CN1032355C - 使用压缩气体输送物料的方法 - Google Patents

Abstract

利用压缩空气输送和补充物料的方法，其特征是建立了两套包括压缩装置C₁、C₂和压力容器A、B、C、D在内的封闭式的循环系统：物料在一个循环系统中被输送到下一个地点，而另一个循环系统则用压力差连续地抽吸物料，然后把抽取的物料连续地供入前一个循环系统中。

Description

使用压缩气体输送物料的方法

本发明涉及一种用压缩气体输送物料的方法，特别是一种以压缩气体的压力作为输送手段，能够连续重复地将各种物料送至远处大面积区域上分布的不同地点的高效的输送方法。当所述压缩气体的比重等于空气之类气体的比重时，在地面上方1000米的大气范围内，重力问题可忽略不计，并且气压是以340米/秒的速度传插的波动。因此，输送物料的工作动力可以采用上述的自然条件。

通常是用泵压输送液体物料，但泵的适用性非常局限于特定的使用场合。泵很贵，输送距离短。特别是当液体具有高粘度或含有固态物质时，由于泵的结构无法阻止高粘度物质或固态物质进入泵的结构中，这就降低了机械耐用性，磨损或断裂导致了频繁的修理和零件更换。因此就需要许多种泵以适应各种使用场合。即使如此，泵也未必能够将物料压力输送到很高或很远的地方。而且，输送物料时作为输送能源的工作动力也无法保留。一旦输送完成，能源也就失散。为了继续进行下一步输送，就需要向泵提供新的工作动力。实际上，目前用于压力输送物料的泵，就其结构来说尚无法保留工作动力，以便重复地继续使用。另外，由于成本昂贵，在冬季尚不能为所有的泵和管道提供完整的防冻设施。

在这种情况下，本发明人在国际专利WO90/03322中曾提出过一种输送物料的方法，包括：大气压力操作，自然压力操作，加压操作，交替加压操作，以及连续加压操作。

大气压力操作是指这样一种方法：即大气中的空气被压缩，以用作输送作业中的工作动力。例如，在地面上放置一个充有水的容积1米³的压力容器。在它上方100米处放置一个1米³容积的空容器并用管道与之连接。当一个压缩机连续地从大气中抽取空气进行压缩，压力超过10个大气压的表压后再让压缩空气释放，第一个容器中的水就逐渐流入第二个容器。结果是，第一个容器中充有1米³表压略高于10个大气压的压缩空气(注：下文中除非特别指明，数字表示的压力值均指表压)，而第二个容器中充有1米³的水。这一时刻被电子测出后，第一容器底部的阀关闭，这样，压缩空气全部被保留，不会失散。也就是说，在大气压力操作中，用空气作为输送媒介把水推到第一容器上方100米的高度，而输送所用的工作动力作为物料的替代物被保留在第一容器中，即保留在物料从中输送出去的地方。

自然压力操作定义为这样一种方法，即作为工作动力而保留在一个压力容器中的压缩空气只通过压力容器上各个阀之间的开闭而独自工作，不消耗任何其它的能源。举例来说：根据上述大气压力操作而保留在第一容器中的，略高于10个大气压的1米的压缩空气被导入地面上方100米高的充有1米³水的第二容器，第二容器中整个1米³的水在自然压力操作方式下可被推到上方45米高处的第三容器中。此时，在第一容器和第二容器中都含有第一输送阶段结束后保留下来的4.5大气压的压缩空气。然后，总体积2米³的4.5大气压的压缩空气以自然压力操作方式导入第三容器，第三容器中的1米³水被推到上方26.6米高处的1米³容积的第四容器中。这样，使用1米³容器的上述方法以一系列自然压力操作重复实施，该方法能够达到的总的输送高度为122.19米。若采用积分进行精确计算，以自然压力操作可将1米³水送上164米的高度。这表明，大气压力操作下把1米³水送到100米高处所需的压缩空气工作动力等于自然压力操作下将1米³水送上164米高度的工作动力。

加压操作是指这样一种方法，即通过压缩机抽取和压缩空气，以供输送作业使用。通过压缩机抽取和压缩大气压力操作之后作为能源保留下来的压缩空气这种操作方式，或者对保留在储蓄容器中的压缩空气加以利用这种操作方式，都可以称为加压操作。

例如：通过大气压力操作把地面上第一容器内的1米³水送到100米高度处的第二容器内，在这种情况下，用压缩机抽取和压缩第一容器内略大于10个大气压的压缩空气，并把它泵入第一容器上方100米高处的第二容器。当第二容器内的水几乎全都送入第三容器仅剩少许残留时，第一容器内的气压降至0大气压，即降到大气的压力值。理论上说，可以继续使压缩机运转，从第一容器中继续抽取空气并把它泵入第二容器，直到第一容器内的压力成为负值。由此把第二容器中剩余的水全部压入第三容器。但是，在负压下工作会降低压缩机的工作效率。因此，取而代之的方式是，电测出第一容器中压力降至零大气压(即大气压力)的时刻，在大气压力操作下将第二容器中剩余的水送入第三容器。也就是说，这种情况是结合使用了加压操作和大气压力操作。在这一替代方案中，电测出第一容器中的压力降至大气压力时，打开第一容器底部的阀。补充液体经该阀流入第一容器，因而就有可能在进行大气压力操作的同时，准备好补充液体。不言而喻，单独利用保留在储蓄容器中的压缩空气的加压操作也能够完成水的输送。

