工業(yè)攪拌器設(shè)計(jì)參數(shù)查詢軟件的開發(fā)與應(yīng)用*

孔浩杰 王 艷 謝超超 梁佳赟 王田靜 楊 斌

(西北大學(xué)化工學(xué)院)

工業(yè)攪拌器設(shè)計(jì)參數(shù)查詢軟件的開發(fā)與應(yīng)用*

孔浩杰**王 艷 謝超超 梁佳赟 王田靜 楊 斌

(西北大學(xué)化工學(xué)院)

利用Matlab軟件編寫程序建立攪拌器國標(biāo)參數(shù)數(shù)據(jù)庫，并設(shè)計(jì)圖形用戶界面，開發(fā)出一套完整的工業(yè)攪拌器設(shè)計(jì)參數(shù)國標(biāo)數(shù)據(jù)查詢軟件，幫助用戶準(zhǔn)確、快捷地找到與其匹配的國標(biāo)參數(shù)，縮短查詢數(shù)據(jù)的時間，提高設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性。經(jīng)過測定，軟件平均運(yùn)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(yīng)用在化工、醫(yī)藥、生物工程、燃料、食品、油漆及農(nóng)藥等行業(yè)領(lǐng)域[1]，尤其是在化工行業(yè)，攪拌器常被用來對物料進(jìn)行混合、溶解、傳熱、化學(xué)反應(yīng)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(fù)雜場合條件下良好地工作。新型非標(biāo)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(yán)格要求，設(shè)計(jì)加工均有針對性，設(shè)備缺乏通用性和互換性。因此，對攪拌設(shè)備實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化非常重要。國內(nèi)批量制造和使用攪拌器需要采用國標(biāo)數(shù)據(jù)，但攪拌器的型式多種多樣，且每一類攪拌器的國標(biāo)參數(shù)繁多、各有不同[2]，人工查閱已有國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范時工作量大，耗時耗力，效率低；同時，由于數(shù)據(jù)繁雜，表格細(xì)密，人工查詢參數(shù)時可能會出現(xiàn)讀取錯誤的現(xiàn)象；另外，正確理解、查閱攪拌器相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范需要一定的機(jī)械類專業(yè)背景。為此，筆者采用Matlab軟件開發(fā)了工業(yè)攪拌器設(shè)計(jì)參數(shù)國標(biāo)數(shù)據(jù)的查詢軟件，并完成了圖形用戶界面(GUI)設(shè)計(jì)。

1 軟件編程和GUI設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)軟件時，首先建立一個數(shù)據(jù)庫用來保存攪拌器國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范給出的設(shè)計(jì)參數(shù)；然后編寫一個調(diào)用模塊，根據(jù)給定的初始設(shè)計(jì)參數(shù)確定槳型后，調(diào)用數(shù)據(jù)庫，得到與其匹配的設(shè)計(jì)參數(shù)國標(biāo)數(shù)據(jù)；最后，設(shè)計(jì)GUI。GUI用以實(shí)現(xiàn)人機(jī)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(shù)據(jù)庫采用開放式設(shè)計(jì)，可以根據(jù)用戶需要和技術(shù)發(fā)展不斷補(bǔ)充新型攪拌器的國標(biāo)參數(shù)擴(kuò)展數(shù)據(jù)庫，或根據(jù)新的國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對數(shù)據(jù)庫中已有的攪拌器參數(shù)進(jìn)行修正。筆者選擇工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)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(biāo)參數(shù)建立數(shù)據(jù)庫。

數(shù)據(jù)庫調(diào)用模塊需根據(jù)選定的槳型和給定的初始設(shè)計(jì)參數(shù)對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行調(diào)用，將參數(shù)與數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)的國標(biāo)參數(shù)進(jìn)行比較，選擇與之偏差最小的一組國標(biāo)參數(shù)。若偏差超過給定的范圍，說明輸入數(shù)據(jù)超過了國標(biāo)參數(shù)的范圍，用戶需重新輸入攪拌器類型和參數(shù)；若偏差沒有超過給定的范圍，則軟件輸出該組國標(biāo)參數(shù)并保存(圖1)。

圖1 數(shù)據(jù)庫調(diào)用模塊程序流程

初始設(shè)計(jì)參數(shù)是任意可選的，數(shù)據(jù)庫調(diào)用模塊采用switch語句實(shí)現(xiàn)給定初始設(shè)計(jì)參數(shù)：

switch handles.clm7{handles.ic7}

%用戶輸入初始設(shè)計(jì)參數(shù)

case′攪拌罐直徑Dg′

%如選取參數(shù)是攪拌罐直徑

Dg=handles.x2；

%根據(jù)用戶所填數(shù)值大小

D=0.33*Dg；

%進(jìn)行攪拌罐直徑與攪拌器直徑的換算

case′輪轂內(nèi)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(shè)計(jì)

