粘塑性物料管道输送设备的制作方法

专利名称：粘塑性物料管道输送设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及粘塑性物料管道输送装置。尤其是软粘土的管道输送设备。
背景技术：
气体、液体和粉粒状固体可用管道输送，理论上也比较成熟。而粘塑性物料的管道输送 理论，国内外鲜见研究和报道，通常认为无法用管道输送。就输送泥土的现有技术和设备来 说，泥浆浓度大于30%，就难以输送；粉粒状干土潮湿就无法管道输送。而大量泥土的自然 状态都处于难以用管道输送的范围。自然界和工程中普遍存在着粘塑性物料输送的需求。在 石油、化工、采矿、环保和建筑等诸多方面，都涉及到粘塑性物料的输送。
如在海岸工程中，常要求在离堤坝几百米甚至几千米以外取土，进行堤坝的土方闭气。 海岸滩涂上沉积着深厚的软粘土层，这类土层粘性大，强度低、含水量大，陆上机械下不去， 水上机械上不来，现有的设备难以发挥作用，人工又无法施工。
又如在水库、湖泊、河道中，日积月累，渐渐地沉积起越来越厚的泥层，使河床提高。 这不但减少库容，污染环境，影响交通，而且在讯期会洪水泛滥，危及堤防，造成水灾。.
另外，工业废渣清运，城市垃圾处理，码头航道清淤等，粘塑性物料的输送一直是工程 中迫切需要解决的课题。可见，粘塑性物料远距离管道输送方法与设备，具有广阔的市场需 求和广泛的应用前景。
经检索，在泥土输送方面，国外有很多相关的研究。如淤泥质软粘土输送过程中流动特 性的变化，涉及到流变学问题的研究，呈现出非常复杂的力学机制。如软粘土的软弱性、粘 滞性、触变性、流变性、渗透性、压縮性，以及在气、液、固、表面活性剂等非均匀多相介 质状态下，流场特性、流动机理和模型。建立本构方程，确定有关参数，在气、液、泥等多 相介质状态下边界层的相互作用机理和内在规律。通过检索国内外专利文献及相关的数据库， 从寻找到的资料可见，很多专家学者的研究在这一技术领域，作出了积极的贡献，这些研究
试验成果都是本发明的基础和前提。陶松垒等(1996， 1997， 2004， 2005)提出了气力输泥 方法与系统，环保型清淤输泥方法与设备等，能远距离输送高浓度、大粘度、低含水量的淤 泥和软粘土又不污染环境的土方施工设备。该设备包括喂入装置、发送器、水环气垫装置、 脉冲切割器、输料管道、布料结构，适用于河塘开挖、堤坝填筑、制砖、水库湖泊清淤、航 道疏竣。解决了部分软粘物料(Bingh咖体)的远距离输送的难题。研制了能远距离输送高浓度、 高粘性、低含水量的淤泥和软粘土的新型设备。该项目已取得专利，并获浙江省自然科学基金、浙江省高 校重点科研基金和杭州市科技创新重点项目立项资助。
但是，未发现采用仿生鱼体表面膜、动物肠道膜的表面膜减阻的方法，实现粘塑性物料
远距离管道输送的设备。
发明内容
本实用新型针对上述问题，设计一种粘塑性物料管道输送装置，目的在于有效解决粘塑 性物料远距离管道输送的设备问题。
本实用新型方案是釆用一种内壁表面处理的输料管道， 一种设置于输料管道上的被腠 装置， 一种在物料与管道间设置润滑悬浮膜。包括推送器、进料装置、输料管道、转换阀、 布料装置、水上定位系统，智能控制系统的设备。使粘塑性物料在低能耗的前提下进行输送， 实现各种粘塑性物料的远距离管道输送。
