CN1017039B - 高速螺旋文氏管系统和散料运输法 - Google Patents

Abstract

用于颗粒状物质的螺旋—文杜里管运输系统，包括漏斗供料螺旋推进运输机部分，和文杜里管装置。文杜里管装置包括了通风室、文杜里管和喷嘴组件。喷嘴组件外表面和文杜里管锥形部分内表面配合，形成一狭窄环状通道。环状通道的宽度可调节，以在通风室和邻近文杜里管的导管区间之间得到理想的压差。提供有测定上述压差的压力传感器。传送讯号至控制器，控制器减小螺旋推进器的转速，防止回吹的发生。

Description

本发明涉及一种设备和方法，用于将大量的颗粒状物质通过一导管进行运输，如一管道或软管。更特别地涉及一种设备和方法，在其内颗粒状物质，先由螺旋推进器高速地通过一圆筒运输，然后进入邻近圆筒出口端的有加压气流的外套，而连续气动地推动物质通过导管。

气动运输系统有螺旋推进器运输机部分，这是现有技术，并已采用多年，用于各种颗粒状物质的运输，例如粉状煤、波特兰水泥、谷粒、粉化矿石等，通过管道和其他导管。上述介绍的系统，举例说明，如美国专利1，553，539号、1，941，512号、1，941，573号、2，299，470号、3，370，890号、3，602，552号和3，693，842号、典型地都包括了一个在圆筒内可旋转地安装的电动机驱动的螺旋推进运输机、一个重力供料漏斗将颗粒状物质通过圆筒内一开口供应至螺旋推进运输机，还有一个位于圆筒排出端的混合室，在那里被螺旋推进运输机抛出的物质，受到一个或几个压缩空气或其他压缩气体的喷嘴的作用。这样形成的物质和气体的混合物，由压缩气体所推动通过和混合室连结的导管。

一般配置螺旋推进运输机的气动运输系统存在缺点，在混合室内压缩气体和颗粒状物质的混合，当混合物通过导管输送时产生相当大的湍流。这种湍流是不理想的，它增加颗粒状物质运输期间和导管壁碰撞的次数，从而加剧运输系统内的磨擦损失。当被运输的物质具有磨损或磨蚀性时，物质和导管壁碰撞的增加，也减少了导管的使用寿命。

颗粒状物质气动运输系统，也被设计成，在其内物质和气体的混合，发生在一文杜里管内，而压缩气体流动通过该文杜里管。将颗粒状物质 通入文杜里管内气体流动相对高速的缩口或窄口部位，物质和气体的混合有小湍流产生，结果混合物被推动通过导管，并减少了磨擦损失和使导管壁的损耗变小。

一般文杜里管输送系统，正如美国专利第3，186，769号和第4，009，912号所介绍的，也在各种运输应用中，已多年被采用。在这种系统中，和气体混合的颗粒状物质，经过一沟槽供应至文杜里管，该沟槽有一排出端位于接近文杜里管的缩口部位，在那里由于高速气流流动，产生真空（负压），由沟槽抽取物质进入文杜里管。由于被运输的物质，不能在沟槽内总是自由地流通，在一般文杜里管运输系统的运输量是难于控制的，并且受输送物质特性改变的影响，例如密度、含湿量、颗粒大小尺寸等。此外，一般的文杜里管运输系统，不能提供满意的物质的物质与气体输送比率，物质在沟槽内没有足够的自由流动，以允许在文杜里管内的负压，以适当的速度，从沟槽处抽取这些物质。

一般螺旋推进运输机和一般文杜里管型气动运输系统，两者都遇到回吹的问题，它发生在当导管内有堵塞时，结果在导管内产生超压，导致发生不受欢迎的气体和物质的回吹入螺旋推进型运输系统的漏斗内，和回流入文杜管型运输系统的沟槽内。回吹问题已知的解决方法是在螺旋推进型的圆筒内或在文杜里管型系统的沟槽内，采用一瓣阀或气锁，来防止在导管内的压力过高时，气体和物质的回流。这些避免回吹的机械装置，存在缺点，在和研磨或腐蚀的物质接触时，它们经受了粘结、阻塞和磨损的作用，因此需要进行维修。

在螺旋推进运输机型系统，采用了另一种回吹问题解决的方法，在接近排出端提供了斜的圆筒，或者螺旋推进器叶片的改变，以产生物质柱塞，它封密圆筒，阻挡气体回吹，这种圆筒的变型或螺旋推进器叶片的变型，以形成物质柱塞密封存在着缺点，它们减小了物质运输的速度，或当螺旋推进器的叶片改变的情况下，应按运输物质的颗粒尺寸来度身 制备。维持物质柱塞的密封，也引起能量消耗增加。

