CN104632639A - 一种全壁面加热双速螺旋假塑性流体泵送装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种全壁面加热双速螺旋假塑性流体泵送装置及方法，包括：动力及动力传递模块、加热模块和螺旋剪切及输送模块三部分，其中加热模块包括从螺旋装置表面对流体进行加热，另外缸体壁面与缸体隔热层之间通入另一支高温导热油，实现缸体壁面对流体的加热，从而达到全壁面、高效加热效果，大大提高假塑性流体加热效率，降低假塑性流体的粘度；螺旋剪切及输送装置可以实现流体输送的同时对流体施加剪切速率，达到剪切稀化效应；低速螺旋叶片和高速螺旋叶片可对假塑性流体实现不同剪切速率，同时，通过大、小螺旋装置的匹配，迫使腔内形成一定的负压，实现假塑性流体流动，提高假塑性流体的泵送效果。

Description

一种全壁面加热双速螺旋假塑性流体泵送装置及方法

技术领域

本发明涉及一种假塑性流体泵送装置，尤其是一种全壁面加热双速螺旋假塑性流体泵送装置及方法。

背景技术

假塑性流体在工业应用中普遍存在，如重质原油、高分子溶液、胶体聚合物等，具有粘度高、流动性能差的特点，假塑性流体通过圆管输送进行加注过程中，存在管阻大、耗能高的缺点，表现出较差的泵送性能。因此，现有的流体泵送设备，多数均需要配备较大的动力装置，如：采用液压作为动力输送重质原油时，需要提供较高的输送压力。另一方面，假塑性流体具有良好的粘温特性和剪切稀化效应，即温度升高，假塑性流体的粘度下降，承受剪切速率时，其粘度明显降低。然而，假塑性流体这类优良特性并没有用在提高假塑性流体泵送性能的方面。造成这种现象的原因主要是：

1)假塑性流体虽然有良好的粘温特性，但其大部分假塑性流体为胶体分散体系，导热性能很差，加热过程中，存在严重的不均匀性，实现对假塑性流体均匀加热，需要耗费较长时间，这方面的设备和方法欠缺；

2)现有的假塑性流体输送泵，多是圆柱腔体结构，假塑性流体在流动过程中，仅仅存在一个径向的剪切速率，剪切稀化影响的效果是有限的，假塑性流体依然表现出较高的粘度，阻碍了假塑性流体泵送技术的发展。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种全壁面加热双速螺旋假塑性流体泵送装置及方法，可以对假塑性流体进行充分加热且对其进行螺旋剪切，克服了现有技术的不足。

技术方案：一种全壁面加热双速螺旋假塑性流体泵送装置，包括：缸体和动力及动力传递模块，该模块包括两端的液压马达、马达底座、联轴器、圆柱销、轴瓦座、轴瓦、轴承座和双列圆锥滚子轴承，低速输入轴、高速输入轴、大螺旋装置和小螺旋装置构成，两端的液压马达通过联轴器将输出的转矩分别依靠低速输入轴和高速输入轴带动大螺旋装置和小螺旋装置转动；

其特征在于：包括加热模块和螺旋剪切及输送模块；

所述加热模块由大螺旋装置、小螺旋装置和缸体为主体设置的相应油路结构组成；

所述螺旋剪切及输送模块包括大螺旋装置和小螺旋装置，所述大螺旋装置包括大中空管，内部大隔板以及大中空管上设有大螺旋叶片；小螺旋装置结构包括：小隔板，小中空管和小螺旋叶片，形成和大螺旋装置相同的结构；所述大隔板将大中空管隔成两个底部连通的半圆柱腔体；小螺旋装置结构和大螺旋装置结构相同，即小端端盖和小螺旋装置上设置有相似的油路结构。

进一步的，所述的大螺旋装置一端的油路结构包括大端端盖和大中空管；所述的大端端盖和大中空管上开有大端端盖进油孔和大中空管进油孔、大端端盖出油孔和大中空管出油孔，所述的大端端盖上开有油槽；小螺旋装置端的油路结构和大螺旋装置端的相同。

