一种纸模塑真空抄坯系统的前置气水分离装置的制作方法

本实用新型属于纸模塑领域，涉及一种纸模塑抄坯系统，尤其涉及一种纸模塑真空抄坯系统的前置气水分离装置。

背景技术：

建设资源节约型社会和环境友好型社会，是人类社会进步的一大标志，也是经济社会可持续发展的最主要手段；以一年生草本植物纤维为主要原料制作而成的纸模塑制品，适应了现代社会的卫生、方便、快捷、健康的生活需求，并以其实用、无毒、废弃后能完全降解、回归自然的特点，有着广阔的发展前景。我国的纸浆模塑制品以来源广泛的芦苇、蔗渣、麦秸等草本植物纤维浆板或废弃纸品回收物为主要原料，本质自然纯净，一旦废弃可自然降解，因而纸浆模塑行业是一种有利于社会经济可持续发展的环保产业，在国内、国际上都有着巨大的消费需求与广阔的增长空间。

模塑的成型工艺有真空成型法、液压成型法与压缩空气成型法，但其中的真空成型法是目前纸浆模塑行业应用较为普遍的一种成型方法。真空成型法是利用真空吸滤技术成型，即在低浓纸浆成型模具内形成真空，使模内腔形成负压，纸浆中的纤维在真空作用下均匀地沉积滤附在成型模表面的成型网上，而水分在真空抽吸时被带走。当达到制件要求的厚度时，成型模从浆液中移出，进入后续的热压定型交联固化等成型工艺过程。真空成型法的浆液中的纤维在网模上的沉积速度很大程度上取决于纤维种类、打浆度、真空度、浆料浓度和温度、以及制品成型持续时间等，如果真空泵源的真空负压力波动较大，一定会对制品的厚度与制品的质量产生极大的影响。纸浆模塑制品的生产特点是一模一批次成型、间歇输出，而不似造纸是一个连续稳定的生产过程，所以在纸浆模塑生产过程中的真空泵抽吸下的负压气源的需求也是非连续性的、周期间歇性的，特别是目前国内纸模塑行业即使是自动生产线，也是多台自动生产线共同使用一套真空泵源(这是为了节约能源、简化配置、降低生产成本的经济性的考量)，此多台自动机生产的又并非同一种产品，其生产过程中的周期间歇性是不同的，对真空泵源的需求也是不同步、不一致的。

目前纸模塑业内的真空泵源的气水分离有后置分离，也有前置气水分离形式。后置气水分离虽然配置较为简单，配置成本较为低廉，但液水会直接经流真空泵源，因液体的质量与粘度远超过气体，所以液水在经流真空泵体内时会使泵电机瞬时电流超过额定电流的一倍，真空泵本身也会发出强烈的噪声与震动，泵体与泵叶也很容易损坏。相较之下，前置气水分离装置虽然较为合理，但为了简单解决前述的生产系统所产生的真空泵源不同步、不一致问题而采取的做法是将气水分离装置的罐子容积配置得十分巨大，国内纸模塑生产实践中曾见诸一个1000平方米纸模塑制品生产车间内配置有四套巨大的前置气水分离装置，每套装置为求真空压力稳定、上部圆桶状的硕大罐体容积超过6立方，下部还有一个超过4立方的方形罐体，其中一半容积空间仍为与上部圆桶状的硕大罐体一体连接、以增加稳压能力(使总容积高达8立方)，另一半分隔成二个交互使用的储水罐，但在实际使用中由于交互切换中过于简单的控制方式，实际运行中真空压力波动仍然很大。此外，因配置罐体体积较大，每套气水分离装置的内表面积远超过40平方米，罐体的防锈措施只是在钢板焊接后涂漆，在纸浆模塑有一定腐蚀性的浆液运行环境中钢铁罐体生锈是必然的，四套装置在运行一定时日后生锈腐蚀的后果一定十分严重，黄锈水对纸模塑浆液的PH值与制品的色度都会造成极大的难以克服的负面影响。上述前置气水分离装置结构不合理同时也表现在各液气通流口的通流截面积的不匹配不合理、与各液气通流口开合控制的不合理，最终表现为气水分离装置在运行过程中噪声大、震动大、真空压力波动大、能源浪费等问题。

