专利名称：泥沙模型试验加沙新工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于河工泥沙模型试验中泥沙模型加沙的新工艺。
背景技术：
河工泥沙模型试验需要控制模型进口流量和含沙量，在水沙分离型泥沙模型试验系统中，需要根据模型试验的输沙率，在模型进口段向模型中加入一定浓度的模型沙，使其与进入模型的清水混合，以达到试验所需要的含沙量。
目前泥沙模型试验所采用的加沙工艺方法是输沙与计量分离，在模型沙输送方面采用的是循环供沙方式，即用大功率的泥浆泵把一定浓度的模型沙输送到模型进口，再把多余的模型沙输送回加沙工作池；在计量方面是由人工根据事先率定的阀门开度组合，调整进入模型的沙量(如图1)。也有采用电动阀门控制流量大小，电磁流量计计量的(如图2)。目前现有的加沙工艺方法主要问题是耗电，控制不方便，控制精度不高，容易堵塞等。其产生上述问题的主要原因是其中耗电的原因是采用了循环供沙的方式，这种方式需要大功率的泥浆泵连续运行，不论模型需要的沙量大小，为防止管道淤堵，必须使管道中高浓度的泥沙不停的流动。以长江防洪模型供沙系统为例，长江防洪模型有7个加沙泵房，采用循环供沙工艺方法设计的加沙系统，系统中的1#、2#加沙泵房都采用4PN型的泥浆泵，单台电动机的功率为75kw，单机耗电1800度/天，系统中的4#---7#加沙泵房都采用3PN型的泥浆泵，单台电动机的功率为30kw，模型试验时仅供沙系统就日耗电近6500度，由此可见这种工艺方法耗能巨大。一次泥沙模型试验仅此将耗费数万元至数十万元。控制精度不高在人工调整阀门开度时，是由于阀门开度组合有限；在采用电动阀门控制流量大小，电磁流量计计量的组合中是由于电磁流量计在小流量时误差加大，甚至测不出。堵塞的原因是由于模型加沙流量的变幅一般很大，因此阀门开度需要调整的范围也大。人工控制阀门开度加沙，是在循环管道上直接开有大小口径不等的孔口，其中小口径的孔口时常会发生堵塞，而采用电动阀门控制流量，当小流量时，阀门需要关得很小，另外电磁流量计计量的组合中从循环管道到出口存在一段“盲肠段”，同时受电磁流量计使用条件的限制(管道内必须充满液体)，小流量运行时很容易发生堵塞，一旦发生堵塞将会很难疏通。因此很少采用这种组合方式，若采用这种组合方式，则必须把含沙量浓度降到足够低，方可正常运行。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有河工泥沙模型试验中加沙方法的不足之处，而提供一种泥沙模型试验加沙的新工艺。新工艺采用单螺杆泵变频调速控制，把模型沙输送和计量合二为一，可以做到定量输送模型沙，另外，不论流量大小，新工艺的输沙口径不变，有效地防止了小流量堵塞发生。采用单螺杆泵变频调速控制，很好地解决了上述问题。
本发明的目的是通过如下措施来达到的泥沙模型试验加沙新工艺，其特征在于它是在加沙工作池和模型进口河段之间采用单螺杆泵连接输沙管。
在上述技术方案中，所述单螺杆泵采用变频调速控制器控制。
在上述技术方案中，所述单螺杆泵连接的输沙管为单向管。
本发明泥沙模型试验加沙新工艺具有如下优点①、新工艺方法可以节省工程费用传统的加沙工艺方法输沙与计量分开，输沙除了靠泥浆泵外，还需要真空泵辅助启动泥浆泵。输沙管径也相对较粗，计量则需要用到电磁流量计与电动阀门等设备。新工艺方法输沙与计量合二为一，可以节省设备及材料费。从图1、图2和图3的对比可看出，管道安装可以节省一半，其他设备安装也可省去。因为系统规模、加沙量大小不同不便比较，但可以给出一个对比概念，一套单螺杆泵变频调速控制系统(G20-1加变频器)的费用(大约8000元)，低于一台小口径电磁流量计的费用(大约10000元)。
