一种适应多工况的立式固液分离装置及控制方法与流程

本发明涉及固液分离设备技术领域，尤其涉及一种适应多工况的立式固液分离装置及控制方法。

背景技术：

固液分离装置是一种利用离心力将悬浮液中的固体颗粒与液体分开的设备，它主要用于化工、选矿、石油、制药、食品等行业，以及有恶臭气味污水处理等需要对含固悬浮液进行沉降分离的场合。

目前市场上的固液分离装置的原理是电机通过机械差速器带动螺旋推料器和外转鼓旋转，通过机械差速器使得螺旋推料器和外转鼓形成转速差，浆料进入外转鼓内腔后，浆料因受的离心力大被甩到外转鼓的侧壁上，在离心力的作用下，固体部分迅速沉淀分层，并随着浆料的增加及机构的运转，筒壁上的沉淀的固体被螺旋机构往上输送，液体顺着螺旋往下流，从而达到固液分离的目的。然而随着浆料的持续输送，外转鼓以及螺旋推料器上物料的增加，电机的负载逐渐增大，且分离机构内部不便观察，非常容易使电机甚至分离机构发生损坏。现有的固液分离装置大都是通过间断进料，即每隔一定的时间往分离机构内部输送定量的浆料来缓解上述问题，但是此种做法会严重影响装置的工作效率，大大增加人工和时间成本。

此外，通过机械差速器形成的转速差相对固定，但是因需要分离的物料特性的不同，需要的转速差也不尽相同，机械差速器则导致固定分离装置的通用性较低，增加使用成本，而且工作效率额不高。

技术实现要素：

为此，需要提供一种适应多工况的立式固液分离装置及控制方法，来解决现有技术中的固液分离设备的驱动电机甚至分离机构容易发生损坏，装置通用性较差，固液分离效率较低的问题。

为实现上述目的，发明人提供了一种适应多工况的立式固液分离装置，所述固液分离装置包括机体、分离机构、驱动机构、进料机构、电流检测单元和控制单元；

所述分离机构设置于机体内，分离机构包括外转鼓和螺旋推料器，所述外转鼓套设于螺旋推料器的外部；

所述驱动机构包括第一电机和第二电机，所述第一电机与外转鼓传动连接，所述第二电机与螺旋推料器传动连接；

所述进料机构包括进料泵和进料管，所述进料泵通过进料管与外转鼓内腔连通；

所述电流检测单元分别与第一电机和第二电机电连接，所述控制单元与电流检测单元连接，所述电流检测单元用于检测第一电机和第二电机的工作电流，并将检测到的工作电流反馈给控制单元；

所述控制单元与进料泵连接，所述控制单元用于根据第一电机和第二电机的工作电流的大小控制进料泵启动或者关闭。

进一步地，所述分离机构还包括第一输入轴和第二输入轴，所述第一输入轴套设于第二输入轴外，所述第一输入轴和第二输入轴外部均套设有转动轴承，所述第一输入轴与第二输入轴可分别转动，所述第一电机通过第一输入轴与外转鼓传动连接，所述第二电机通过第二输入轴与螺旋推料器传动连接。

进一步地，所述固液分离机构还包括润滑系统，所述润滑系统用于第一输入轴外的转动轴承和/或第一输入轴外的转动轴承进行润滑，润滑系统包括油箱、油泵和循环回路，所述循环回路连通油箱、油泵和转动轴承。

进一步地，所述润滑系统还包括温度检测单元，所述温度检测单元与控制单元连接，所述控制单元分别于第一电机和第二电机连接，所述温度检测单元用于检测润滑油温度，并将检测到的温度反馈给控制单元，所述控制单元还用于根据润滑油的温度控制第一电机和第二电机关闭。

进一步地，所述第一输入轴包括实心轴与中空轴，所述实心轴一端与第二电机传动连接，另一端与中空轴连接，所述中空轴内具有分配腔，所述分配腔经由中空轴侧壁上的甩浆口与外转鼓内腔连通，所述进料管由中空轴的底部插入分配腔内。

