CN103939742B - 一种高压浆体管道平稳泵送系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种长距离高压浆体管道的平稳泵送系统，包括有至少一台主泵，每台主泵包括有曲轴、驱动连杆和活塞，所述活塞连接于驱动连杆，所述驱动连杆连接于曲轴，通过所述驱动连杆将曲轴的转动转化为活塞的抽吸和排放运动，每台主泵包括有2个以上的活塞，每个活塞均通过一根所述驱动连杆连接于曲轴，每台主泵所包括的所有活塞之间依次形成有相等的相位差角。本发明所述系统通过使泵站中各主泵的活塞分别处于不同的相位角，从而所有的活塞不会同时到达最大排放状态或最大抽吸状态，使得因活塞抽吸和排放造成的主泵出口压力波动比较平稳，解决了现有长距离浆体管道泵送系统中的压力波动问题，保证了浆体管道输送安全。

Description

一种高压浆体管道平稳泵送系统

技术领域

本发明涉及泵送技术领域，更具体的涉及一种长距离高压浆体管道的平稳泵送系统。

背景技术

在我国经济高速增长、特别是近几年冶金、石化、石油、化肥等行业的持续稳定发展，随着能源的价格提升，运输成本已越来越高，而利用水力管道输送固体材料，与其它运输（如铁路、公路）相比，具有运输距离短、基建投资少，对地形适应及可利用高差势能，不占或少占土地，不污染环境及不受外界条件干扰，可以实现连续作业，技术可靠，运输费仅为铁路、公路的1/6～1/10等诸多优点，实现了经济、环境可持续发展。现有技术中的浆体管道输送系统都是利用泵站中的若干主泵实现浆体物料的泵送输运，这些主泵都包括有若干抽吸活塞，一般情况下每个泵站至少包括有3台主泵，每台主泵又具有三组抽吸活塞，现有技术中，这些主泵和活塞的相位完全相同，即各主泵的各活塞基本都是同步运行的，同时达到排放最大值和抽吸最大值，具有完全相同的曲轴转动相位角，造成的后果是，当同一泵站的多台主泵同时启动运行时，由于各台泵间的相位角相同，与主管道连接的各活塞的抽吸冲程和排放冲程也完全同步，从而造成主泵出口以及主管道内的泵送压力波动较大，如多个主泵的所有活塞同时达到排放最大值时，对连接于活塞出口的主管道造成最大的压力冲击，尤其是对高压浆体管道甚至会发生爆管的危险，因此现有浆体输送管道泵送系统中普遍存在着主泵出口压力波动较大的缺陷，威胁着浆体管道输送安全。

发明内容

本发明基于上述现有技术问题，创新的提出一种长距离高压浆体管道的平稳泵送系统，所述系统通过使泵站中各主泵的活塞分别处于不同的相位角，从而所有的活塞不会同时到达最大排放状态或最大抽吸状态，使得因活塞抽吸和排放造成的主泵出口压力波动比较平稳，解决了现有长距离浆体管道泵送系统中因泵站多台主泵运行相位角相同而导致的较大压力波动问题，保证了浆体管道输送安全。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

一种长距离高压浆体管道的平稳泵送系统，包括有至少一台主泵，每台主泵包括有曲轴1、驱动连杆3和活塞，所述活塞连接于驱动连杆3，所述驱动连杆3连接于曲轴1，通过所述驱动连杆3将曲轴1的转动转化为活塞的抽吸和排放运动，每台主泵包括有2个以上的活塞，每个活塞均通过一根所述驱动连杆3连接于曲轴1，每台主泵所包括的所有活塞之间依次形成有相等的相位差角θ，所述相位差角θ定义为某一时刻不同活塞所连接的曲轴的不同部分之间所对应的曲轴转动角度差，所述相位差角θ的数值等于360°除以每台主泵所包括的活塞数N即θ=(360/N)°。

进一步的根据本发明所述的长距离高压浆体管道的平稳泵送系统，其中所述平稳泵送系统包括有两台以上的主泵，每台主泵包括有两个以上的活塞，且每台主泵所包括的活塞数量相同，不同主泵的对应活塞之间依次形成有相等的相位差角δ，不同主泵对应活塞间的相位差角δ等于360°除以所述平稳泵送系统包括的活塞总数即δ=360/（主泵数量×单泵活塞数°）。

进一步的根据本发明所述的长距离高压浆体管道的平稳泵送系统，其中所述平稳泵送系统包括有三台主泵，每台主泵包括有三个活塞，每台主泵自身的三个活塞之间具有120°相位差角，三台主泵的对应活塞之间依次形成40°的相位差角。