因此，存在一需要，用于颗粒状物质的气动运输系统，它减小由导管运输的物质-气体混合物内的湍流，而且它提供物质的连续运输，是以轻易地控制不变的速率和对物质特性的广阔范围有满意的物质-气体运输比率，包括物质不自由地流动时也如此。另外还有一需要存在，在气动运输系统中，可防止回吹，而不可用机械手段，如瓣阀、气锁，或者产生物质柱塞密封的螺旋推进运输机。

依据本发明，现有技术的前述或其他缺点被克服，而前述的需要得到满足，是借助提供一文杜里管混合装置，结合一个螺旋推进运输机部分，该螺旋推进运输机部分包括一圆周形筒体，其内密封了一可转动地安装的螺旋推进运输机，用于将颗粒状物质往圆筒的排出端运输，并从排出端抛出，一个马达连结螺旋推进器，使之按正确方向旋转，还有一个漏斗，用于把物质经圆筒内一开口供应给螺旋推进运输机。文杜里管装置包括一通风室，围绕接近排出端的圆筒，一个连接通风管的文杜里管，包封着圆筒的排出端，并有一锥形断面通往位于超出排出端附近的缩口，而且有一个喷射组件在文杜里管内和排出端连接，并伸展接近上述缩口。喷射组件有一外表面，其成型适配文杜里管锥形断面的内表面，以便从通风室至文杜里管的缩口之间，形成相对狭窄的环形通道，还有一轴向腔孔，引导从圆筒抛出的物质至缩口处。通风室有开口以引导压缩气体，以便在文杜里管内产生气流，同时文杜里管包含装置，以连接导管。最理想是，螺旋推进器伸展至喷嘴组件的端部，邻近文杜里管的构造处。

在本发明的最佳实施例中，文杜里管的锥形断面的内表面和喷咀组件的外表面，是相互相关地定型、定尺寸和定位，以在通风室和接近文杜里管的导管的区间之间，提供一予先确定的压力差。此外，在控制气量的同时，为通风室和接近文杜里管的导管的区间，提供了压力传感器， 还有一控制器应答上述压力传感器，以控制螺旋推进运输机的旋转速度，当通风室和接近文杜里管的导管的区间之间的压力差，低于规定值时，减少通往运输机的物质供应量。

依照本发明的另一观点，也提供了一个新的方法，用于气动地运输颗粒状物质，它包括了借助一螺旋推进运输机，连续地运输颗粒状物质通过一圆筒的步骤，致使物质从圆筒排出端引导至由文杜里管产生的旋流中，文杜里管造成压缩气体流有相对高的压力、高流速区域和相对低的压力、更高流速的区域位于邻近圆筒的排出端，这样在圆筒的端部产生负压区，将供应的物质从圆筒喷出，进入相对高压力、高流速区域的气流中，气流结合喷出的物质进入导管内。

本发明参考下列结合附图详细介绍的实施例，可更好地了解：

图1是依据本发明一实施例中，一个螺旋文氏管运输系统的侧视图;

图2是图1中的螺旋文氏管运输系统，沿图1剖线2-2的横向剖视图;

图3是特别显示图1中运输系统的文杜里管装置的放大剖视图;

图4是依据本发明另一实施例的螺旋文氏管运输系统的侧视图，某些部件是剖视的，某些部件是图解的。

整个附图的图形中，所采用的相同标号和标注，意味着所讲解的设备中相同的特点、另件和构件。

现参看图1、2和3，依据本发明一实例的螺旋文氏管运输机系统100，包括了一圆形筒体101支承在机座102上。圆筒101，它有约为5英寸的内径，安置着一个悬挂着的4英尺长、4英寸直径的螺旋推进运输机103。螺旋推进运输机103有一主轴104。它通过由合适的轴套106（图1中只图示出其中一个）支承的轴承105伸出，并延伸超出圆筒101的远端107。轴承105和轴套106可旋转地安装和主支承着螺旋推进运输机103，后者延伸穿过圆筒101的总长度。螺旋推进运输机10 3的主轴104经由一皮带轮109和一传动皮带110被连接至一15马力的电动机（图4中为402）。