进一步地，所述外转鼓的侧壁上开设有出渣口，外转鼓的底部开设有溢流口。

进一步地，发明人还提供了一种适应多工况的立式固液分离装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：

固液分离装置启动步骤：启动第一电机以及第二电机，同时开始进料工作；

工作电流检测步骤：检测第一电机和第二电机的工作电流；

工作电流判断步骤：判断第一电机的工作电流是否大于或等于第一预设阈值，或者判断第二电机的工作电流是否大于或等于第二预设阈值；

进料控制步骤：当判断第一电机的工作电流大于或等于第一预设阈值，或者第二电机的工作电流大于或等于第二预设阈值时，则停止进料。

进一步地，当判断第一电机的工作电流小于第一预设阈值，且第二电机的工作电流小于第二预设阈值，则启动进料或者保持进料。

进一步地，所述控制方法包括还包括：

电机调速步骤：控制调整第一电机和/或第二电机的转速。

进一步地，所述控制方法还包括：

工作油温检测步骤：检测润滑油的工作油温；

工作油温判断步骤：判断润滑油的油温是否大于或等于预设阈值；

电机启停步骤：当润滑油的油温大于或等于预设阈值时，关闭第一电机和第二电机。

区别于现有技术，上述技术方案具有如下优点：通过第一电机和第二电机分别驱动分离机构的外转鼓和螺旋推料器转动，使用者可以通过控制单元调整第一电机或者第二电机的转速，使得外转鼓与螺旋推料器形成不同的转速差，以适应不同浆料的固液分离工作，适用性更强，工作效率更高。此外，本装置设置了用于检测第一电机和第二电机工作电流的电流检测单元，并将检测到的工作电流反馈给控制单元，在控制单元判断第一电机的工作电流不低于预设阈值或者第二电机的工作电流不低于预设阈值时，控制进料泵关闭停止进料，防止分离机构的外转鼓或者螺旋推料器上的物料过多，造成第一电机或者第二电机的负载过高，造成电机损坏，甚至造成分离机构损坏；在分离机构继续进行固液分离工作一段时间之后，分离机构中的物料减少，外转鼓和螺旋推料器上的物料较少，第一电机和第二电机负载降低，工作电流减小，在判断第一电机的工作电流低于预设阈值且第二电机的工作电流低于预设阈值时，控制进料泵开启开始进料，使得分离机构内部及时通入浆料，保证固液分离装置连续工作，大大提高工作效率，本装置可控分离机构转速差、可控浆料进料，能够适用多种工况。

附图说明

图1为具体实施方式所述一种适应多工况的立式固液分离装置主视的剖视结构示意图之一；

图2为具体实施方式所述一种适应多工况的立式固液分离装置主视的剖视结构示意图之二；

图3为具体实施方式所述一种适应多工况的立式固液分离装置中的电气连接示意图；

图4为具体实施方式所述一种适应多工况的立式固液分离装置的控制方法的流程图。

附图标记说明：

100、机体；

210、外转鼓；211、出渣口；212、溢流口；

220、螺旋推料器；

230、第一输入轴；

240、第二输入轴；241、分配腔；242、甩浆口；

250、转动轴承；

260、第一轴承座；

270、第二轴承座；271、出液口；

280、壳体；

310、第一电机；

320、第二电机；

410、进料管；

420、进料泵；

500、电流检测单元；

600、控制单元；

710、油箱；

720、油泵；

730、循环回路；

740、温度检测单元；

800、环形出渣腔；

910、旋转刮板；

920、刮板驱动机构。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1至图3,，本发明提供了一种适应多工况的立式固液分离装置，所述固液分离装置包括机体100、分离机构、驱动机构、进料机构、电流检测单元500和控制单元600；所述机体100即本装置的机架，用以安装、承载本装置的分离机构、进料机构和/或第一电机310、第二电机320等组成结构。

