工業攪拌器設計參數查詢軟件的開發與應用*

孔浩杰 王 艷 謝超超 梁佳赟 王田靜 楊 斌

(西北大學化工學院)

工業攪拌器設計參數查詢軟件的開發與應用*

孔浩杰**王 艷 謝超超 梁佳赟 王田靜 楊 斌

(西北大學化工學院)

利用Matlab軟件編寫程序建立攪拌器國標參數數據庫，并設計圖形用戶界面，開發出一套完整的工業攪拌器設計參數國標數據查詢軟件，幫助用戶準確、快捷地找到與其匹配的國標參數，縮短查詢數據的時間，提高設計準確性。經過測定，軟件平均運行時間為0.26s。

攪拌器 查詢軟件 Matlab軟件 圖形用戶界面

攪拌器被廣泛應用在化工、醫藥、生物工程、燃料、食品、油漆及農藥等行業領域[1]，尤其是在化工行業，攪拌器常被用來對物料進行混合、溶解、傳熱、化學反應及制備懸浮液等[1]。隨著對攪拌器理論研究的不斷深入，其種類越來越多，攪拌效果不斷提升，可在不同復雜場合條件下良好地工作。新型非標攪拌器雖然具有良好的攪拌效果，但其對攪拌場合、條件和物料有嚴格要求，設計加工均有針對性，設備缺乏通用性和互換性。因此，對攪拌設備實現標準化非常重要。國內批量制造和使用攪拌器需要采用國標數據，但攪拌器的型式多種多樣，且每一類攪拌器的國標參數繁多、各有不同[2]，人工查閱已有國家標準規范時工作量大，耗時耗力，效率低；同時，由于數據繁雜，表格細密，人工查詢參數時可能會出現讀取錯誤的現象；另外，正確理解、查閱攪拌器相關國家標準規范需要一定的機械類專業背景。為此，筆者采用Matlab軟件開發了工業攪拌器設計參數國標數據的查詢軟件，并完成了圖形用戶界面(GUI)設計。

1 軟件編程和GUI設計

設計軟件時，首先建立一個數據庫用來保存攪拌器國家標準規范給出的設計參數；然后編寫一個調用模塊，根據給定的初始設計參數確定槳型后，調用數據庫，得到與其匹配的設計參數國標數據；最后，設計GUI。GUI用以實現人機交互操作，使軟件操作便捷、明確，提高軟件的可用性。

1.1軟件編程

軟件數據庫采用開放式設計，可以根據用戶需要和技術發展不斷補充新型攪拌器的國標參數擴展數據庫，或根據新的國家標準規范對數據庫中已有的攪拌器參數進行修正。筆者選擇工業生產領域中應用較為廣泛的開啟渦輪式、圓盤渦輪式、圓盤鋸齒式、錨框式和槳式攪拌器的國標參數建立數據庫。

數據庫調用模塊需根據選定的槳型和給定的初始設計參數對數據庫進行調用，將參數與數據庫中對應的國標參數進行比較，選擇與之偏差最小的一組國標參數。若偏差超過給定的范圍，說明輸入數據超過了國標參數的范圍，用戶需重新輸入攪拌器類型和參數；若偏差沒有超過給定的范圍，則軟件輸出該組國標參數并保存(圖1)。

圖1 數據庫調用模塊程序流程

初始設計參數是任意可選的，數據庫調用模塊采用switch語句實現給定初始設計參數：

switch handles.clm7{handles.ic7}

%用戶輸入初始設計參數

case′攪拌罐直徑Dg′

%如選取參數是攪拌罐直徑

Dg=handles.x2；

%根據用戶所填數值大小

D=0.33*Dg；

%進行攪拌罐直徑與攪拌器直徑的換算

case′輪轂內徑d′

d=handles.x2；

erro=abs(A2-d)；

case′輪轂外徑d2′

d2=handles.x2；

erro=abs(A3-d2)；

case′輪轂支耳的外徑L′

L=handles.x2；

erro=abs(A4-L)；

1.2GUI設計

GUI是由窗、軸、按鍵、菜單、工具圖標及文字說明等圖形對象構成的用戶界面，用戶通過鼠標或鍵盤選擇、激活這些圖形對象，實現計算、繪制圖表及產生動畫等功能[3]。GUI設計需遵循4個原則：簡單性、規范性、一致性和習常性[3]。根據以上原則設計出的GUI如圖2所示。

圖2 攪拌器設計參數查詢軟件用戶界面 ①——界面標題和菜單欄； ②——按鈕式攪拌器類型選擇菜單； ③——下拉式葉片類型選擇菜單；④——下拉式參數選擇菜單； ⑤——輸出參數顯示區域； ⑥——參數單位；⑦——指定的數據保存目錄； ⑧——用戶退出按鈕

