一種利用負(fù)壓清理廢液的工具設(shè)計(jì)

張芳海 靳福剛 羅欽科

貴州中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 貴定卷煙廠 貴州 黔南 551300

引言

由于生產(chǎn)的特殊性，在過程中需要使用液體作為輔助生產(chǎn)介質(zhì)，使得現(xiàn)場(chǎng)及設(shè)備周圍不可避免地存在一些滴漏或溢出的廢液，這些廢液采用一個(gè)接油盤進(jìn)行收集，然后再定時(shí)進(jìn)行清理，而現(xiàn)有的清理方式是用吸收性較好的布進(jìn)行擦拭，在遇見狹小空間或者廢液堆積量較大時(shí)，一方面清理效果不理想，另一方面清理效率低。為解決這一問題，現(xiàn)場(chǎng)工作人員通過分析現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況以及目前可用技術(shù)和設(shè)備，在此基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了一臺(tái)移動(dòng)式清潔工具，專門用來清理這部分廢液，改善現(xiàn)狀。

1 現(xiàn)狀及問題

目前設(shè)備周圍滴漏和溢出廢液是采用一個(gè)接油盤進(jìn)行收集，當(dāng)接油盤收集快滿時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一回收清理。該接油盤為全開放式，且位于設(shè)備最底部，過程中會(huì)掉入一些固體雜質(zhì)。

目前對(duì)于廢液的清理方式是先用勺子舀凈大部分廢液和一部分雜質(zhì)，剩余的采用布進(jìn)行擦拭。由于設(shè)備底部空間狹小，舀油采用工具尺寸受限，且舀得不徹底，剩余的需要用布清理，清理起來效率偏低，

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)常用工具，思考用泵來代替手動(dòng)舀油的環(huán)節(jié)，但實(shí)際驗(yàn)證下來效果并不好，主要原因：不管使用何種泵，當(dāng)廢液中混有固體雜質(zhì)時(shí)，均有堵塞泵的問題，效率低，且還需要經(jīng)常清理維護(hù)泵體，使用不便[1]。

2 提出解決思路

通過對(duì)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，作者決定在現(xiàn)有基礎(chǔ)上深入探索，找出合理的解決方案。首先進(jìn)一步分析泵深層次的工作原理，它是通過改變動(dòng)作元件兩側(cè)壓力差的方式來實(shí)現(xiàn)介質(zhì)轉(zhuǎn)移。在此基礎(chǔ)上繼續(xù)查找采用類似原理工作的工具，發(fā)現(xiàn)可以借鑒的還有現(xiàn)場(chǎng)使用的吸塵器，它是采用離心泵工作原理，但是其結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)有一個(gè)儲(chǔ)存?zhèn)}用來收集吸附回來的雜質(zhì)，但其主要用于固體以及微量液體的回收，無法實(shí)現(xiàn)大量液體的回收。筆者決定在此基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步思考和探索。

參照吸塵器工作原理，設(shè)計(jì)出一個(gè)初步方案如下圖所示：

如圖，設(shè)計(jì)一個(gè)收集容器來充當(dāng)存儲(chǔ)倉(cāng)，通過負(fù)壓使容器內(nèi)壓強(qiáng)小于大氣壓，這樣來實(shí)現(xiàn)讓廢液被外界大氣壓通過回收管道壓入收集容器內(nèi)的功能。到此，筆者提出兩個(gè)需求，一是廢液收集容設(shè)計(jì)，它需要滿足壓力容器設(shè)計(jì)相關(guān)要求，二是負(fù)壓來源。解決這兩個(gè)需求基本就能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)想功能，設(shè)計(jì)出一套符合我們需求的廢液清理工具，從而解決目前面對(duì)問題。

2.1 廢液收集容器設(shè)計(jì)

2.1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2.1.1.1 容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要預(yù)留正負(fù)壓進(jìn)出口，負(fù)壓用于降低容器內(nèi)部壓力，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能，正壓用于排出收集廢液，實(shí)現(xiàn)容器內(nèi)部廢液清空；

2.1.1.2 由于是壓力容器，需要考慮壓力顯示和預(yù)警功能預(yù)接口，和安全閥安裝位置；

2.1.1.3 壓力容器上開孔會(huì)影響其受力分布，削弱容器壓力承受能力，所以設(shè)計(jì)時(shí)本著盡量減少孔的原則，將廢液進(jìn)出口設(shè)計(jì)成同一個(gè)孔；

2.1.1.4 為減少連接焊縫，保障壓力容器密封性，參照壓力容器設(shè)計(jì)原則，選擇將其形狀設(shè)計(jì)成圓柱形狀結(jié)構(gòu)；

2.1.1.5 為方便該工具自身的清潔保養(yǎng)，容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成可開蓋設(shè)計(jì)；

最終結(jié)構(gòu)如下所示：

2.1.2 容器尺寸設(shè)計(jì)。查閱壓力容器設(shè)計(jì)相關(guān)要求，然后按以下步驟設(shè)計(jì)具體參數(shù)：

2.1.2.1 壓力容器設(shè)計(jì)壓力取值為最高工作壓力的1.05～1.10倍。根據(jù)介質(zhì)的危害性和容器所附帶的安全裝置，結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用壓力p=0.6MP，取下限，計(jì)算出設(shè)計(jì)壓力為： Pc=1.05x0.6=0.63Mp