所述分离机构作为浆料中的固液分离的具体执行结构。所述分离机构设置于机体100内，分离机构包括外转鼓210和螺旋推料器220，所述外转鼓210套设于螺旋推料器220的外部。外转鼓210与螺旋推料器220具有转速差，外转鼓210和螺旋推料器220同向转动，使得浆料中受到较大离心力的固体被甩到外转鼓210的侧壁上，并且外转鼓210与螺旋推料器220的转速差，使得紧贴在外转鼓210侧壁的固体能够随着螺旋推料器220向上运动，直至输送到出渣口211处离开分离机构，所述浆料中液体在外转鼓210内部贴壁形成液环，并沿着螺旋推料器220的叶片螺旋向下流，随后通过外转鼓210底部的溢流口212流出分离机构，进而实现浆料的固液分离的目的。

所述的驱动机构用于驱动分离机构的外转鼓210与螺旋推料器220分别转动。具体的，所述驱动机构包括第一电机310和第二电机320，所述第一电机310与外转鼓210传动连接，所述第二电机320与螺旋推料器220传动连接。在本实施例中，只要通过控制单元600控制第一电机310和第二电机320的输出转速，便可以非常方便的控制外转鼓210与螺旋推料器220的转动速度，以调整二者之间转速差，以适应不同浆料的固液分离工作，装置的使用更加方便，适用性更强，工作效率更高。

所述进料机构用于向分离机构中输送待分离的浆料。具体的，所述进料机构包括进料泵420和进料管410，所述进料泵420通过进料管410与外转鼓210内腔连通，所述进料泵420的启动或者关闭用于控制浆料的输送或者停止。

所述电流检测单元500分别与第一电机310和第二电机320电连接，所述控制单元600与电流检测单元500连接，所述电流检测单元500用于检测第一电机310和第二电机320的工作电流，并将检测到的工作电流反馈给控制单元600。在实际使用中，进入外转鼓210内腔中的浆料直接与分离机构中的外转鼓210以及螺旋推料器220进行接触，而外转鼓210与螺旋推料器220分别通过第一电机310和第二电机320驱动转动，在进入分离机构内的浆料增多的情况下，外转鼓210和螺旋推料器220上的负载物料都会增多，那么第一电机310驱动外转鼓210转动的工作电流和第二电机320驱动螺旋推料器220转动的工作电流必然会随着物料的增多而变大，使用者便可以通过第一电机310或者第二电机320的工作电流判断分离机构内部输送的浆料的量。具体的，所述电流检测单元为钳形电流表、电流传感器或者电流互感器，以检测第一电机和第二电机的工作电流。

所述控制单元600与进料泵420连接，所述控制单元600用于根据第一电机310和第二电机320的工作电流的大小控制进料泵420启动或者关闭。使用者在固液分离装置开始工作之前在控制单元600中预设好第一电机310的最大工作电流值x、第二电机320的最大工作电流值y；所述控制单元600在接收到电流检测单元500反馈的第一电机310工作电流和第二电机320工作电流，控制单元600在判断第一电机310的工作电流大于或等于最大工作电流值x或者第二电机320的工作电流大于或等于最大工作电流值y时，说明分离机构内部的浆料过多，继续送入浆料容易造成电机甚至分离机构损坏，此时控制单元600控制进料泵420关闭停止进料；在分离机构继续进行固液分离工作一段时间之后，分离机构中的物料减少，外转鼓210和螺旋推料器220上的物料较少，第一电机310和第二电机320负载降低，工作电流减小，在判断第一电机310的工作电流低于最大工作电流值x且第二电机320的工作电流低于最大工作电流值y时，控制进料泵420开启开始进料，使得分离机构内部能够及时通入浆料，保证固液分离装置连续工作，大大提高工作效率，本装置可控分离机构转速差、可控浆料进料，能够适用多种工况。具体的，所述控制单元600可以为plc或者单片机，所述的plc可以为西门子s7-200cn、s7-300等系列产品，所述单片机可以为51系列的单片机，具体型号如：at89s51,stc12c2051等。在某些优选的实施例中，使用者可以通过变频器来控制第一电机与第二电机的工作，电机工作电流的测量与反馈更加的简单，实用性更强。