由于不同攪拌器類型的葉片類型也各不相同，且存在子分類，因此采用下拉式菜單給出不同攪拌器類型的所有葉片類型供用戶篩選(圖3)，有效節省了界面空間，保證界面的簡單性。

用戶只有給定攪拌器初始參數后才能確定其尺寸，且每類攪拌器的參數類別繁多，因此將參數的選擇和輸入設計成下拉式菜單供用戶選擇(圖4)。

圖3 葉片類型選擇菜單

輸入數據超出國標參數范圍時，界面出現警示框以提醒用戶重新輸入數據進行選型。

圖4 具體參數的下拉菜單

攪拌器的設計參數繁多，為方便用戶讀取，輸出數據以表格形式呈現。

2 軟件應用示例

假設某攪拌器的工作介質中含有固體，粘度為30Pa·s，轉速N=150r/min，根據所給要求選擇開啟渦輪式六彎葉攪拌器[4]。開啟渦輪式沒有中間的圓盤結構，不阻礙槳葉上下的液相混合[5]，循環流量大，軸向混合效果好；六彎葉槳葉的磨損、消耗功率小[6]，排出性能好[5]，因此開啟渦輪式六彎葉攪拌器是最適合實現固液懸浮操作的攪拌器。

此時輸入初始設計參數就得到與開啟渦輪式六彎葉攪拌器相匹配的國標參數(攪拌器直徑DJ、輪轂內徑d、輪轂外徑d2、輪轂支耳的外徑L、攪拌器緊定螺釘孔徑d1(M)、攪拌器槳葉連接螺栓孔徑d0(4-M)、鍵槽的寬度b、輪轂內徑與鍵槽深度之和t、攪拌器槳葉的厚度δ、攪拌器槳葉的寬度B、輪轂高度h、攪拌器許用扭矩M和攪拌器安裝高度C)。如：選擇攪拌器的攪拌罐直徑Dg=500mm，程序運行結果見表1第一行；當其他條件不變，選擇攪拌器的輪轂高度h=210mm時，得到的參數見表1第二行；選擇攪拌器的輪轂內徑d=70mm時，得到兩組國標參數(表1第三、四行)，此時還需要根據其他參數進一步確定所滿足條件的一組國標參數。

表1 應用示例的輸出參數表 mm

應用CPU內部計數得到程序的平均運行時間為0.26s，遠少于人工查詢參數耗費的時間。

3 結束語

筆者根據國家標準規范給出的各類型攪拌器設計參數，利用Matlab軟件建立數據庫，編寫參數查詢調用模塊，并完成GUI設計，開發了工業攪拌器設計參數國標數據查詢軟件，幫助設計者準確、快捷地調用國家標準數據，減少設計時間，消除人工查詢可能產生的誤差，提高設計效率和質量。但該軟件僅適用于熟悉攪拌器結構和設計的用戶，不能實現攪拌器自動選型功能，參考優化決策理論進行自動選型程序的設計是未來工作的重點。此外，該軟件數據庫目前只選取了較為常用的幾種攪拌器類型，無法滿足設計新型攪拌器用戶的需求，有待于進一步擴充完善。

[1] 陳俊英，李紅偉.化工行業常用攪拌器研究熱點[J].現代工業，2011，31(10)：12～16.

[2] 陳志平，章序文，林興華，等.攪拌與混合設備設計選用手冊[M].北京：化學工業出版社，2004：58.

[3] 張志涌.精通MATLAB R2011a[M].北京：北京航空航天大學出版社，2011.

[4] 周麗娜，苗一. 綜述機械攪拌器的形式及應用[J].今日科苑，2010，(4)：58.

[5] 徐季亮.攪拌器的選型方法探討[J].化工裝備技術，1991，12 (5)：24～31.

[6] 華依青.攪拌器在化工單元設備中的選用[J].化工設計，2004，14(6)：10～13.

DevelopmentandApplicationofParameterDesignQuerySoftwareforIndustrialStirrers

KONG Hao-jie, WANG Yan, XIE Chao-chao, LIANG Jia-yun, WANG Tian-jing, YANG Bin

(SchoolofChemicalEngineering,NorthwestUniversity,Xi’an710069,China)

Making use of Matlab software to write a program and establish stirrer’s GB database as well as to design GUI user interface so as to develop a complete set of parameter design query software to benefit users immediately and accurately. The test result shows that query software’s averaged run time stays at 0.26s.

stirrer, query software, Matlab software, GUI user interface

*陜西省大學生創新創業訓練計劃項目(0816)，陜西省教育廳科學研究計劃項目自然科學研究項目(11JK0619)，教育部博士點基金新教師項目(20116101120027)。

**孔浩杰，男，1992年8月生，本科生。陜西省西安市，710069。

TQ051.7+2

A

0254-6094(2015)02-0212-04

2014-05-06，

2015-03-18)