由运输系统100运输的物质，是由垂直安置的，安装在圆筒101的支架112上的漏斗状的料斗111所供应，如图2中所示。漏斗111内的物质，通过在圆筒101内的一开口138，掉落至螺旋推进运输机上。螺旋推进运输机103，是由一个电动机（图中未显示）驱动，按一个方向旋转，它致使螺旋推进器的叶片113推着物质，向着圆筒101的排出端108，这样一来，物质从排出端，以由螺旋推进运输机103旋转速度和叶片113螺距所确定的速度喷射出来。螺旋推进运输机103的旋转速度最好在每分钟750转至1800转。大体上，叶片113的特性，可依据被运输的物质，以已知方法进行调整。由于几乎所有系统100的螺旋推进运输机的另件都是先有技术，这些另件的设计和结构的详细情况，就不需要再作介绍了。

位于邻近圆筒101的排出端108处，是一个环形通风室114，它围绕着圆筒101，并有大约为10英寸的内径。通风室114有一开口115，连接一鼓风机116（示意图表示），以引导压缩空气进入通风室114内。连接通风室114的是一个文杜里管117，它包封着圆筒101的排出端108。在所介绍的实例中，文杜里管117被制成两个部分118和119，由各部分上的法兰120和121连接在一起，由螺栓固定。文杜里管117的其中一部分118是锥形的，并通至另一较小部分119的缩口122处。较小的部分119被连接，例如由焊接，接到导管136，如一管道或一软管。

如图3所示，锥形部分118有一锥体状的内表面123，它与圆筒101是共轴的。包封在锥形部分118内的是一个喷嘴组件124，它借助柱头螺丝125安装在圆筒101的排出端108，并伸展至接近缩口122。喷嘴组件124有锥形的外表面126，它也和圆筒101是共轴的，喷嘴组件124的外表面126，大致做成和锥形部分118的内表面123一致，而 在通风室114和文杜里管117的缩口122之间形成了一个狭窄的环形通道127。由锥形部分118的内表面123和由喷嘴组件124的外表面126形成的角度，最好做成是相同的角度，并且范围在11°至15°之间（相对于圆筒101的轴线）。如图1、3和4所示，螺旋推进运输机103的叶片113，基本上延伸至喷嘴组件124的端部，并接近缩口122。这避免了在螺旋推进器排出端的物质柱塞的形成，并且使物质排放至气流中变得容易。

鼓风机116是常规型，它提供气流以一定的流量和压力，适合于被输送的物质和采用的导管长度。例如，流量大约是每分钟750立方英尺，和压力范围在每平方英寸为12至15磅，是适宜用来经过大约300英尺长的管道输送无烟煤粉。最好采用的鼓风机可提供流量为每分钟为600至1500立方英尺。维持这样的流量所要求的压力，通常依赖于导管的长度和运输物质的特性。虽然采用鼓风机能减小成本，如果要求的压力大于鼓风机可得到的压力时，可采用压缩机，以往通风室114提供压缩空气。

气流流过文杜里管117时，在锥形部分118的宽阔一端，形成了相对高压力、低速度区域，而在狭窄的环状通道127内，形成了一相对低压力、高速度区域，通道127是伸展至缩口122内。上述相对低压力、高速度区域，延伸至缩口122内，一般是作为文杜里管的收缩断面。喷嘴组件124有一轴向腔筒128，用于导引物质由圆筒101供应至缩口122，或更特别地，是进入文杜里管的收缩断面处。

对于前面提到的流速范围，一真空（负压），其范围为12至15英寸汞柱，产生于缩口122和喷嘴组件的腔筒108内，而当时没有物质喷入缩口内。由于上述真空沿着缩口122的轴线是最大的，并随着远离轴线的距离而降低，物质颗粒通入缩口122以这样方式加速，即较大的和较稠密的颗粒，倾向聚集于气流的中心。此外，这种方式的颗粒状物质和气流的混合，在从文杜里管117流出的上述混合物内，产生最小的湍流。 由于上述理由，当这种混合物被推动通过导管时，物质和导管壁的接触是被减至最小。

虽然文杜里管117的缩口122处的真空度可以减小，并接近零值（即达大气压力），当颗粒状物质通入缩口时，在通风室114和导管136接近缩口122的部位137之间，可维持范围为每平方英寸3至10磅的压差，对运输系统100的操作是有利的。这种压差，可由改变文杜里管117的环状通道127的宽度来调节。为达到此目的，锥形部分118相对喷嘴组件124的位置，借助将通风室114和锥形部分118之间的连接作成安装在通风室上螺纹件129的形式而作为可调的，而螺纹件安装在通风室上是借助法兰132螺栓连接至通风室上相应的法兰133，见图3所示。螺纹件129上的螺纹130配合锥形部分118的大端的内表面的螺纹131，以允许锥形部分拧紧在接头上。因此，在正常情况下，借助将锥形部分118按一方向或反向旋转，环状通道127的宽度是可调节的，致使通风室114和邻近缩口122的导管区域137之间的压差，处于前述的范围内。常规的指针式压力表134和135，分别地安装在通风室114和导管区域137壁上的接头上，都为这样的调节提供便利。