进一步的根据本发明所述的长距离高压浆体管道的平稳泵送系统，其中每台主泵的曲轴1具有能够绕中心轴线旋转的立体弯折结构，包括不在同一平面的若干个曲轴臂7，所述曲轴臂7的数量与主泵所包括的活塞数量相同，并按照平分360°角的方式设置，相邻曲轴臂7的中心平面之间具有与所述相位差角θ相等的夹角，每个活塞对应的驱动连杆转动连接于对应的一个曲轴臂7上。

进一步的根据本发明所述的长距离高压浆体管道的平稳泵送系统，其中以曲轴臂中心平面与驱动连杆中心线处于同一平面且活塞处于最大排放状态时的曲轴臂中心平面作为参考面，连接活塞的曲轴臂在转动过程中，曲轴臂中心平面与所述参考面之间形成的夹角作为所述活塞的相位角，所述相位差角为不同活塞的相位角的差值。

进一步的根据本发明所述的长距离高压浆体管道的平稳泵送系统，其中所述活塞包括活塞杆2、活塞头4和活塞筒5，所述活塞头4连接于活塞杆2，并共同位于所述活塞筒5内，所述活塞杆2的另一端转动连接于所述驱动连杆3，所述驱动连杆3的另一端转动连接于对应的一个曲轴臂7上。

进一步的根据本发明所述的长距离高压浆体管道的平稳泵送系统，其中以所述活塞杆2和所连接的曲轴臂的中心平面之间的夹角作为对应活塞的相位角，所述相位差角为不同活塞的相位角的差值。

进一步的根据本发明所述的长距离高压浆体管道的平稳泵送系统，其中所述曲轴1每旋转一周，每个活塞完成1次抽吸冲程和1次排放冲程，任意两个活塞不会同时处于最大排放或最大抽吸状态。

进一步的根据本发明所述的长距离高压浆体管道的平稳泵送系统，其中每台主泵的泵出口管和泵入口管连通于浆体输送的主管道。

通过本发明的技术方案至少能够达到以下技术效果：

1）、本发明通过使泵站中各主泵的活塞分别处于不同的相位角，解决了现有长距离浆体管道泵送系统中因泵站多台主泵运行相位角相同而导致的较大压力波动问题，保证了浆体管道输送安全。

2）、本发明上述泵送系统中，各主泵的各活塞之间均以间隔相等的相位角进行抽吸和排放冲程，在均衡出口压力的同时，通过活塞的平衡有序运行，提高了泵送系统的泵送效率和使用寿命，降低了浆体管道输送成本。

附图说明

附图1为本发明所述平稳泵送系统中单台主泵的侧视结构示意图；

附图2为本发明所述平稳泵送系统中包括有三个活塞的单台主泵的实物结构示意图；

附图3为本发明所述单台主泵中活塞间相位角设置结构原理图；

附图4为适用于附图3所述原理图中的曲轴的侧视和正视结构原理图；

附图5为本发明所述主泵中相位角匹配分布效果图。

图中各附图标记的含义如下：

1-曲轴，2-活塞杆，3-驱动连杆，4-活塞头，5-活塞筒，6-主管道，7-曲轴臂。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案进行详细的描述，以使本领域技术人员能够更加清楚的理解本发明的方案，但并不因此限制本发明的保护范围。

首先简要说明浆体管道泵送系统的总体结构，浆体管道泵送系统整体包括多个泵站和连接各泵站的主管道。每个泵站包括有多台主泵，每台主泵的泵出口管和泵入口管均连通于主管道，且每台主泵都是基于曲轴驱动活塞的抽吸/排放冲程原理进行工作的。具体的如附图1和2所示，每台主泵包括有壳体、曲轴1、若干根驱动连杆3和若干个活塞，优选的包括三个活塞及对应的三根驱动连杆3，所述活塞具体包括活塞杆2、活塞头4和活塞筒5，所述活塞头4连接于活塞杆2，并共同位于所述活塞筒5内，所述活塞杆2的另一端转动连接于驱动连杆3，所述驱动连杆3的另一端转动连接于曲轴1上，在曲轴1绕轴线中心进行转动的过程中，带动所述驱动连杆3运动，进而由驱动连杆3拉动活塞杆2和活塞头4沿活塞筒5进行抽吸和排放冲程移动，从而利用活塞筒中形成的负压对主管道6内的浆料进行泵送，这种主泵的活塞泵送原理基本与现有技术中的类似。