所述的被膜装置是仿生鱼体表面膜方法和物料表面成形被膜装置，是采用种种装置在被 输送的物料表面设置一层类似于鱼体表面膜的装置。其方法是把物料压制成或包装成与管道 相吻合的形状，在已成形状的物料表面包上一层防渗薄膜，或在物料与管壁之间喷上一层润 滑剂，以减少物料与管壁之间的阻力，避免物料损伤和管道的磨损。防渗薄膜和润滑剂材料， 是根据不同的输送物料及工作要求选择和确定的。
所述内壁表面处理的输料管道是仿生动物肠道膜的减阻装置，是在输送管道的内壁表面 设置一层类似于动物肠道膜的吸附层。其方法有内壁表面层法和双重管道法两种。内壁表面 层法如图1所示，是在输料管道(1)的内壁，进行表面处理。通常是在输料管道(1)的内 壁涂复上一层，带有很多微小毛细孔的吸附层(2)。双重管道法更适合远程输送，如图2、
图6所示，在管道(1)内壁设有与毛细孔(6)的吸附层(2)相联通的水平通道(5)。水平 通道(5)与辅助管道(48)相联接，并受电磁阀(50)控制。
所述的在物料与管道间设置润滑悬浮膜。由于输料管道(1)为高能表面，管壁的表面能 很大，于是管壁与物料(4)的间粘附功也很大，物料(4)在管壁上的粘附作用很强，造成 输道阻力很大。当输料管道(1)进行处理，在管壁上增加吸附层(2)，并加入防渗薄膜和润 滑剂。在输送过程中表面活性剂进入并吸附于管道的内壁上，从而形成一层牢固的表面膜(3)。 使得管壁与物料之间垫有一层悬浮膜，使物料(4)与管道(1)相隔离，避免物料(4)与管 道(l)之间的直接摩擦，以减少粘塑性物料物料扰动及与管壁粘滞阻力，同时也减少了管道 (1)的磨损。润滑剂可以回收重复使用。吸附层(2)还有着调节表面膜余缺的功用。
软粘土是指在静水或缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用形成，含有有机质，天然 含水量大于液限，天然孔隙比大于1.0的饱和土。软粘土为非牛顿流体，既不是液体，也不 是固体，属于宾哈姆体范畴，并且具有软弱性、粘滞性、触变性、流变性、渗透性、压縮性 的特点。这种软粘物料的非牛顿流体特性及其在扰动下的再固结特性，具有很大的粘滞阻力， 无法用管道输送。就输送泥土的现有技术和设备来说，泥浆浓度大于30%，就无法输送；粉 粒状干土稍有潮湿就无法输送。而在工程中大量泥土的自然状态都处于难以用管道输送的范
围。高浓度、高粘性、低强度软粘土， 一直被认为无法管道输送。其不可输送性的主要原因 是软粘土的粘滞性，克服物料粘滞性是远距离输送的关键。
如输送粘土时加入的表面活性剂和水，就可以在管壁上铺展，表面活性剂就以疏水的碳
氢链吸附于管壁上，带有一层表面膜(3)的极性基伸入管内吸附在管壁上，将原来高能表面
的管壁被表面膜覆盖，此时粘土的移动在表面膜(3)上进行，其粘附力降低、使输送阻力降
低。不同的表面活性剂的减阻效果不同，对不同配方的添加剂的作用机理效果进行试验研究
分析，试验表明表面膜的减阻效果依次为水膜层不如泥浆层，泥浆层不如润滑活性剂层，
润滑活性剂层不如小气泡层。减阻效果最好的是水、泥浆、润滑活性剂、发泡剂的混合物。
所述的被膜装置包括被膜器(7)、配料箱(19)、高压管(20)、定量泵(21)、控制阀
(22)单向阀和喷头等组成。设置在输料管道上，适时地对料柱表面喷一层表面膜液。根据 输送不同的物料选择和配置相适应的表面膜液。表面膜液与被输送物料的比例为0.5%~8%之 间。