通风室114和导管区域137之间的压差，为回吹的发生提供可靠的显示，因为任何导管内的堵塞或阻碍，阻止气流顺利通过，将引起压差减小。因此，通过监视压差和减小往螺旋推进运输机的物质供应量，如果压差低于一规定值，例如每平方英寸1磅时，可以防止回吹发生。导管内的阻塞和障碍自行消除后，当压差回到前述范围内时，物质供应量又恢复。压差的监视和物质供应量的减小，可以由操作者观察压力表134和135与控制螺旋推进运输机103的旋转速度来实现，或者可经过采用机械的、机电的或电子的控制系统来自动实现。

现在翻阅图4，显示了一种螺旋-文杜里运系统400，和图1、2和3的那种类似，但增加了控制系统，用于自动防止回吹。电动机402 驱动螺旋推进运输机103的旋转速度，可由控制器404发生的讯号加于控制。通风室114和邻近文杜里管117的缩口122的导管区域137，分别提供了压力传感器405和406，安装在这些区域的壁上的接头上。压力传感405和406，可以购买现成的装置，它们提供的电讯号分别代表它们安装的区域的压力。从压力传感器405和406的讯号，输送到控制器404，它被设计成可以确定通风室114和导管区域137之间的压差是大于或小于规定值，例如每平方英寸1磅。如果压差是等于或大于规定值，控制器404提供一适当的讯号至马达402，致使马达以正常速度运转。然而，如果压差小于规定值，控制器404提供一适当讯号至马达402，使马达显著减速或停止。也可以是，控制器404，可被设计成连续地控制马达402的转速，这情况下从控制器输送至马达的讯号，致使马达的转速和压差成比例，可迅速地加速至正常转速。由于提供上述控制功能控制器的设计和结构，对控制线路技术的专业人士来说是众所周知的，因而控制器的细节不需要作进一步介绍。

上面介绍的本发明的螺旋-文杜里管运输系统100和400，可以用来连续地运输颗粒状物质，具有随机的颗粒尺寸，最大颗粒尺寸等于螺旋叶片之间的距离。这些系统典型的气体-物质运输比率是，每磅的空气为14磅固体物质，而运输距离为400英尺。另外，依据本发明的运输系统，提供了从运输物质中高效地除去水分，由于机械剪切作用在物质加速地通过文杜里管负压区时发生，它从正加速的颗粒的表面抽吸水分。还有，依据本发明的运输系统提供防止回吹的作用，而不再瓣阀、气

或物质柱塞密封。

物质从螺旋推进器排出的速度，可以改变，以得到最好的物质产量、产品干度等等，但是一般情况下，螺旋推进器旋转度最好是这样选择，致使物质排出速度接近气流流过运输管路的速度。

可以理解到，由熟悉本领域技术专业人士对上述本发明实例作的变 型和改型，并不脱离由下列权利要求限定的本发明的内容和范围。举例来说，文杜里管的锥形部分的内表面和喷嘴组件的外表面，并不必须是锥面的，而可以是其他类型退拔面，而且通风室和缩口之间的环形通道的宽度，不一定需要是均匀的。此外，螺纹接头以外的方法，可以被用来调整文杜里管的锥形部分相对喷嘴组件的位置，除了空气以外的气体，也可用来运输颗粒状物质。当然，螺旋推进器圆筒、文杜里管等的直径和其他尺寸，可以改变，以满足运输物质的导管的加大。

Claims (14)

1、用于颗粒状物质的运输系统，其特征是包括下列组成：

有第一和第二端部的圆形筒体；

一个螺旋推进运输机，可转动地安装在圆筒体内；

一个装置，将颗粒状物质供应至螺旋推进运输机；

一个装置，用于使螺旋运输机按一适当方向旋转，因而将颗粒状物质朝圆筒体第一端部运输；

一个通风室，在接近上述第一端部围绕着圆筒体；

一个文杜里管，连接通风室，并封闭圆筒体的第一端部，文杜里管有第一锥形部分，直接地通往位于超出圆筒体第一端部的相对短的缩口部分，和有增大截面的第二锥形部分，直接处于缩口的下游；