进一步的，所述的大螺旋装置和小螺旋装置为单线程或双线程螺旋结构。

进一步的，低速输入轴和大螺旋装置联接采用型面联接，低速输入轴和大螺旋装置联接的轴端设有隔热衬套，同时采用销定位；高速输入轴和小螺旋装置的联接方式采用与低速输入轴和大螺旋装置相同的联接结构。

进一步的，所述的缸体分为大端和小端，大端设置有进液口，小端设置有出液口；大端有与进液口衬套配合的进液口衬套光孔，小端有与出液口衬套配合的出液口衬套光孔。

进一步的，所述大螺旋装置内部、小螺旋装置内部和缸体外壁面均有油浴回流；

所述加热模块包括对大螺旋装置、小螺旋装置和缸体壁面油浴回流三部分进行加热；其中大螺旋装置和小螺旋装置加热步骤相同；

大螺旋装置内部加热油路通过大端端盖进油孔和大中空管进油孔对大中空管供给高温导热油，高温导热油在大隔板的阻挡下，沿着大中空管回流，最后通过大端端盖出油孔和大中空管出油孔流出；

缸体外部及端部分别设置有缸体隔热层、大端压盖和小端压盖，缸体隔热层上分别设有进油孔和出油孔；缸体壁面加热由缸体隔热层、大端压盖、小端压盖构成的腔体通入高温导热油实现；

该方法包括以下步骤：

步骤一：假塑性流体泵送之前，启动装置的加热模块，使得缸体腔体内部温度升高至油浴温度，大螺旋装置端的高温导热油由大端端盖的大端端盖进油孔进行加注，通过大中空管的大中空管进油孔进入大中空管内部的腔体进行回流，最后通过大端端盖出油孔和大中空管出油孔流出；

缸体外壁面的回流加热中，高温导热油由缸体隔热层的进油孔注入，通过缸体外壁面对缸体进行油浴加热，最后由缸体隔热层的出油孔流出；

步骤二：假塑性流体由进液口衬套挤入缸体的腔体内，启动装置两端的液压马达，驱动大螺旋装置和小螺旋装置的转动，使流体沿着缸体轴向螺旋流动，与大螺旋叶片、大中空管外表面、缸体内壁面、小螺旋叶片、小中空管外表面相接触；

进一步的，装置运转过程中，使小螺旋装置处缸体截面积、小螺旋装置导程和小螺旋装置转速的乘积为大螺旋装置处缸体截面积、大螺旋装置导程和大螺旋装置转速乘积的1-1.2倍。

有益效果：大螺旋装置主要针对假塑性流体低剪切速率时呈现的高粘度，需要较大功率，小螺旋装置主要针对假塑性流体在承受剪切之后粘度下降，需施加更高的剪切速率以进一步地降低假塑性流体的粘度。同时，大螺旋装置和小速螺旋装置均采用马达驱动，通过调节马达的流量控制马达转速，以达到小螺旋装置排量和低速螺旋装置排量输送匹配的效果。此外，为了提高泵送效果，排量匹配过程中，使得小螺旋装置端的输送排量略大于大螺旋装置端的输送排量，以使得两个螺旋装置之间形成一定的负压区域，增大压差，利于假塑性流体输送。该系统可以实现对假塑性流体充分加热，低速和高速复合剪切，从而有效降低假塑性流体粘度，提高假塑性流体的泵送性能。

附图说明

图1是本发明的装配图

图2是本发明的低速输入轴零件图

图3是本发明的大螺旋装置部件图

图4是本发明的小螺旋装置部件图

图5是本发明的缸体零件图

图6是本发明的缸体隔热层零件图

图7是本发明的大端端盖零件图

图中标号：1-液压马达，2-联轴器，3-圆柱销，4-轴承座，5-低速输入轴，6-销，7-进液口衬套，8-大螺旋装置，9-缸体，10-小螺旋装置，11-缸体隔热层，12-小端端盖，13-螺钉，14-隔热衬套，15-轴瓦座，16-轴瓦，17-高速输入轴，18-普通密封圈，19-销，20-第一转动密封圈，21-小端压盖，22-出液口衬套，23-小端隔热密封件，24-缸体底座，25-大端隔热密封件，26-第二转动密封圈，27-大端压盖，28-大端端盖，29-隔热衬套，30-双列圆锥滚子轴承，31-轴承座端盖，32-螺钉，33-马达底座，801-大隔板，802-大中空管，803-大螺旋叶片，8a-大中空管进油孔，8b-大中空管出油孔，8c-销孔，9a-进液口衬套光孔，9b-出液口衬套光孔，101-小隔板，102-小中空管，103-小螺旋叶片，10a-进油孔，10b-出油孔，10c-销孔，11a、11b-光孔，11c-进油孔，11d-出油孔,28a-大端端盖进油孔，28b-大端端盖出油孔，28c-油槽，a-进液方向，b-出液方向，c-进油方向，d-出油方向，e-进油方向，f-出油方向，g-进油方向，h-出油方向。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步描述：