交替加压操作是指这样一种方法，即在一组容器中交替地充入压缩空气和物料，在加压操作下连续地将物料送至下一行程的容器中。

例如：平行地设置两个容器。第一个容器中充有压缩空气，相同容积的第二个容器中充有水。首先，通过压缩机使第一容器中的压缩空气作用于第二容器中的水。然后将第二容器中的水送至下一个行程。输送结束时，第一容器中充有水。然后，保留在第二容器中的压缩空气又作用于第一容器中的水。这样，以加压操作对第一容器和第二容器中的物料交替进行输送，就可以完成对下一行程的连续输送。在这种情形，也可以通过利用保留在储蓄容器中的压缩空气这种加压操作来完成整个输送过程。假如在每一行程中设置一组平行的容器，以便进行交替加压操作，那么对后续行程就可以实现连续加压操作。

用压缩气体输送物料的这些方法中，与泵送等机械输送方法相比，加压操作以及它的特例一交替加压操作和连续加压操作所具备的优越性在于，输送作业所使用的能源可以保留并可在下一步的输送中重复连续使用。然而，为了输送出全部物料，在加压操作之后需要进行大气压力操作，或者让剩余物料在负压情况下流入，或者利用事先存放在储蓄容器中的压缩空气来进行加压操作。如果这些措施一项也不采纳，那就需要用压缩机抽吸空气，直到容器内的压力从零变为负值。

因此，本发明的一个目的是提供一种输送方法，该方法包括两个完全封闭的循环系统，该系统中存有作为工作动力的压缩空气。一个系统用于交替加压操作以进行连续的输送；另一个系统用于所输送物料的补充。就补充而言，本发明提供了一种连续补充物料的方法，它是利用压缩空气的压力差作为输送手段，其中将物料连续地从外界送入封闭的循环系统，以实现高效率的连续输送。

为了实现上述目的，根据本发明的两个封闭式的循环系统包括一些压缩装置和一组压力容器，在一个循环系统中，通过物料和压缩空气的替换把物料连续地输送到下一个地点，而另一个循环系统利用压力差连续地吸取物料，然后把吸取的物料连续地供入第一个循环系统。

此外，为了使已经随着物料送至输送地点的压缩空气返回到输送起点，以便重新作为工作动力，采用了下述的方法：即提供了一种输送方法，其中物料和压缩空气通过压缩装置交替地连续送至位于输送地点的一个压力容器内，当物料从该压力容器的底部排出时，压缩空气则从该容器的上部抽出并返回输送起点。然后，压缩空气再交替地替换物料，以进一步进行输送。

而且，为了将所输送着的物料进一步输送到更高或更远的地方，采用了下述的方法：即提供了一种输送方法，其中曾封存有大气压力下气体的第一容器利用压力差接收了输送来的物料，第二容器保留了在压缩装置抽吸作用下从第一容器泵来的压缩空气，而第三容器则充有大气压下的气体，这些气体准备泵入第一容器。这样，在这个方法中，物料替代了大气空气，压缩空气替代了物料，以及大气空气替代了压缩空气。通过连续进行这种循环替代，所输送的物料就可被进一步输送到下一个地点。

通过采取上述的不同方法，用压缩气体输送物料的方法将变得更加实用，也可以更有效地连续输送物料。物料得到连续的补充，这就大大提高了物料连续输送方法的工作效率。

图1表示了本发明的输送方法1的一个实施例。

图2表示了本发明的输送方法2的一个实施例。

图3表示了本发明的输送方法3的一个实施例。

图4表示了本发明的输送方法4的一个实施例。

图5表示了本发明的输送方法5的一个实施例。

图6表示了搅动方法的一个实施例。

图7表示交替加压操作的基本部分。

图8表示根据本发明的用于超高层建筑的供水系统。

下面举例说明一种利用若干装置和传感器来控制空气压力和水量，连续地输送定值水量的方法。为便于理解，采用比重为1.0的液体，并且选用空气作为压缩气体。

方法1：

输送是在交替加压操作方式下进行的。连续输送所需的物料的补充是以自然压力操作方式，或者再结合加压操作方式进行的。下面根据图1说明该方法。

利用压力容器A和B，以固定表压的压缩空气进行交替加压操作。为了使交替加压操作能够高效率高强度的连续进行，物料的补充是通过专门配置的压力容器C和D进行的。物料从容器C中交替地压入容器A和B中。至于物料的补充，则是在容器C和D之间以固定表压的压缩空气进行附加自然压力操作，如有必要，还可以结合加压操作。自然压力操作或结合加压操作进行的物料补充过程强化了容器A和容器B之间的交替加压操作，并且获得了高效率的输送。

[准备阶段]

以11.0大气压的压缩空气，在容器A和B之间以交替加压的操作方式，将物料(比重为1.0的液体)输送到距地面100米高的地方或与地面平行的5000米开外的地方。为了平稳的高效地进行连续输送，物料的补充是在8.33～2.5大气压的自然压力操作方式下进行的，如有必要，还可结合加压操作。在图1中，容器A和B的容积都是1100升。物料的输送单位是1000升。这样，当液体全部压入某个容器后，在容器A和B中仍保留100升的空间。容器D的容积为500升。

容器B注入1000升的水，在其上方保留100升的空间，并存有2.0大气压的压缩空气。在容积为1100升的容器A中充有11.0大气压的压缩空气。

将容器A和B视作一个整体，则PV常数为13500，该值是不变的

(容器A)：PV＝(1＋11)×1,100(1为大气的压力)

(容器B)：PV＝(1＋2)×100(1为大气的压力)

(容器A)＋(容器B)＝13,500

容器C和容器D都充有2.5大气压的压缩空气。将容器C和D视作一个整体，则PV常数为5,600，该值也是不变的。

(容器C)PV＝(1＋2.5)×1100

(容器D)PV＝(1＋2.5)×500

(容器C)＋(容器D)＝5,600

在容器A，B和C内留出100升的上层空间，是考虑到在每立方米有10％容差的情况下，控制精度已经足够。如果进行更精确的控制，那么容差空间可以减小，输送效率将更高。所使用的全部阀都是电控阀。

