一种精确送砂装置及送砂方法与流程

本发明涉及压力环境下的细小颗粒物运输和粉体运输领域，同时涉及喷砂试验领域。

背景技术：

供砂装置常被用于工业生产中的输送砂粒进行加工的场合；对于一些喷砂试验，也要用到供砂装置。在喷砂加工工艺和喷砂试验中，均需要供砂装置为喷砂设备自动连续输送砂粒，使得工艺处理和试验测试更为高效。然而不论在任何供砂应用场合，精确供砂都是供砂装置的重要前提。在超声速喷砂试验中，为使砂粒最终达到超声速状态，则需要使砂粒与高压气体(压力值常设置在3MPa以上)在气流速度相对较低的环境下得到充分混合，之后再使具有一定压力的气砂两相流通过拉瓦尔结构管加速至试验所要求的超声速状态。

现有技术中，对于送砂的方案，有一种方式是将所要输送的物料直接放置在可以作为压力容器的储料罐中，储料罐垂直安放；在储料罐下端的出料口安装流量测量计，测量计数据传输至计算机，计算机再控制出料口电子阀门的开合大小；通过实时接收流量计反馈的信息，计算机适时控制电子阀门的开合量，以此实现在一定压力的环境下对物料的精确运输。该方法有一些不足之处：第一，砂粒将非常容易在电子阀门和流量计的喉道位置出现堵塞，从而影响供砂的连续性。自然界中的砂粒几乎都是粗砂，是一种流动性较差的固体颗粒物，在计量流量管道逐渐收窄和阀门收窄的地方都没有搅拌器或者振动器等疏散塞砂现象的设备，则砂粒非常容易出现堵塞现象，影响供砂的连续性。第二，该方法很难做到对供砂量的精确控制。首先，流量计原理只适用于测量液体或者气体，其对于砂粒这类固体物质流量的测量并不合适；其次，当对供砂量的要求比较低时，电子阀门的开合量则必须收窄，若收窄到一定量，则砂粒间的摩擦和挤压势必会在阀门处形成自锁，造成严重堵塞，因此依靠阀门的开合很难使供砂装置对出砂量进行精确控制。

有一种方式是将物料放置在能承受一定压力的储料罐中；储料罐底端设置筛式出料口，出料口通过软橡胶管与主气流相连；储料罐整体放置在带有压力传感器的计量称上；由振动器向储料罐提供沿水平方向的振动；当设备部不工作时，砂粒会自动堵塞在筛状出料口中，在工作时，依靠振动器使储料罐水平晃动使堵塞在筛状出料口中的砂粒松动而实现供砂；计量称的数据传输至计算机，再由计算机控制振动器的振动频率和幅值；通过调整振动器的振动参数，实现对供砂量的控制。该方法的不足之处在于：供砂量很难精确控制，供砂可靠性不高。首先，由于各颗砂粒几何形状的不规则，将导致各个筛孔的出料程度和堵塞程度均不一致，在储料罐内压力的作用下，甚至可能出现所有筛孔均严重堵塞的现象；其次，供砂量取决于振动器的振动参数，而筛孔堵塞的情况实时在发生变化，振动参数不可避免将实时变化，而这一变化过程需要的时间和筛孔下砂的随机性将很难保证供砂的精确控制和可靠性。

故，需要一种新的技术方案以解决上述问题。

技术实现要素：

发明目的：为解决上述问题，提供一种精确送砂装置，能够精确供砂的同时，使供砂过程顺利可靠，避免砂粒堵塞。

技术方案：为达到上述目的，本发明可采用如下技术方案：

一种精确送砂装置，包括主气流输入管、位于主气流输入管前端的主气流输出管、用以将砂落入主气流输出管的下砂管、连通下砂管顶部且横向延伸的螺杆筒、位于螺杆筒上方并连通螺杆筒的储砂容器、连通储砂容器的压力平衡管、连通螺杆筒上方的辅助出砂气流引管、驱动装置；所述压力平衡管用以导入气流流入储砂容器中；所述辅助出砂气流引管与螺杆筒的连通口位于下砂管的正上方并用以向下导入气流至螺杆筒内；所述螺杆筒内设有沿螺杆筒轴向延伸的螺杆，所述螺杆外围具有连续的螺纹，所述下砂管的顶部位于螺纹的横向范围内，所述储砂容器的出砂口同样位于螺纹的横向范围内；所述驱动装置驱动螺杆在螺杆筒内转动。

