工业搅拌器设计参数查询软件的开发与应用*

孔浩杰 王 艳 谢超超 梁佳赟 王田静 杨 斌

(西北大学化工学院)

工业搅拌器设计参数查询软件的开发与应用*

孔浩杰**王 艳 谢超超 梁佳赟 王田静 杨 斌

(西北大学化工学院)

利用Matlab软件编写程序建立搅拌器国标参数数据库，并设计图形用户界面，开发出一套完整的工业搅拌器设计参数国标数据查询软件，帮助用户准确、快捷地找到与其匹配的国标参数，缩短查询数据的时间，提高设计准确性。经过测定，软件平均运行时间为0.26s。

搅拌器 查询软件 Matlab软件 图形用户界面

搅拌器被广泛应用在化工、医药、生物工程、燃料、食品、油漆及农药等行业领域[1]，尤其是在化工行业，搅拌器常被用来对物料进行混合、溶解、传热、化学反应及制备悬浮液等[1]。随着对搅拌器理论研究的不断深入，其种类越来越多，搅拌效果不断提升，可在不同复杂场合条件下良好地工作。新型非标搅拌器虽然具有良好的搅拌效果，但其对搅拌场合、条件和物料有严格要求，设计加工均有针对性，设备缺乏通用性和互换性。因此，对搅拌设备实现标准化非常重要。国内批量制造和使用搅拌器需要采用国标数据，但搅拌器的型式多种多样，且每一类搅拌器的国标参数繁多、各有不同[2]，人工查阅已有国家标准规范时工作量大，耗时耗力，效率低；同时，由于数据繁杂，表格细密，人工查询参数时可能会出现读取错误的现象；另外，正确理解、查阅搅拌器相关国家标准规范需要一定的机械类专业背景。为此，笔者采用Matlab软件开发了工业搅拌器设计参数国标数据的查询软件，并完成了图形用户界面(GUI)设计。

1 软件编程和GUI设计

设计软件时，首先建立一个数据库用来保存搅拌器国家标准规范给出的设计参数；然后编写一个调用模块，根据给定的初始设计参数确定桨型后，调用数据库，得到与其匹配的设计参数国标数据；最后，设计GUI。GUI用以实现人机交互操作，使软件操作便捷、明确，提高软件的可用性。

1.1软件编程

软件数据库采用开放式设计，可以根据用户需要和技术发展不断补充新型搅拌器的国标参数扩展数据库，或根据新的国家标准规范对数据库中已有的搅拌器参数进行修正。笔者选择工业生产领域中应用较为广泛的开启涡轮式、圆盘涡轮式、圆盘锯齿式、锚框式和桨式搅拌器的国标参数建立数据库。

数据库调用模块需根据选定的桨型和给定的初始设计参数对数据库进行调用，将参数与数据库中对应的国标参数进行比较，选择与之偏差最小的一组国标参数。若偏差超过给定的范围，说明输入数据超过了国标参数的范围，用户需重新输入搅拌器类型和参数；若偏差没有超过给定的范围，则软件输出该组国标参数并保存(图1)。

图1 数据库调用模块程序流程

初始设计参数是任意可选的，数据库调用模块采用switch语句实现给定初始设计参数：

switch handles.clm7{handles.ic7}

%用户输入初始设计参数

case′搅拌罐直径Dg′

%如选取参数是搅拌罐直径

Dg=handles.x2；

%根据用户所填数值大小

D=0.33*Dg；

%进行搅拌罐直径与搅拌器直径的换算

case′轮毂内径d′

d=handles.x2；

erro=abs(A2-d)；

case′轮毂外径d2′

d2=handles.x2；

erro=abs(A3-d2)；

case′轮毂支耳的外径L′

L=handles.x2；

erro=abs(A4-L)；

1.2GUI设计

GUI是由窗、轴、按键、菜单、工具图标及文字说明等图形对象构成的用户界面，用户通过鼠标或键盘选择、激活这些图形对象，实现计算、绘制图表及产生动画等功能[3]。GUI设计需遵循4个原则：简单性、规范性、一致性和习常性[3]。根据以上原则设计出的GUI如图2所示。