[第一阶段]

在第一阶段中，通过压缩机C₁在容器A和B之间进行交替加压操作，而压缩机C₂也作用于容器C中的空气，将它泵入容器D。一定量的液体，例如337.5升液体被送到输送地点，同时，容器C中的空气在容器C和D之间泵送，因而1,000升的补充液体注入容器C，至此，第一阶段完成。

下面说明容器A和B之间进行的交替加压操作。阀1和容器B的阀2打开。压缩机C₁作用于容器中的11.0大气压的压缩空气，将它泵入容器B，容器B的阀3打开，1,000升的液体被送到输送地点。

随着容器B内的液体被送至输送地点，液面随之降低，容器B的上部空间增大，体积大于100升。随着加压操作的继续，上部空间最初为2.0大气压的压力上升到11.0大气压。另一方面，随着容器A中的空气被不断地送入容器B，容器A中压缩空气的压力从11.0大气压逐渐下降。当容器B内最初的1,000升液体中有337.5升液体被送出时，通过容器B中的界面开关4测出这一时刻；或者，当容器A内的压力降为6.5大气压时，通过适当的控制装置测出这一时刻，第一阶段就此完成。

容器A和容器B的PV值之和等于：

(1＋6.5)×(1＋11)×(100＋337.5)＝13500

根据容器A和B之间的加压操作，容器B内1000升液体中的337.5升被送到输送地点。在容器A内的压力降至6.5大气压的过程中，也就是说，在第一阶段结束之前，下述过程，即1,000升补充液体注入容器C的过程也在进行。为此，首先要在容器A和B之间进行交替加压操作的同时抽出容器C内的空气泵入容器D。具体地说，用压缩机C₁在容器A和B之间开始进行加压操作时，容器C的阀5和容器D的阀6也打开。然后，压缩机C₂运转，将容器C中2.5大气压的压缩空气泵入容器D。容器C中的压力迅速下降。当压力阀7所承受的，由补充液体所产生的外界压力超过容器C中的压力时，压力阀7被向下推开，补充液体流入容器C。

压缩机C₂继续将容器C中的空气抽出，而流入的补充液体则将容器C中的空气从底部推向顶部。于是，压缩机C₂将容器C中的空气泵入容器D的运转效率变得越来越高。

当容器C内充够1,000升的补充液体时，通过界面开关8测出这一时刻，压缩机C₂停止运转。在阀5和阀6关闭的同时，容器C的阀9和容器D的阀10打开，容器D内的高压空气迅速地流入容器C的上部，立即将压力阀7上推，以便阻止补充液体的流入。这样，容器C上部100升的空间和容器D内都充有8.33大气压的压缩空气。从控制的角度考虑如果需要的话，可以通过容器C和D的压力表来临测这一时刻。

容器C和D的PV值之和等于：

PV＝5600(不变化)

(1＋Pcdx)×100＋(1＋Pcdx)×500＝5,600

Pcdx＝8.33大气压

[第二阶段]

1,000升的补充液体已经备在容器C中，其上部容间的压力为8.33大气压。在加压操作方式下容器B中337.5升的液体被送至输送地点，而容器A中，由于加压操作的缘故，11.0大气压的初始压力降到6.5大气压。检测出这一时刻后，容器A底都的阀11打开。在贮存于容器C上部100升空间内和容器D500升容积中的8.33大气压的压缩空气作用下，容器C中的补充液体被强烈地从容器A的底部压入容器A。当然。也有可能只通过容器A和B之间的交替加压操作将容器B中的液体送至输送地点。然而，为了加快输送速度，引入了补充液体，当容器A内压缩空气的压力降至6.5大气压时，在8.33大气压的作用下将补充液体经容器A底部的阀11压入容器A。

下面说明把补充液体压入容器A中的容器C和D之间的自然压力操作。随着容器C中1,000升的补充液体经过阀11被压入容器A，容器C和容器D中8.33大气压的初始压力开始降低。当1000升的补充液体全部压出，容器C空了时，容器C和D压力降至2.5大气压。这一时刻可通过容器C中的界面开关12和容器A内的界面开关13测出。容器C和D上的压力表也可用来测定这一时刻。测出这一时刻后，容器A上的阀11关闭。容器C和D相应的压力变化如下：

容器C和D的初始PV值之和等于：

PV＝5600(不变化)

(1＋Pcdx)×100＋(1＋Pcdx)×500＝5600

Pcdx＝8.33大气压

容器C和D的终了PV值之和等于：

PV＝5,600(不变化)

(1＋Pcdy)×1,100＋(1＋Pcdy)×500＝5,600

Pcdy＝2.5大气压。

这样，以初始的8.33大气压的压力和终了的2.5大气压的压力，通过容器C和D之间的自然压力操作，1,000升的补充液体被压入容器A。

另一方面，由于在容器C和D之间以自然附加压力操作的方式进行着液体补充，容器A和B之间交替加压操作的效率得以提高，于是，存留在容器B中的剩余的662.5升液体以便更快的速度被推向输送地点。容器B中的界面开关测出这一时刻并关闭容器B上的阀3。不言而喻，11.0大气压的加压操作一旦完成，容器B内的压力为11.0大气压。

容器A内充有1,000升的补充液体，在其上部的100升空间内的压力为2.0大气压。容器A和B的PV值：

PV＝13,500(不变化)

(1＋Pcdz)×100＋(1＋11)×1100＝13,500

Pcdz＝2.0大气压

因此，很显然，在第二阶段中，容器C和D之间的自然压力操作通过开始时(8.33—6.5)＝1.83大气压和终了时(2.5—2.0)＝0.5大气压的压力承担了容器A和B之间的交替加压操作。

