脉动式气动加药系统和加药方法与流程

本发明涉及药物投加设备，具体地，涉及一种脉动式气动加药系统和加药方法。

背景技术：

在化工、冶金、选矿、水处理、造纸、食品等行业的工艺流程中都需要按比例投加流态物质，现有技术中应用最广泛的投加设备就是隔膜计量泵，近年来，相关技术人员针对隔膜计量泵的缺点，研发出了一系列以水为动力驱动介质的自动加药设备，例如脉动式自动投矾机(专利申请号：02224255.4)、脉动喷射计量泵(专利申请号：200420068273.1)、脉动隔膜加液机(专利申请号：200520052543.4)、石灰乳自动投加泵(专利申请号：201220216319.4)、脉动水力数控多头计量泵(专利申请号：201520308389.6)。

上述自动加药设备虽然在选矿浮选、水处理等加药作业中得到良好应用，但是也存在如下缺点：

1、适应性差、可靠性差：这些设备都是以压力水为动力，对水质有一定要求，往往选矿车间内水质都较差难以满足水质要求，此外，这些设备在高寒地区使用时会因为冰冻而出现管道破裂的情况；这些设备都是通过隔膜将水与药剂隔开，隔膜往返运动、容易损坏，一旦隔膜破裂就会造成水与药剂混合，从而影响了动力循环水质，而且还限制了设备的运用范围(如：不能投加浓硫酸)；

2、结构复杂、成本高：例如这些设备通常用到的水用电磁阀寿命较短，因此需要经常维护更换水用电磁阀，这样就提高了成本，而且水用电磁阀本身成本也较高。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种脉动式气动加药系统，该脉动式气动加药系统的适应性和可靠性强、而且结构比较简单、成本较低。

本发明的另一个目的是提供一种加药方法，所述加药方法使用本发明提供的脉动式气动加药系统。

为实现上述目的，本发明提供一种脉动式气动加药系统，其中，所述脉动式气动加药系统包括：脉动罐，所述脉动罐内部设置有隔膜，所述隔膜将所述脉动罐内部分隔成液室和气室；进药管和出药管，所述进药管和出药管分别与所述液室连接，所述进药管上设置有第一通断装置，所述出药管上设置有第二通断装置；空压罐、真空罐和连接于所述空压罐和真空罐的气流产生装置，所述气流产生装置用于对所述真空罐抽气以及对所述空压罐送气；第一切换装置，所述第一切换装置分别与所述气室、空压罐和真空罐连接，所述第一切换装置能够在第一工作位置和第二工作位置之间切换，在所述第一工作位置，所述气室通过所述第一切换装置与所述空压罐连接并且与所述真空罐断开，在所述第二工作位置，所述气室能够通过所述第一切换装置与所述空压罐断开并且与所述真空罐连接。

优选地，所述气流产生装置为空压机，所述空压机的进气口与所述真空罐连接，所述空压机的出气口与所述空压罐连接。

优选地，所述脉动式气动加药系统还包括第二切换装置，所述第二切换装置分别与所述第一切换装置和所述真空罐连接，所述第二切换装置能够在第三工作位置和第四工作位置之间切换，在所述第二切换装置处于所述第三工作位置且在所述第一切换装置处于所述第二工作位置时，所述气室依次通过所述第一切换装置、第二切换装置与所述真空罐连接，在所述第二切换装置处于所述第四工作位置且在所述第一切换装置处于所述第二工作位置时，所述气室依次通过所述第一切换装置、第二切换装置与所述外界大气连接。

优选地，所述气流产生装置包括空压机和真空泵，所述空压机的进气口与外界大气连接，所述空压机的出气口与所述空压罐连接，所述真空泵的入口与所述真空罐连接，所述真空泵的出口与外界大气连接。