图2 搅拌器设计参数查询软件用户界面 ①——界面标题和菜单栏； ②——按钮式搅拌器类型选择菜单； ③——下拉式叶片类型选择菜单；④——下拉式参数选择菜单； ⑤——输出参数显示区域； ⑥——参数单位；⑦——指定的数据保存目录； ⑧——用户退出按钮

由于不同搅拌器类型的叶片类型也各不相同，且存在子分类，因此采用下拉式菜单给出不同搅拌器类型的所有叶片类型供用户筛选(图3)，有效节省了界面空间，保证界面的简单性。

用户只有给定搅拌器初始参数后才能确定其尺寸，且每类搅拌器的参数类别繁多，因此将参数的选择和输入设计成下拉式菜单供用户选择(图4)。

图3 叶片类型选择菜单

输入数据超出国标参数范围时，界面出现警示框以提醒用户重新输入数据进行选型。

图4 具体参数的下拉菜单

搅拌器的设计参数繁多，为方便用户读取，输出数据以表格形式呈现。

2 软件应用示例

假设某搅拌器的工作介质中含有固体，粘度为30Pa·s，转速N=150r/min，根据所给要求选择开启涡轮式六弯叶搅拌器[4]。开启涡轮式没有中间的圆盘结构，不阻碍桨叶上下的液相混合[5]，循环流量大，轴向混合效果好；六弯叶桨叶的磨损、消耗功率小[6]，排出性能好[5]，因此开启涡轮式六弯叶搅拌器是最适合实现固液悬浮操作的搅拌器。

此时输入初始设计参数就得到与开启涡轮式六弯叶搅拌器相匹配的国标参数(搅拌器直径DJ、轮毂内径d、轮毂外径d2、轮毂支耳的外径L、搅拌器紧定螺钉孔径d1(M)、搅拌器桨叶连接螺栓孔径d0(4-M)、键槽的宽度b、轮毂内径与键槽深度之和t、搅拌器桨叶的厚度δ、搅拌器桨叶的宽度B、轮毂高度h、搅拌器许用扭矩M和搅拌器安装高度C)。如：选择搅拌器的搅拌罐直径Dg=500mm，程序运行结果见表1第一行；当其他条件不变，选择搅拌器的轮毂高度h=210mm时，得到的参数见表1第二行；选择搅拌器的轮毂内径d=70mm时，得到两组国标参数(表1第三、四行)，此时还需要根据其他参数进一步确定所满足条件的一组国标参数。

表1 应用示例的输出参数表 mm

应用CPU内部计数得到程序的平均运行时间为0.26s，远少于人工查询参数耗费的时间。

3 结束语

笔者根据国家标准规范给出的各类型搅拌器设计参数，利用Matlab软件建立数据库，编写参数查询调用模块，并完成GUI设计，开发了工业搅拌器设计参数国标数据查询软件，帮助设计者准确、快捷地调用国家标准数据，减少设计时间，消除人工查询可能产生的误差，提高设计效率和质量。但该软件仅适用于熟悉搅拌器结构和设计的用户，不能实现搅拌器自动选型功能，参考优化决策理论进行自动选型程序的设计是未来工作的重点。此外，该软件数据库目前只选取了较为常用的几种搅拌器类型，无法满足设计新型搅拌器用户的需求，有待于进一步扩充完善。

[1] 陈俊英，李红伟.化工行业常用搅拌器研究热点[J].现代工业，2011，31(10)：12～16.

[2] 陈志平，章序文，林兴华，等.搅拌与混合设备设计选用手册[M].北京：化学工业出版社，2004：58.

[3] 张志涌.精通MATLAB R2011a[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.

[4] 周丽娜，苗一. 综述机械搅拌器的形式及应用[J].今日科苑，2010，(4)：58.

[5] 徐季亮.搅拌器的选型方法探讨[J].化工装备技术，1991，12 (5)：24～31.

[6] 华依青.搅拌器在化工单元设备中的选用[J].化工设计，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

*陕西省大学生创新创业训练计划项目(0816)，陕西省教育厅科学研究计划项目自然科学研究项目(11JK0619)，教育部博士点基金新教师项目(20116101120027)。

**孔浩杰，男，1992年8月生，本科生。陕西省西安市，710069。

TQ051.7+2

A

0254-6094(2015)02-0212-04

2014-05-06，

2015-03-18)