CN105829712A - 用于在管道线路中供给和泵送不易泵送的材料的系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于在管道线路(28)中供给和泵送不易泵送的材料的系统，包括至少一个主泵(10)，用于将所述不易泵送的材料供给进入管道线路(28)中，以及接收器单元(50)，用于从管道线路(28)接收不易泵送的材料，其中一个或多个独立驱动的补偿器(40)被包括在管道线路(28)中以维持稳定的流动，所述一个或多个补偿器(40)是可填充的室(14；70)，其适合于被可控地增压，用于通过管道线路的材料的额外供给。

Description

用于在管道线路中供给和泵送不易泵送的材料的系统
技术领域
本发明涉及用于在管道线路中供给和泵送不易泵送的材料(lesspumpablematerial)的系统，以确保稳定的流率。
本发明的一个主要目的是提供一种可以在管道线路中以稳定的流动泵送“不易泵送的材料”(例如，干材料、粘性材料、高粘度材料等)的系统。
背景技术
对于诸如粘性材料或干材料这样的材料，由于其高粘度或低流动性，传统的活塞泵不能对其进行运输或运输的效率较低。由于当其中一个活塞改变行程(stroke)方向时会发生“泵制动(pumpbrake)”，这些泵因此无法产生稳定的流动。
当需要供给的流率为连续且均匀时，当前可用的泵(特别是活塞泵)在一些情况下会失去这样的特性。在双活塞泵中，当汽缸切换时由于行程改变可能导致流率的不连续/不均匀。换言之，当第一活塞到达第一汽缸的端部时，它应当返回，且泵的出口从第一汽缸切换至第二汽缸，且第二活塞应当开始向前移动。在切换汽缸和改变活塞移动方向的这一时刻，将会有一段时间的流率缺失并且流率下降。各个公司通过尽可能缩短切换时间，试图尽可能减少这一时间。
流率的不连续/不均匀也可能是由于管路堵塞。由于被泵送的材料通常难以泵送，运行会面临供给管路(通过泵产生压力的管路)的堵塞。在堵塞的情况下，流率会下降。
发明内容
根据本发明的系统可以解决这类不易泵送材料的运送和流动稳定性问题(如果需要)。
在本申请所公开的供给系统中，用于不易泵送材料的填充机制可以是通过使用重力(重量)来填充室。材料可以通过开口进入泵室，之后在活塞开始其运输/移动之前关闭该室(例如通过转动或其它关闭机制)。该填充机制可以通过外部机制辅助，例如倾斜的壁或，或例如加压的气体/液体、振动等任何外力，以确保该室能充分地且同步地被填充。
不易泵送材料的出口可以通过使用阀来控制，例如闸门阀/闸刀阀，来关闭/打开室。“S管”通常被用于这样的目的。
闸门阀(gatevalve)，也被称作闸式阀(sluicevalve)，是打开和关闭以调节流动的阀。闸门阀通常是通过提升常被称为滑动门的矩形或圆形的闸门或楔子离开通路而打开，以允许流动通过。
该阀可以是线性阀或旋转阀，比如闸门阀、球形阀(globevalve)、球阀(ballvalve)、蝶形阀等等。
如果泵中使用了若干个室，则各个室可以按独立的顺序运行。该顺序的设置方式可以是使得供给、收回(retraction)和填充功能被优化以确保稳定的泵送。优选的，活塞在室中分别地在不同方向上移动。然而，活塞也可能在相同的方向上移动。在旧的设计中，最大的流率变化发生在活塞切换时(被称为泵制动)。在描述的系统中不会发生这种制动。在行程的部分中，两个活塞可以在同一方向上移动，且其中一个在前面。当前面的活塞切换方向(返回)时，另一个活塞仍然向前移动。因此不会发生制动。如果需要非常精确的流率，可以使第一活塞在接近行程的末端时减速，同时使另一个活塞加速。使用两个以上的室也可以有助于更稳定的流率。