与本实用新型结构最为近似的形式是上面一个具有气水分离功能与稳压功能的大罐子，下部是一个容积小一些的储水罐，因其结构简单，所以在储水与排水交替过程中真空负压的波动十分大，上下单罐结构形式中储水与排水的矛盾与纸模塑自动生产运行的要求无法一致，所以实际使用的也并不多见。

作为真空泵源的前置气水分离装置也有滤液泵滤液罐的形式，滤液泵将滤液罐体内气水靠重力作用分离出来的液体抽吸罐外，但在真空负压环境下的强力抽吸的滤液泵电机功率消耗较大，目前国内滤液泵的规格不多，性能一般，故障率也较高，所以纸模塑业内实际使用的并不多见。

因此，为了提供一种满足纸浆模塑连续生产需求的真空泵源的前置气水分离装置，有必要提供一种纸模塑真空抄坯系统的前置气水分离装置以解决现有的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术存在的问题，提供一种纸模塑真空抄坯系统的前置气水分离装置，能够解决目前纸模塑业内的辅助生产系统中真空泵源的气水分离的结构形式不合理，使用维护成本高，真空压力与制品质量均不稳定而无法满足纸浆模塑连续生产需求的问题。

一种纸模塑真空抄坯系统的前置气水分离装置，包括过流稳压罐1及与过流稳压罐1连接的第一储水罐3与第二储水罐5，所述过流稳压罐1的底部一端开设有气水抽吸入口11，另一端设置有液位指示的液位显示器2及液位发讯头21，所述过流稳压罐1的上部一侧开设有抽吸出气口12，所述第一储水罐3与第二储水罐5的罐体下方均设有排水口及排水口开合控制阀，其特征在于：所述第一储水罐3与第二储水罐5均设有储水罐液位指示器4，所述过流稳压罐1分别通过压力平衡通道、液水分离通道与第一储水罐3和第二储水罐5连通，所述压力平衡通道和液水分离通道上设置有控制通道流通的开合阀，所述第一储水罐3与第二储水罐5上分别设置有大气平衡通道及控制通道流通的开合阀。

进一步的，所述第一储水罐3与第二储水罐5的容积相同，所述第一储水罐3与第二储水罐5的罐体上设置的排水口大小相同。

进一步的，所述过流稳压罐1的容积V₁是单只储水罐容积V₂的4～8倍，单只储水罐容积V₂是真空泵源的每秒最大抽吸量V_max的2～5倍。

进一步的，所述压力平衡通道的上部开口高于过流稳压罐1内的液水水平面。

进一步的，所述压力平衡通道的有效通流截面积S₁与所述液水分离通道的有效通流截面积S₃的比例S₁：S₃为1：8～1:12；所述大气平衡通道的有效通流截面积S₂与所述液水分离通道的有效通流截面积S₃的比例S₂：S₃为1：8～1:12。

进一步的，所述第一储水罐3和第二储水罐5的排水口排放的水自由回流入白水池，所述压力平衡通道的有效通流截面积S₁与单只储水罐排水口的有效通流截面积S₄的比例S₁：S₄为1：8～1:12；所述大气平衡通道的有效通流截面积S₂与单只储水罐排水口的有效通流截面积S₄的比例S₂：S₄为1：8～1:12。

进一步的，所述第一储水罐3和第二储水罐5的排水口排放的水通过离心水泵排入白水池，所述压力平衡通道的有效通流截面积S₁与储水罐排水口的有效通流截面积S₄的比例S₁：S₃为1：2.5～1:4；所述大气平衡通道的有效通流截面积S₂与储水罐排水口的有效通流截面积S₄的比例S₂：S₄为1：2.5～1:4。

