CN103389259B - 一套膏体充填料浆流变特性测试系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一套膏体充填料浆流变特性测试系统及其使用方法,该系统由料浆制备系统、管道输送系统、控制系统、数据采集系统组成,在管道(9)上设置有压力变送器(10)和电磁流量计(7),在料浆制备系统的搅拌罐(2)中设置有浓度传感器(12),将上述测试数据传输到数据采集器(6)中。该装置能够实现不同浓度膏体料浆输送过程中的管道压力梯度、流量的实时监测,能够充分考虑管道内径、粗糙度等因素对膏体料浆输送的影响。该发明填补了膏体充填领域中料浆流变测试试验装置的空白,可根据矿山现场尾矿颗粒实际尺寸,进行室内模拟试验和半工业规模中试试验,具有可移动性强、自动化程度高、测试准确的优点。
Description
技术领域
本发明属于膏体充填领域,特别涉及到一套膏体充填料浆流变特性环管测试系统。
背景技术
膏体充填具有不易发生离析和沉淀、充填体力学性能良好,强度高,采场脱水量少,充填成本低,环境友好等优点,已经成为21世纪矿山充填技术的一个重要发展方向。
充填料浆管道输送参数的选择在膏体充填系统设计、生产调试过程中具有举足轻重的作用。由于国内、外矿山充填材料的组分和粒级组成是千差万别的,大多数矿山不能完全参考其它矿山的运行参数,只能依据矿山充填材料实际情况进行流变试验来测定。目前充填料浆流变特性研究存在的主要问题:一是流变参数主要从室内流变仪测得,然后通过公式计算其输送参数,其实验方法局限性大,与工程实际差距大,直接导致充填料浆输送参数选择不准确;二是大型环管试验测试料浆流变特性最符合工程实际,但由于其消耗人力、物力、财力过大,需时过长,而且实验完成后需要拆除,这在很大程度上限制了其发展与应用。由此可见,研制一套可移动的、能够重复利用的膏体料浆流变特性测试装置,探明充填料浆浓度、粒级组成、水泥掺量、管道特性等对料浆流变特性的影响,建立合理的料浆流变模型及沿程阻力损失公式,为解决膏体充填系统设计中由于流变参数测量不准确而造成的设备选型不当,输送过程中出现料浆堵管、不满管输送及管路磨损过快等诸多问题提供理论指导,推动膏体充填料浆输送技术的进一步发展具有重要的现实意义。
发明内容
本发明解决的技术问题是,现有料浆流变测试仪使用不方便、测试参数不准确、测试不方便以及测试参数不全面等问题。本发明的目的是公开一种膏体填充料浆流变特性测试系统及其使用方法,此系统可用于研究膏体充填料浆输送过程的流变特性,可用于探明料浆浓度、颗粒粒径、管道直径、水泥掺量等因素对膏体料浆流变行为的影响规律,确定膏体料浆管道输送参数,建立管道输送沿程阻力模型,为膏体充填的料浆配合比设计、管网布置提供重要的数据支持。
为实现上述目的,本发明采用如下的技术方案:
一套膏体充填料浆流变特性测试系统,其由料浆制备系统、管道输送系统、控制系统、数据采集系统组成,所述料浆制备系统通过电机3及渣浆泵4与管道输送系统相连,在管道9上设置有压力变送器10和电磁流量计7,在料浆制备系统的搅拌罐2中设置有浓度传感器12,将上述测试数据传输到数据采集器6中;该系统中还包括变频器控制柜5,其分别与料浆制备系统中的搅拌器1和渣浆泵4相连;并且管道9末端置于搅拌罐2中,实现闭路循环,形成相应的进料管道和回料管道。
此测试系统的优选方案为,所述管道为管径分别为40mm、50mm、65mm、80mm、100mm、120mm中的一种,管道由进料管和出料管两段组成,其长度均为10m,并且在管道上有1.5m长的透明有机玻璃管。
此测试系统的优选方案为,所述压力变送器10为四个均匀地分布于进料管道和回料管道上。
此测试系统的优选方案为,所述电磁流量计7置于进料管道上。
此测试系统的优选方案为,所述控制系统由变频器控制柜5、压力变送器10、电磁流量计7、浓度传感器12、通讯电缆11组成,可实现管道压力P、流量Q、料浆浓度C的在线自动监测。
此测试系统的优选方案为,数据采集器6中记录的数据包括流程图、仪表盘、实时数据及曲线、反应操作、历史曲线、历史报表、报警处理和系统退出。可显示整个测试系统的工艺流程,实现系统的显示和操作以及现场传感器数据的实时采集和存储。
一套膏体充填料浆流变特性测试系统的使用方法,包括以下的使用步骤:
(1)系统参数测试:选择一管径的管道9连接于渣浆泵4,将搅拌罐2中加入清水并生成水曲线,调试系统使水曲线与标准水曲线吻合,记录管道壁的粗糙度;