室可以包括活塞，用于将不易泵送的材料供给进入管道线路。各个活塞的移动和速度可以独立地控制。这使活塞可以按任何给定的速度在相同的或不同的方向上(例如向前或向后)移动，以避免流动中有任何中断。活塞的控制可以通过简单的机械开关(对于简单的设计)或者PLC(对于更复杂的设计)来实现，并通过控制系统来控制。
为了避免流动中有任何中断(这对于某些材料可能会发生)，根据本发明一个或多个补偿器可以被加入泵送线路，以补偿流率的下降。这些附加的补偿器可以是主泵的集成部分，或可以在泵送线路的任何位置用作独立的电枢。该额外的泵送功能可以与所有的传统活塞泵结合使用，以解决流动的不稳定性。
当需要补偿时，附加的补偿器中的(多个)活塞开始移动并按需要继续以维持定量流动。
补偿器的控制可以通过简单的机械开关(对于简单的设计)或者PLC(对于更复杂的设计)来实现，并通过控制系统来控制。
对于高粘性的材料，具有气体线路的自清洁系统(例如使用氮气或空气)可以用于移除所有类型的沉积物和/或沉渣。该气体线路提供足够的压力以释放和/或搅动这些材料，通过使用增压气体来清洁室内壁。自清洁系统的控制和启动可以通过行程或活塞载荷，或者通过控制系统。
根据上文，本发明的一个目的是提供如上文所述的系统。
所述目的和其它目的的实现，是通过一种用于在管道线路中供给和泵送不易泵送的材料的系统，该系统包括至少一个主泵、用于将所述不易泵送的材料供给进入管道线路中，以及接收器单元、用于从管道线路接收不易泵送的材料，其中一个或多个独立驱动的补偿器被包括在管道线路中以维持稳定的流动，所述一个或多个补偿器是可填充的室，其适合于被可控地增压、用于通过管道线路的材料的额外供给。
从属权利要求中公开了可替代的实施例。
控制系统优选地被连接至所述补偿器，该控制系统配置为，在运行期间基于该管道线路中的材料的位置、速度和压力产生函数，并产生动作信号至该补偿器以增加、减少或维持流率。
控制系统从主泵和接收器单元接收信号，用于确定所述函数。
补偿器的室可以是填充室，其具有用于输入该材料进入该室的入口开口、和用于排出该材料进入管道线路的出口孔，以及具有阀，其配置为根据来自控制系统的动作信号、可控地关闭或打开该室中的孔。
填充室可以配备有内活塞，其连接至活塞杆、用于供给从出口孔排出的材料，且其中活塞杆被连接至用于运转该活塞和该活塞杆的驱动机构，所述驱动机构根据来自控制系统的动作信号而被控制。
补偿器的室可以是填充室，其具有敞开开口、用于接收从该管道线路进入该室的材料，以及具有弹簧加载的活塞，其配置为通过所述开口将材料供给进入该管道线路。
当流率高时，补偿器的室或多个室可以接收来自管道线路的材料，且当流率低时，供给材料至该管道线路。
两个或更多的室可以设置为协作配置，且其中每个室配置为以独立的顺序运行，以确保不易泵送的材料在管道线路中的稳定流动。
每个室可以包括活塞，用于增压材料，且其中该活塞的向前和向后移动由控制系统独立地控制，所述控制系统可运行为；将第一室的活塞在该室中向前移动，同时第二室中的活塞保持静止，当第一室中的活塞减速时，开始第二室中的活塞的移动，以及将第二室中的活塞在该室中向前移动，同时第一室中的活塞向后移动。
控制系统也可以运行为控制第三室，其中第三室中的活塞的行程与第一和第二室中的活塞的行程重叠。
根据本发明的补偿器优选的集成在管道线路中，和/或安装到管道线路。
(多个)室可以可替代的包括或连接至清洁系统，清洁系统提供增压气体以清洁室壁的内部。
当需要时，或基于室中的行程或活塞载荷，激活提供增压气体的清洁系统。
系统中的主泵可以包括根据上文所公开的一个或多个填充室。
系统也可以包括润滑配置，用于管道线路的内部的润滑，所述润滑配置适合于基于控制系统的输入或以预定的间隔，接收来自补偿器的润滑剂并通过在管道线路的壁中的孔提供润滑剂。
附图说明
现在将借助附图更详细的说明本发明的示例，在附图中：
图1示出了根据本发明的系统。