有益效果：本发明利用螺杆的螺纹传动的方式实现精确供砂，即螺杆轴的匀速旋转，砂粒也会被均匀输送，输送砂粒的量仅通过改变螺杆转速即可进行精确调节。同时，通过压力平衡管使储砂容器中的砂能够顺利进入至螺杆筒中；采用该设计的原因是：主气流输入管中的主气流所形成的分流会通过螺杆筒至储砂容器下方而造成储砂容器内的砂粒不易下落，故通过压力平衡管向下提供气流抵消储砂容器下方的气压而使砂粒能够顺利下落。

进一步的，通过辅助出砂气流引管向下砂管方向流入气流，使达到下砂管上方的砂粒能够被该气流吹入下砂管内，从而避免砂粒因为随自身的惯性在旋转螺纹的带动下跨过出砂口，在螺杆筒的尾部造成堵塞的隐患，进一步提高供砂精度及稳定性。

进一步的，所述压力平衡管及辅助出砂气流引管均连通主气流输入管并引入主气流输入管中的气流，这样可以通过主气流直接为压力平衡管及辅助出砂气流引管提供气流，使结构更加紧凑。

进一步的，所述压力平衡管与主气流输入管的连通处、以及辅助出砂气流引管与主气流输入管的连通处均设有电磁阀；所述下砂管与主气流输出管的连通处设有电磁阀；通过电磁阀的开闭完成各个管道的气流开闭。。

进一步的，所述压力平衡管与储砂容器的连通处设有压力表。

进一步的，所述螺杆包括向后延伸出螺杆筒的螺杆轴，所述螺杆轴的末端连接有用以驱动螺杆转动的电机及减速器，所述电机及减速器即为所述驱动装置。

进一步的，在螺杆轴的两端设计有双O型圈槽，第一个O型圈主要作用是阻挡细微砂尘随泄漏的气体溢出和同时亦能密封气体，第二个密封圈主要作用是气体密封，提高螺杆筒的气体密封性；螺杆筒与螺杆轴之间设有防尘毛毡；毛毡的主要作用是防止外界细微颗粒物进入供砂装置，尽量避免对轴承运转的影响。

进一步的，支撑螺杆轴的轴承选为背靠背排列的角接触球轴承；以此消除轴向力对供砂装置的影响。

本发明还提供了上述精确送砂装置的使用方法，具体的技术方案为：

储砂容器中预放入砂；主气流输入管开始输入气流；驱动装置驱动螺杆转动至预设的转速；通过压力平衡管用以导入气流流入储砂容器中以使砂下落至螺杆筒内并定位于螺杆的螺纹内，再通过螺杆转动将砂跟随螺纹向前移动直至到达下砂管入口，并通过辅助出砂气流引管向下导入的气流辅助将砂吹入下砂管中，砂自下砂管进入主气流输出管并通过主气流输入管中的气流压力将砂自主气流输出管送出。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是本发明的总体结构剖视图；

图3是图2中A处的局部放大图；

图4是图2中B处的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图1、附图2、附图3和附图4对本发明的具体实施方式作进一步说明。

本发明是一种适用于高压环境的精确供砂装置。所述主气流输入管13的右侧为三通管14；三通管14的右侧为四分管，再连通三通管15；三通管15的右侧为四分管，再连通三通管18；三通管18的右侧为主气流输出管19；流经管路13、14、15、18和19的气流为压力较高的主气流。

三通管14的上侧连接电磁阀23，电磁阀23的上侧连接辅助出砂气流引管20；气流引管20的下侧连接辅助出砂气流引入口9。

三通管15的上侧连接电磁阀22，电磁阀22的上侧连接压力平衡管21，压力平衡管21的右侧连接三通管7。

在本实施方式中，压力平衡管21及辅助出砂气流引管20均连通主气流输入管13并引入主气流输入管13中的气流；在其他实施方式中，也可以给压力平衡管21及辅助出砂气流引管20提供单独的气源，同样可为本发明可用的实施方式，在此不再赘述。

三通管18的上侧连接电磁阀17，电磁阀17的上侧为下砂管16。

电机1的右侧为减速器2，减速器2的右侧为螺杆3；角接触球轴承11和10共同支撑螺杆3，并保证螺杆3的螺纹与螺杆筒4的壁面之间有一定的间隙量。

螺杆筒4左端的上侧为储砂容器5，螺杆筒4右端的上侧为辅助出砂气流引入口9，螺杆筒4右端的下侧为下砂管16。

储砂容器5的上侧为压力表8，压力表8的上侧为三通管7，三通管7的上侧为电磁阀6。

本发明的操作步骤是这样的：

第一步：电磁阀23、电磁阀22、电磁阀17处于关闭状态，电磁阀6打开，待放入砂粒后，电磁阀6随即关闭。

第二步：待主气流接入到主气流输入管13后，电磁阀23、电磁阀22和电磁阀17打开。

第三步：启动电机1，通过调节变频器将电机1的输出转速调节至某一供砂量要求的转速值。在螺杆3的螺纹均匀推动下，砂粒将从储砂容器5精确运送至下砂管16，随后在三通管18处与主气流汇合，最后经主气流输出管19流向下一环境。