进一步的，所述过流稳压罐1、第一储水罐3及第二储水罐5的罐体为圆柱型且两侧的端面为圆球状。

进一步的，所述过流稳压罐1、第一储水罐3及第二储水罐5的罐体上均开设有检修口7。

本实用新型对比现有技术有如下的有益效果：

(1)本实用新型提供的一种纸模塑真空抄坯系统的前置气水分离装置，可应用于纸模塑行业的全自动或半自动生产设备，通过对过流稳压罐及储水罐的连接排布结构进行改良设计，利用压力平衡通道、气液分离通道、大气平衡通道的开合调节，在维持装置整体压力平衡波动较小的条件下，完成前置气水分离装置的过流稳压罐储水罐之间各液气通道的切换操作。

(2)本实用新型通过设计过流稳压罐与储水罐的体积比例结构，压力平衡通道、气液分离通道、大气平衡通道与排水口的流通截面积比例，可使装置维持气压平衡稳定效果更可靠。本实用新型所采用的合理的罐体比例设计，在保证气液分离性能的同时，也可实际降低罐体制作和维护成本。

附图说明

图1为本实用新型优选实施例的主视图结构示意图；

图2为本实用新型优选实施例的侧视图结构示意图。

图中：

1：过流稳压罐 11：气水抽吸入口 12：抽吸出气口

2：过流稳压罐液位显示器 21：液位发讯头 3：第一储水罐

31：第一压力平衡通道开合阀 32：第一大气平衡通道开合阀

33：第一液水分离通道开合阀 34：第一储水罐排水口开合阀

35：第一压力平衡通道 36：第一大气平衡通道 37：第一液水分离通道

38：第一储水罐排水口 4：储水罐液位显示器 41：储水罐上液位发讯头

42：储水罐下液位发讯头 43：储水罐液位显示浮球

5：第二储水罐 51：第二压力平衡通道开合阀 52：第二大气平衡通道开合阀

53：第二液水分离通道开合阀 54：第二储水罐排水口开合阀

55：第二压力平衡通道 56：第二大气平衡通道 57：第二液水分离通道

58：第二储水罐排水口 6：气水分离座架 7：检修口

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

本实用新型的目的是提出一种纸模塑真空抄坯系统的前置气水分离装置及相关技术，以解决目前纸模塑业内的辅助生产系统中真空泵源的的气水分离的结构形式不合理，使用管理不便，真空压力与制品质量均不稳定，对纸浆模塑制品的生产过程影响较大的问题。

如图1和图2所示：本实用新型的纸浆模塑真空抄坯系统的前置气水分离装置的主体结构由上部的过流稳压罐1及下部的第一储水罐3与第二储水罐5组成，该三个罐体被汽水分离座架6固定连接为一体。三个罐的罐体形状均优选为圆桶状，因其作为一种压力容器，同样耐压等级且同容积情况下，本实用新型提供的圆柱状的罐体且端面为圆球状的结构形式应是用料最省的。过流稳压罐1的顶部设有检修口7，以便于制作焊接及热镀锌等防腐措施的实施，也可便于日后使用过程中的检修与清洁处理，下部一端开设有与工作生产系统相通连的气水抽吸入口11，另一端设置有液位指示的过流稳压罐液位显示器2及液位发讯头21，过流稳压罐1的上部一侧开设有与真空源相通连的抽吸出气口12。过流稳压罐1底部还分别设有与下部第一储水罐3、第二储水罐5分别通连的压力平衡通道及压力平衡通道开合阀、以及液水分离通道及液水分离通道开合阀，其中，压力平衡通道的上端开口必须位于过流稳压罐1的上部高处，以防止液水进入；下部的第一储水罐3和第二储水罐5分别设有大气平衡通道、大气平衡通道开合阀以及设有储水罐液水显示器4，储水罐上液位发讯头41与储水罐下液位发讯头42，储水罐液位显示器4内设有储水罐液位显示浮球43以直观反映罐内液位状况及供上液位发讯头、下液位发讯头接受此液位讯号获知液位高度；第一储水罐3和第二储水罐5的上部分别设有检修口7，下部分别设有回流入白水池的排水口及排水口开合控制阀。