优选地，所述第一切换装置为第一电磁阀，所述第一电磁阀具有连接所述气室的第一阀口、连接所述空压罐的第二阀口和连接所述真空罐的第三阀口，在所述第一工作位置，所述第一阀口与所述第二阀口连通且与所述第三阀口断开，在所述第二工作位置，所述第一阀口与所述第二阀口断开且与所述第三阀口连通。

优选地，所述第二切换装置为第二电磁阀，所述第二电磁阀具有连接所述第三阀口的第四阀口、连接所述真空罐的第五阀口和与外界大气连通的第六阀口，在所述第三工作位置，所述第四阀口与所述第五阀口连通且与所述第六阀口断开，在所述第四工作位置，所述第四阀口与所述第五阀口断开且与所述第六阀口连通，所述第一电磁阀和第二电磁阀分别为二位三通电磁阀，且所述第一电磁阀和第二电磁阀分别连接至PLC控制单元。

优选地，所述气室通过透明管与所述第一切换装置连接，所述透明管内部设置有海绵或透气布料。

优选地，所述脉动式气动加药系统包括多个脉动罐，多个脉动罐共用同一个空压罐、真空罐和气流产生装置。

此外，本发明还提供一种加药方法，其中，所述加药方法使用上述脉动式气动加药系统加药，所述加药方法包括步骤：a、使所述进药管的入口与药液连接，将所述第一切换装置切换至所述第二工作位置，将所述第二切换装置切换至第四工作位置，开启所述空压机、真空泵和第一通断装置；b、在所述第一通断装置开启、所述第二通断装置关闭的情况下将所述第一切换装置切换至所述第二工作位置以及将所述第二切换装置切换至所述第三工作位置，以使所述气室与所述真空罐连通而使所述隔膜向所述气室运动，从而使所述药液途经所述进药管进入所述液室；c、关闭所述第一通断装置、开启所述第二通断装置，将所述第一切换装置切换至所述第一工作位置以及将所述第二切换装置切换至所述第四工作位置，以使所述气室与所述空压罐连通而使所述隔膜向所述液室运动，从而使所述液室中的药液途经所述出药管流出。

优选地，所述加药方法包括交替进行步骤b和步骤c的步骤，并且在所述步骤中，在将所述第一切换装置切换至所述第二工作位置后，经过预定的时间间隔后再将所述第二切换装置切换至所述第三工作位置。

本发明相对于现有技术，具有如下优点之处：

本发明提供的脉动式气动加药系统中，在所述第一工作位置，所述气室通过所述第一切换装置与所述空压罐连接并且与所述真空罐断开，在所述第二工作位置，所述气室能够通过所述第一切换装置与所述空压罐断开并且与所述真空罐连接，所以一旦控制气流产生装置对真空罐抽气而使真空罐产生负压，可以将第一切换装置切换为第二工作位置，使气室与真空罐连接而使隔膜朝向气室运动（因为气室中的气体会流向真空罐），从而使药液通过进药管进入逐渐增大的液室（完成进药过程）；一旦控制气流产生装置对空压罐送气，可以将第一切换装置切换为第一工作位置，使气室与空压罐连接而使隔膜朝向液室运动（因为空压罐中的气体会流向气室），从而使液室中的药液通过出药管流出（完成对外加药过程）,

由此看出，该脉动式气动加药系统采用气体作为动力来进药和加药，摒弃了现有技术中通常以压力水作为动力的方案的诸多缺点（例如难以满足水质要求的问题、冰冻问题等等），因此相比以压力水作为动力的方案，该脉动式气动加药系统具有更强的适应性和可靠性，此外，由于该脉动式气动加药系统不再需要使用水用电磁阀，因此降低了成本，而且该脉动式气动加药系统本身结构比较简单。

工艺流程中往往需要多套脉动式气动加药系统同时使用，这时其中的真空罐、空压罐、真空泵、空压机就可共用，实现一套动力系统驱动多套脉动式气动加药系统，也就是说，一组真空罐、空压罐、真空泵、空压机可以连接多组脉动罐以分别驱动多组脉动罐，相对于用计量泵构建的加药系统来说大大简化了系统结构。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的第一种实施方式的脉动式气动加药系统的系统原理图。

