專利名稱：膠液流量的控制裝置及其控制方法
技術領域：
本發明涉及陶瓷材料領域，尤其涉及一種適用于溶膠凝膠法制備陶瓷微球工藝中對膠液流量進行高精度控制的裝置及其方法。
背景技術：
溶膠凝膠法制備陶瓷微球工藝應用于制備高溫氣冷堆球形燃料元件的二氧化鈾核芯。該二氧化鈾燃料核芯要求直徑500微米左右，尺寸偏差小。溶膠凝膠法制備二氧化鈾核芯主要有以下步驟1、溶解，將八氧化三鈾(U308)粉末溶于硝酸中，配置成有一定鈾原子濃度的硝酸鈾酰溶液；2、煮膠，在硝酸鈾酰溶液中按一定計量比加入尿素，在一定溫度下蒸發濃縮一定時間，冷卻后加入增稠劑調整粘度，即獲得膠液；3、分散造粒，將備好的膠液移入壓力罐中，用一定的壓力推動膠液沿管道流動，膠液最終被送入具有一定頻率振動的振動噴嘴，從振動噴嘴流出后分散成為有一定尺寸的液滴，這個步驟需要精確的控制流量，因為流量的差別直接導致液滴尺寸的偏差；4、膠凝成球，液滴形成之后先經過空氣區，依靠自身的表面張力形成球形，球形液滴再通過氨氣區，液滴與氨氣發生膠凝反應使表面預固化而具有一定的強度，之后進入氨水區進行進一步的膠凝反應成為凝膠球；5、陳化，凝膠球剛剛形成時，膠凝反應只在凝膠球表面附近完成，凝膠球內部反應需要一定的時間和溫度，因此需要將凝膠球置于氨水中加熱陳化1 3小時，使凝膠球反應完全，成為均勻的有一定強度的球形顆粒；6、洗滌，硝酸鈾酰與氨水反應生成重鈾酸銨和硝酸銨，重鈾酸銨是所需成分，而硝酸銨是有害成分，容易在后續工藝中造成小球破裂，因此必須將硝酸銨除去，方法是反復的洗滌。洗滌需要3 5遍，第一遍使用 2%的稀氨水，隨后幾遍使用去離子水，每次的洗液需要測試其硝酸濃度，確保硝酸根含量足夠低；7、干燥，洗滌后的小球用真空旋轉干燥法干燥，需要控制溫度、真空度和旋轉速度，以保證干燥過程充分完成且不能造成小球的破壞；8、焙燒，干燥后的小球需要在焙燒爐中焙燒，以脫去小球中的有機物成分，同時小球的主要成分變為三氧化鈾；9、還原，焙燒球在還原爐中，在氫氣氣氛下被還原為二氧化鈾，需要保證合適的還原溫度和充足的還原劑和充足的還原時間；10、燒結，還原后的小球在氫氣氣氛下，在1400 1600攝氏度下燒結3 5小時， 成為二氧化鈾核芯；11、篩分和分選，經篩分和分選步驟，可以獲得尺寸均一，球形度滿足要求的二氧化鈾核芯。在上述制備二氧化鈾核芯的步驟中，步驟3分散造粒對最終的核芯球形度和尺寸偏差至關重要。沒有好的流量控制，就沒有穩定精確的尺寸控制。因此，控制高精度膠液流量對制備高溫堆燃料元件核芯有非常重要的意義。目前，在控制膠液流量的方法中，比較常用的是壓力控制和流量控制。在壓力控制方法中，壓力的供應主要采用氣瓶或者空氣壓縮機，若使用氣瓶控制壓力，由于氣體用量較大，需要經常更換氣瓶造成操作中斷，對生產非常不利，另外氣瓶費用高對控制生產成本不利。若使用空氣壓縮機，則有壓力不穩的問題，直接造成產品的尺寸不均勻，影響成品率。在流量控制法中，常用的是浮子流量計控制。由于浮子流量計對流體的物性敏感，例如粘度、 密度、溫度等，也就是說浮子流量計需要對特定的流體標定刻度，工作量大，且不可靠，因為微小的流量差別就會造成較大的產品尺寸偏差。以上方法由于不能同時對膠液的壓力和流量進行精確的控制，因此所獲得的膠液流量精度不高且不穩定，進而不能夠有效地控制產品的尺寸，使產品的成品率較低。
發明內容