(2)料浆准备:加入浓度较高的尾砂及水至搅拌罐2中,调节变频器5使搅拌器1以一定的转速运行,待料浆具有一定的流动性后,启动渣浆泵4,低速运行,使料浆开始在管道中循环5-8min以充分排除系统中的气泡,此时从数据采集器6上读取料浆浓度。
(3)测试开始:调节渣浆泵4频率,使料浆在最大流速下运行,此时记录压力变送器的数值,然后再逐渐降低频率,直到管道中的料浆停止移动,然后重新提高频率使其达到最大流速,再次记录压力变送器的数值,在此过程中,每个频率持续测试20s,测试顺序从最高浓度向最低浓度进行,直到测试完成需要的料浆浓度。
本发明主要是测试膏体充填料浆在管道输送过程中的流变特性,可用于确定料浆的屈服应力、粘度系数、流动指数、料浆输送过程中的沿程阻力等参数。例如在管道上设置四个压力变送器,即可测量出进料管上的压力值P1、P2,回料管上的压力值P3、P4,以及流量值Q,则得出一定管道长度L两端的压差ΔP,即可算出管道输送的压力损失ΔP/l,单位Kpa·m-1;通过上述参数就可计算出料浆的输送参数,例如:剪切速率:剪切应力:从而得到料浆的流变模型,流变参数就可以计算出来。
此发明的有益效果在于,通过该系统可模拟充填过程中料浆在不同梯度下的流动行为,综合考察料浆浓度、物料级配、管道直径、水泥掺量等因素对膏体料浆流变特性的影响规律,最终可达到优化设计料浆配合比、改善管网布置结构、减少料浆输送过程中的堵管及管道磨损的目的。并且此测试系统,便于组装,可用于现场测试、测试数据全面,具有良好的市场应用前景。
附图说明
图1为膏体充填料浆流变特性测试系统的工作流程示意图。
1—搅拌器2—搅拌罐3—电动机4—渣浆泵5—变频器控制柜6—数据采集器7—电磁流量计8—取样口9—不同管径的管道10—压力变送器11—通讯电缆12—浓度传感器
具体实施方式
下面对本发明做进一步描述,但本发明的保护范围并不局限于以下所描述具体实施方式的范围。
一套膏体充填料浆流变特性测试系统,其由料浆制备系统、管道输送系统、控制系统、数据采集系统组成,料浆制备系统通过电机3及渣浆泵4与管道输送系统相连,在管道9上设置有压力变送器10和电磁流量计7,在料浆制备系统的搅拌罐2中设置有浓度传感器12,将上述测试数据传输到数据采集器6中;该系统中还包括变频器控制柜5,其分别与料浆制备系统中的搅拌器1和渣浆泵4相连;并且管道9末端置于搅拌罐2中,实现闭路循环,形成相应的进料管道和回料管道。所述管道为管径为40mm,为进料管和出料管两段,其长度均为10m,并且回料管道上有1.5m长的透明有机玻璃管。在管道上设置四个压力变送器10,其间隔距离为2.5m,进料管道和回料管道上分别设置两个。所述电磁流量计7置于进料管道上。
所述控制系统由变频器控制柜5、压力变送器10、电磁流量计7、浓度传感器12、通讯电缆11组成,可实现管道压力P、流量Q、料浆浓度C的在线自动监测。并在控制柜中安装有计算软件,可对上述数据进行处理,计算出料浆的屈服应力、粘度系数、流动指数、料浆输送过程中的沿程阻力、剪切速度、剪切应力等参数。
所述数据采集器6中记录的数据包括流程图、仪表盘、实时数据及曲线、反应操作、历史曲线、历史报表、报警处理和系统退出等操作按钮。
上述膏体充填料浆流变特性测试系统的使用方法为,取某矿膏体充填料浆作为试验样品,水泥掺量8%,浓度71%-65%,进行膏体料浆流变特性测试试验。
(1)系统准备:连接管道40mm为进料管,50mm管道为回料管,在水平管道上打直径为10mm的孔,安装压力变送器10(E+HCerabarMPMC51),间距5m,进料管倒上安装2个分别为P1、P2,回料管道中安装2个P3、P4,电磁流量计(E+HPromag50250)安装在进料管道上,同时通过通讯电缆11与数据采集器6连接;将搅拌系统与管道输送系统及数据采集系统进行连接。
(2)系统参数测试:将搅拌罐(直径1200mm,高度1500mm)中加满清水并生成水曲线,确保每个仪器工作正常,例如:泵、电源、流量计、压力变送器、浓度传感器等,调试系统使水曲线与标准水曲线吻合,记录管道壁的粗糙度。
(3)料浆准备:将管道中的清水排出,加入浓度较高的尾砂及水至搅拌罐2中,通过变频器控制柜5调节搅拌器1(DXJ65-7.5KW,100rpm/min)转速,待料浆具有一定的流动性后,启动渣浆泵4,通过变频器(Altivar6155kw-75HP380/480v)调节渣浆泵(WARMANC100)使其低速运行,使料浆开始在管道中循环5-8min以充分排除系统中的气泡,此时从浓度传感器12上读出此时的料浆浓度。