过流稳压罐1的容积与工作生产系统的每秒最大抽吸需求量有关，与真空泵源的每秒最大抽吸能力有关，同时也与气水分离装置下部的单只储水罐的体积有关；在第一储水罐3和第二储水罐5容积相同的情况下，一般过流稳压罐1的容积V₁应是单只储水罐容积V₂的4～8倍，具体实际操作中，过流稳压罐的体积优先选为单只储水罐容积的4倍、6倍或者是8倍；单只储水罐容积V₂是真空泵源的每秒最大抽吸量V_max的2～5倍，具体实际操作中，单只储水罐的容积可以优先选为真空泵源的每秒最大抽吸量的2倍、3倍或者是5倍。如果实际配置超过了此范围，会使整个前置气水分离装置过于庞大，增加了配置成本，也会使本运行系统占用辅助生产系统过大的空间，造成浪费，或者在生产运行中，会使下部两个储水罐的交替运行切换过程中真空压力波动太大，影响正常生产。

为了更好的实现本实用新型的目的，第一储水罐3或第二储水罐5的压力平衡通道的有效通流截面积S₁与液水分离通道的有效通流截面积S₃的比例S₁：S₃为1：8～1:12；大气平衡通道的有效通流截面积S₂与所述液水分离通道的有效通流截面积S₃的比例S₂：S₃为1：8～1:12。

本优选实施例中，第一储水罐3或第二储水罐5的排水口可自由回流入白水池，在这种情况下，排水口的有效通流截面积应相对较大，因此压力平衡通道的有效通流截面积S₁与单只储水罐排水口的有效通流截面积S₄的比例S₁：S₄为1：8～1:12；大气平衡通道的有效通流截面积S₂与单只储水罐排水口的有效通流截面积S₄的比例S₂：S₄为1：8～1:12。

在另一优选实施例中，第一储水罐3和第二储水罐5的排水口排放的水也可以通过离心水泵排入白水池，在这种情况下，排水口的有效通流截面积可以相对减小，压力平衡通道的有效通流截面积S₁与储水罐排水口的有效通流截面积S₄的比例S₁：S₄为1：2.5～1:4；大气平衡通道的有效通流截面积S₂与储水罐排水口的有效通流截面积S₄的比例S₂：S₄为1：2.5～1:4。

如上所述的纸浆模塑真空抄坯系统的前置气水分离装置操作方法：在切换储水罐时，上部的过流稳压罐1与下部第一储水罐3或第二储水罐5之间只允许其中一个液水分离通道是打开的，本实施例将以打开第一储水罐3的第一液水分离通道37为例，将过流稳压罐1中液体重力分离出来的水体流入第一储水罐3时，过流稳压罐1与第一储水罐3之间的第一压力平衡通道开合阀31是完全打开的，使上下罐间压力平衡，有利于过流稳压罐1中的水体在地心重力作用下自然下落进入第一储水罐3，但第一储水罐3的第一大气平衡通道36中的大气平衡开合阀32以及第一储水罐排水口开合阀34应是关闭状，以使过流稳压罐1中的真空负压力可以不受外部环境的影响以保持稳定。在此过程中，过流稳压罐1与下部第二储水罐5之间的第二液水分离通道57以及第二压力平衡通道开合阀51是关闭的。待第一储水罐3中的储水罐液位上位发讯后，应先将第一储水罐3的第一液水分离通道开合阀33及第一大气平衡通道开合阀32关闭，与此同时，不能立即打开第二储水罐5之间的第二液水分离通道57，而先应关闭第二储水罐5的下部的第二排水口58和第二大气平衡通道开合阀52，在各开合阀动作到位后再打开第二储水罐5的第二压力平衡通道开合阀51，并开始时间延时计时，此时间的作用是使将待储水的第二储水罐5内的真空负压与上部的过流稳压罐1内的真空负压力趋于一致。此时间延时计时结束，即打开第二储水罐5的第二液水分离通道开合阀57，使过流稳压罐1中的水体流入第二储水罐5。此外，前述液位上位己发讯的第一储水罐3在关闭第一液水分离通道开合阀33后不能立即打开下部的第一排水口38，而应首先打开第一储水罐3的第一大气平衡通道开合阀32，并时间延时计时，待时间延时计时结束，即时打开第一储水罐3的第一排水口38。该第一储水罐3排水至下液位发讯头42发讯即关闭第一储水罐排水口开合阀34，同时关闭第一储水罐3的第一大气平衡通道开合阀33。在生产过程中各罐体之间的交替使用与功能切换、均以此类推。