其结果，容器A充有1,000升的液体，液体上方有100升的空间并存有2.0大气压的压缩空气。容器B充有11.0大气压的压缩空气。这表明，准备阶段时容器A和B的内容此时完全对换了位置。容器A和B配备了一些管路，以便在上述的位置对换完成后进行加压操作。另外还配备了一些阀和界面开关。因此，将这一过程交替重复，在容器A和B之间进行交替加压操作，同时通过容器C和D之间的自然压力操作送入补充液体，这样就可以实现高效率的连续操作。

在上述的例子中，在容器C和D之间进行加压操作也是可能的，该过程至第一阶段为止与前述的过程都相同。然而，在第二阶段中，如果容器C的阀9与容器D的阀10之间的连接管路足够粗，如果不需要借助压缩机C₂也能够充分实现自然压力操作，承担起容器A和B之间的加压操作，那么就不需要在容器C和D之间采用加压操作。因此，是否采用加压操作取决于液态物料的种类和特性，或者取决于是否需要更高的效率。

假定在容器C和D之间采用加压操作，则管路的连接如图1中虚线所示。按照容器C和D之间进行自然压力操作的方式将阀10关闭。自打开的阀6到容器C的阀9，通过压缩机C₂，将容器D内的压缩空气被猛烈地压入容器C。容器D的表压进一步下降，并与容器C的表压上升成反比，这就加快了容器A和B之间的加压操作。容器D内的负压会降低操作效率，所以，控制容器D的压力降到大气压力为止。容器C和D在自然压力操作情况下，承担容器A和B之间交替加压操作时的初始压力为1.83大气压，终了压力为0.5大气压。

而另一方面，容器C和D在加压操作情况下，承担容器A和B的交替加压操作时的初始表压同自然压力操作的情况相同，也是1.83大气压，但终了时的表压上升到(3.64—2.0)＝1.64大气压。其结果是，加压操作有可能承担2.0或稍小一点的大气压的交替加压操作，至少能够部分地承担。容器C和D终了时的PV值之和等于：

PV＝5,600(不变化)

(1＋Pcz)×1,100＋(1＋0)×500＝5,600

容器C的压力：Pcz＝3.64大气压

方法2

该方法利用一个储蓄容器G对容器A和B进行交替加压操作。现在依照图2说明该方法。

上述方法1中使用的压缩机是一个增压压缩机，它抽吸和排出压缩空气以及大气中的空气。实施例1中，所述增压压缩机的入口压力和出口压力都要求控制在11.0大气压。然而实际上，增压压缩机的出口压力最大只能达到10.0大气压，入口压力低于出口压力。例如，增压压缩机的入口压力通常只有6.0大气压。在本方法中，增压压缩机C₁具有6.0大气压的最大入口压力以及10.0大气压的最大出口压力。[准备阶段]

容积600升的容器充有10.0大气压的压缩空气与容器A容积相同的容器B充有550升的液体，它的上方存有1.0大气压的压缩空气。将容器A、B和C视为一个整体，PV常数是7900，该值是不变的。

(容器A)PV＝(1＋10)×600

(容器B)PV＝(1＋2)×50

(容器G)PV＝(1＋1)×600

(容器A)＋(容器B)＋(容器G)＝7900

至于容积为600升的容器C和容积为400升的容器D，假定它们都充有2.5大气压的压缩空气，PV常数为3,500，该值是不变的。

(容器C)PV＝(1＋2.5)×600

(容器D)PV＝(1＋2.5)×400

(容器C)＋(容器D)＝3,500

[第一阶段]

在第一阶段，容器A的阀15和容器G的阀16打开，这样，容器A与容器G连通，然后容器G的阀17和容器B的阀2打开。通过压缩机C₁，容器G中的压缩空气被抽出，作用于容器中上方的50升空间以便进行输送，同时，压缩机C₂也运转，容器C中2.5大气压的压缩空气被抽出并泵入容器D。下面首先说明容器A和B之间的交替加压操作。

压缩机C₁抽吸容器G中压力为1.0大气压的压缩空气。容器A中10.0大气压的压缩空气流入容器G，因此容器G中的压力在5.5大气压以下的范围内上升。另一方面，容器A中的压力迅速下降。当表压达到5.5大气压时，关闭连接容器A和G的两个阀15和16。容器A的阀1打开，容器A和G内5.5大气压的压缩空气在加压操作方式下一同压入容器B。容器B上部1.0大气压的压缩空气的压力迅速上升。当压力超过9.0大气压时，容器B底部的阀3打开，500升的液体在最大值为10.0大气压的压力作用下被压至输送地点。在本方法中，不需要对337.5升液体的流动进行监测，这是引入补充液体的一个信号。

在容器A、G和B之间进行着交替加压操作，与此同时，开始进行液体补充。现在说明该补充过程。

首先，容器C的阀5和容器D的阀6打开。压缩机C₂运转，将容器C中2.5大气压的压缩空气泵入容器D。容器C中的压力迅速下降。当容器C中的压力为0.2大气压时，阀7打开，补充液体流入容器C。一旦界面开关8测出已有550升补充液体流入容器C，阀7关闭，压缩机C₂停止运转。然后关闭阀5和阀6，打开容器C的阀9和容器D的阀10。容器D内的高压空气流入容器C的上部。此时，容器D内和容器C中50升的上部空间内都充有6.78大气压的压缩空气。