图2示出了根据本发明的实施在系统中的控制系统。
图3示出了根据本发明的可以实施在系统中的供给配置。
图4示出了在供给配置中的补偿器/填充室的透视图。
图5和图6示出了在填充室中活塞移动的行程图和速度图。
图7和图8示出了根据本发明的可以包括在系统中的弹簧/自调节补偿器。
图9示出了根据本发明的实施在系统中的清洁系统。
图10示出了根据本发明的用于管道线路中的材料的润滑的机构，且其可以包括在系统中。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的系统的基本概图，其包括主泵10、用于将不易泵送的材料泵送和供给进入管道线路28中，并且在管道线路中所述不易泵送的材料被供给至接收器单元或系统50中、用于该材料的任何种类的进一步加工和处理。在管道线路28中，或连接至管道线路，可连接若干个补偿器40，以避免某些材料可能会发生的流动中的任何中断，以补偿流率的下降。补偿器40接收来自主泵10的输入信号I，并且接收来自接收器系统50的输出信号O。
图2示出了根据本发明的实施在系统中的控制系统60的概图，用于补偿器40以及可能的主泵10的控制。基于管道线路28中的材料的位置、速度和压力，补偿器40将基于控制系统60中接收的信号被触发以增加、减少或维持管道线路28中的流率。所述信号例如来自主泵或接收器系统，但是信号也可来自于管道线路28中的仪表。
然后控制系统60中的逻辑单元62将基于信号、并基于管道线路中的材料的所述位置、速度和压力而产生函数，并产生动作信号A1，A2，……An至补偿器40以增加、减少或维持流率。根据采取的动作，反馈信号F被发送回控制系统60。
在图1和图2中：
I-输入信号
O-输出信号
A-动作信号
F-反馈信号
如图3所示，作为示例，用于不易泵送的材料的主泵10可包括容器12，用于接收不易泵送的材料。然而应当注意的是，可以使用任何类型的主泵。容器12可以是敞口容器或篮筐(basket)的形式，且可包括倾斜的壁或其它机构以便于该容器和/或填充室14的填充。一个或多个填充室位于容器12的下部。填充室14可布置在基部26中，容器可放置在该基部上。
容器12可以任何方式填充不易泵送的材料，且材料可通过重力，即通过其重量流入填充室14中，和/或通过外部机制辅助，例如振动、增压，等等。
如图所示，填充室14包括具有内活塞18的纵向中空的缸体，该活塞可以在缸体室内向前和向后移动、用于为室内的材料加压。活塞18连接至活塞杆20，且该活塞杆连接至任何合适的驱动机构。填充室14进一步包括入口开口16、用于接收进入该室的不易泵送的材料，以及出口开口或孔24、用于将该材料供给进入管道线路28。入口开口16配备有关闭机构(未详细示出)，当填充室被充满时或者当填充室被填充至预定的水平时，该关闭机构将会关闭。也可以通过缸体的转动来关闭室14。
出口孔24可包括阀22，用于关闭或打开该孔。阀22可以是任何形式的可关闭的或可打开的阀，例如闸门阀或闸刀阀。当阀22打开时，填充室14处于闭合的供给状态，由此允许材料由活塞18的移动通过孔24排出到管道线路中。当阀22关闭时，填充室14处于打开的填充状态，这时入口开口16打开，从而阻挡材料供给进入管道线路。
可使用两个或两个以上的填充室将材料协作供给进入管道线路。然而，应当注意的是，在某些情况下可仅使用一个室。如图5所示，两个室14可以按独立的顺序驱动。这同样适用于三个室，如图6所示。该顺序的设置方式可以是使得供给、收回和填充功能被优化以确保稳定的泵送，这取决所于使用的室的数量、管道线路的特性和不易泵送的材料的特性、或者任何其它重要的因素。相比当前可用的泵，主要特征是每个室都是独立控制的。