所述的添加剂的选择是远距离输送粘塑性物料的关键技术之一，因此探讨各种不同的外 加剂对输送特性的影响，探讨添加剂改良输送特性的机理，完善粘塑性物料远距离输送的理 论体系，做到最大限度的节约能源，提高输送效率。输送不同的物料采用不同的添加剂，一 般是在水、气和混合物中外加表面活性剂、增润剂、发泡剂，如烷基硫酸盐，烷基醇酰胺， 脂肪醇聚氧乙稀醚硫酸盐，烷基苯酚聚氧乙稀醚，聚次甲基萘磺酸盐，亚甲基二萘磺酸盐， 木质素磺酸盐等。
当输送远距离远时，可采用双重管道输送法，即在主输送管道上，每隔一定距离，均匀 装一个助推器。主输送管道、电缆与辅助管道平行铺设。当泥土在主输送管道中行进的阻力 较大时，辅助管道中的高压水气或表面膜液，注入主输送管道内壁的水平通道与充满毛细孔 的吸附层上，使得表面膜液和推动力得以补充。
表面膜液需要量和物料输送量、表面膜液厚度、输送管道直径、输送距离、物料渗透系 数、被膜助推器数量的关系的计算方法- <formula>complex formula see original document page 6</formula>
式中
V-单位时间表面膜液量(m3/h)
W-单位时间输送物料量(m3/h)
h——-物料与管壁间的表面膜液厚度(m)
d——-输送物料管道的直径(m)
l——-输送距离(ra)
k——-输送物料的渗透系数(m/h)
n-被膜助推器数量(个)
在输送过程中表面膜液的需要量分为两个部分，前一部分为输送管道内壁与物料之间的 表面膜液需要量，后一部分为渗透于物料内的表面膜液需要量。在输送水饱和软粘泥土或已在物料上包一层防渗薄膜时，由于渗透系数小于l(T9m/h，且泥土的空隙中充满着饱和水，在 输送过程中泥土受到挤压，泥土中的饱和水还能离开泥柱，附着于输料管道的内壁的吸附层 上。计算时，渗透于物料内的表面膜液需要量通常忽略不计。如输送含水量较大的饱和土时， 只加表面活性剂、润滑剂和脱水剂。起到润ts、减阻、脱水、固结作用。表面膜液中表面活 性剂、发泡剂与水的比例为0.005%~0.02.5%之间，最佳的气泡直径在0.03mm 0.80mm之间。 在输送渗透系数较大的物料时，不仅输送管道内壁与物料之间需要表面膜液，而且一部分表 面膜液渗透于物料的颗粒之间，从而消除了物料的搭桥卡管现象。

图1为内壁设有毛细吸附层的输料管道剖面图。
图2为工作中的输料管道截面的放大 图。
图3实施例1液压式软粘土输送机原理图。
为图4为软粘土输送机液压系统图。
图5为 实施例2双重管道软粘土输送船。
图6双重管道局部图。
具体实施方式
实施例1液压式软粘土被膜输送机。如图3所示，由液压推进装置、转换阀(8)、被膜 装置和管道(1)组成。液压推进装置包括主油缸(13)、主油缸活塞(14)、主油缸活塞杆 (11)、输送缸(9)、输送缸活塞(10)、洗涤室(12)、液压油箱(18)、液压阀(15)、液压 管(18)、液压泵(16)等。软粘土输送机液压系统如图4所示，液压推进装置由75KW电机 (28)带动160ml/r变量泵(27)，经06电液换向阀(25)、 06电磁溢流阀(25)和同步阀 (24)，供给推力油缸(23)。两个推力油缸(23)的行程位置由XK1 XK2 XK3 XK4四个行程 开关(38)控制。液压系统的工作压力由压力表(26)显示。