(容器C)PV＝(1＋Pcdx)×50

(容器D)PV＝(1＋Pcdx)×400

(容器C)＋(容器D)＝3,500

Pcdx＝6.78

一旦容器C上的压力表测出这一时刻后，容器A底部的阀11立即打开，补充液体自底部流入容器A。在容器A、G、B之间进行交替加压操作的情况下，作为抽气容器的容器A的初始表压、以及来自容器G的初始注气压力都是5.5大气压。当550升补充液体在6.78大气压作用下自容器C流入时，容器A和G的压力都在5.5大气压以下的一适当范围内下降。然后进行补充液体的过程，以便加速容器A、G、B之间的交替加压操作。当补充液体的液面上升，补充量达到550升时，界面开关14测出这一时刻，容器B的阀3关闭，而容器A底部的阀18打开。此时，容器G内和容器A中50升的上部空间内的空气压力都是1.0大气压。从而结束第一阶段并开始第二阶段。第一阶段结束时，准备阶段中容器A和B所含的内容物此时相互作了交换。除此以外没有任何其它的变化。

[第二阶段]

在第二阶段中，容器B的阀19和容器G的阀16打开，以便连通容器B和G。容器G的阀17和容器A的阀20打开。通过压缩机C₁，容器G中的压缩空气作用于容器A中50升的上部空间。进行交替加压操作的同时，压缩机C₂进行着与第一阶段相同的运转。在容器C和D之间也还可以进行加压操作。

[第三阶段]

在第三阶段，操作状态回到第一阶段的状态。上述过程连续地重复进行，以便完成输送。

应当注意到，设置在每一容器顶部中间位置上的阀是一个注入阀，当由于某种原因，例如泄漏而造成固定的压力值下降时，就要用到该阀。

方法3

在这个方法中，输送和补充都是在交替加压操作下进行的。现根据图3来说明该方法。

在交替加压操作下进行补充可以按照与容器A和B之间进行的操作相同的方式来进行。但这里所说明的是一种利用三个容器C、D、E的另一种形式的交替加压操作。[准备防段]

物料(比重为1.0的液体)在容器A和B之间的交替加压操作方式下由11.0大气压的压缩空气被连续地送至地面上方100米高的地方或与地面平行的10,000米以外的地方。为了平稳和高效地进行连续的输送，在容器C、D、E之间以另一种形式的交替加压操作通过11.0大气压的压力进行物料的补充。

容器A、B、C、D、E都具有1,100升的容积。每一输送单位为1,000升。这样，每一容器上部留有100升的空间。容器B注有1,100升液体，在它的上方，存有2.0大气压的压缩空气。容积为1,100升的容器A充有11.0大气压的压缩空气。容器A和容器B的PV值之和为13,500。

容器C注有1,000升液体，它的上部空间内的压力为大气的压力，即表压为零。容器D内充有压力为大气压力的空气(注：表压为零)。容器E充有11.0大气压的压缩空气。自容器F连到每一容器C、D、E底部的管路用来补充液体。

[第一阶段]

在第一阶段中，利用压缩机C₁在容器A和B之间进行交替加压操作，同时，压缩机C₂也运转，以便在加压操作下将容器C中的1000升液体补充到容器A中，并且把后续的液体从容器F补充到容器D中。

首先说明容器A和B之间的交替加压操作。如前面所说明的那样，打开容器A的阀1和容器B的阀2。利用压缩机C₁，容器A中11.0大气压的压缩空气被泵入容器B。打开容器B底部的阀3，在加压操作方式下1,000升液体被送至输送地点。容器A和B具有各自的界面开关，用以测定上界面。但不需要设置界面开关来测定下界面以及输送过程中的337.5升界面。也就是说，流入337.5升液体时无需进行测定，在第一阶段中一次输送整个1,000升的输送单元。下面来说明在容器A和B之间进行交替加压操作的同时，在容器C、D、E之间进行的液体补充过程。

容器A和B之间开始交替加压操作的同时，容器D的阀21和22以及容器C的阀23都被打开，压缩机C₂开始运转。容器F中的补充液体很容易地以自然流入流动的方式流入。由于容器D的阀21已打开，容器D中压力为大气压力的空气被抽出，通过压缩机C₂送入容器C的100升的上部空间中，所以，原为大气压力的狭小上部空间中的压力迅速上升到10.0大气压。测出这一时刻后，关闭容器D的阀21并打开容器E的阀24。压缩机C₂作用于容器E中11.0大气压的压缩空气，将它泵入容器C，同时，打开容器C底部的阀25，以便在加压操作方式下将补充液体送入容器A。

下面通过每个容器逐一说明该补充过程。首先，打开容器D的阀21，通过压缩机C₂，容器D中压力为大气压力的空气被泵入容器C的上部。容器D的压力变为负值，由于阀21打开的同时还打开了容器D底部的阀22，容器F内的补充液态以自然流动的方式从底部流入容器D，因而把空气向上推。空气被不断地向上推，经压缩机C₂送入容器C的上部。其结果是，补充液体的流入速度相当快。在后续的容器C、D之间的加压操作开始之前，1,000升的补充液体已经流入容器D。根据补充液体的种类，也就是说，假如高粘度的物料减慢了流入的速度，就有必在通过在容器F的上方加压的方式来加快流入的速度。容器D中的空气压力为大气压力时，可以测出容器C上部空间的压力达到了10.0大气压，此时关闭容器D的阀21。如果没有泄漏，这时1,000.升的补充液体已流入容器D，容器D中的上液面表明了这一时刻。同时，容器D内100升的上部空间中的压力为大气压力。但是，如果由于泄漏等原因，容器D的压力表显示出上部空间的压力略呈负值，就要打开容器D的阀27，以便吸入大气中的空气。当压力表显示为大气压力时，关闭阀27。此时，容器D的状态与准备阶段中容器C的状态相同。