系统还包括用于室的控制的控制器(未示出)，其中控制可以通过简单的机械开关(对于容易的和简单的系统)或者PLC(对于更复杂的设计)来实现。可编程逻辑控制器、PLC或可编程控制器，是用于机电械过程自动化的数字计算机。控制器优选的连接至控制系统60。
图5示出了当需要稳定的流动时，用于两室泵的两个室的速度图的示例(负的速度意味着向后移动)。在该图的开始，第一活塞1在第一室中向前移动，用于供给材料，同时第二活塞2在第二室中静止不动，例如用于填充第二室。当第一活塞1接近行程的末端时，第二活塞2开始向前移动。当第一活塞1向后移动时，第二活塞2以正常速度向前移动。接着重复活塞的行程。应当注意的是，活塞可以按如图所示的其它的顺序或行程驱动，也部分的互相重叠。
图6示出了另一顺序，其使用了三个室14。活塞1和活塞2基本上如上文所述移动，除了第二活塞2是在第一活塞1已经开始向后移动后才开始移动。在活塞1和活塞2的行程之间的重叠处，第三室中的第三活塞3可被驱动并按正常速度向前移动，由此确保将材料更好的供给和连续流动进入管道线路中。
根据本发明，系统包括一个或若干个安装在管道线路28中(即在主泵10和接收器单元50之间的管道线路28中)的补偿器40，或者与主泵10协作的补偿器。补偿器将确保和维持线路28中恒定和稳定的流动。补偿器40可类似于上述填充室14被设计、运行和控制。例如当流率高时，室14或控制器40的室可从管道线路接收材料，当流率低时，供给材料进入管道线路28，由此维持稳定的流率。然而，在通过管道线路28供给材料期间，也可以逐渐地填充补偿器40的室，从而如果流率突然下降，补偿器能准备好供给额外的材料进入管道线路。基于来自控制系统60的动作信号，材料可以被供给至入口开口16，或其它合适的开口，用于将不易泵送的材料接收至室内，并且通过出口开口或孔24排出以将材料供给进入管道线路28中。入口开口16可以按同样的方式配置有关闭机构，当填充室被填充满时或者当填充室被填充至预定的水平时，该关闭机构将会关闭。
图7和图8示出了用于补偿器40的不同的且可替代的填充室70，但其具有与前述公开相同的功能。填充室70以同样的方式包括壳体72，例如是纵向中空的缸体的形式，具有内活塞74，该活塞能在缸体室中向前和向后移动。活塞74连接至活塞杆80，且该活塞杆可连接至任何合适的驱动机构。填充室70进一步包括敞开的入口开口78、用于接收进入该室的不易泵送的材料，其中所述入口开口也用作出口开口、用于将材料返回供给到管道线路28中。补偿器的填充室70可以是自调节的以维持稳定的流率，其中活塞74的向前和向后的移动由例如弹簧76来调节。当流率高时，来自管道线路28中的材料的压力将会高于作用在活塞74上的弹簧力，由此推动活塞向后移动并填充壳体72。当流率低时，弹簧力将高于来自管道线路28中的材料的压力，由此推动活塞向前移动并将材料供给进入管道线路，并且维持稳定的流率。活塞74的移动由箭头表示。控制系统60可被连接至驱动机构，以如前述公开的进一步控制活塞杆80。
根据本发明的系统也可以进一步包括自清洁系统30，如图9中示意性示出的，其中室14、室70或管道线路28包括或被连接至装置36，该装置提供增压气体以清洁室壁或线路的内部。该增压气体可通过壁中的小孔32或阀被提供至室内壁14a的内部，以移除所有类型的沉积物/桥(bridge)和/或沉渣34。气体线路提供足够的压力以释放和/或搅动这些材料。通常当需要时，或基于室14、70中的行程或活塞载荷，提供增压气体的清洁系统被激活。在后一情况中，该清洁系统可以由PLC控制并连接至控制系统60。
如图10所示，系统也可以包括润滑配置90，用于管道线路28的内部的润滑。补偿器40可以适合于基于来自控制系统60的输入或以预定的间隔，通过管道线路28的中的优选的小孔92提供润滑剂。

Claims (15)

1.一种用于在管道线路(28)中供给和泵送不易泵送的材料的系统，包括：