GUI是由窗、軸、按鍵、菜單、工具圖標(biāo)及文字說明等圖形對象構(gòu)成的用戶界面，用戶通過鼠標(biāo)或鍵盤選擇、激活這些圖形對象，實(shí)現(xiàn)計(jì)算、繪制圖表及產(chǎn)生動畫等功能[3]。GUI設(shè)計(jì)需遵循4個原則：簡單性、規(guī)范性、一致性和習(xí)常性[3]。根據(jù)以上原則設(shè)計(jì)出的GUI如圖2所示。

圖2 攪拌器設(shè)計(jì)參數(shù)查詢軟件用戶界面 ①——界面標(biāo)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(shù)選擇菜單； ⑤——輸出參數(shù)顯示區(qū)域； ⑥——參數(shù)單位；⑦——指定的數(shù)據(jù)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(jié)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(shù)后才能確定其尺寸，且每類攪拌器的參數(shù)類別繁多，因此將參數(shù)的選擇和輸入設(shè)計(jì)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(shù)據(jù)超出國標(biāo)參數(shù)范圍時，界面出現(xiàn)警示框以提醒用戶重新輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行選型。

圖4 具體參數(shù)的下拉菜單

攪拌器的設(shè)計(jì)參數(shù)繁多，為方便用戶讀取，輸出數(shù)據(jù)以表格形式呈現(xiàn)。

2 軟件應(yīng)用示例

假設(shè)某攪拌器的工作介質(zhì)中含有固體，粘度為30Pa·s，轉(zhuǎn)速N=150r/min，根據(jù)所給要求選擇開啟渦輪式六彎葉攪拌器[4]。開啟渦輪式?jīng)]有中間的圓盤結(jié)構(gòu)，不阻礙槳葉上下的液相混合[5]，循環(huán)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(shí)現(xiàn)固液懸浮操作的攪拌器。

此時輸入初始設(shè)計(jì)參數(shù)就得到與開啟渦輪式六彎葉攪拌器相匹配的國標(biāo)參數(shù)(攪拌器直徑DJ、輪轂內(nèi)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(nèi)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(yùn)行結(jié)果見表1第一行；當(dāng)其他條件不變，選擇攪拌器的輪轂高度h=210mm時，得到的參數(shù)見表1第二行；選擇攪拌器的輪轂內(nèi)徑d=70mm時，得到兩組國標(biāo)參數(shù)(表1第三、四行)，此時還需要根據(jù)其他參數(shù)進(jìn)一步確定所滿足條件的一組國標(biāo)參數(shù)。

表1 應(yīng)用示例的輸出參數(shù)表 mm

應(yīng)用CPU內(nèi)部計(jì)數(shù)得到程序的平均運(yùn)行時間為0.26s，遠(yuǎn)少于人工查詢參數(shù)耗費(fèi)的時間。

3 結(jié)束語

筆者根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范給出的各類型攪拌器設(shè)計(jì)參數(shù)，利用Matlab軟件建立數(shù)據(jù)庫，編寫參數(shù)查詢調(diào)用模塊，并完成GUI設(shè)計(jì)，開發(fā)了工業(yè)攪拌器設(shè)計(jì)參數(shù)國標(biāo)數(shù)據(jù)查詢軟件，幫助設(shè)計(jì)者準(zhǔn)確、快捷地調(diào)用國家標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，減少設(shè)計(jì)時間，消除人工查詢可能產(chǎn)生的誤差，提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。但該軟件僅適用于熟悉攪拌器結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)的用戶，不能實(shí)現(xiàn)攪拌器自動選型功能，參考優(yōu)化決策理論進(jìn)行自動選型程序的設(shè)計(jì)是未來工作的重點(diǎn)。此外，該軟件數(shù)據(jù)庫目前只選取了較為常用的幾種攪拌器類型，無法滿足設(shè)計(jì)新型攪拌器用戶的需求，有待于進(jìn)一步擴(kuò)充完善。

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

[2] 陳志平，章序文，林興華，等.攪拌與混合設(shè)備設(shè)計(jì)選用手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：58.

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

[4] 周麗娜，苗一. 綜述機(jī)械攪拌器的形式及應(yīng)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(shù)，1991，12 (5)：24～31.

[6] 華依青.攪拌器在化工單元設(shè)備中的選用[J].化工設(shè)計(jì)，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(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(0816)，陜西省教育廳科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目自然科學(xué)研究項(xiàng)目(11JK0619)，教育部博士點(diǎn)基金新教師項(xiàng)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)