中濃紙漿輸送系統(tǒng)儲漿罐及其控制系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā).pdf

1、本文在國家科技支撐計劃項目“典型工業(yè)流程泵輸送系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及運行節(jié)能策略”(編號:2011BAF14B02)和江蘇省工業(yè)科技支撐計劃項目“離心式中濃紙漿輸送系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究及產(chǎn)品開發(fā)”(編號:BE2010171)的資助下開展工作。
　　 中濃紙漿輸送系統(tǒng)是造紙工業(yè)中的重要組成部分,由漿泵及輔助排氣單元和儲漿罐及其控制系統(tǒng)構(gòu)成。儲漿罐及控制系統(tǒng)作為中濃紙漿輸送系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備,為紙漿泵提供一定的運行液位,實現(xiàn)自動安全運轉(zhuǎn)。儲漿罐內(nèi)

2、紙漿以懸浮液的形式存在,是一種由固態(tài)纖維、液態(tài)水和空氣三相共存的混合流體,在儲漿罐內(nèi)呈現(xiàn)塞流流動,運動過程極為復(fù)雜。本文對儲漿罐的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計,采用數(shù)值計算方法分析儲漿罐內(nèi)紙漿懸浮液的塞流流動,驗證儲漿罐結(jié)構(gòu)設(shè)計的準確性,通過自振特性分析,為儲漿罐結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供依據(jù)。同時設(shè)計儲漿罐的自動控制系統(tǒng),對其中的液位控制進行實驗驗證。
　　 本文的主要工作和研究成果有:
　　 1.儲漿罐結(jié)構(gòu)的設(shè)計
　　 (1)從中濃紙漿

3、的多相流變學(xué)特性入手,對儲漿罐進行初步結(jié)構(gòu)設(shè)計,設(shè)計的結(jié)構(gòu)尺寸主要包括內(nèi)徑、罐體高度和壁厚。通過紙漿懸浮液平均流速的初算,結(jié)合沿程阻力損失的校核,確定內(nèi)徑的計算方法;采用氣—液兩相流動量方程和能量方程的聯(lián)立求解計算最大儲液高度;依據(jù)石油化工立式圓筒形鋼制儲罐設(shè)計規(guī)范計算儲漿罐壁厚。該設(shè)計方法為中濃紙漿輸送系統(tǒng)儲漿罐結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供了理論依據(jù);
　　 (2)根據(jù)中濃紙漿的多孔介質(zhì)模型,對儲漿罐內(nèi)中濃紙漿達到穩(wěn)定塞流狀態(tài)時的流動進行分

4、析。采用FLUENT軟件,基于多孔介質(zhì)的Blake-Kozeny數(shù)學(xué)模型對紙漿塞流流動進行了數(shù)值模擬,研究了液態(tài)水和空氣在儲漿罐內(nèi)部的流速分布以及它們與塞流流動的滑移速度之間的關(guān)系,為中濃紙漿輸送系統(tǒng)儲漿罐結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供了理論依據(jù);
　　 (3)利用ANSYS軟件建立有限元簡化模型,采用縮減法對儲罐的自振特性進行分析。結(jié)果表明,儲罐模態(tài)振型呈環(huán)向多波形式,罐內(nèi)中濃紙漿懸浮液的晃動幅度呈中心弱,四周強的趨勢。通過不同儲液高度的對比

5、,說明液體對系統(tǒng)自振特性的影響較大。分別采用有限元計算方法和現(xiàn)行標準中理論公式的計算方法對系統(tǒng)固有頻率進行求解,發(fā)現(xiàn)兩種方法計算的結(jié)果基本一致,為該儲罐動力分析的進一步研究提供了可靠數(shù)據(jù)。
　　 2.儲漿罐自動控制系統(tǒng)的設(shè)計
　　 儲漿罐自動控制系統(tǒng)主要包括:液位自動控制系統(tǒng)、濃度自動控制系統(tǒng)、溫度監(jiān)測系統(tǒng)和壓力監(jiān)測系統(tǒng)。本文采用可編程控制器PLC對儲漿罐內(nèi)紙漿懸浮液的液位和濃度進行調(diào)節(jié)控制,同時監(jiān)測其運行溫度和壓力的變