转换阀(8)由两个工作油缸(36)相连的S阀(37)交替工作，完成进料和输送的转换。 5.5KW电机(32)带动10ml/r变量泵(31)，经02电磁换向阀(34)、 03电磁溢流阀(33) 和单向节流阀(35)，供给工作油缸(36)。两个工作油缸(36)的行程位置由XK5 XK6两个
行程开关控制。推进装置和转换阀的液压系统合为一体，共用一套油箱组件(30)。
被膜装置包括被膜器(7)、配料箱(19)、高压管(20)、定量泵(21)、控制阀(22) 等。被膜器(7)由单向阀和多个喷头组成。表面膜液预先在配料箱(19)配制和储存，当泥 柱经过被膜器(7)时，表面膜液经高压管(20)、定量泵(21)、控制阀(22)，被喷涂于泥 柱与管壁之间。在输送含水量较高的软粘土却输送距离不大时，配料箱(19)内通常灌入水 作为表面膜液。在输送含水量较低的软粘土却输送距离较大时，采用表面活性剂、发泡剂与 水气的混合物。可以用如下质量百分比的配方十二烷基硫酸钠0.01%~0.08%，垸基醇酰胺 0.005%~0.025%，脂肪醇聚氧乙稀醚硫酸钠0.008%~0.035%，氯化钙0.01% 0.08%，水加至百 分之一百。
实施例2双重管道输泥船。包括推送器、进料装置、输料管道、转换阀、表面膜发生器、 布料装置、GPS水上定位系统、传感器、智能控制装置等，如图5图6所示，在船体上设有 吊机(39)、抓斗(40)和料斗(42)。吊机(39)沿着船边抓起泥土 (41)放入料斗(42)， 由液压推进装置把泥土 (41)压入主输送管道(46)。主输送管道(46)每隔一定距离装一个 助推器(45)。主输送管道(46)、电缆与辅助管道(48)平行铺设，用抱攀(52)螺钉(49) 固定在浮体(44)的加强条(51)上。助推器(45)与辅助管道(48)的联通与否，由电磁 阀(50)控制。当泥土 (41)在主输送管道(46)中行进的阻力较大时，电磁阀(50)打开， 辅助管道(48)中的高压水气或表面膜液，注入主输送管道(46)内壁的水平通道(5)与充 满毛细孔(6)的吸附层(2)上，使得管壁与泥柱间的摩擦力降至最低。适用于堤坝围堰人 工岛建筑，在海岸港口工程，公路桥梁建设，油田开发钻探，滩涂水产养殖，沙漠园林整治， 湖泊清淤疏浚都有广阔的市场前景。本项目在水利、环保、建筑工程中有着极其广泛的用途， 诸如水库、航道、湖泊清淤，港口疏浚，河道开挖，码头、船坞积聚物清理，围海筑堤，海 滩回填，土方搬运，城市垃圾、污泥、工业废渣清运等等。对结束土方工程"人海战役"、手 提肩扛的历史，提高生产力，治理环境污染，促进经济发展，都有着重要的现实意义。在理 论上的意义是从根本上解决粘塑性物料远距离管道输送方法和机理。
实施例3混凝土输送，输送混凝土时，在原有的混凝土输送泵基础上，仅增加被膜装置。 表面膜液采用消泡剂其配比为木质素磺酸钙0.3%~1.2%，聚氧乙稀醚0.01%~0.05%，环己 醇0.01%~0.05%，水加至百分之一百。
当表面膜液被喷到混凝土与管道内壁时，水泥颗粒因吸附了阴离子而带负电，使水泥颗 粒周围的水产生极性，同性离子相斥阻止了水泥颗粒的吸附和扩散作用，抑制了混凝土的凝 聚倾向，水泥浆由网状凝聚结构变成溶胶结构，因此浆体变稀，混凝土与管道内壁的粘滞阻 力减少，混凝土的流动性增大。经对比实验，明显减少混凝土与道壁之间的摩擦阻力。采用本装置，不但能耗更省，输送距离更远，而且混凝土抗压强度提高6%~25%。