2.1.2.2 確定容積，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)接油盤尺寸計(jì)算一盤油液體積，設(shè)計(jì)容器容積以該體積為參考依據(jù)進(jìn)行，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)接油盤尺寸算出一盤油液體積為0.036ｍ３，

2.1.2.3 確定尺寸，現(xiàn)場(chǎng)需要收集的液體無腐蝕，根據(jù)壓力容器設(shè)計(jì)要求其腐蝕裕量取1～2mm即可滿足使用壽命的要求，所及設(shè)計(jì)容器壁厚大于2mm即可，

結(jié)合需要，設(shè)計(jì)成移動(dòng)式，所以其寬度不能超多現(xiàn)場(chǎng)最窄處過道，通過現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，最窄過道處為寬度為800mm，取設(shè)計(jì)寬度不能超過800mm，

圓筒型壓力容器，長(zhǎng)徑比為2～5，一般取2～3就可以，按這個(gè)要求，取2，設(shè)容器半徑為X，根據(jù)體積計(jì)算公式V=πr2h，0.036=3.14*X2*2X，

計(jì)算出X=0.18m=180mm

發(fā)出結(jié)論：容器直徑設(shè)計(jì)為360mm, 高度720mm，壁厚取2mm。

再根據(jù)壓力容器材料選擇要求，確定容器材料[2]。

然后設(shè)計(jì)圖紙聯(lián)系加工。

2.2 負(fù)壓來源

2.2.1 負(fù)壓源選擇。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，對(duì)比可獲得負(fù)壓的方式：

2.2.1.1 負(fù)壓風(fēng)機(jī)：需要重新接一臺(tái)負(fù)壓風(fēng)機(jī)，要設(shè)計(jì)安裝位置，控制線路，管道布局，且只能固定在某處，不便于移動(dòng)，成本較高，靈活性差。

2.2.1.2 空壓站：需要重新布置管路，跨度大，成本高。

2.2.1.3 通過負(fù)壓發(fā)生器將現(xiàn)場(chǎng)正壓轉(zhuǎn)換來使用：需要選擇合適負(fù)壓發(fā)生器，體積小，靈活方便移動(dòng)，成本低。

通過對(duì)比，直接選擇采用負(fù)壓發(fā)生器將現(xiàn)場(chǎng)正壓轉(zhuǎn)換為負(fù)壓使用。

2.2.2 控制管路設(shè)計(jì)思路。設(shè)計(jì)控制功能為，當(dāng)負(fù)壓進(jìn)入時(shí)，容器內(nèi)形成一定真空度環(huán)境，實(shí)現(xiàn)抽吸功能，當(dāng)正壓進(jìn)入時(shí)，容器內(nèi)壓力大于外界大氣壓，實(shí)現(xiàn)排空功能。這兩種功能只能根據(jù)需要交替切換使用，所以需要設(shè)計(jì)兩條管路，一條進(jìn)正壓，一條進(jìn)負(fù)壓。筆者根據(jù)需求設(shè)計(jì)管路如下：

圖3 整體設(shè)計(jì)方案

如圖所示：正壓通過換向閥將管路分為兩條，一條直接通入廢液收集容器，另一條經(jīng)過負(fù)壓發(fā)生器后再進(jìn)入廢液收集容器，這樣就實(shí)現(xiàn)了小組設(shè)計(jì)的正負(fù)壓切換功能[3]。

2.2.3 負(fù)壓發(fā)生器選型。結(jié)合設(shè)計(jì)的容器真空度：Pc=0.63Mp，和現(xiàn)場(chǎng)使用氣源壓力P=0.6Mp，查閱真空發(fā)生器選擇要求，最終選擇型號(hào)為EV-20的單級(jí)真空發(fā)生器。

3 效果驗(yàn)證

最終根據(jù)方案加工制作出廢液回收工具，并現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試。對(duì)比人工手動(dòng)清理的效果和耗時(shí)如下：

人工舀油清潔效果與該工具抽吸后效果對(duì)比

手動(dòng)清理耗時(shí)40.21min 借助工具清理耗時(shí)8.9min序號(hào) 舀油耗時(shí)（min） 清潔耗時(shí)（min）1 31.5 9.8 2 29.5 7.6 3 32.1 8.6 4 30.6 9.1 5 28.4 9.5 6 33.1 9.5 7 29.8 9.4 8 33.1 8.8 9 31.0 10.2 10 30.8 9.7平均值 30.99 9.22序號(hào) 吸油耗時(shí)（min） 清潔耗時(shí)（min）1 6.9 1.9 2 6.8 2.3 3 7.2 1.8 4 7.1 1.8 5 6.6 2.1 6 6.8 1.6 7 7.3 1.9 8 7.0 2.0 9 7.1 1.8 10 6.7 2.3平均值 6.95 1.95

通過對(duì)比測(cè)試數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，采用設(shè)計(jì)的工具后，清理效果和清理時(shí)間都得到優(yōu)化，提高了該工作的工作效率，且效果十分明顯[4]。

4 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)通過容器內(nèi)外形成壓差的工作原理，解決在生產(chǎn)過程中由于廢液內(nèi)混有固體雜質(zhì)，不能直接用泵進(jìn)行清理的問題。同時(shí)這一設(shè)計(jì)也可擴(kuò)展運(yùn)用到其他有液體回收需求的地方。有效解決了目前生產(chǎn)過程中回收廢液時(shí)遇到的問題，同時(shí)也對(duì)提高過程中的工作效率有十分重要的意義。