一種利用負壓清理廢液的工具設計

張芳海 靳福剛 羅欽科

貴州中煙工業有限責任公司 貴定卷煙廠 貴州 黔南 551300

引言

由于生產的特殊性，在過程中需要使用液體作為輔助生產介質，使得現場及設備周圍不可避免地存在一些滴漏或溢出的廢液，這些廢液采用一個接油盤進行收集，然后再定時進行清理，而現有的清理方式是用吸收性較好的布進行擦拭，在遇見狹小空間或者廢液堆積量較大時，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，現場工作人員通過分析現場生產情況以及目前可用技術和設備，在此基礎設計了一臺移動式清潔工具，專門用來清理這部分廢液，改善現狀。

1 現狀及問題

目前設備周圍滴漏和溢出廢液是采用一個接油盤進行收集，當接油盤收集快滿時需要對其進行統一回收清理。該接油盤為全開放式，且位于設備最底部，過程中會掉入一些固體雜質。

目前對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，剩余的采用布進行擦拭。由于設備底部空間狹小，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，

結合現場常用工具，思考用泵來代替手動舀油的環節，但實際驗證下來效果并不好，主要原因：不管使用何種泵，當廢液中混有固體雜質時，均有堵塞泵的問題，效率低，且還需要經常清理維護泵體，使用不便[1]。

2 提出解決思路

通過對現狀進行分析，作者決定在現有基礎上深入探索，找出合理的解決方案。首先進一步分析泵深層次的工作原理，它是通過改變動作元件兩側壓力差的方式來實現介質轉移。在此基礎上繼續查找采用類似原理工作的工具，發現可以借鑒的還有現場使用的吸塵器，它是采用離心泵工作原理，但是其結構中設計有一個儲存倉用來收集吸附回來的雜質，但其主要用于固體以及微量液體的回收，無法實現大量液體的回收。筆者決定在此基礎上進行進一步思考和探索。

參照吸塵器工作原理，設計出一個初步方案如下圖所示：

如圖，設計一個收集容器來充當存儲倉，通過負壓使容器內壓強小于大氣壓，這樣來實現讓廢液被外界大氣壓通過回收管道壓入收集容器內的功能。到此，筆者提出兩個需求，一是廢液收集容設計，它需要滿足壓力容器設計相關要求，二是負壓來源。解決這兩個需求基本就能夠實現設想功能，設計出一套符合我們需求的廢液清理工具，從而解決目前面對問題。

2.1 廢液收集容器設計

2.1.1 結構設計。

2.1.1.1 容器結構設計需要預留正負壓進出口，負壓用于降低容器內部壓力，實現設計功能，正壓用于排出收集廢液，實現容器內部廢液清空；

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

2.1.1.3 壓力容器上開孔會影響其受力分布，削弱容器壓力承受能力，所以設計時本著盡量減少孔的原則，將廢液進出口設計成同一個孔；

2.1.1.4 為減少連接焊縫，保障壓力容器密封性，參照壓力容器設計原則，選擇將其形狀設計成圓柱形狀結構；

2.1.1.5 為方便該工具自身的清潔保養，容器結構設計成可開蓋設計；

最終結構如下所示：

2.1.2 容器尺寸設計。查閱壓力容器設計相關要求，然后按以下步驟設計具體參數：

2.1.2.1 壓力容器設計壓力取值為最高工作壓力的1.05～1.10倍。根據介質的危害性和容器所附帶的安全裝置，結合生產現場使用壓力p=0.6MP，取下限，計算出設計壓力為： Pc=1.05x0.6=0.63Mp

2.1.2.2 確定容積，根據現場接油盤尺寸計算一盤油液體積，設計容器容積以該體積為參考依據進行，據現場接油盤尺寸算出一盤油液體積為0.036ｍ３，

2.1.2.3 確定尺寸，現場需要收集的液體無腐蝕，根據壓力容器設計要求其腐蝕裕量取1～2mm即可滿足使用壽命的要求，所及設計容器壁厚大于2mm即可，

結合需要，設計成移動式，所以其寬度不能超多現場最窄處過道，通過現場勘測，最窄過道處為寬度為800mm，取設計寬度不能超過800mm，

圓筒型壓力容器，長徑比為2～5，一般取2～3就可以，按這個要求，取2，設容器半徑為X，根據體積計算公式V=πr2h，0.036=3.14*X2*2X，

計算出X=0.18m=180mm

發出結論：容器直徑設計為360mm, 高度720mm，壁厚取2mm。

再根據壓力容器材料選擇要求，確定容器材料[2]。

然后設計圖紙聯系加工。

2.2 負壓來源

2.2.1 負壓源選擇。根據現場條件，對比可獲得負壓的方式：

2.2.1.1 負壓風機：需要重新接一臺負壓風機，要設計安裝位置，控制線路，管道布局，且只能固定在某處，不便于移動，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 通過負壓發生器將現場正壓轉換來使用：需要選擇合適負壓發生器，體積小，靈活方便移動，成本低。

通過對比，直接選擇采用負壓發生器將現場正壓轉換為負壓使用。

2.2.2 控制管路設計思路。設計控制功能為，當負壓進入時，容器內形成一定真空度環境，實現抽吸功能，當正壓進入時，容器內壓力大于外界大氣壓，實現排空功能。這兩種功能只能根據需要交替切換使用，所以需要設計兩條管路，一條進正壓，一條進負壓。筆者根據需求設計管路如下：

圖3 整體設計方案

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，另一條經過負壓發生器后再進入廢液收集容器，這樣就實現了小組設計的正負壓切換功能[3]。

2.2.3 負壓發生器選型。結合設計的容器真空度：Pc=0.63Mp，和現場使用氣源壓力P=0.6Mp，查閱真空發生器選擇要求，最終選擇型號為EV-20的單級真空發生器。

3 效果驗證

最終根據方案加工制作出廢液回收工具，并現場進行驗證測試。對比人工手動清理的效果和耗時如下：

人工舀油清潔效果與該工具抽吸后效果對比

手動清理耗時40.21min 借助工具清理耗時8.9min序號 舀油耗時（min） 清潔耗時（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 吸油耗時（min） 清潔耗時（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

通過對比測試數據發現，采用設計的工具后，清理效果和清理時間都得到優化，提高了該工作的工作效率，且效果十分明顯[4]。

4 結束語

本設計通過容器內外形成壓差的工作原理，解決在生產過程中由于廢液內混有固體雜質，不能直接用泵進行清理的問題。同時這一設計也可擴展運用到其他有液體回收需求的地方。有效解決了目前生產過程中回收廢液時遇到的問題，同時也對提高過程中的工作效率有十分重要的意義。