至于容器C，当容器D内压力为大气压力的空气通过压缩机C₂经阀23被泵入容器C时，容器C上部空间的压力迅速上升。当压力表显示出10.0大气压时，关闭容器D的阀21，打开容器E的阀2 4和容器C的阀25，以便在加压操作方式下输送容器E中11.0大气压的压缩空气。

至于容器D，容器E中11.0大气压的压缩空气通过压缩机C₂，在加压操作方式下从容器E的阀24送至容器C的阀23，以便作用于容器C内的1,000升液体。由于100升上部空间中的压力已经为10.0大气压，而且阀25也已打开，所以补充液体在高于容器A中空气压力的压力作用下从容器A的底部流入。这里让我们来查对一下容器A和B之间交替加压操作的过程。

容器B中100升上部空间的初始压力为2.0大气压，然后容器A中11.0大气压的压缩空气被送了进来，上部空间的压力立刻升到11.0大气压。1,000升液体经阀3被送至输送地点。容器A中的压力自11.0大气压与送出液体的体积成比例地降低，随着气压的下降，加压操作的速度也下降。为避免这种情况，补充液体在低于11.0大气压的压力作用下从容器A的底部被压入容器A，以便加强容器A和B之间的加压操作。这与下述情形有些类似：满载乘客的客车A和B开足马力向上爬坡，同时又有未载乘客的空车C和D开足马力以更高的效率援助客车A和B。

与方法1和2中容器C和D的情形相同，本方法中，容器C、D、E可完全视为一个封闭循环。在准备阶段中，容器D充满了压力为大气压力的空气，然后在大气的压力下或者说完全由于大气的作用，容器D接替了准备阶段中容器C的状态。这与封闭循环中的状态转换没有任何区别。

当容器A内的界面开关12测出容器C中的1,000升液体全部补充到容器A中后，容器C的阀25关闭。此时，容器C充满了11.0大气压的压缩空气，而容器E的压力降至大气压力。容器A中充有1,000升液体，它的上方100升空间内的压缩空气的压力为2.0大气压。容器B充有11.0大气压的压缩空气。这意味着准备阶段中容器A和B所含的内容此时相互交换了位置。同样，容器C、D、E之间也发生了交换：容器C替换了容器E，容器C充有11.0大气压的压缩空气；容器D替换了容器C，容器D充有1,000升的液体并有100升的上部空间；容器E替换了容器D，容器E充满了压力为大气压力的空气。

第二阶段进行了状态转换，其过程与第一阶段相同。第二阶段结束时，容器A和B之间的操作进程回到了准备阶段的状态。然而，容器C、D、E之间的操作进程进入了第三种状态，处于这样一种状况：容器C充有大气压力的空气；容器D充有11.0大气压的压缩空气；容器E充有1,000升的液体，另外还有100升的上部空间。当第三阶段结束时，操作进程终于回到准备阶段的状况。接下来的第四阶段以相同于第一阶段的方式继续进行。

方法4

在这一方法中，压缩空气作为工作动力被用于压力输送，它要行进很长的距离，通过输送起点和终点之间的管路在两点之间循环。下面根据图4加以说明。

通过对大气空气加压，获得了作为工作动力的压缩空气。这一工作动力在用过之后就消失到大气中去是不经济的。空气压力是以每秒钟340米的速度(340m/s)传播的波动，如果用过的工作动力立即从输送回到输送起点，以便进一步重复连续使用，那么工作动力的效率可以进一步提高。为此，可以考虑几种方法。在本实施例的方法是：液态物料从容器C中交替地送入容器A和B，为了强化输送过程，交替地将液态物料和压缩空气送至输送地点。

容器A和B的容积都是1,100升。容器上分别设置了上界面开关28和29，以及下界面开关30和31。当1,000升液体被压入容器后，其体积到达上界面，液体的上方还有100升的空间，上部空间中存有压缩空气。容器B充有11.0大气压的压缩空气。

容器A的阀32和33以及容器B的阀34都打开。使用压缩机C₁使容器B中11.0大气压的压缩空气增压，容器A中1,000升液体经阀33被送至5,000米之外的输送地点。与此同时，压缩机C₂开始运转，抽取气体(大气的空气)并经阀35泵入容器A。随着容器A中的液体被送入容器D，容器B中的空气压力不断下降。当压力表测出压力降为0.4大气压时，打开阀36，补充液体自容器C流入容器B。当补充液体到达上界线，界面开关29测出这一时刻，然后关闭阀36。容器B上部空间的气压为大气压力时，阀34关闭。然后，压缩机C₁继续抽取大气并经阀32把空气泵入容器A。容器D中的空气压力上升，而压缩机C₂将加压空气抽出，这样，容器D内的压力保持为大气压力，而抽出的压缩空气被泵入容器A。于是，一定量的压缩空气经容器A被压入管路，推动1,000升的液体。对压缩空气的体积控制可通过控制压缩机的工作时间来进行。

把一定量的压缩空气从容器A压入容器D之后，阀33关闭。与此同时，容器A的阀32、35，容器B的阀34都关闭，再打开容器A的阀37和容器B的阀38、39，压缩机C₁和C₂又开始运转。充在容器A中的压力接近11.0大气压的压缩空气以及容器D中的压缩空气被一同压入容器B。容器B的阀40打开，容器B中的液体被压出。随着容器B中液面的降低，容器A中的压力也下降。当压力降至例如0.4大气压时，容器A的压力表测出这一时刻后，打开容器A的阀41。于是容器C中的补充液体流入容器A。当容器A的界面开关28测到液体的上界面后，关闭阀41。当容器A中100升的上部空间内的空气压力为大气压力时，关闭阀37。压缩机C₁继续运转，抽取大气空气并把它泵入容器B。把1000升液体经阀40压出容器B之后，继续进行一段时间的大气压力操作和加压操作，后者是利用压缩机C₂作用于容器D内的空气。当一定量的压缩空气泵入容器B之后，关闭阀40。系统的状态返回到准备阶段的状态，即返回到第一阶段之前的状态。