②、新工艺方法可以节省使用费用原加沙工艺系统工作时，无论加沙量的大小，泥浆泵都必须满负荷的工作，而采用单螺杆泵变频调速控制的加沙新工艺则根据加沙量的大小调节泵的输出流量，有效地节省了能源。以长江防洪模型供沙系统为例，长江防洪模型有7个加沙泵房，原采用老的加沙工艺方法设计加沙系统，1#、2#加沙泵房都采用4PN的泥浆泵，单台电动机的功率为75kw，单机耗电1800度/天，4#---7#加沙泵房都采用3PN的泥浆泵，单台电动机的功率为30kw，模型试验时加沙功率为270KW，仅供沙系统就日耗电近6500度，采用单螺杆泵变频调速控制的加沙新工艺方法完成相同的任务，设计共用4台G20-1(4×0.75KW)和5台G20-2(5×1.1KW)，加沙最大功率为8.5KW，加上工作池搅拌电机的功率，总功率为22KW。更何况模型加沙80％以上是小流量，所以实际的功耗还要减小。一般来说新工艺方法与传统的加沙工艺方法的功耗比大约为1/8到1/15左右。
③、新工艺方法的其他特点从试验效果来看，采用单螺杆泵变频调速控制的加沙新工艺方法控制流量方便、控制重复性好、控制精度高，新系统简单，灵活，自动化程度高，很容易与计算机连接，实现自动控制。对比原加沙工艺系统，与采用人工开孔调节加沙流量相比，克服了其精度低，控制不便的问题。与采用电磁流量计和电动阀门组合调节加沙流量相比，解决了原系统小流量易堵的问题，也比电磁流量计和电动阀门组合的设备费用低、控制方便。通过实验证实，加沙新工艺流程由于采用了单螺杆泵，可适应各种模型沙，可输送的模型沙浓度也远大于泥浆泵可输送的浓度，再加上采用了高科技的变频调速技术，因而加沙新工艺流程具备很多优良的特性，预计将取代原有的加沙工艺流程。
图1为现有采用人工调节开度的加沙工艺结构示意图；图2为现有采用电磁流量计和电动阀门调节流量的加沙工艺结构示意图；图3为本发明采用单螺杆泵变频调速控制的加沙工艺结构示意图。
图4为单螺杆泵工作时转子和定子的旋转角度变化图；图5为单螺杆泵工作原理示意图。
具体实施例方式
下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限制。
图中1为加沙工作池、2为搅拌器、3为泥浆泵、4为模型进口、5为输沙管、6为人工调节阀、7为电磁流量计、8为电动阀门、9为单螺杆泵、10为变频调速器。
参阅图1、图2可知目前所采用的加沙工艺方法是在模型沙输送方面采用的是循环供沙方式，即用大功率的泥浆泵把一定浓度的模型沙输送到模型池，再把多余的模型沙输送回加沙工作池。在计量方面是由人工根据事先率定的人工调节阀门开度组合，调整进入模型河段的沙量(如图1)。也有采用电动阀门控制流量大小，电磁流量计计量的(如图2)。目前现有的老加沙工艺方法主要问题是耗电，控制不方便，控制精度不高，容易堵塞等。
参阅图3可知本发明泥沙模型试验加沙工艺，它是在加沙工作池和模型进口池之间采用单螺杆泵连接输沙管，所述单螺杆泵采用变频调速控制器控制，所述单螺杆泵连接的输沙管为单向管。
参阅图4、图5可知具有特殊螺旋面型腔的弹性定子与具有大导程大齿高的转子相啮合，在定子型腔内构成连续的密封线将吸入腔与压出腔分隔，转子转动时型腔连续的向排出方向运动，使物料不断地被抽吸与被排出。
单螺杆泵的输出流量与单螺杆泵的转速成线性关系，所以可以方便的通过调整单螺杆泵的转速来调整流量，达到控制流量的目的。加沙新工艺方法正是利用了单螺杆泵的这个特点。另外还有单螺杆泵的转子转动时型腔连续的向排出方向运动，物料不断地被恒定的压力推挤排出。推挤压力与泵的级数有关，每增加一级，压力就增加0.6MPa，0.6MPa相当于60米的扬程。