图2是本发明提供的第二种实施方式的脉动式气动加药系统的系统原理图。

附图标记说明

1脉动罐 2隔膜

3液室 4气室

5进药管 6出药管

7第一通断装置 8第二通断装置

9 空压罐 10真空罐

11第一切换装置 12第二切换装置

13空压机 14真空泵

15 透明管 11a第一阀口

11b第二阀口 11c第三阀口

12a 第四阀口 12b第五阀口

12c 第六阀口 。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

参见图1和图2，根据本发明的一个方面，提供一种脉动式气动加药系统，其中，脉动式气动加药系统包括：脉动罐1，脉动罐1内部设置有隔膜2，隔膜2将脉动罐1内部分隔成液室3和气室4；进药管5和出药管6，进药管5和出药管6分别与液室3连接，进药管5上设置有第一通断装置7（例如止回阀），出药管6上设置有第二通断装置8（例如止回阀）；空压罐9、真空罐10和连接于空压罐9和真空罐10的气流产生装置，气流产生装置用于对真空罐10抽气以及对空压罐9送气；第一切换装置11，第一切换装置11分别与气室4、空压罐9和真空罐10连接，第一切换装置11能够在第一工作位置和第二工作位置之间切换，在第一工作位置，气室4通过第一切换装置11与空压罐9连接并且与真空罐10断开，在第二工作位置，气室4能够通过第一切换装置11与空压罐9断开并且与真空罐10连接。可以理解的是，以上提到的隔膜2是可以在脉动罐1中的液室3与气室4压力不一致的情况下朝向液室3或气室4运动的，隔膜2是有一定柔性或者弹性的。

如上所述，本发明提供的脉动式气动加药系统中，在第一工作位置，气室4通过第一切换装置11与空压罐9连接并且与真空罐10断开，在第二工作位置，气室4能够通过第一切换装置11与空压罐9断开并且与真空罐10连接，所以一旦控制气流产生装置对真空罐抽气而使真空罐产生负压，可以将第一切换装置11切换为第二工作位置，使气室4与真空罐10连接而使隔膜2朝向气室4运动（因为气室4中的气体会流向真空罐10），从而使药液通过进药管5进入逐渐增大的液室3（完成进药过程，具体操作时需要使进药管5的入口与药液相连，打开第一通断装置7、关闭第二通断装置8）；一旦控制气流产生装置对空压罐9送气，可以将第一切换装置11切换为第一工作位置，使气室4与空压罐9连接而使隔膜2朝向液室3运动（因为空压罐9中的气体会流向气室4），从而使液室3中的药液通过出药管6流出（完成对外加药过程，具体操作时需要关闭第一通断装置7、打开第二通断装置8）,由此看出，该脉动式气动加药系统采用气体作为动力来进药和加药，摒弃了现有技术中通常以压力水作为动力的方案的诸多缺点（例如难以满足水质要求的问题、冰冻问题等等），因此相比以压力水作为动力的方案，该脉动式气动加药系统具有更强的适应性和可靠性，此外，由于该脉动式气动加药系统不再需要使用水用电磁阀，因此降低了成本，而且该脉动式气动加药系统本身结构比较简单。

参见图1，根据本发明的第一种实施方式，气流产生装置可以为空压机13，空压机13的进气口与真空罐10连接，空压机13的出气口与空压罐9连接。

参见图2，根据本发明的第二种实施方式，脉动式气动加药系统还可以包括第二切换装置12，第二切换装置12分别与第一切换装置11和真空罐10连接，第二切换装置12能够在第三工作位置和第四工作位置之间切换，在第二切换装置12处于第三工作位置且在第一切换装置11处于第二工作位置时，气室4依次通过第一切换装置11、第二切换装置12与真空罐10连接，在第二切换装置12处于第四工作位置且在第一切换装置11处于第二工作位置时，气室4依次通过第一切换装置11、第二切换装置12与外界大气连接。