根据上述循环，向容器D进行的输送是以液体—压缩空气—液体—压缩空气这样的交替次序，在通往容器D的长长的管路中进行的。在容器D中，液体位于下部而压缩空气位于容器D的上部。上部的压缩空气由压缩机C₂抽出，以便使容器D上部的压力保持为大气压力。这样，输送起点和容器D之间的压力差可保持为接近11.0大气压。由于向容器D的输送是以液体—气体—液体—气体的次序进行的，由压缩机C₁进行的大气压力操作就不再需要了，输送效率变得很高。在完成容器A和B之间的交替加压操作之后，压缩机C₁不是进行大气压力操作，而是与压缩机C₂一起抽取容器D内的气体，以便将它泵入容器A或B。此后，输送是在加压操作方式下进行。

在本实施例方法中，输送起点至容器D的距离设为5,000米。如果供气—液循环输送的连接管的直径为200毫米，管子的内部体积就是157米³。液体和压缩空气经过容器的内部交替地输送。假定这两种物质的体积比2∶1，即总量为105米³的液体和总量为52米³压缩空气交替地到达容器D。更具体地说，1,000升液体在直径200毫米的管子中的长度为32米，因此，压缩空气的长度就是液体长度的一半，即16米。这就是说，首先是输送32米长的液体，然后是16米长的压缩空气，接下来又是32米长的液体。这样，一条延伸5,000米的液体—压缩空气的长链被输送到容器D。当然，管道内液体和压缩空气的上述体积只是以数字计算进行划分的。实际上，当气体接近容器D时，气压下降，而气体的体积则与气压下降成反比地增加，气体的长度超过16米。

在上述过程之后，加压操作作用于容积各为1.1米³(1,100升)的容器A和B，以及作用于管道内52米³的压缩空气。在上述过程中，如果由于泄漏发生了气压下降，就要根据情况补充压缩空气，以便使输送平稳地连续进行，实现高效率的输送作业。

方法5

可能会遇到这样一些情况：在把某种含有高比重固体颗粒的液态物料或某种高粘度液体送至远处的某一地点后，还需要将它送到一个较高的地点或更远的地点；或者是所输送的液体需要再进一步分支输送到不同的地点。本实施例方法可应用于上述的这些情况。现根据图5来说明这一过程。当然，前述的任一种方法也是可行的，但在本实施例中，只采用了三个容器。

[准备阶段]

在交替加压操作方式下从输送起点处的容器A和B送来的液体，按箭头方向被送入容器C。容器C中充有1,000升液体，在其上部的100升空间内充有大气空气。容器D也充有1,100升的大气空气。容积为1,100升的容器E充有11.0大气压的压缩空气(需要时压力值可以改变)。

[第一阶段]

容器D的阀42和阀43，容器C的阀44和阀45都打开，然后压缩机C₃开始运转。按箭头方向从输送起点送达的液体经容器D底部处打开的阀43流入容器D。另一方面，容器D内的大气空气由压缩机C₃抽出并被泵入容器C₃的上部。在容器D内的压力变为负值之前，通过容器C和D之间的，其效率与交替加压操作的效率大致相等的大气压力操作，使液体经容器D底部的阀43压入容器D。这样，容器D内的压力就为大气压力或略高一点。容器C中的1,000升液体经过阀45被送到下一个输送地点或分支地点。在输送地点或分支地点上要使所输送的液体分散。关闭容器C的阀45，直到容器C上部空间内的气压达到11、0大气压。

从容器D的底部压入的液体到达1,000升的界面时，界面开关46测出这一时刻，阀42和43关闭。然后打开容器E的阀47，11.0大气压的压缩空气在加压操作下被送入容器C。

如果容器D的100升上部空间的气压变为负值，打开阀48，直到上部空间的压力为大气压力。

通过容器C底部的界面开关49，测出容器C内1,000升液体输送完毕的时刻，关闭阀45。此时，如果容器C的压力未达到11.0大气压，继续进行交替加压操作，直到容器C的压力到达11.0大气压。容器C中发生的这种压力不足是由于用于交替加压操作的压缩空气的压力过高造成的。因此，容器E的初始表压应降低到一个对输送来说是所需的和充分的压力值。

通过上述的过程就完成了第一阶段的操作。容器C替换了容器E的状态，容器E替换了容器D的状态。然后，重复同样的过程来进行第二阶段的操作，因此，输送距离可进一步延伸，还可以高效率地实现物料的分流。

使用两套系统按上述方法进行连续地输送作业。一套系统包括容器A和B，或者是容器A、B、C，它们用于输送液体，另一套系统包括容器C和D或者是容器C、D、E，它们用于连续补充液体。这些容器都由电子计算机控制。例如由具有模糊处理功能的微计算机或微处理机来控制。

至于液态物料的诸多的参数，例如：比重，粘度，液体中所含物质的类型和成分比，摩擦系数和阻尼系数等等，则是根据流体动力学和经验来进行计算。然后把所得到的数据存入计算机。当液体流入补充系统后，传感器立即测出液体的类型和特性。根据计算机的存储和运算，两套系统中各个容器的输送体积的压力都被控制在最佳值。利用已开发的软件，液体在长时间的连续输送过程中所发生的体积变化也能得到妥善的处理。

