一种管道输送危险废物流变特性测试系统及检测方法与流程

本发明涉及危险废物流变特性测试技术领域，特别涉及一种管道输送危险废物流变特性测试系统及检测方法。

背景技术

危险废物是具有腐蚀性、急性毒性、反应性、传染性、放射性等一种或一种以上危害特性的废物。主要包含固体蒸馏残渣、废液、蒸馏残液等。焚烧法因其在处理危险废物时能同时实现减量化、无害化以及资源化，被认为是最有效的处理危险废物的方法，也是我国危险废弃物集中处理中心主要采用的方法。

危险废物的收集容器为铁桶、塑料桶、编织袋等，焚烧法需要将危险废物连同收集容器一起破碎、混合，利用固体泵泵送到回转窑中进行燃烧，由于固体泵到回转窑有200-500米左右距离，同时输送物料种类复杂，属于非牛顿流体，因此，研究管道输送危险废物的流变特性，对物料配比与优化泵送有非常大的作用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种管道输送危险废物流变特性测试系统，用来实时检测管道输送危险废物的流变特性；

本发明的另一目的在于提供一种管道输送危险废物流变特性测试系统的检测方法，用来计算管道输送危险废物的流变参数。

本发明的目的是由下述技术方案实现的：

一种管道输送危险废物流变特性测试系统，其包括固体泵、回转窑和连通所述固体泵、所述回转窑的输送管道；所述输送管道上设有多个第一压力传感器，多个所述第一压力传感器沿所述输送管道长度方向间隔布置；所述固体泵出口设有第二压力传感器，所述固体泵的主油缸内设有位移传感器；所述第一压力传感器、所述第二压力传感器、所述位移传感器均与控制器连接；

所述第一压力传感器用于检测所述输送管道内输送压力；

所述第二压力传感器用于检测所述固体泵出口压力；

所述位移传感器用于检测所述固体泵的活塞位移；

所述控制器，用于读取、显示和存储所述第一压力传感器、所述位移传感器的数据。

进一步的，所述第一压力传感器和所述第二压力传感器均包括压力探头、封装外壳、电路板和液晶显示器；所述压力探头安装在所述封装外壳上端，所述液晶显示器安装在所述封装外壳下端，所述电路板安装在所述封装外壳内；所述压力探头、所述液晶显示器均与所述电路板连接；所述压力探头包括压力感应片和安装座，所述压力感应片安装在所述安装座上端；所述压力感应片由厚度为4～6mm的不锈钢板制成。

进一步的，所述电路板上设有rs-485接口。

进一步的，所述第一压力传感器、所述第二压力传感器、所述位移传感器均与所述控制器通过rs-485总线连接。

进一步的，还包括第三压力传感器，所述第三压力传感器与所述控制器连接，所述第三压力传感器安装在所述固体泵的主油缸内，用于检测所述固体泵的主油缸压力。

进一步的，所述位移传感器为balluff微脉冲直线位移传感器。

进一步的，所述控制器为s7-200控制器。

一种根据以上所述的管道输送危险废物流变特性测试系统的检测方法，其特征在于：

第一步，多个所述第一压力传感器实时检测所述输送管道上多点的输送压力，所述第二压力传感器实时检测所述固体泵的出口压力，所述位移传感器实时检测所述固体泵的活塞位移，并将数据传递给所述控制器；

第二步，所述控制器读取、存储和显示所述第一压力传感器、所述第二压力传感器、所述位移传感器的数据；

第三步，通过下列公式计算第i个所述第一压力传感器处所述输送管道内壁处的剪切力τw，

其中：d代表所述输送管道内径，mm；

li代表第i个所述第一压力传感器与所述第二压力传感器之间的有效输送长度，mm；

p0代表所述第二压力传感器检测到的所述固体泵出口压力，kpa；

pi代表第i个所述第一压力传感器检测到的所述输送管道内输送压力，kpa；

同理计算出多个所述第一压力传感器处所述输送管道内壁处的剪切力τw；

第四步，以同一时间的出口压力数据作为横坐标，活塞位移数据作为纵坐标，建立出口压力与活塞位置之间的关系坐标图；坐标图显示，随着活塞位移的增加，出口压力首先进入快速增加阶段，然后进入平稳阶段，此时所述固体泵处于稳定泵送阶段，设定出口压力平稳阶段的起点活塞位移值为a，出口压力平稳阶段的终点活塞位移值为b，则利用下列公式计算所述固体泵的平均泵送速度v