在前置气水分离装置的运行过程中，各液气管路启闭开合动作的执行状况可由各启闭开合阀的自带始未端的位置讯号发讯，也可由运行程序中的时间控制执行。

如果过流稳压罐1一端的过流稳压罐液位显示器2上的液位发讯头21发讯，这说明过流稳压罐1的内部液位己异常升高，表明气水分离装置工作运行出现了不正常，即需检查观察排障。如故障不排除，继续让过多的液水进入过流稳压罐，罐内液面继续升高，会影响工作生产系统的液气进入气水抽吸口，使整个生产系统的运行造成故障。其中，在实际操作中，过流稳压罐液位发讯头21发讯以及储水罐的液位发讯头可以是如上述的结构形式，也可由时间延时计时、到时发讯；相比较而言，上述的液位显示器与液位发讯头的实观性更强，操作管理人员直观判断更便利，且运行使用应更可靠些；同时，本装置采用的各种开合阀，可以是蝶阀，同时也可选用球阀，控制其开合的执行元件可以是气动阀，也可选为电动阀。

为了更好地理解本实用新型的技术方案，现提供一案例作分析：

前置气水分离装置上部的过流稳压罐是一个具备气水分离功能及稳压功能的大罐体，罐体的容积为3.1m³，下部是两个并行排列的第一储水罐3和第二储水罐5，两个储水罐的单只容积均为650L，上部过流稳压罐1与下部第一储水罐3和第二储水罐5之间的液水分离通道及通道开合阀为DN150，上部过流稳压罐1与下部第一储水罐3和第二储水罐5之间的压力平衡通道及通道开合阀为DN50，上部过流稳压罐1端部与工作生产系统相连通的接口为DN250，上部过流稳压罐1的上部一侧与真空泵源相通连的接口的公称直径为DN120，下部储水罐各自的大气平衡通道及通道开合阀为DN45，下部二储水罐各自的排水口及排水口开合阀为DN150；各通道的开合阀为气动球阀，储水罐的液位控制由一端的液位显示及发讯控制被执行的气动球阀开合，过流稳压罐与储水罐之间的压力平衡通道的打开与后续的液水分离通道的开启的时间应为可调时间延时设定，大气平衡通道的开启与后续的储水罐排水口的打开的时间应为可调时间延时设定。真空泵源的配置为三叶罗茨真空泵，真空泵的理论抽吸量为13m³/min。该系统在生产实际运行中的真空压力波动在-0.0485MPa～-0.051MPa之间。上下罐之间的压力平衡通道实际通流截面积与上下罐间的液水分离通道的实际通流截面积的比例为1：9，上下罐之间的液水分离通道的实际通流截面积与单只储水罐的大气平衡通道的实际通流截面积经比例约为11：1，单只储水罐的排水口的有效通流截面积与大气平衡通道的有效通流截面积的比例同样亦为11：1。

本纸模塑真空抄坯系统的前置气水分离装置虽然上部过流稳压罐体容积较小，但由于总体结构设计与技术要求合理，实际使用过程中、在储水罐切换时的的压力波动非常小，以至可以到忽视的程度。

本纸模塑真空抄坯系统的前置气水分离装置可应用于纸浆模塑手动、半自动生产方式，更适用于纸模塑全自动机器生产设备系统。

本实用新型提供的一种纸模塑真空抄坯系统的前置气水分离装置，可应用于纸模塑行业的全自动或半自动生产设备，通过对过流稳压罐及储水罐的连接排布结构进行改良设计，利用压力平衡通道、气液分离通道、大气平衡通道的开合调节，在维持装置整体压力平衡波动较小的条件下，完成储水罐的切换操作。

本实用新型通过设计过流稳压罐与储水罐的体积比例结构，压力平衡通道、气液分离通道、大气平衡通道与排水口的流通截面积比例，可使装置维持气压平衡稳定效果更可靠。本实用新型所采用的合理的罐体比例设计，在保证气液分离性能的同时，也可实际降低罐体制作和维护成本。