本发明的创新之处如附图3和附图4所示，在于使连接于主管道的所有活塞之间具有均等的相位差角，为实现该目的，首先同一主泵中的所有活塞之间具有均等的相位差角，所述的相位差角值为360°/活塞数N，附图3和4给出了主泵具有三个活塞时的相位角分布原理，如附图3和4所示的，驱动连杆3的另一端通过转动转轴连接于曲轴1的曲轴臂7上，所述曲轴臂7能够绕曲轴的中心轴线做360°的旋转，当主泵包括有三个活塞时，所述曲轴的中心线或轮廓线结构如附图4所示，具有能够绕中心轴线旋转的立体弯折结构，包括三个不在同一平面内的曲轴臂7，每个活塞对应的驱动连杆分别转动连接于一个曲轴臂7上，为保证三个活塞相互之间具有120°的相位角，所述曲轴的三个曲轴臂所在的中心平面A相互之间具有120°夹角即平分360°角，从而所述活塞的相位角定义为活塞所在主平面和该活塞对应驱动连杆所连接的曲轴臂7所在中心平面A之间的夹角，也就是所述活塞的活塞杆2和该活塞杆2所连接的曲轴臂的中心平面A之间的夹角，当主泵包括有三个活塞时，三个活塞间的相位差角为120°，如附图3中所述的，第一个活塞的相位角θ=0°（活塞杆2与对应曲轴臂成0°，活塞头处于排放最大位置），第二个活塞的相位角θ=0°（活塞杆2与对应曲轴臂成120°），第三个活塞的相位角θ=240°（活塞杆2与对应曲轴臂成240°，沿统一的逆时针方向），这样在主泵工作时，其曲轴1每旋转360度，每个活塞杆相差120度，当第一个活塞头处于最顶端时，其他2个活塞杆处于中间的抽吸和排放位置，当曲轴继续运行时，第一个活塞将往后抽吸矿浆、而其他2个活塞将相间断地达到最前端排放矿浆、然后继续往后抽吸，使得每个活塞达到1次抽吸以及1次排放，但三个活塞不会同时处于抽吸或排放最大状态，进而不会在活塞出口的主管道中造成同步压力波动。

当泵站中同时包括有多台主泵时，除了要求按照上述方式控制每个单独主泵自身的活塞之间具有相等的相位差角之外，还要求各主泵的活塞之间依次具有相等的相位差角，也就是按照同一相位角设置参考方向（顺时针或逆时针），两个主泵的两个对应活塞之间的相位差角为360°/活塞总数N，其中的活塞数为主泵数量乘以每个主泵所包括的活塞数，各个主泵所包括的活塞数量相等。比如当包括有三台主泵，每个主泵包括有三个活塞时，可以把单台主泵看作一个整体，都是由一个曲轴带动，因为单台主泵所包括的三个活塞之间的相位角是固定并且相等的即为120°，所以两台主泵间只要其中一组对应的活塞之间相差固定的相位角，则剩余的其他对应活塞之间也相差同样的固定相位角，根据上述三台主泵共包括有9个活塞，则不同主泵的活塞之间的相位差角=360°/9=40°，这样整个泵站中三台主泵所包括的9个活塞平均分配曲轴每转一周的相位角度，保证不会同时有两个活塞达到最大排放或抽吸冲程状态，从而所有活塞相互间隔的进行抽吸和排放冲程，将对主管道泵送过程中的压力波动降低至最小。

实现本发明所述平稳泵送系统中各主泵活塞运作的相位角控制方式如下：首先相位角的定义同上，为活塞所在平面或活塞杆与所连接曲轴臂所在中心平面A之间的夹角，为方便起见，按照逆时针方向（参照曲轴臂的实际转动方向），以活塞头处于最大排放伸出状态时的曲轴臂所在平面为0°相位角，曲轴臂在逆时针转动过程中与该0°角所在平面之间所成的角度即为对应的相位角。

接着，将每个主泵中所包括的所有活塞按照相互间相位差角为360°/活塞数N的方式设置，具体的可将主泵中的曲轴设置成包括N个曲轴臂，相邻曲轴臂所在平面相互间成360°/N，然后将各活塞对应的驱动连杆分别转动连接于对应的曲轴臂上，进而使得单个主泵中各个活塞间具有相等的相位差角。

最后根据所有主泵所包括的活塞数量计算不同主泵的活塞之间的相位差角=360°/（主泵数量M*单泵活塞数N），然后依据该角度依次设置不同主泵间活塞的相位角差，可按照上述方式以统一的标准定义各个活塞的相位角，确定好0°角位置后，按照所述相位差角依次设定不同主泵中活塞连接的曲轴臂的位置，因单台主泵的曲轴臂间夹角相等，因此每台主泵仅需设定其中一个活塞对应的曲轴臂的位置即可使各活塞具有相等的相位角差。在多台主泵之间的相位角设定过程中可把单台主泵看成一个整体，仅考虑其中一个活塞，简化了活塞相位角控制过程。