其中：t代表所述固体泵稳定泵送阶段持续时间，s；

然后根据下列公式计算第i个所述第一压力传感器处所述输送管道内壁处流体的剪切速率

同理计算出多个所述第一压力传感器处所述输送管道内壁处流体的剪切速率

第五步，然后做出以多个所述第一压力传感器出所述输送管道内壁处的剪切速率为横坐标，以剪切力τw为纵坐标的关系曲线，即流体的流变曲线，从而判定流体的流变类型；通过选择适当的流变方程，对实验数据进行拟合，确定流变参数。

进一步的，所述第三压力传感器实时检测固体泵的主油缸压力，并将数据传递给所述控制器；所述控制器读取、存储和显示所述第三压力传感器的数据。

进一步的，根据所述第三压力传感器检测到的主油缸压力p，利用下列公式计算固体泵的出口压力pt，

其中：d1为主油缸直径，mm；

d2为固体泵出口直径，mm；

pf为主油缸空行时主油缸压力，kpa；

对比推算出的固体泵的出口压力与所述第二压力传感器检测到的固体泵的出口压力，判断所述第二压力传感器检测到的所述固体泵的出口压力是否准确。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.本发明所述管道输送危险废物流变特性测试系统，其包括固体泵、回转窑和连通所述固体泵、所述回转窑的输送管道；所述输送管道上设有多个第一压力传感器，多个所述第一压力传感器沿所述输送管道长度方向间隔布置；所述固体泵出口设有第二压力传感器，所述固体泵的主油缸内设有位移传感器；所述第一压力传感器、所述第二压力传感器、所述位移传感器均与控制器连接；所述第一压力传感器用于检测所述输送管道内输送压力；所述第二压力传感器用于检测所述固体泵出口压力；所述位移传感器用于检测所述固体泵的活塞位移；所述控制器，用于读取、显示和存储所述第一压力传感器、所述位移传感器的数据；本发明可以计算得出多个所述第一压力传感器出所述输送管道内壁处的剪切速率和剪切力τw，然后做出以多个所述第一压力传感器出所述输送管道内壁处的剪切速率为横坐标，以剪切力τw为纵坐标的关系曲线，即流体的流变曲线，从而判定流体的流变类型；通过选择适当的流变方程，对实验数据进行拟合，确定流变参数，为物料配比与优化泵送提供数据支持。

2.本发明所述压力传感器的的所述压力探头包括压力感应片和安装座，所述压力感应片安装在所述安装座上端；所述压力感应片由厚度为4～6mm的不锈钢板制成；不锈钢板制成的所述压力感应片，坚硬、结构牢固，不易被铁片等坚硬物质刺破，并且不锈钢材料耐酸耐碱，具备耐腐蚀的性能，适用于检测危险废物物料的压力。

附图说明

图1为本发明所述管道输送危险废物流变特性测试系统电气连接图；

图2为本发明所述压力传感器结构图；

图中：1-压力探头、101-压力感应片、102-安装座、2-封装外壳、3-液晶显示器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1，一种管道输送危险废物流变特性测试系统，其包括固体泵、回转窑和连通所述固体泵、所述回转窑的输送管道；所述输送管道上设有多个第一压力传感器，多个所述第一压力传感器沿所述输送管道长度方向间隔布置；所述固体泵出口设有第二压力传感器，所述固体泵的主油缸内设有位移传感器；所述第一压力传感器、所述第二压力传感器、所述位移传感器均与控制器连接；所述位移传感器为balluff微脉冲直线位移传感器；所述控制器为s7-200控制器；所述第一压力传感器用于检测所述输送管道内输送压力；所述第二压力传感器用于检测所述固体泵出口压力；所述位移传感器用于检测所述固体泵的活塞位移；所述控制器，用于读取、显示和存储所述第一压力传感器、所述位移传感器的数据；利用以上所述的管道输送危险废物流变特性测试系统的检测步骤为：

第一步，多个所述第一压力传感器实时检测所述输送管道上多点的输送压力，所述第二压力传感器实时检测所述固体泵的出口压力，所述位移传感器实时检测所述固体泵的活塞位移，并将数据传递给所述控制器；