(一)要解決的技術問題本發明要解決的技術問題是，針對上述缺陷，如何提供一種膠液流量的控制裝置及其控制方法，其能夠實現對膠液流量的精確控制，因而可以有效地控制產品尺寸，提高成品率，同時本發明還具有操作簡單，成本低的特點。( 二 )技術方案為解決上述技術問題，本發明提供了一種膠液流量的控制裝置，所述控制裝置包括依次連接的空氣壓縮機、一個或多個順次連接的氣壓緩沖裝置、壓力罐、電動閥和質量流量計，以及與所述電動閥和質量流量計相連的程序控制器；其中，所述空氣壓縮機，用于產生壓縮空氣；所述氣壓緩沖裝置，用于調節氣體管路中的氣壓；所述壓力罐，用于儲存膠液；所述電動閥，用于調節膠液流量；所述質量流量計，用于測量在管路中通過的膠液流量；所述程序控制器，用于對電動閥進行控制。其中，所述氣壓緩沖裝置包括相互連接的緩沖罐和減壓閥，所述緩沖罐用于存儲空氣，減壓閥用于降低緩沖罐中的氣壓。其中，所述氣壓緩沖裝置為兩個。其中，所述的空氣壓縮機上設有壓力保護裝置，所述壓力保護裝置用于當壓力超過設定的最大壓力時使空氣壓縮機停止工作，當壓力小于設定的最小壓力預定值后，使空氣壓縮機重新啟動。其中，所述的壓力罐呈扁平狀。其中，所述的空氣壓縮機上設有油水分離器。其中，所述的空氣壓縮機與氣壓緩沖裝置之間設有調節閥，所述調節閥用于調節第一個氣壓緩沖裝置中的壓力。一種利用前述控制裝置進行膠液流量控制的方法，所述方法包括步驟
Si，利用一級或多級氣壓緩沖裝置對空氣壓縮機產生的氣壓進行氣壓緩沖，為壓力罐提供穩定的氣壓；S2，通過程序控制器控制電動閥，對膠液流量進行補償，得到穩定的膠液流量。其中，所述步驟Sl包括采用一個或順次連接的多個氣壓緩沖裝置與空氣壓縮機和壓力罐分別連接，逐級降低氣壓緩沖裝置中的壓力，使壓力罐中的壓力值穩定在工作壓力；當壓力罐中壓力損失時，通過調節緩沖裝置中來補償，緩沖裝置的壓力損失由空氣壓縮機補償。其中，所述步驟S2包括通過質量流量計測定管路中的膠液流量，與程序控制器的設定值進行比較，控制電動閥對膠液流量進行補償，得到精確且穩定的膠液流量。其中，所述的空氣壓縮機上設有壓力保護裝置，當壓力超過設定的最大壓力時，使得空氣壓縮機停止工作；當壓力小于設定的最小壓力預定值后，使得空氣壓縮機重新啟動。(三)有益效果本發明通過采用空氣壓縮機產生壓力，并經過氣壓緩沖，為壓力罐提供穩定的壓力，壓力罐中的膠液被消耗時，采用電動閥對膠液流量進行補償，本發明使對膠液的壓力控制和流量控制有機地結合起來，能夠實現對膠液流量的高精度控制，因而可以有效地控制產品尺寸，提高產品的成品率，同時本發明還具有操作簡單，成本低的特點；另外，本發明將壓力罐設計成扁平狀可以減少膠液流出過程中液面的下降。減少液面的變化可以使流量損失減小，減少的流量損失更容易被補償，這有利于保證穩定的膠液流量。
圖1為本發明的實施例中所述膠液流量的控制裝置的結構示意圖；圖2為本發明實施例中所述膠液流量的控制方法的流程圖。其中1-空氣壓縮機，2-氣壓緩沖裝置，3-壓力罐，4-電動閥，5-質量流量計， 6-程序控制器，7-壓力保護裝置，8-油水分離器，9-調節閥，10-振動分散系統。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。如圖1所示，本發明膠液流量的控制裝置，包括依次連接的空氣壓縮機1、一個或多個順次連接的氣壓緩沖裝置2、壓力罐3、電動閥4和質量流量計5，以及與所述電動閥4和質量流量計5相連的程序控制器6 ；所述空氣壓縮機1，用于產生壓縮空氣；所述氣壓緩沖裝置2，用于調節氣體管路中的氣壓；所述壓力罐3，用于儲存膠液；所述電動閥4，用于調節膠液流量；所述質量流量計5，用于測量在管路中通過的膠液流量；所述程序控制器6，用于對電動閥4進行控制。所述氣壓緩沖裝置2包括相互連接的緩沖罐和減壓閥。本實施例以兩個順次連接的氣壓緩沖裝置為例進行說明。第一個氣壓緩沖裝置為第一級氣壓緩沖裝置，包括第一緩沖罐和第一減壓閥；第二個氣壓緩沖裝置為第二級氣壓緩沖裝置，包括第二緩沖罐和第二減壓閥。