本发明的目的是这样实现的：

在上述操作的第二步中，当主气流在管路13至管路19流通时，打开电磁阀22，使得储砂容器5中的压力与主气流流经三通管18的的压力保持平衡。此设计的目的在于，通过平衡供砂装置进砂口与出砂口的压力，进而保证储砂容器5中的砂粒能顺利下落至螺杆筒4中，从而在螺杆3的推动下均匀地输送至出砂管16。打开电磁阀23，使得出砂口16实现气流流通。该设计的目的是增加下砂的精度的稳定性，提高供砂效率。原因是：在螺杆筒4中的出砂口处，若不设计该辅助下砂装置，则一方面若供砂量较大时，螺杆的转速较快，一些砂粒将随自身的惯性在旋转螺纹的带动下跨过出砂口，在螺杆筒的尾部造成堵塞，从而影响供砂精度稳定性，而在增加该设计后将在引流管入口9与下砂管16之间形成气流流动，将强制性地将砂粒从螺杆螺纹中带入出砂口；另一方面砂粒只随自身所受重力下落至三通管18，下落速度相对较慢，效率不高，而在增加该设计后引流管入口9与下砂管16之间形成的气流流动将加速砂粒的下落，使供砂装置的砂粒快速地与主气流汇合。

在上述操作的第三步中，电机1带动螺杆轴3匀速旋转，通过螺杆轴3的螺纹旋转与螺杆筒4壁面的配合而实现砂粒的均匀输送。原理在于，螺杆轴3每旋转一周，其中的螺纹会使储存在螺纹与螺杆筒壁面之间的砂粒输送一个导程；并且随着螺杆轴3的匀速旋转，砂粒也会被均匀输送。在该高压环境下，选用螺杆送砂的优势在于，喷砂试验中的所需的供砂量较少，螺杆轴3旋转的速度很低，所以砂粒对螺杆轴3和螺杆筒4壁面的磨损影响非常小；此外，螺杆轴3的螺纹会对处在储砂容器5与螺杆筒4之间的砂粒进行搅动，以此更有益于储砂容器5中的砂粒落入螺杆筒4中。采用螺纹输送的益处在于是运输精确、平稳，输送砂粒的量仅通过改变螺杆转速即可进行精确调节。

本发明针对高压环境进行了特别的密封性设计和压力安全设计，以使供砂装置在高压环境下顺利工作。第一，选用合适的耐高压的压力容器作为储砂容器，防范在试验过程中储砂容器出现安全问题。第二，在螺杆轴3的两端设计有双O型圈槽，如附图3所示；第一个O型圈主要作用是阻挡细微砂尘随泄漏的气体溢出和同时亦能密封气体，第二个密封圈主要作用是气体密封，提高螺杆筒4的气体密封性。第三，在螺杆筒4左端法兰与螺杆轴3之间设计有防尘毛毡，如附图4所示；毛毡的主要作用是防止外界细微颗粒物进入供砂装置，尽量避免对轴承11运转的影响。第四，在储砂容器5的上方安装有压力表；当工作中压力表突然读书异常，计算机将立刻切断主气流，关闭电机1和电磁阀23，使储砂容器中的压力气体迅速经电磁阀22溢出，使螺杆筒中的压力气体迅速经电磁阀17溢出，以此避免发生安全事故。

在供砂工作过程中，很难做到高压气体的绝对密封，会考虑到工作一段时间之后部分气体将泄漏至螺杆筒4右侧与法兰盘形成的空腔中，积累的气压将对螺杆轴3形成一股向左的推力，因此，支撑螺杆轴3的轴承选用背靠背排列的角接触球轴承，以此消除轴向力对供砂装置的影响。螺杆筒3左右两端的法兰盘均设计有轴承挡肩，依靠挡肩抵住轴承外圈，并对轴承施加一定的预紧量，提高轴承刚度，增加螺杆轴3运行的平稳性。

螺杆轴3的螺纹表面和螺杆筒4的内壁附着陶瓷耐磨涂层材料，以进一步增强该供砂装置的使用寿命。。

另外，本发明的具体实现方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。