一种全壁面加热双速螺旋假塑性流体泵送装置，包括：缸体9和动力及动力传递模块，该模块包括两端的液压马达1、马达底座33、联轴器2、圆柱销3、轴瓦座15、轴瓦16、轴承座4和双列圆锥滚子轴承30，低速输入轴5、高速输入轴17、大螺旋装置8和小螺旋装置10构成，两端的液压马达1通过联轴器2将输出的转矩分别依靠低速输入轴5和高速输入轴17带动大螺旋装置8和小螺旋装置10转动；

其特征在于：包括加热模块和螺旋剪切及输送模块；

所述加热模块由大螺旋装置8、小螺旋装置10和缸体9为主体设置的相应油路结构组成；

所述螺旋剪切及输送模块包括大螺旋装置8和小螺旋装置10，所述大螺旋装置8结构包括：大中空管802，内部大隔板801以及大中空管802上设有大螺旋叶片803；小螺旋装置10结构包括：小隔板101，小中空管102和小螺旋叶片103，形成和大螺旋装置8相同的结构；所述大隔板801将大中空管802隔成两个底部连通的半圆柱腔体；小螺旋装置10结构和大螺旋装置8结构相同的结构。

所述的大螺旋装置8一端的油路结构包括大端端盖28和大中空管802；所述的大端端盖28和大中空管802上开有大端端盖进油孔28a和大中空管进油孔8a、大端端盖出油孔28b和大中空管出油孔8b，所述的大端端盖28上开有油槽28c；小螺旋装置10端的油路结构和大螺旋装置8端的相同，即小端端盖12和小螺旋装置10上设置有相同的油路结构。

所述的大螺旋装置8和小螺旋装置10为单线程或双线程螺旋结构。

低速输入轴5和大螺旋装置8联接采用型面联接，低速输入轴5和大螺旋装置8联接的轴端设有隔热衬套29，同时采用销6定位；高速输入轴17和小螺旋装置10的联接方式采用与低速输入轴5和大螺旋装置8相同的联接结构。

如图5所示，所述的缸体9分为大端和小端，大端设置有进液口，小端设置有出液口；大端有与进液口衬套7配合的进液口衬套光孔9a，小端有与出液口衬套22配合的出液口衬套光孔9b。

所述大螺旋装置8内部、小螺旋装置10内部和缸体9外壁面均有油浴回流；

所述加热模块包括对大螺旋装置8、小螺旋装置10和缸体9壁面油浴回流三部分进行加热；其中大螺旋装置8和小螺旋装置10加热步骤相同；

大螺旋装置8内部加热油路通过大端端盖进油孔28a和大中空管进油孔8a对大中空管802供给高温导热油，高温导热油在大隔板801的阻挡下，沿着大中空管802回流，最后通过大端端盖出油孔28b和大中空管出油孔8b流出；

缸体9外部及端部分别设置有缸体隔热层11、大端压盖27和小端压盖21，缸体隔热层11上分别设有进油孔11c和出油孔11d；缸体9壁面加热由缸体隔热层11、大端压盖27、小端压盖21构成的腔体通入高温导热油实现；底部设有用于固定的缸体底座24。

此外，整个装置中还包括相关的连接件、密封件及附件，如图1所示，分别为：螺钉13、螺钉32、普通密封圈18、第一转动密封圈20、第二转动密封圈26和轴承座端盖31。