然而在这个实施方法中，仍存在由于压缩机的运转而产生的泄漏问题。假如压缩机装在一个适当的压力箱中并且在一个相同于加压操作压力的压力环境中运转，就能解决泄漏问题。但是，为此需要准备一个尺寸很大的压力箱。压缩机目前已能达到相当大的工作能力，因而泄漏量相对就很小。因此，与其制备一个容纳压缩机的压力箱，不如测定泄漏量到达某一特定值的时刻，以便补充泄漏损失，这样做更为经济。

反之，要将多种液态物料通过大型设备输送到很高或很远的地方，就会想到把众多的大型压缩机装在一个大尺寸的钢制压力箱中，或装在一个高稳定性的RC或SRC结构的密封箱中。箱中的压力可由计算机控制，以便消除泄漏，这样做尤为可能和经济。

用这种方法可以输送牛顿液体和非牛顿液体的稀浆。液体中所含的固体物质也可通过这种方法来输送，只要固体物质的尺寸小于阀和管路的尺寸即可。因此，对某些液体来说，输送中需要进行搅动。这种带搅动的输送过程在前述的国际专利W090/03322中已有描述，其中，压缩空气通过一些分散的管道底部上升，把沉淀的或凝结的物质打碎，然后，留在容器上部的压缩空气把搅过的液体压入连接在容器底部上的另一管道中。

现参照图7对搅动作进一步说明，图7为交替加压操作的基本部分。当容器A中10.0大气压的压缩空气被压入容器B，作用于容器B中的液体，要将液体沿D方向输送时，在阀b₁打开之前先打开阀b₃。容器B中的液体返回容器C，把那里的沉积物或凝结物打碎并加以搅动。让容器B内的所有液体或一部分液体返回到容器C中进行搅动，可以通过传感器的位置加以控制。就搅动来说，自然压力操作已经足够，但需要的话也可采用加压操作。搅动之后可选用几种工艺过程，其中的一种是这样的：容器B.中的全部液体都返回到容器C，容器B内充满10.0大气压的压缩空气，搅过的液体回到容器A中，在下一个阶段中再进行交替加压操作。另一种工艺过程是使容器B中的压缩空气重新回到容器A中，这样，容器A中充满10.0大气压的压缩空气。搅过的液体自容器C压入容器B，然后再开始第一次的交替加压操作。或者在两次搅动之后再进行交替加压操作。利用程序控制或计算机的存储记忆可以选择最有效的方式。

超高层建筑的供水系统需要许多泵和储蓄容器，泵和容器之间用许多管道来连接，管路系统极其复杂。因此，成本和能源消耗都很高。由于这一原因，将上述的连续加压操作应用于超高层建筑的供水系统。此外，根据前面关于气压原理的说明，就可以对空气压力—这种没有重量的以340米/秒速度传递的波动形式—加以充分的利用。

图8表示了高层建筑中的一个供水系统，其中，每隔10层设置一个水箱，例如设在第1层，第11层，第21层…。上述楼层之间的其余楼层假设是通过水的自然流动来供水。通过容器A和B之间的交替加压操作将水箱C中的水送至水箱F；通过容器D和E之间的交替加压操作将水箱F中的水送至水箱I；以及通过容器G和H之间的交替加压操作将水箱I中的水送至水箱K。如图中所示，在31层和41层，只设置了一个而不是两个压力容器，这意味着进行了大间隔的交替加压操作。从水箱K中把水引入压力容器J，再从任何一组压力容器AB、DE、GH中把压缩空气泵入压力容器J。然后，所说的压缩空气又被泵入水箱M，以使作用于水箱M中的水并把水送入压力容器L。然后压力容器J中的压缩空气(也可以是其它容器中的压缩空气)被泵入压力容器L，以便把水送到更高的楼层。每一层楼的高层是3米，每10层就是30米。因此，用4个大气压的压力(这比3个大气压大出一个大气压)在一幢200～300米的超高层建筑进行输送，就有可能在1秒钟内完成。无论从输送速度还是从节约能源方面来说，这种供水方法都是开创性的。

上述的这些方法都可以在计算机或程序控制下自动地连续进行。对本发明所作的说明是用比重1.0的1米³水为例而进行的，这有利于理解。然而，根据本发明的方法同样可以高效率地把这样一些物料输送到很远的地方，例如：混凝土浆、含有固态物质的液体、泥浆、高粘度液体等等。

因此，对高层建筑的每一楼层主动供水的计划和其它种种因高成本或低效率而未能实施的计划都可以按照本发明的方法而得以实现。

也就是说，本发明改进了本申请人早先提出的输送方法，本发明提供了一种适用于多种物料的，可以重复和连续进行的高效率的输送方法。

Claims (3)

1.一种以压缩气体为能源输送物料的方法，包括利用压缩气体的势能来输送物料，以及把用于输送的压缩气体作为物料的替代物保留在物料从中输送出去的地方，以此重复连续地把压缩气体用作输送时的能源，其特征在于：建立两个包括一些压缩装置和一套压力容器在内的封闭式的循环系统，在一个循环系统中，物料被连续地送至下一个地点，而另一个系统则利用压力差连续地抽取物料，然后把抽取的物料连续地供入第一个系统。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于：液态物料和压缩气体被交替地推入输送地点，送达的物料从位于输送地点的容器的底部排出，压缩气体则从该容器的上部返回到输送的起点，以进一步被利用。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于所述压力容器为三个，包括一个第一容器，它充有大气压力下的气体并且利用压力差来接收所输送的物料，一个第二容器，它通过压缩机抽吸第一容器中的气体并且保存有自初始容器压入的物料，以及包括一个第三容器，它充有准备通过压缩装置而压入第二容器的压缩气体，用物料替代大气压力下的气体，用压缩气体替代物料，用大气压力下的气体替代压缩气体，以及重复循环这一替代过程。

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