所述空氣壓縮機1是活塞式空氣壓縮機或螺桿式空氣壓縮機，空氣壓縮機1與第一級緩沖罐之間安裝有調節閥9。調節閥9用于調節第一級緩沖罐中的壓力。空氣壓縮機1上設有壓力保護裝置7，用于當壓力超過設定的最大壓力時使得空氣壓縮機1停止工作；當壓力小于設定的最小壓力預定值后使得空氣壓縮機重新啟動。空氣壓縮機1上還設有油水分離器8，油水分離器8用于過濾掉空氣中的水分和雜質，以免水分和雜質對儲存和使用壓縮空氣的設備和儀器造成破壞。第一級緩沖罐是容積為30 100立方米的鋼質儲氣罐，可承受10兆帕壓力，第一級緩沖罐上裝有壓力表和放氣閥。第一級緩沖罐獲得穩定的壓力后，壓縮空氣通過第一級減壓閥減壓后進入第二級緩沖罐，第二級緩沖罐是容積為1 5立方米的鋼質儲氣罐，可承受5兆帕壓力，第二級緩沖罐上也裝有壓力表和放氣閥。第二級緩沖罐獲得穩定壓力后，壓縮空氣通過第二級減壓閥進入儲存膠液的壓力罐3。第一級緩沖罐和第二級緩沖罐上均設有過壓保護裝置。過壓保護裝置用于保證壓力不會超過后續工藝設備的設計壓力。所述壓力罐3由耐酸堿腐蝕的不銹鋼材質加工而成，容積為10 100升，可承受 5兆帕壓力。壓力罐3上裝有精密壓力表和放氣閥。壓力罐3呈扁平狀，把壓力罐3設計成扁平狀可以減少膠液流出過程中液面的下降。減少液面的變化可以使流量損失減小，減少的流量損失更容易被補償，這有利于保證穩定的膠液流量。本發明實施例2 如圖2所示，利用上述控制裝置進行膠液流量控制的方法，包括步驟Si，利用一級或多級氣壓緩沖裝置2對空氣壓縮機1產生的氣壓進行氣壓緩沖，為壓力罐3提供穩定的氣壓；本步驟中，例如可以采用兩級氣壓緩沖裝置2，每個氣壓緩沖裝置2均包括緩沖罐和減壓閥。第一級緩沖罐和第二級緩沖罐的出口處、空氣壓縮機與第一級緩沖罐之間以及壓力罐與電動閥之間均設有球閥。逐級降低氣壓緩沖裝置2中的壓力，可使壓力罐3中的氣壓值穩定在工作壓力；當壓力罐3中氣壓損失時，可通過調節氣壓緩沖裝置2來補償，氣壓緩沖裝置2的壓力損失可以通過空氣壓縮機1補償。例如，開啟空氣壓縮機1后調節第一級緩沖罐中的氣壓，使其大約穩定在2倍的工作壓力，然后調節第一級減壓閥，使第二級緩沖罐壓力穩定在1.5倍的工作壓力，最后調節第二級減壓閥，可使壓力罐中的氣壓精確的穩定在工作壓力。壓力罐3內的氣壓損失時，可通過調節第二級減壓閥由第二級緩沖罐補償，第二級緩沖罐中的氣壓損失可通過調節第一級減壓閥由第一級緩沖罐補償，第一級緩沖罐中的壓力損失可通過壓力保護裝置7由空氣壓縮機1補償。空氣壓縮機1上設有壓力保護裝置7。當壓力超過設定的最大壓力時使得空氣壓縮機1停止工作；當壓力小于設定的最小壓力預定值后使得空氣壓縮機1重新啟動。
S2，通過程序控制器6控制電動閥4，對膠液流量進行補償，得到穩定的膠液流量。本步驟中，通過質量流量計5測定管路中的膠液流量，與程序控制器6的設定值進行比較，控制電動閥4對膠液流量進行補償，得到精確且穩定的膠液流量。在壓力罐3獲得穩定的壓力供應后，膠液依次通過球閥、電動閥4和質量流量計5 后進入振動分散系統10分散造粒。所述質量流量計5能夠精確測量瞬間在管路中通過的膠液流量，質量流量計5把測量值輸送給程序控制器6。程序控制器6通過計算流量實測值與設定值之間的差別，逐步調整電動閥4，進而調整膠液流量，使其迅速達到設定值，工作過程中流量出現細微差別時，自動調整電動閥4補償流量的變化，使其長時間的穩定在設定流量。程序控制器6為現有技術產品。以上實施方式僅用于說明本發明，而并非對本發明的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬于本發明的范疇，本發明的專利保護范圍應由權利要求限定。
權利要求
