管道9是通往其他气水分离器的管道，一个抽水泵可以连接多个气水分离器和阀门，图3只画出来两个气水分离器的连接图。负压抽水泵的输出水槽12与负压抽水泵10连接，水位由负压抽水泵的输出水槽12的深度和边沿高度决定，负压抽水泵10工作时，多余的水从负压抽水泵的输出水槽12的槽壁上自然溢出，其液位总是高于泵体的，目的是密封和防止抽空。图中显示两个真空系统的示意图，实际当中可以是多个真空系统公用一个真空抽水泵。公用的数量多少根据抽气量和排水量计算设计，同时根据上述设计选择泵的大小和参数。

参见图4，每一个气水分离器(4)都是根据真空度和抽气量以及含水量的多少单独设计和制造的，其基本结构和原理图如图4所示。是由一个封闭的金属圆筒和吸气孔及排水孔组成的，其顶部抽气孔是在一个向上鼓起的锥形或圆形顶盖上插入一个适当直径的圆管焊接而成的。其插入桶内的部分根据抽气量的大小不同分别在数十毫米到几十毫米不等，是为了防止将水抽入风机而设计的。

独立真空系统的气水分离器底部是锥形的出口处连接一个电磁阀，然后经过管道再连接到公共抽水泵，如图3、图4所示。因为髙真空系统无法利用自然虹吸的方式抽取真空和排水，必须在气水分离器内部增加强制排水的水泵进行排水。而本发明是一个分布式抽真空集中分时抽水的方案设计，既可以及时的排出气水分离器中的水份，同时又可以降低设备成本提高效率。髙真空段的工作特性是髙真空但高排气和低排水。

单个真空系统工作过程如下：设定好需要的真空度值以后，开启高压变频风机，此时抽真空开始。由于各个吸水箱的真空度不同，气水分离器的水量既不同。随着真空度的提升，有些气水分离器的水量可能已经达到检测水位，此时假设左侧的气水分离器水位到达上线值，则传感器6输出高限信号启动抽水泵抽水，同时阀门8打开，假设在右侧的气水分离器此时也达到上限值则左侧水位还没有达到下限值，则左右两个阀门同时打开，此时如果任意一个气水分离器水位达到下限值则，该阀门立即关闭。同理其他多个气水分离器公用抽水泵情形于此工作过程相似。

每一个真空系统的真空度是靠自身的压力闭环调速控制实现压力恒定控制的，而分时抽水系统则根据液位信号自动实现抽水过程，对于压力不同可能会造成抽水的速度不同，可以随时开通或关断阀门来实现各个气水分离器的水位控制。对于水量可能较多或气水分离器较多个并联运行时，在抽水泵上还可以配有变频调速器，进一步增加系统的灵活性。

如图5所示，整个系统的工作过程为：中心控制器是由一个西门子S7-1200系列PLC或具有运算和控制功能的计算机或单片机等组成的控制单元，操作显示屏是一个通过总线与控制器连接，可以通过操作屏设置真空度参数以及其他参数等，并显示每一个吸水箱的真空度以及电机的电压电流等参数；一个中心控制器可以控制所有的数个或者数十个真空吸水箱，统一由一个中心控制器控制和一个操作显示屏进行显示操作控制。图5中所显示的是全部系统的结构和控制总图，其中真空泵1和真空泵2直到真空泵N表示的是真个系统的就有N个真空系统同时配有N套传感器和控制系统，图中所示真空泵就是本发明中说明书中的高压风机，整个控制系统还包括一套控制软件，其软件流程图如图6所示，图7是控制系统以两台风机为例画出的主要硬件配置和电路原理图，且负压水泵的控制是以接触器为例画出的，也可以根据需要更换成变频器控制，对于多于两台风机的系统增加的器件部分依此类推。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡是利用本发明的说明书及附图内容所做的等同结构变化，均应包含在发明的专利保护范围内。