通过本发明的技术方案，能够很好的平衡各活塞的抽吸排放过程，如附图5给出的包括三个活塞的单台主泵的相位角匹配效果，可以看出这种方式较现有技术中泵与泵活塞间相位角没有规律的情况大大减小了泵送出口压力波动，现有技术中当所有泵（活塞）的相位角是在0度的时候，会出现各台泵都同时达到最大压力并且同时达到最小压力，使波动范围最大且对设备损伤较大。通过附图5可以清晰的看到利用本发明的相位匹配技术使压力的整个峰值都更加趋于平稳，大大减轻了泵送过程中对设备的压力损伤。

以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明的主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴，本发明具体的保护范围以权利要求书的记载为准。

Claims (9)

1.一种长距离高压浆体管道的平稳泵送系统，包括有至少一台主泵，每台主泵包括有曲轴（1）、驱动连杆（3）和活塞，所述活塞连接于驱动连杆（3），所述驱动连杆（3）连接于曲轴（1），通过所述驱动连杆（3）将曲轴（1）的转动转化为活塞的抽吸和排放运动，其特征在于，每台主泵包括有2个以上的活塞，每个活塞均通过一根所述驱动连杆（3）连接于曲轴（1），每台主泵所包括的所有活塞之间依次形成有相等的相位差角θ，所述相位差角θ定义为某一时刻不同活塞所连接的曲轴的不同部分之间所对应的曲轴转动角度差，所述相位差角θ的数值等于360°除以每台主泵所包括的活塞数N即θ=（360/N）°。

2.根据权利要求1所述的长距离高压浆体管道的平稳泵送系统，其特征在于，所述平稳泵送系统包括有两台以上的主泵，每台主泵包括有两个以上的活塞，且每台主泵所包括的活塞数量相同，不同主泵的对应活塞之间依次形成有相等的相位差角δ，不同主泵对应活塞间的相位差角δ等于360°除以所述平稳泵送系统包括的活塞总数即δ=（360/（主泵数量×单泵活塞数））°。

3.根据权利要求2所述的长距离高压浆体管道的平稳泵送系统，其特征在于，所述平稳泵送系统包括有三台主泵，每台主泵包括有三个活塞，每台主泵自身的三个活塞之间具有120°相位差角θ，三台主泵的对应活塞之间依次形成40°的相位差角δ。

4.根据权利要求1所述的长距离高压浆体管道的平稳泵送系统，其特征在于，每台主泵的曲轴（1）具有能够绕中心轴线旋转的立体弯折结构，包括不在同一平面的若干个曲轴臂（7），所述曲轴臂（7）的数量与主泵所包括的活塞数量相同，并按照平分360°角的方式设置，相邻曲轴臂（7）的中心平面之间具有与所述相位差角θ相等的夹角，每个活塞对应的驱动连杆转动连接于对应的一个曲轴臂（7）上。

5.根据权利要求4所述的长距离高压浆体管道的平稳泵送系统，其特征在于，以曲轴臂中心平面与驱动连杆中心线处于同一平面且活塞处于最大排放状态时的曲轴臂中心平面作为参考面，连接活塞的曲轴臂在转动过程中，曲轴臂中心平面与所述参考面之间形成的夹角作为所述活塞的相位角，所述相位差角θ为不同活塞的相位角的差值。

6.根据权利要求4所述的长距离高压浆体管道的平稳泵送系统，其特征在于，所述活塞包括活塞杆（2）、活塞头（4）和活塞筒（5），所述活塞头（4）连接于活塞杆（2），并共同位于所述活塞筒（5）内，所述活塞杆（2）的另一端转动连接于所述驱动连杆（3），所述驱动连杆（3）的另一端转动连接于对应的一个曲轴臂（7）上。

7.根据权利要求6所述的长距离高压浆体管道的平稳泵送系统，其特征在于，以所述活塞杆（2）和所连接的曲轴臂的中心平面之间的夹角作为对应活塞的相位角，所述相位差角θ为不同活塞的相位角的差值。

8.根据权利要求1-7任一项所述的长距离高压浆体管道的平稳泵送系统，其特征在于，所述曲轴（1）每旋转一周，每个活塞完成1次抽吸冲程和1次排放冲程，任意两个活塞不会同时处于最大排放或最大抽吸状态。

9.根据权利要求1-7任一项所述的长距离高压浆体管道的平稳泵送系统，其特征在于，每台主泵的泵出口管和泵入口管连通于浆体输送的主管道。