仍参见图2，根据本发明的第二种实施方式，气流产生装置可以包括空压机13和真空泵14，空压机13的进气口与外界大气连接，空压机13的出气口与空压罐9连接，真空泵14的入口与真空罐10连接，真空泵14的出口与外界大气连接。

优选地，以上提到的第一切换装置11可以为第一电磁阀，第一电磁阀具有连接气室4的第一阀口11a、连接空压罐9的第二阀口11b和连接真空罐10的第三阀口11c，在第一工作位置（即第一电磁阀通电时），第一阀口11a与第二阀口11b连通且与第三阀口11c断开，在第二工作位置（即第一电磁阀断电时），第一阀口11a与第二阀口11b断开且与第三阀口11c连通。第二切换装置12可以为第二电磁阀，第二电磁阀具有连接第三阀口11c的第四阀口12a、连接真空罐10的第五阀口12b和与外界大气连通的第六阀口12c，在第三工作位置，第四阀口12a与第五阀口12b连通且与第六阀口12c断开，在第四工作位置，第四阀口12a与第五阀口12b断开且与第六阀口12c连通。当然，第一切换装置11和第二切换装置12并不限于仅为电磁阀，在条件允许的情况下，第一切换装置11和第二切换装置12也可以采用气动阀甚至是液压阀或其他适当的具有管路切换功能的阀门，总之，采用这些阀代替本发明中的电磁阀的方案都将落入本发明的保护范围。

具体地，第一电磁阀和第二电磁阀可以分别为二位三通电磁阀，且第一电磁阀和第二电磁阀分别连接至PLC控制单元。

此外，气室4可以通过透明管15与第一切换装置11连接，透明管15内部设置有海绵或透气布料，如此一来，一旦脉动罐1中的隔膜2出现破裂而导致液室3中的药液进入气室3并流入透明管15中时，操作者可以直观看到药液，及时发现隔膜2破裂，同时海绵或透气布料可以阻挡药液，药液不会轻易深入脉动式气动加药系统的气路系统（包括第一切换装置11、第二切换装置12、空压罐9、真空罐10等等以及它们之间的气体管路等等），这无疑提高了整个脉动式气动加药系统的安全性与可靠性。

此外，该脉动式气动加药系统可以包括多个脉动罐1，多个脉动罐1可以共用同一个空压罐9、真空罐10和气流产生装置，例如，多个脉动罐1可以分别通过对应的电磁阀（多个脉动罐可以对应地配备各自的电磁阀）依次连接至同一个空压罐9、空压机13，以及通过对应的电磁阀（多个脉动罐可以对应地配备各自的电磁阀）依次连接至同一个真空罐10和真空泵14，这样的设计是非常有利的，因为工艺流程中往往需要多套脉动式气动加药系统同时使用，这样的设计相当于多套脉动式气动加药系统共用同一组真空罐、空压罐、真空泵、空压机，实现了一套动力系统驱动多套脉动式气动加药系统，也就是说，一组真空罐、空压罐、真空泵、空压机可以连接多组脉动罐以分别驱动多组脉动罐，相对于用计量泵构建的加药系统来说大大简化了系统结构。

下面将结合附图详细介绍本发明提供的两种实施方式的脉动式气动加药系统的工作原理：

参见图1，本发明的第一种实施方式的脉动式气动加药系统的工作原理为：（1）打开第一通断装置7、关闭第二通断装置8，使进药管5的入口与药液相连：（2）开启空压机13，将真空罐10内部抽成负压状态，使空压罐9中的空气成为压缩空气；（2）使第一电磁阀断电，然后气室4中的气体会通过透明管15、第一电磁阀进入真空罐10，此时隔膜2朝向气室4运动，液室3增大，药液途经进药管5进入液室3（完成进药过程）；（3）使第一电磁阀通电，空压罐9中的压缩空气进入气室4推动隔膜2向液室3运动挤出药液，从而使药液途经出药管6流出（完成对外加药过程）。交替地开启和关闭第一电磁阀即可不断地进行进药和对外加药的过程。其中，可以通过PLC控制单元来调节第一电磁阀的通电频率来调节进药量和出药量。