至少一个主泵(10)，用于将所述不易泵送的材料供给进入该管道线路(28)中，以及
接收器单元(50)，用于从该管道线路(28)接收该不易泵送的材料，其中
一个或多个独立驱动的补偿器(40)被包括在管道线路(28)中以维持稳定的流动，所述一个或多个补偿器(40)是可填充的室(14；70)，其适合于被可控地增压、以用于通过该管道线路的该材料的额外供给。
2.如权利要求1所述的系统，其中控制系统(60)被连接至所述补偿器(40)，该控制系统配置为，在运行期间基于该管道线路(28)中的材料的位置、速度和压力产生函数，并产生动作信号(A1，A2，……An)至该补偿器(40)以增加、减少或维持流率。
3.如权利要求2所述的系统，其中该控制系统(60)从该主泵(10)和该接收器单元(50)接收信号，用于确定所述函数。
4.如权利要求1所述的系统，其中该补偿器(40)的所述室(14)是填充室，该填充室具有用于输入该材料进入该室的入口开口、和用于排出该材料进入该管道线路(28)的出口孔，并且具有阀(22)，该阀配置为根据来自该控制系统(60)的动作信号、可控地关闭或打开该室中的孔(24)。
5.如权利要求1所述的系统，其中该填充室(14)配备有内活塞(18)，其连接至活塞杆(20)，用于供给从出口孔(24)排出的材料，且其中该活塞杆(20)被连接至用于运转该活塞(18)和该活塞杆(20)的驱动机构，所述驱动机构根据来自该控制系统(60)的动作信号而被控制。
6.如权利要求1所述的系统，其中该补偿器(40)的所述室(70)是填充室，其具有用于接收从该管道线路(28)进入该室的材料的敞开开口(78)、和配置为通过所述开口(78)供给材料进入该管道线路(28)的弹簧加压的活塞(74)。
7.如权利要求1所述的系统，其中当流率高时，该补偿器(40)的室或多个室(14；70)接收来自该管道线路(28)的材料，且当流率低时，该补偿器(40)的室或多个室(14；70)供给材料至该管道线路(28)。
8.如权利要求1所述的系统，其中两个或更多的室(14)可以设置为协作配置，且其中每个室(14)配置为以独立的顺序运行，以确保该不易泵送的材料在管道线路(28)中的稳定流动。
9.如权利要求4或5所述的系统，其中每个室(14)包括活塞(18)，其用于增压该材料，且其中该活塞的向前和向后的移动由该控制系统(60)独立地控制，所述控制系统可运行为：
将第一室的活塞在该室中向前移动，同时第二室中的活塞保持静止，
当第一室中的活塞减速时，开始第二室中的活塞的移动，以及
将第二室中的活塞在该室中向前移动，同时第一室中的活塞向后移动。
10.如权利要求9所述的系统，其中该控制系统(60)可运行为控制第三室，其中该第三室中的活塞的行程与该第一室和第二室中的活塞的行程重叠。
11.如权利要求1所述的系统，其中该补偿器集成在该管道线路(28)中，和/或安装至该管道线路。
12.如权利要求1所述的系统，其中该室(14)包括或连接至清洁系统(30)，该清洁系统提供增压气体以清洁室壁(14a)的内部。
13.如权利要求12所述的系统，其中当需要时、或基于该室(14)中的行程或活塞载荷，提供增压气体的该清洁系统(30)被激活。
14.如权利要求1所述的系统，其中该主泵(10)包括如权利要求4、5、8、9和10中的一项或多项所述的填充室(14)。
15.如权利要求1所述的系统，其中该系统包括润滑配置(90)，其用于该管道线路(28)的内部的润滑，所述润滑配置(90)适合于基于该控制系统(60)的输入或以预定的间隔，接收来自该补偿器(40)的润滑剂并通过在该管道线路(28)的壁中的孔(92)提供润滑剂。
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