该方法包括以下步骤：

步骤一：假塑性流体泵送之前，启动装置的加热模块，使得缸体9腔体内部温度升高至油浴温度，大螺旋装置8端的高温导热油由大端端盖28的大端端盖进油孔28a进行加注，通过大中空管802的大中空管进油孔8a进入大中空管802内部的腔体进行回流，最后通过大端端盖出油孔28b和大中空管出油孔8b流出；

缸体9外壁面的回流加热中，高温导热油由缸体隔热层11的进油孔11c注入，通过缸体9外壁面对缸体9进行油浴加热，最后由缸体隔热层11的出油孔11d流出；

步骤二：假塑性流体由进液口衬套7挤入缸体9的腔体内，启动装置两端的液压马达1，驱动大螺旋装置8和小螺旋装置10的转动，使流体沿着缸体9轴向螺旋流动，与大螺旋叶片803、大中空管802外表面、缸体9内壁面、小螺旋叶片103、小中空管102外表面相接触；

装置运转过程中，使小螺旋装置10处缸体9截面积、小螺旋装置10导程和小螺旋装置10转速的乘积为大螺旋装置8处缸体9截面积、大螺旋装置8导程和大螺旋装置8转速乘积的1-1.2倍。

实施例：

本发明的一种全壁面加热双速螺旋假塑性流体泵装置，包括：缸体9和动力及动力传递模块。如图1、图2所示，动力及动力传递模块包括两端的液压马达1、马达底座33、联轴器2、圆柱销3、轴瓦座15、轴瓦16、轴承座4和双列圆锥滚子轴承30，低速输入轴5、高速输入轴17、大螺旋装置8和小螺旋装置10构成，两端的液压马达1通过联轴器2将输出的转矩分别依靠低速输入轴5和高速输入轴17带动大螺旋装置8和小螺旋装置10转动，输入轴5，17和螺旋装置8，10之间通过型面联接，并采用销6，19定位，两者连接部位需要设有隔热衬套14，29，输入轴5，17和螺旋装置8，10相联接的端部需设有隔热密封件23，25，避免热量传向输入轴；包括加热模块和螺旋剪切及输送模块；

加热模块主要对大螺旋装置8内部，小螺旋装置10内部，缸体9壁面三部分进行的油浴回流加热；小螺旋装置10和大螺旋装置8加热原理相同；缸体9壁面加热由缸体9外部设有的缸体隔热层11、大端压盖27、小端压盖21构成；螺旋剪切及输送模块包括大螺旋装置8和小螺旋装置10，大螺旋装置8由大中空管802上设有大螺旋叶片803，输送过程依靠螺旋叶片803和103的旋转运动，使假塑性流体沿着缸体9轴向螺旋输送。

如图7所示，所述的大端端盖28上开有进油孔28a、出油孔28b以及油槽28c；所述的大中空管802开有进油孔8a和出油孔8b，如图3所示；所设有的孔和槽共同构成螺旋装置的回流加热回路；螺旋装置的回流加热回路包括：大螺旋装置8端的油路结构和小螺旋装置10端的油路结构；大螺旋装置8端的油路结构：高温导热油通过进油孔28a达到与之相连通的油槽28c，再通过进油孔8a给大中空管802的腔体供给进行回流加热，热量扩散至大中空管802和大螺旋叶片803，经出油孔8b、28b以及之间的油槽28c流出，即如图1中，e方向流入，f方向流出；油槽28c的设计目的是保证大中空管802转动过程中，高温导热油依然能够通过进油孔8a和出油孔8b进行回流加热；小螺旋装置10端的油路结构和大螺旋装置8端的相同，即如图1中，g方向流入，h方向流出。

如图3所示，所述的大螺旋装置8由大隔板801、大中空管802和大螺旋叶片803构成，其特征在于：大隔板801将大中空管802腔体分割成底部相连的两个半圆柱腔体，大中空管802上分别设有与大端端盖28的油槽28c相对应的进油孔8a和出油孔8b，以及用于低速输入轴5和大螺旋装置8联接定位用的两个销孔8c；小螺旋装置10结构和大螺旋装置8结构相同，如图4所示，包括：小隔板101、小中空管102、小螺旋叶片103、进油孔10a、出油孔10b和销孔10c；大螺旋装置8和小螺旋装置10为单线程或双线程螺旋结构，双线程结构一般用在粘度较高假塑性流体，可以对假塑性流体进行更充分的加热和剪切，以达到降粘的效果。