第二步，所述控制器读取、存储和显示所述第一压力传感器、所述第二压力传感器、所述位移传感器的数据；

第三步，通过公式(其中：d代表所述输送管道内径，li代表第i个所述第一压力传感器与所述第二压力传感器之间的有效输送长度，p0代表所述第二压力传感器检测到的所述固体泵出口压力，pi代表第i个所述第一压力传感器检测到的所述输送管道内输送压力)计算第i个所述第一压力传感器处所述输送管道内壁处的剪切力τw，同理计算出多个所述第一压力传感器处所述输送管道内壁处的剪切力τw；

第四步，以同一时间的出口压力数据作为横坐标，活塞位移数据作为纵坐标，建立出口压力与活塞位置之间的关系坐标图；坐标图显示，随着活塞位移的增加，出口压力首先进入快速增加阶段，然后进入平稳阶段，此时所述固体泵处于稳定泵送阶段，设定出口压力平稳阶段的起点活塞位移值为a，出口压力平稳阶段的终点活塞位移值为b，则所述固体泵的平均泵送速度为：(其中t代表所述固体泵稳定泵送阶段持续时间)；然后根据公式和计算第i个所述第一压力传感器处所述输送管道内壁处流体的剪切速率同理计算出多个所述第一压力传感器处所述输送管道内壁处流体的剪切速率

第五步，然后做出以多个所述第一压力传感器出所述输送管道内壁处的剪切速率为横坐标，以剪切力τw为纵坐标的关系曲线，即流体的流变曲线，从而判定流体的流变类型；通过选择适当的流变方程，对实验数据进行拟合，确定流变参数，为物料配比与优化泵送提供数据支持。

并且本发明还可以增加计算模块，所述计算模块与控制器连接，自动计算剪切速率和剪切力τw；本发明还可以设置制图模块，所述制图模块与所述计算模块连接，用于根据出口剪切速率和剪切力τw，自动生成以多个所述第一压力传感器出所述输送管道内壁处的剪切速率为横坐标，以剪切力τw为纵坐标的关系曲线。

参见图1、图2，本发明所述第一压力传感器和所述第二压力传感器均包括压力探头1、封装外壳2、电路板和液晶显示器3；所述压力探头安装在所述封装外壳上端，所述液晶显示器安装在所述封装外壳下端，所述电路板安装在所述封装外壳内；所述压力探头、所述液晶显示器均与所述电路板连接；所述压力探头包括压力感应片101和安装座102，所述压力感应片安装在所述安装座上端；所述压力感应片由厚度为4～6mm的不锈钢板制成；不锈钢板制成的所述压力感应片，坚硬、结构牢固，不易被铁片等坚硬物质刺破，并且不锈钢材料耐酸耐碱，具备耐腐蚀的性能，适用于检测危险废物物料的压力。

参见图2，本发明所述电路板上设有rs-485接口；设置rs-485接口，便于将所述压力传感器与设置在控制室内的控制设备基于modbus工业现场总线协议连接，形成新型的网络集成式全分布式控制系统。

参见图1、图2，本发明所述第一压力传感器、所述第二压力传感器、所述位移传感器均与所述控制器通过rs-485总线连接；rs-485总线采用平衡发送和差分接收，具有抑制共模干扰的能力，加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mv的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。

参见图1，本发明还包括第三压力传感器，所述第三压力传感器与所述控制器连接，所述第三压力传感器安装在所述固体泵的主油缸内，用于检测所述固体泵的主油缸压力；所述第三压力传感器实时检测固体泵的主油缸压力，并将数据传递给所述控制器；所述控制器读取、存储和显示所述第三压力传感器的数据；并根据所述第三压力传感器检测到的主油缸压力p，利用公式(其中：d1为主油缸直径，d2为固体泵出口直径，pf为主油缸空行时主油缸压力)，推算固体泵的出口压力pt，对比推算出的固体泵的出口压力与所述第二压力传感器检测到的固体泵的出口压力；由于铁皮等掺杂在危险废物物料中，导致固体泵轴心处压力无法测量，本发明采用所述第二压力传感器检测到的固体泵出口边壁位置静压力代替轴心处静压力，并通过所述第三压力传感器测量的主油缸压力进行推算对比，确认所述第二压力传感器检测效果和修正方式，提高检测准确性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。