1.一種膠液流量的控制裝置，其特征在于，所述控制裝置包括依次連接的空氣壓縮機(1)、一個或多個順次連接的氣壓緩沖裝置O)、壓力罐(3)、電動閥(4)和質量流量計(5)，以及與所述電動閥(4)和質量流量計( 相連的程序控制器 (6)；其中，所述空氣壓縮機(1)，用于產生壓縮空氣；所述氣壓緩沖裝置O)，用于調節氣體管路中的氣壓；所述壓力罐(3)，用于儲存膠液；所述電動閥G)，用于調節膠液流量；所述質量流量計(5)，用于測量在管路中通過的膠液流量；所述程序控制器(6)，用于對電動閥(4)進行控制。
2.根據權利要求1所述的膠液流量的控制裝置，其特征在于，所述氣壓緩沖裝置(2)包括相互連接的緩沖罐和減壓閥，所述緩沖罐用于存儲空氣，減壓閥用于降低緩沖罐中的氣壓。
3.根據權利要求1所述的膠液流量的控制裝置，其特征在于，所述氣壓緩沖裝置(2)為兩個。
4.根據權利要求1所述的膠液流量的控制裝置，其特征在于，所述的空氣壓縮機(1)上設有壓力保護裝置(7)，所述壓力保護裝置(7)用于當壓力超過設定的最大壓力時使空氣壓縮機(1)停止工作，當壓力小于設定的最小壓力預定值后，使空氣壓縮機(1)重新啟動。
5.根據權利要求1所述的膠液流量的控制裝置，其特征在于，所述的壓力罐C3)呈扁平狀。
6.根據權利要求1所述的膠液流量的控制裝置，其特征在于，所述的空氣壓縮機(1)與氣壓緩沖裝置( 之間設有調節閥(9)，所述調節閥(9)用于調節第一個氣壓緩沖裝置(2) 中的壓力。
7.一種利用權利要求1 6任一項中所述控制裝置進行膠液流量控制的方法，其特征在于，所述方法包括步驟S1，利用一級或多級氣壓緩沖裝置對空氣壓縮機產生的氣壓進行氣壓緩沖，為壓力罐提供穩定的氣壓；S2，通過程序控制器控制電動閥，對膠液流量進行補償，得到穩定的膠液流量。
8.根據權利要求7所述的膠液流量的控制方法，其特征在于，所述步驟Sl包括采用一個或順次連接的多個氣壓緩沖裝置與空氣壓縮機和壓力罐分別連接，逐級降低氣壓緩沖裝置中的壓力，使壓力罐中的壓力值穩定在工作壓力；當壓力罐中壓力損失時，通過調節緩沖裝置中來補償，緩沖裝置的壓力損失由空氣壓縮機補償。
9.根據權利要求7所述的膠液流量的控制方法，其特征在于，所述步驟S2包括通過質量流量計測定管路中的膠液流量，與程序控制器的設定值進行比較，控制電動閥對膠液流量進行補償，得到精確且穩定的膠液流量。
10.根據權利要求7所述的控制高精度膠液流量的方法，其特征在于，所述的空氣壓縮機上設有壓力保護裝置，當壓力超過設定的最大壓力時，使得空氣壓縮機停止工作；當壓力小于設定的最小壓力預定值后，使得空氣壓縮機重新啟動。
全文摘要
本發明公開了一種膠液流量的控制裝置及其控制方法，所述控制裝置包括依次連接的空氣壓縮機(1)、一個或多個順次連接的氣壓緩沖裝置(2)、壓力罐(3)、電動閥(4)和質量流量計(5)，以及與所述電動閥(4)和質量流量計(5)相連的程序控制器(6)；其中，所述空氣壓縮機(1)，用于產生壓縮空氣；所述氣壓緩沖裝置(2)，用于調節氣體管路中的氣壓；所述壓力罐(3)，用于儲存膠液；所述電動閥(4)，用于調節膠液流量；所述質量流量計(5)，用于測量在管路中通過的膠液流量；所述程序控制器(6)，用于對電動閥(4)進行控制。本發明可以有效地控制產品尺寸，提高成品率，同時本發明還具有操作簡單，成本低的特點。
文檔編號F16K31/02GK102276261SQ20111011722
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月6日 優先權日2011年5月6日
發明者周湘文, 唐亞平, 梁彤祥, 趙興宇, 郝少昌, 郭文利, 馬景陶 申請人:清華大學