实施例4钢球输送，输送时用脱水机油作为表面膜液。设有液固分离器、机油的回收、
过滤装置。在与钢球相关的工业生产中，钢球的管道输送，对生产流水线的自动化，至关重
要。对于钢球有控制的计量、装配和灌装，都成为方便的事情。
本实用新型的优点
1. 输送量大，输送距离远。由于采用了表面膜减阻方法，物料在管道内的输送密度和行进速 度提高，与原有的管道输送相比，输量大，输距远。
2. 阻力小，能耗省，减少管道磨损和物料的破损。由于釆用了仿生鱼体表面膜、动物肠道膜 的方法，降低壁摩擦力和物料间的碰撞，不但使管道输送的沿程阻力小，能耗省，而且使 粘塑性物料在低能耗的前提下进行输送，实现各种粘塑性物料的远距离管道输送。
3. 思维巧妙，原理简单。在管道输送中有很多复杂的力学问题，本实用新型抓住降低壁摩擦 力这个管道输送系统中的主要矛盾，忽略的次要矛盾。只是着重研究降低壁摩擦力的装置， 克服软粘物料与管道内壁的粘滞性， 一个很复杂的问题简单化了。
4. 操作简单，使用方便。由于采用布料装置、GPS水上定位系统、传感器、智能装置等，实 现自动控制，减少工作人员，提高工作效率。
5. 应用前景广阔，适用范围大。适用于石油、化工、采矿、环保和建筑等诸多方面。
权利要求1.粘塑性物料管道输送设备，包括推送器、进料装置、输料管道、转换阀、布料装置、水上定位系统，智能控制系统等，其特征是一种内壁表面处理的输料管道，一种设置于输料管道上的被膜装置，一种在物料与管道间设置润滑悬浮膜。
2. 如权利要求1所述的粘塑性物料管道输送设备，其特征是在输送管道的内壁表面涂复上 一层，带有很多微小毛细孔的吸附层。
3. 如权利要求1所述的粘塑性物料管道输送设备，其特征是在管道内壁设有与毛细孔相联 通的水平通道，并与辅助管道相联接的双重管道装置。
4. 如权利要求1所述的粘塑性物料管道输送设备，其特征是在主输送管道上，每隔一定距 离，均匀安装与电磁阀辅助管道相联接的被膜助推器。
5. 如权利要求1所述的粘塑性物料管道输送设备，其特征是由被膜器、配料箱、高压管、 定量泵、控制阀、单向阀和喷头组成的被膜装置。
6. 如权利要求1所述的粘塑性物料管道输送设备，其特征是表面膜液需要量和物料输送量、 表面膜液厚度、输送管道直径、输送距离、物料渗透系数、被膜助推器数量的关系的关系式:c/ 4簡
7. 如权利要求5所述的粘塑性物料管道输送设备，其特征是钢球输送时用脱水机油作为表面膜液，并设置液固分离器、回收、过滤装置。
专利摘要本实用新型涉及粘塑性物料管道输送装置。尤其是软粘土的管道输送设备。包括推送器、进料装置、输料管道、转换阀、布料装置、水上定位系统，智能控制系统的设备。采用一种内壁表面处理的输料管道，一种设置于输料管道上的被膜装置，在物料与管道间设置表面膜，使高浓度、高粘性、低强度的软粘物料在低能耗的前提下进行输送，解决了软粘物料远距离管道输送的难题。具有思维巧妙，原理简单，输送量大，输送距离远，能耗省，操作简单，使用方便的特点。适用于石油、化工、采矿、环保和建筑等诸多方面。
文档编号F17D1/00GK201074729SQ20072015621
公开日2008年6月18日 申请日期2007年7月1日 优先权日2007年7月1日
发明者李芝莲, 沈家谊, 王建党, 白建辉, 陈丽君, 陶松垒 申请人:陈丽君