如图1所示，所述的小螺旋装置10处缸体9截面积、小螺旋装置10导程和小螺旋装置10转速的乘积为大螺旋装置8处缸体9截面积、大螺旋装置8导程和大螺旋装置8转速乘积的1-1.2倍，可以使得两个螺旋装置之间形成一定的负压区域，增大压差，利于假塑性流体泵送。

缸体9外部和两端分别设置有缸体隔热层11、大端压盖27和小端压盖21，缸体9分为大端和小端，大端设有与进液口衬套7配合的光孔9a，小端设有与出液口衬套22配合的光孔9b，如图5所示；所述的缸体隔热层11分为大端和小端，大端分别开有进油孔11c和与进液口衬套7配合的光孔11a，小端分别开有出油孔11d和与出液口衬套22配合的光孔11b，如图6所示。

本发明的一种全壁面加热的双速螺旋假塑性流体泵送方法：

假塑性流体泵送之前，需启动装置的加热模块，使得缸体9腔体内部温度升高至与油浴温度相近，大螺旋装置8端的高温导热油经过大端端盖28上开有的进油孔28a及相应的油槽28c，通过大中空管802上的进油孔8a对大中空管802进行回流加热，即图1中，e方向流入，f方向流出；小螺旋装置10端的高温导热油回流原理和大螺旋装置8端的相同，即图1中，g方向流入，h方向流出；缸体9外壁面的回流加热，高温导热油由进油孔11c注入，在缸体9外壁面对缸体9进行油浴加热，最后由出油孔11d流出，即图1中，c方向流入，d方向流出。

由进液口衬套7挤入假塑性流体，即图1中a方向注入假塑性流体，启动装置两端的液压马达1，进而驱动大螺旋装置8和小螺旋装置10的转动，使流体沿着缸体9轴向螺旋前进，与大螺旋叶片803、大中空管802外表面、缸体9内壁面、小螺旋叶片103、小中空管102外表面相接触，得到充分加热的效果。

大螺旋叶片803和小螺旋叶片103可以给假塑性流体施加剪切速率，对于泵送粘度较高的假塑性流体，大螺旋装置8和小螺旋装置10转速设为较低值；对于泵送粘度较低的假塑性流体，大螺旋装置8和小螺旋装置10转速设为较高值。

装置运转过程中，可以使小螺旋装置10处缸体9截面积、小螺旋装置10导程和小螺旋装置10转速的乘积为大螺旋装置8处缸体9截面积、大螺旋装置8导程和大螺旋装置8转速乘积的1-1.2倍，以使得两个螺旋装置之间形成一定的负压区域，增大压差，利于假塑性流体输送。

最终假塑性流体从缸体9出液口衬套22处流出，进入管路进行输送，即图1中b方向输出经过加热和剪切作用的易于泵送的流体。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种全壁面加热双速螺旋假塑性流体泵送装置，包括：缸体(9)和动力及动力传递模块，该模块包括两端的液压马达(1)、马达底座(33)、联轴器(2)、圆柱销(3)、轴瓦座(15)、轴瓦(16)、轴承座(4)和双列圆锥滚子轴承(30)，低速输入轴(5)、高速输入轴(17)、大螺旋装置(8)和小螺旋装置(10)构成，两端的液压马达(1)通过联轴器(2)将输出的转矩分别依靠低速输入轴(5)和高速输入轴(17)带动大螺旋装置(8)和小螺旋装置(10)转动；

其特征在于：包括加热模块和螺旋剪切及输送模块；

所述加热模块由大螺旋装置(8)、小螺旋装置(10)和缸体(9)为主体设置的相应油路结构组成；

所述螺旋剪切及输送模块包括大螺旋装置(8)和小螺旋装置(10)，所述大螺旋装置(8)结构包括：大中空管(802)，内部大隔板(801)以及大中空管(802)上设有大螺旋叶片(803)；所述大隔板(801)将大中空管(802)隔成两个底部连通的半圆柱腔体；小螺旋装置(10)结构包括：小隔板(101)，小中空管(102)和小螺旋叶片(103)；形成和大螺旋装置(8)相同的结构。