参见图2，本发明的第二种实施方式的脉动式气动加药系统的工作原理为：（1）打开第一通断装置7、关闭第二通断装置8，使进药管5的入口与药液相连：（2）使第一电磁阀和第二电磁阀都断电，开启空压机13使空压罐9中的空气成为压缩空气，开启真空泵14将真空罐10内部抽成负压状态；（2）使第二电磁阀通电，然后气室4中的气体会依次通过透明管15、第一电磁阀、第二电磁阀进入真空罐10，此时隔膜2朝向气室4运动，液室3增大，药液途经进药管5进入液室3（完成进药过程）；（3）使第二电磁阀断电，然后气室4中的气体会依次通过透明管15、第一电磁阀、第二电磁阀与大气接通；（4）使第一电磁阀通电，空压罐9中的压缩空气进入气室4推动隔膜2向液室3运动挤出药液，从而使药液途经出药管6流出（完成对外加药过程）；（5）使第一电磁阀断电，然后气室4中的气体会依次通过透明管15、第一电磁阀、第二电磁阀与大气接通，气室4排出到大气里。交替地开启第一电磁阀和第二电磁阀即可不断地进行进药和对外加药的过程，交替地开启第一电磁阀和第二电磁阀之间设定有时间间隔，这样可以使气室4中的压缩空气在两个电磁阀交替工作间隔间排入外界大气中而不进入真空罐10中，这样可以提高空压机13和真空泵14的工作效率。其中，可以通过PLC控制单元来调节第一电磁阀的通电频率来调节进药量和出药量。

根据本发明的另一个方面，还提供一种加药方法，其中，该加药方法使用上述脉动式气动加药系统加药，该加药方法包括步骤：a、使进药管5的入口与药液连接，将第一切换装置11切换至第二工作位置，将第二切换装置12切换至第四工作位置，开启空压机13、真空泵14和第一通断装置7，将真空罐10内部抽成负压状态，使空压罐9中的空气成为压缩空气；b、在第一通断装置7开启、第二通断装置8关闭的情况下（也就是说，既可以在步骤a中开启第一通断装置7并关闭第二通断装置8，也可以在步骤b开始时开启第一通断装置7并关闭第二通断装置8）将第一切换装置11切换至第二工作位置以及将第二切换装置12切换至第三工作位置，以使气室4与真空罐10连通而使隔膜向气室4运动，从而使药液途经进药管5进入液室3（完成进药过程）；c、关闭第一通断装置7、开启第二通断装置8，将第一切换装置11切换至第一工作位置以及将第二切换装置12切换至第四工作位置，以使气室4与空压罐9连通而使隔膜向液室3运动，从而使液室3中的药液途经出药管6流出（完成对外加药过程）。此方法的具体实施方式和原理可以参考上述第二种实施方式的脉动式气动加药系统的工作原理，这里不再赘述。

优选地，该加药方法包括交替进行步骤b和步骤c的步骤，并且在步骤b中，在将第一切换装置切换至第二工作位置后，经过预定的时间间隔后再将第二切换装置12切换至第三工作位置，这样可以使气室4中的压缩空气在第一切换装置和第二切换装置交替切换的时间间隔间排入外界大气中而不进入真空罐10中（具体实施方式和原理可以参考上述第二种实施方式的脉动式气动加药系统的工作原理），这样可以提高空压机13和真空泵14的工作效率。

显然，上述实施方式仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。