(4)测试开始:调节渣浆泵4电机变频器,使料浆以最大流速下运行,此时压力变送器10达到量程的80%,然后再逐渐降低频率,直到管道9中的料浆停止移动,然后重新提高频率,达到压力变送器10量程的80%,每个频率持续测试20s,测试顺序从最高浓度向最低浓度进行,向搅拌罐中加入水稀释料浆,得到较低浓度料浆,直到料浆浓度达到65%。
(5)测试结束:一种料浆测试完成后,排净料浆并用水清洗系统。
(6)数据读取:从数据采集器中读取,料浆的浓度为71%,管道上的压力达到量程80%时的值分别为P1=471Kpa、P2=339.2Kpa、P3=167.6Kpa、P4=129.1Kpa,流量值Q为35m3/h。通过上述数值可计算出:40mm管道压力损失△p/l=26.3kpa/m、50mm管道压力损失7.7kpa/m;40mm管道中料浆输送的剪切速率8V/D=15491/s、剪切应力△p·D/4l=263.5pa·s;50mm管道中料浆输送的剪切速率8V/D=793.81/s、剪切应力△p·D/4l96.4pa·s。
(7)料浆流变参数计算:按照方法(6)可计算出不同压力值下的剪切速率与剪切应力数据,基于此绘制剪切速率与剪切应力的关系曲线,与赫谢尔—布尔克莱Hershey-bulkley流变模型相比较,调节Hershey-bulkley流变模型的参数值,包括流动指数n=0.75、初始屈服应力τ0=37pa、粘性系数μ=1.36pa·s,与实验曲线相吻合,则参数值就为71%浓度料浆在40-50mm管道输送中的流变参数。
Claims (6)
1.一套膏体充填料浆流变特性测试系统,其由料浆制备系统、管道输送系统、控制系统、数据采集系统组成,其特征在于:料浆制备系统通过电机(3)及渣浆泵(4)与管道输送系统相连,在管道(9)上设置有压力变送器(10)和电磁流量计(7),在料浆制备系统的搅拌罐(2)中设置有浓度传感器(12),将上述测试数据传输到数据采集器(6)中;该系统中还包括变频器控制柜(5),其分别与料浆制备系统中的搅拌器(1)和渣浆泵(4)相连;并且管道(9)末端置于搅拌罐(2)中,实现闭路循环,形成相应的进料管道和回料管道;控制系统由变频器控制柜(5)、压力变送器(10)、电磁流量计(7)、浓度传感器(12)、通讯电缆(11)组成,可实现管道压力P、流量Q、料浆浓度C的在线自动监测;并在控制柜中安装有计算软件,可对上述数据进行处理,计算得到参数包括出料浆的屈服应力、粘度系数、流动指数、料浆输送过程中的沿程阻力、剪切速度、剪切应力。
2.根据权利要求1所述的一套膏体充填料浆流变特性测试系统,其特征在于:所述管道输送系统为管径分别为40mm、50mm、65mm、80mm、100mm、120mm中的一种或两种组合,管道由进料管和出料管两段组成,其长度均为10m,并且在管道上设有1.5m长的透明有机玻璃管。
3.根据权利要求1所述的一套膏体充填料浆流变特性测试系统,其特征在于:所述压力变送器(10)为四个均匀地分布于进料管道和回料管道上。
4.根据权利要求1所述的一套膏体充填料浆流变特性测试系统,其特征在于:所述电磁流量计(7)置于进料管道上。
5.根据权利要求1所述的一套膏体充填料浆流变特性测试系统,其特征在于:数据采集器(6)中记录的数据包括流程图、实时数据及曲线、反应操作、历史曲线、历史报表,以及仪表盘、报警处理和系统退出中产生的数据。
6.一套膏体充填料浆流变特性测试系统的使用方法,其特征在于:包括以下的使用步骤:
(1)系统参数测试:选择一管径的管道(9)连接于渣浆泵(4),将搅拌罐(2)中加入清水并生成水曲线,调试系统使水曲线与标准水曲线吻合,记录管道壁的粗糙度;
(2)料浆准备:加入65~71wt%的尾砂及水至搅拌罐(2)中,调节变频器(5)使搅拌器(1)以一定的转速运行,待料浆具有一定的流动性后,启动渣浆泵(4),低速运行,使料浆开始在管道中循环5-8min以充分排除系统中的气泡,此时从数据采集器(6)上读取料浆浓度;
(3)测试开始:调节渣浆泵(4)频率,使料浆在最大流速下运行,此时记录压力变送器的数值,然后再逐渐降低频率,直到管道中的料浆停止移动,然后重新提高频率使其达到最大流速,再次记录压力变送器的数值,在此过程中,每个频率持续测试20s,测试顺序从最高浓度向最低浓度进行,直到测试完成需要的料浆浓度。
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