请参阅图1和图2，进一步的实施例中，所述分离机构还包括第一输入轴230和第二输入轴240，所述第一输入轴230套设于第二输入轴240外，所述第一输入轴230和第二输入轴240外部均套设有转动轴承250，所述第一输入轴230与第二输入轴240可分别转动，所述第一电机310通过第一输入轴230与外转鼓210传动连接，所述第二电机320通过第二输入轴240与螺旋推料器220传动连接。所述的第一输入轴230和第二输入轴240采用套接连接，使得外转鼓210与螺旋推料器220同心转动，工作时转动更加的稳定。优选的，所述第一输入轴230与第一电机310通过皮带传动机构连接，所述第二输入轴240与第二电机320通过皮带传动机构连接。最优的，所述皮带传动机构为同步带传动机构，具体的，在所述第一电机310的输出轴上套设轮，第一输入轴230上套设有轮，两轮之间通过连接，相同的所述第二电机320的输出轴上套设有轮，第二输入轴240上套设有轮，两轮之间通过连接，采用同步带传动的优点在于同步带传动的带轮和传动带之间没有相对滑动，能够保证严格的传动比。在某些其他的实施例中，所述的第一电与外转鼓210、第二电机320与螺旋推料器220采用齿轮传动。

如图2所示的实施例中，所述固液分离机构还包括润滑系统，所述润滑系统用于第一输入轴230外的转动轴承250和/或第一输入轴230外的转动轴承250进行润滑，润滑系统包括油箱710、油泵720和循环回路730，所述循环回路730连通油箱710、油泵720和转动轴承250。在实际使用中，使用油泵720将油箱710中的润滑油通过循环回路730输送到第一输入轴230外的转动轴承250和/或第一输入轴230外的转动轴承250处，对转动轴承250进行润滑，采用油泵720输送润滑油的强制润滑方式，其对转动轴承250的润滑需更好，送入的润滑油具有动力，对转动轴承250的润滑更彻底效果更好，提高了转动轴承250的使用寿命，减少了人工的工作强度，省时省力。

请参阅图2，优选的实施例中，所述润滑系统还包括温度检测单元740，所述温度检测单元740与控制单元600连接，所述控制单元600分别于第一电机310和第二电机320连接，所述温度检测单元740用于检测润滑油温度，并将检测到的温度反馈给控制单元600，所述控制单元600还用于根据润滑油的温度控制第一电机310和第二电机320关闭。在本实施例中，通过转动轴承250润滑油的油温能够反映出的装置工作情况，如果油温正常说明装置工作正常可以继续工作，如果油温过高，则说明转动轴承250工作不正常，固液分离装置发生故障，继续工作非常容易造成转动轴承250乃至整个装置的损坏，此时需要进行停机检查。因此，本实施例中在润滑系统中设置了温度检测单元740，当控制单元600判断润滑油的实际工作油温大于或等于最大额定工作油温时，控制单元600控制第一电机310和第二电机320启关闭，装置停止工作，以起到保护固液分离装置的作用。优选的，所述温度检测单元740温度传感器，所述温度传感器设置于油箱710内，温度传感器将监测到的油温发送给控制单元600。