2.根据权利要求1所述的一种全壁面加热双速螺旋假塑性流体泵送装置，其特征在于：所述的大螺旋装置(8)一端的油路结构包括大端端盖(28)和大中空管(802)；所述的大端端盖(28)和大中空管(802)上开有大端端盖进油孔(28a)和大中空管进油孔(8a)、大端端盖出油孔(28b)和大中空管出油孔(8b)，所述的大端端盖(28)上开有油槽(28c)；小螺旋装置(10)端的油路结构和大螺旋装置(8)端的相同，即小端端盖(12)和小螺旋装置(10)上设置有相似的油路结构。

3.根据权利要求2所述的一种全壁面加热双速螺旋假塑性流体泵送装置，其特征在于：所述的大螺旋装置(8)和小螺旋装置(10)为单线程或双线程螺旋结构。

4.根据权利要求1所述的一种全壁面加热双速螺旋假塑性流体泵送装置，其特征在于：低速输入轴(5)和大螺旋装置(8)联接采用型面联接，低速输入轴(5)和大螺旋装置(8)联接的轴端设有隔热衬套(29)，同时采用销(6)定位；高速输入轴(17)和小螺旋装置(10)的联接方式采用与低速输入轴(5)和大螺旋装置(8)相同的联接结构。

5.根据权利要求1所述的一种全壁面加热双速螺旋假塑性流体泵送装置，其特征在于：所述的缸体(9)分为大端和小端，大端设置有进液口，小端设置有出液口；大端有与进液口衬套(7)配合的进液口衬套光孔(9a)，小端有与出液口衬套(22)配合的出液口衬套光孔(9b)。

6.根据权利要求1-5所述的一种全壁面加热双速螺旋假塑性流体泵送方法，其特 征在于，所述大螺旋装置(8)内部、小螺旋装置(10)内部和缸体(9)外壁面均有油浴回流；

所述加热模块包括对大螺旋装置(8)、小螺旋装置(10)和缸体(9)壁面油浴回流三部分进行加热；其中大螺旋装置(8)和小螺旋装置(10)加热步骤相同；

大螺旋装置(8)内部加热油路通过大端端盖进油孔(28a)和大中空管进油孔(8a)对大中空管(802)供给高温导热油，高温导热油在大隔板(801)的阻挡下，沿着大中空管(802)回流，最后通过大端端盖出油孔(28b)和大中空管出油孔(8b)流出；

缸体(9)外部及端部分别设置有缸体隔热层(11)、大端压盖(27)和小端压盖(21)，缸体隔热层(11)上分别设有进油孔(11c)和出油孔(11d)；缸体(9)壁面加热由缸体隔热层(11)、大端压盖(27)、小端压盖(21)构成的腔体通入高温导热油实现；

该方法包括以下步骤：

1)假塑性流体泵送之前，启动装置的加热模块，使得缸体(9)腔体内部温度升高至油浴温度，大螺旋装置(8)端的高温导热油由大端端盖(28)的大端端盖进油孔(28a)进行加注，通过大中空管(802)的大中空管进油孔(8a)进入大中空管(802)内部的腔体进行回流，最后通过大端端盖出油孔(28b)和大中空管出油孔(8b)流出；

缸体(9)外壁面的回流加热中，高温导热油由缸体隔热层(11)的进油孔(11c)注入，通过缸体(9)外壁面对缸体(9)进行油浴加热，最后由缸体隔热层(11)的出油孔(11d)流出；

2)假塑性流体由进液口衬套(7)挤入缸体(9)的腔体内，启动装置两端的液压马达(1)，驱动大螺旋装置(8)和小螺旋装置(10)的转动，使流体沿着缸体(9)轴向螺旋流动，与大螺旋叶片(803)、大中空管(802)外表面、缸体(9)内壁面、小螺旋叶片(103)、小中空管(102)外表面相接触。

7.根据权利要求6所述的一种全壁面加热双速螺旋假塑性流体泵送方法，其特征在于，装置运转过程中，使小螺旋装置(10)处缸体(9)截面积、小螺旋装置(10)导程和小螺旋装置(10)转速的乘积为大螺旋装置(8)处缸体(9)截面积、大螺旋装置(8)导程和大螺旋装置(8)转速乘积的1-1.2倍。