在文杜里管内有喷嘴组件，连接至圆筒体第一端部，并基本上伸展至接近缩口部分，喷嘴组件有外表面，作成和文杜里管的锥形部分的内表面相符的形状，从通风室至缩口形成了一个相对狭窄的环形通道，喷嘴组件还有一轴向腔孔，引导由螺旋推进运输机运输的颗粒状物质，进入一个基本上靠近文杜里管的缩口部分的区域；

一个装置，用于引通压缩气体通入通风室；

一个装置，将文杜里管连接至导管。

2、根据权利要求1的运输系统，其特征是其文杜里管第一锥形部分的内表面，和喷嘴组件的外表面，是相应地定型、定尺寸和相互定位，以便在通风室和接近文杜里管缩口部分的导管区域之间，当气体流过文杜里管和物质被系统运输时，形成一予先确定的压差。

3、根据权利要求2的运输系统，其特征是其文杜里管连接至通风室，是由文杜里管上和通风室上的螺纹配合连接的，借助于将文杜里管按一方向或反向进行旋转，致使文杜里管第一锥形部分相对喷嘴组件的位置是可调的。

4、根据权利要求2的运输系统，其特征是其通风室和接近文杜里管第二锥形部分的导管区域之间的压差范围，当文杜里管流量范围是每分钟600至1500立方英尺时，该压差范围为每平方英寸3至10磅。

5、根据权利要求1的运输系统，其特征是其用于将压缩气体导入通风室的装置，含有一个在通风室内，并连接至一鼓风机的开口。

6、根据权利要求2的运输系统，其特征是其文杜里管第一锥形部分的内表面，和喷嘴组件的外表面，是两个锥形面，并和圆筒体是共轴的。

7、根据权利要求6的运输系统，其特征是其文杜里管锥形部分的锥形内表面，相对圆筒体的轴线，形成一角度范围为11°至15°的角度。

8、根据权利要求1的运输系统，其特征是其用于将颗粒状物质供应至螺旋运输机的装置，包括一垂直安置、隧道型的漏斗，它通过在圆筒内的开口和圆筒体的内部连通。

9、根据权利要求1的运输系统，其特征是其螺旋推进运输机包括了一主轴，它从圆筒体第二端部轴向地伸展，还有一装置用于使螺旋推进运输机转动，它包括一连接至主轴上的马达，使螺旋推进运输机按适宜的旋转方向驱动。

10、根据权利要求9的运输系统，其特征是还包括了第一和第二压力传感器，用于分别检测通风室和接近文杜里管缩口部分的导管区域的压力，还有一控制器装置，受第一和第二压力传感装置的感应，以控制驱动螺旋推进系统的马达的转速，当通风室和接近文杜里管缩口部分的导管区域之间的压差下降低于一规定值时，减小螺旋推进运输机的旋转速度。

11、一种把颗粒状物质从筒体运至导管的方法，其特征是包括：

以一个螺旋推进运输机连续运输颗粒状物质通过圆筒体，朝向其一端部并从那里排出物质;

形成一压缩气体流，它依次地有一个第一相对高压力、低流速的区间，一个第一相对低压力、高流速的文杜里区间围绕着该圆筒体的一端部，一个第二相对高压力、低流速的区间，一个第二相对短的相对低压力、高流速的文杜里区间，在该些区间中的压力相当于直接处于第二相对高压力、低流速区间的下游的导管区间中的压力;

将运输通过圆筒体的颗粒状物质在基本上靠近第二相对低压力、高流速的文杜里区中抛射入气流中;

在物质抛射后，把气体流连接至一导管内并通过第二相对低压力、高流速文杜里区和第二相对高压力、低流速区。

12、根据权利要求11用于运输颗粒状物质的方法，其特征是其气体流量的范围是每分钟600至1500立方英尺，而其第一相对高压力、低流速区间和第二相对低压力、高流速文杜里的下游区间的导管区之间的压差，其范围为每平方英寸3至10磅。

13、根据权利要求11用于运输颗粒状物质的方法，其特征还包括探测气流的第一相对高压力、低流速区间和相对低压力、高流速文杜里的下游导管区间之间的压差，并且当压差下降低于一规定值时，控制通过圆筒体被运输的颗粒状物质的数量。

14、根据权利要求1的运输系统，其特征为螺旋推进运输机包括一个螺旋叶片，在其长度方向由一根轴支持着，该轴沿着筒体的长度方向延伸，而该叶片的最后一圈结束于筒体的排料端。

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