分布式造纸网部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网部真空吸水箱抽真空装置及控制系统。

背景技术：

现有的造纸真空系统通常由若干台罗茨真空泵或者水环真空泵或者透平风机组成。进一步的又可以分为高真空吸水箱和低真空吸水箱两大类，为此需要配置多台真空泵组成若干段真空系统来满足各个工作段的真空吸水要求。而每一段真空系统又分别对应若干个真空吸水箱，通过调节各个吸水箱的阀门最终满足每一个吸水箱的真空需求。

造纸真空系统分为三大类，一类是网部的低真空吸水箱的真空系统，其真空度通常在10-20KP左右；另一类是真空棍类，例如真空吸移，伏棍或真空压榨棍等，这一类属于中高真空，通常在30-45KP左右；还有一类就是毛毯吸水棍，这一类属于髙真空，通常在40-60KP左右。而每一类真空需求所对应的抽气量也是不同的，同时在生产过程中由于产品的不同真空度也是随时可能调整的。因此，传统的设计方案是采用一台或数台真空泵系统，每一台真空泵配置一套气水分离系统，而每一套气水分离系统再对应若干个需要抽真空的部位，如吸水箱或脱水棍等。

这种传统的配置方法最大的问题就是配置功率大，而由于实际需求是靠调节每一个吸水箱的真空阀门来调节的，因此就会有大量的能源被阀门阻力所消耗，造成能源浪费。

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如图1所示。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。本发明就是真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。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种分布式造纸网部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。本发明应用于目前造纸真空系统后可以大大减少能耗，并提高产品质量和生产效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种分布式造纸网部真空吸水箱抽真空装置及控制系统，其特征在于：包括中心控制器，中心控制器依次与压力传感器、吸水箱、气水分离器、真空泵和变频调速器组成闭环连接，显示操作屏与中心控制器连接；在气水分离器下部连接一个透明塑料管和金属管混合的透明下水管，通入到带有堰槽的水槽中，通过水进行密封。

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5mm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、本发明颠覆传统集中式真空泵配置的方案和系统，改为每一个吸水箱分别由独立的一套真空系统来替代。其本质上就是让截流量控制真空度的耗能问题通过根据真空度需求调节每一个真空泵转速的方法实现，因而不再有截流损失，从而大幅度节约电能，同时还可以实现每一个吸水箱的真空度自动控制，使真空度的控制更加精准和稳定，提高产品质量和稳定性。

2、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系统配置的方法，而是采用分布式高压风机和独立气水分离器加虹吸水腿技术方案。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方法。这样就把由于调节阀门产生的真空能耗节约了下来，同时由于采用压力传感器使压力始终保持在一个设定值上，因而保证了生产工艺的稳定性和可靠性，是产品质量和稳定性都得到大大提高。

3、本发明针对网部的多个吸水箱，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风机形成抽真空系统。在气水分离器的下方连接一个由部分或全部的透明管道，这个管道下方扎插入到一个带堰板的水池中，在吸水箱的外壁上装有一个压力传感器，检测吸水箱的真空度，其输出信号送入到变频控制中心，当系统比较简单时，这个信号也可以直接借入变频器实现闭环控制，当系统比较大或数量较多时，这个信号将被送入一个中心控制器或PLC控制器，由中心控制器或PLC对每一个吸水箱进行真空度自动控制。

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控制结构原理图；

图4为本发明分布式真空系统气水离器结构图；

图5为本发明分布式真空系统控制系统结构图；

图6为本发明分布式真空系统控制流程图；

图7为本发明分布式真空系统控制电路原理图。

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-真空泵，7-电机，8-变频器，9-中心控制器，10-水池，11-下水管。

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，对本发明进行进一步详细说明。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。

参照图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。高压风机可以选择市场上销售的标准产品如浙江固霸高压风机或其他品牌产品，高压风机可以是单级或双级的，根据需要的抽气量和真空度选择。在网部低真空吸水箱，利用自然虹吸原理采用水腿做真空介质，外加压力传感器和透明管道组成双重的恒压显示和测量控制系统。通过透明管道可以根据水位的高低直接观察真空度的大小，还可以通过真空传感器或中心控制器上的数字显示观察或设置真空度的大小。

参照图3，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，根据计算和经验确定，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，具体形状尺寸由计算确定。连接真空泵6的抽气管道5是插入到气水分离器4内部约5mm左右的金属管道，目的是防止负压水量吸入真空泵6；真空泵6由电机7驱动，变频器8控制电机7速度，中心控制器9是设置与控制内部的闭环反馈调节单元，中心控制器9与压力传感器2连接，整个控制过程的实现可以通过设置在中心控制器9内部的PLC完成，也可以通过变频器的内部的闭环控制模块完成。根据系统的复杂程度和需要而选择具体的配置方式。真空度设定值可以是中心控制器的一个显示操作屏上的设置参数，也可以是变频器上的一个设置参数，同样根据系统需要设计。透明下水管11插入到水槽10里，整个管道根据现场实际可以是整体透明的也可以是部分透明的，主要目的是通过水位直接观察真空度，也是对压力传感器2测量数值的一种间接参考检验。

单个吸水箱抽真空工作过程如下：设定好需要的真空度值以后，开启真空泵6，此时抽真空开始。由于透明下水管11下部插入水槽10中，上部管道3从吸水箱1中抽出气和水，当真空度低于设定值时，真空泵6加速增加抽气量，透明下水管11的水位开始上升，当压力传感器2检测到的真空度与设定值一致时，变频器8稳定在一个固定频率上，电机7加速停止，此时电机7速度保持在与再真空度相适应的速度上。

参见图4，每一个气水分离器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。气水分离,4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出口处连接一个直径小于汽水分离器直径若干倍的圆管焊接而成的。在其下部连接一个透明塑料管和金属管混合的透明下水管11，通入到带有堰板的水槽10中，通过水进行密封。其真空度可以通过压力表显示，也可以通过透明塑料管的水位高度观察，这样设计目的是当压力指示表出现问题的时候，通过透明下水管11可以直接看到真空度或负压值。

整个系统的工作过程为：如图5所示，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。图中其中双线连接的是真空气水通路的连接示意图，单线连接的是控制信号或电气的连接示意图。整个控制系统还包括一套控制软件和根据系统的大小用于安装变频器和控制器等其他电气元件的控制柜所组成，图6为本发明分布式真空系统控制流程图。控制软件无论何种原因当真空度增加或减少时，由于传感器2和中心控制器9的反馈闭环控制作用，电机的速度在变频器控制下就会自动增加或减少，直到真空度值和实际值一致为止，变频器稳定工作在某一频率上。中心控制器9设计有保护和自动检查报警功能，可以对电机的过载、过流的意外情况进行报警保护，并在显示屏上显示。图6是本发明的控制流程图，图7以为两个真空箱为例的电路原图，当系统为N个真空箱时，系统在此基础上扩充。

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。