请参阅图2，作为本发明的一种优选实施例，所述分离机构还包括第一轴承座260和第二轴承座270，所述第一轴承座260套设于第二输入轴240上，所述第二轴承座270套设于第一轴承座260外，第二轴承座270的一侧与机体100侧壁固定连接。所述第一轴承座260的设置是用于在第二输入轴240外设置转动轴承250，使得螺旋推料器220的转动时，螺旋推料器220与外转鼓210可以相对独立运动以形成差速。所述第一轴承座260与第二轴承座270的配合，且第二轴承座270还与机体100侧壁固定，使得外转鼓210与螺旋推料器220可以平稳的进行独立运动。优选的，所述机架与第一输入轴230的上端部之间也设置有转动轴承250。优选的，所述分离机构还包括壳体280，所述壳体280套设于外转鼓210外部，壳体280一端固定于机体100，另一端固定于第二轴承座270上。所述壳体280起到对分离机构的防护作用，同时可以防止由外转鼓210底部溢流口212流出的液体飞溅。在另外一些实施例中，所述第二轴承座270上还开设有出液口271，所述出液口271与溢流口212连通，所述出液口271的下方设置有清液收集槽，所述清液收集槽与出液管连通。

如图1和图2所示的实施例中，所述第一输入轴230包括实心轴与中空轴，所述实心轴一端与第二电机320传动连接，另一端与中空轴连接，所述中空轴内具有分配腔241，所述分配腔241经由中空轴侧壁上的甩浆口242与外转鼓210内腔连通，所述进料管410由中空轴的底部插入分配腔241内。第二电机320与实心轴的一端传动连接，将动力传递通过第二输入轴240传递给螺旋推料器220，该连接段采用实心轴，一方面实心轴更为结实，能够很好地传递第二电机320提供的驱动力，防止第二输入轴240断裂，另一面上面为实心轴，也可以起到对浆料的密封作用，使得在第二输入轴240转动时浆料只能由甩浆口242甩出到外转鼓210的鼓腔中，进而在分离机构的作用下，进行固液分离。第二输入轴240的下端为空心轴，方便进料管410的安装对接，且第二输入轴240可相对进料管410独立转动，防止进料机构对分离机构的转动造成影响，使得本装置可以实现连续进料。

如图1和图2所示，进一步的实施例中，所述外转鼓210的侧壁上开设有出渣口211，外转鼓210的底部开设有溢流口212。所述出渣口211用于排送送浆料经由分离机构分离够的固体渣料，所述的溢流口212用于排放浆液。优选的，所述出渣口211的数量可以为多个，提高螺旋推料器220的固体渣料的出料效率。优选的，所述机架与外传鼓之间具有环形出渣腔800，所述环形出渣腔800位于出渣口211的外部，环形出渣腔800的侧壁上设置有开口。所述环形出渣腔800用于临时堆积螺旋推料器220输送出来的渣料，以方便渣料的收集。较优的，所述环形出渣腔800内设置有旋转刮板910，所述机架上还设置有刮板驱动机构920。所述旋转刮板910转动用于在刮板驱动机构920的作用下将环形出渣腔800中的渣料从环形出渣腔800侧壁上的开口挤出，以提高收集效率。具体的，所述刮板驱动机构920包括锥形齿轮和盘形齿轮，所述锥形齿轮与盘形齿轮啮合，盘形齿轮设置于旋转刮板910上方并与旋转刮板910连接，锥形齿轮在外部动力的驱动下带动盘形齿轮转动，进而带动旋转刮板910转动。

如图3和图4所示，本发明还提供了一种适应多工况的立式固液分离装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：

s100，固液分离装置启动步骤：启动第一电机310以及第二电机320，同时开始进料工作；启动第一电机310和第二电机320分别驱动分离机构的外转鼓210和螺旋推料器220转动，同时通过打开进料泵420向分离机构内部输送浆料，浆料的固液分离工作启动。

s200，工作电流检测步骤：检测第一电机310和第二电机320的工作电流；通过进料泵420输送到分离机构的外转鼓210内腔中的浆料会直接与外转鼓210以及螺旋推料器220进行接触，而外转鼓210与螺旋推料器220又是分别通过第一电机310和第二电机320驱动转动，外转鼓210与螺旋推料器220上负载的浆料的多少回直接影响第一电机310和第二电机320的工作电流，因此通过检测第一电机310和第二电机320的工作电流，即可得到分离机构内部浆料的通入量。