单螺杆泵的特点单螺杆泵被广泛地应用于工业各部门，它最大的特点是对介质的适应性强，运行速度可高可低，流量平稳，压力脉动小，自吸能力高，它是一种内啮合回转式容积泵。
调速的常用方法由于要对单螺杆泵进行速度控制并计量，所以要对调速的方法进行比较。调速的常用方法有机械调速，直流电机调速，步进电机调速，交流伺服电机调速，交流变频调速等。机械调速一般是固定变比，需要手动操作，不适合自动控制。小功率时，采用直流调速比较方便，也容易控制，但大功率时，电机成本，控制电源成本，大幅度上升。步进电机可以做到精确定量，特别是对低转速的控制定量，但控制麻烦，成本高，也没有太大功率的电机产品。交流伺服电机调速是目前新发展的调速方法，主要问题是成套成本太高。交流变频调速已经使用了多年，已形成从数十瓦到数百千瓦的系列产品。随着合资企业及国内企业生产的变频器不断推出，变频器的价格已下降了许多，因此从通用性和成本考虑，选用交流变频调速的方法较佳。
下面通过试验来说明本发明泥沙模型试验加沙工艺的实施情况试验设备与系统选用了一台G20-1型单螺杆泵和一台磁束向量控制型交流变频器作为研究对象，在单螺杆泵的出口配合一段与泵的出口管径相同管径的长50余米的循环管道回到工作池即构成试验系统。单螺杆泵和交流变频器的性能和特点如下所列。
单螺杆泵性能表
交流变频器的性能和特点
试验内容与结论1、单螺杆泵的转速与流量关系验证试验，结论是线性关系良好。可以用控制转速方法达到控制流量的目的。
2、单螺杆泵的出口阻力变化对输出流量的影响试验，结论是在泵的输出压力范围内，延程阻力的变化对流量没有影响，当管道压力超过泵的输出压力时，流量才开始变小。
3、含沙量的变化对流量的影响试验，结论是含沙量在很大范围的变化对流量的影响很小。
4、长距离输沙试验，结论是在一定的范围内，通过相应的技术措施可以长距离输沙。
5、不同种类，不同比重，不同粒径的模型沙对流量的影响试验，结论是模型沙的变化对流量没有影响。
6、单螺杆泵的吸程变化对输出流量的影响，结论是略有影响，但相对变化不大，必要时可通过计算按比例进行补偿。
总的结论是单螺杆泵通过变频调速控制，可以控制流量，可以用于泥沙模型加沙。
需要说明的是对于所属领域的技术人员来说，在不改变本发明原理的前提下还可以对本发明做出若干的改变或变形，这同样属于本发明的保护范围。
权利要求
1.泥沙模型试验新加沙工艺，其特征在于它是在加沙工作池和模型进口河段之间采用单螺杆泵连接输沙管。
2.根据权利要求1所述的泥沙模型试验加沙新工艺，其特征在于所述单螺杆泵采用变频调速控制器控制。
3.根据权利要求1或2所述的泥沙模型试验加沙新工艺，其特征在于所述单螺杆泵连接的输沙管为单向管。
全文摘要
泥沙模型试验加沙新工艺，其特征在于它是在加沙工作池和模型进口河段之间采用单螺杆泵连接输沙管，所述单螺杆泵采用变频调速控制器控制。该方法采用单螺杆泵变频调速控制，比传统的加沙工艺方法省电、控制精度高、自动化程度高。采用新工艺方法组成的加沙系统结构简单，组成灵活，系统造价低。新工艺方法可适应各种泥沙模型和各种模型沙，可输送的模型沙浓度范围也远大于传统的加沙工艺方法。
文档编号E02B1/00GK1718932SQ20051001881
公开日2006年1月11日 申请日期2005年5月31日 优先权日2005年5月31日
发明者许明, 卢金友, 魏国远, 范北林, 郭炜, 张文仁, 孙贵洲 申请人:长江水利委员会长江科学院