在进入分离机构内的浆料增多的情况下，外转鼓210和螺旋推料器220上的负载物料都会增多，那么第一电机310驱动外转鼓210转动的工作电流和第二电机320驱动螺旋推料器220转动的工作电流必然会随着物料的增多而变大，使用者便可以通过第一电机310或者第二电机320的工作电流判断分离机构内部输送的浆料的量。

s300，工作电流判断步骤：判断第一电机310的工作电流是否大于或等于第一预设阈值，或者判断第二电机320的工作电流是否大于或等于第二预设阈值；优选的，在“工作电流判断步骤”还包括电机工作电流预设步骤：为第一电机310设置最大工作电流值x，为第二电机320设置最大工作电流值y。也就是说需要通过判断第一电机310和第二电机320的实际工作电流与预设最大工作电流值的大小关系，以判断分离机构的内浆料是否达到固液分离装置安全工作的最大通入量。

s400，进料控制步骤：当判断第一电机310的工作电流大于或等于第一预设阈值，或者第二电机320的工作电流大于或等于第二预设阈值时，则停止进料。在进入分离机构内的浆料逐渐增多的情况下，外转鼓210和螺旋推料器220上的负载物料量都会增大，那么第一电机310驱动外转鼓210转动的工作电流和第二电机320驱动螺旋推料器220转动的工作电流必然会随着物料的增多而变大。控制单元600在判断第一电机310的工作电流大于或等于最大工作电流值x或者第二电机320的工作电流大于或等于最大工作电流值y时，说明分离机构内部的浆料过多，继续送入浆料容易造成电机甚至分离机构损坏，此时控制单元600控制进料泵420关闭停止进料。

进一步的实施例中，当判断第一电机310的工作电流小于第一预设阈值，且第二电机320的工作电流小于第二预设阈值，则启动进料或者保持进料。控制单元在判断第一电机310的工作电流大于或等于最大工作电流值x，并且第二电机320的工作电流大于或等于最大工作电流值y时，说明分离机构内部的浆料不超过最大通入量，两电机都可以继续正常工作。若此时进料泵420本就处于启动进状态，则控制单元600不做命令，进料泵420继续工作；若进料泵420处于关闭状态，则启动进料泵420进行进料工作。采用此种工作方式，分离机构中能够及时通入浆料，保证固液分离装置连续工作，大大提高工作效率。

优选的实施例中，所述控制方法包括还包括：

电机调速步骤：控制调整第一电机310和/或第二电机320的转速。由于通入的待进行固液分离的浆料不同，分离机构中外转鼓210与螺旋推料器220所需要的转速差也不尽相同，在进行浆料分离工作之前先通过控制单元600控制第一电机310和/或第二电机320进行转速调节，以获得不同的转速差，以适应不同浆料的固液分离工作。

优选的实施例中，所述控制方法还包括：

工作油温检测步骤：检测润滑油的工作油温；

工作油温判断步骤：判断润滑油的油温是否大于或等于预设阈值；

电机启停步骤：当润滑油的油温大于或等于预设阈值时，关闭第一电机310和第二电机320。通过转动轴承250润滑油的油温能够反映出的装置工作情况，如果油温正常说明装置工作正常可以继续工作，如果油温过高，则说明至少转动轴承250处工作不正常，固液分离装置可能发生故障，继续工作非常容易造成转动轴承250乃至整个装置的损坏，此时需要进行停机检查。因此，在本方式中，需要再控制单元600中设置润滑油的最大工作油温，通过润滑系统中设置的温度检测单元740检测润滑油的油温，并反馈给控制单元600，当控制单元600判断润滑油的实际工作油温大于或等于最大额定工作油温时，则控制第一电机310和第二电机320启关闭，固液分离装置停止工作，以起到保护作用。

需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明专利的保护范围之内。