CN107044146B - 管道输送泥浆装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道输送泥浆装置，包括外管道、与所述外管道同心布置的内管道及开设在所述外管道上的进气口，所述外管道与所述内管道之间的间隙形成为高压气道；所述高压气道内且位于所述进气口侧设置有若干个高频振动器，所述内管道上且位于所述进气口侧开有与所述高压气道连通的高压气孔；每个所述高频振动器包括一对振动支架、振动器轴及若干个叶片，以及通过振动弹簧设置在每个叶片顶部的振动钢球。克服了航道疏浚作业时泥浆在管道中流动阻大、沿程水力降下降快导致挖泥船输泥系的管道磨损、堵塞、输送距离短以及能量消耗高的缺点，因此，降低了泥浆在管道中的流动阻力，减少了泥浆的沿程水力损失。

Description

管道输送泥浆装置

技术领域

本发明属于管道泥浆运输技术领域，具体涉及一种管道输送泥浆装置。

背景技术

在航道疏浚作业的挖泥船上，疏浚泥泵将所绞切的泥浆吸起，并通过大口径长距离的输泥管道将泥浆从疏浚点输送到距离较远的淤泥存放处理点。由于疏浚的泥浆组成成分多、浓度高、流量大等特点，泥浆在管道中输送时呈多相流状态，其流速扰动大，流场复杂。导致泥浆在管道中流动阻大，沿程水力降下降快，常常导致挖泥船输泥系的管道磨损、堵塞、输送距离短以及能量消耗高等挖泥船输送技术问题，影响和限制了疏浚船舶的疏浚作业范围、疏浚生产效率以及淤泥的排送距离，成了限制疏浚作业的一个瓶颈问题。航道疏浚作业时，泥浆在管道中流动阻大，沿程水力降下降快，常常存在挖泥船输泥管道磨损、堵塞、输送距离短以及能量消耗高的缺点。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种降低泥浆在输泥管道中的流动阻力、减少泥浆的沿程水力损失的管道输送泥浆装置。

为实现上述目的，本发明所设计的管道输送泥浆装置，包括外管道、与所述外管道同心布置的内管道及开设在所述外管道上的进气口，所述外管道与所述内管道之间的间隙形成为高压气道，且所述进气口与所述高压气道相连通；所述高压气道内且位于所述进气口侧设置有若干个高频振动器，所述内管道上且位于所述进气口侧开有与所述高压气道连通的高压气孔；每个所述高频振动器包括固定在所述内管道上的一对振动支架、安装在一对振动支架上的振动器轴及若干个沿圆周方向均匀布置在振动器轴中间部位的叶片，以及通过振动弹簧设置在每个叶片顶部的振动钢球。

进一步地，所述内管道包括两端的圆形管道及布置在两个所述圆形管道之间的涡流管，且所述高压气孔位于所述涡流管上，若干个所述高频振动器布置在两端所述圆形管道上；所述涡流管采用的是横截面为连续变化的四瓣管。

进一步地，所述涡流管的横截面由圆向四瓣管过渡的参数方程为其中，L为涡流管外缘最大直径的一半、x为叶瓣的高度、n为方程系数；且所述涡流管的螺旋线导程为65～75mm、螺旋线的最大螺旋角为22°～26°，每相邻两个导程之间横截面扭转角度为90°。

进一步地，所述外管道壁厚与所述内管道壁厚相同且均为5～7mm，高压气道的高度为16～20mm；所述振动弹簧的节距为1.5～2.5mm、升角为8°～10°、且弹性系数为1.4～1.6N/mm，所述振动钢球的直径为1.5～2.5mm。

进一步地，所述振动器轴包括第一圆柱段、中间圆柱段及第二圆柱段，所述第一圆柱段和第二圆柱段的外径相等且小于所述中间圆柱段的外径；所述第一圆柱段通过滚动轴承固定安装在一个所述振动支架的轴孔内，所述第二圆柱段通过滚动轴承固定安装在另一个所述振动支架的轴孔内，且若干个所述叶片位于所述中间圆柱段的外周缘上。

进一步地，所述高压气孔为向所述进气口倾斜的弧形孔，且所述弧形孔的倾斜角度为30°～45°。

进一步地，所述外管道的两端部边沿垂直向外延伸有一圈外连接盘，所述内管道的两端部边沿垂直向外延伸有一圈内连接盘，所述外连接盘与对应的所述内连接盘对合连接形成连接法兰。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、高压气道内设置有高频振动器，高压气体进入高压气道后带动高频振动器高速地击打内管道的内壁，使内管道的内壁上附着的粘泥将被振松，更容易随着管道内的浆体流动，减少了流体输送的阻力；

2、涡流管的横截面为连续变化的横截面，可以优化浆体的颗粒分布，使涡流管内颗粒保持悬浮状态，涡流管与两边圆形管道上的高速敲击相配合，能有效避免管道堵塞；另外，涡流管还能减小浆体对管道的冲击速度和冲击角度，提高管道的耐磨性，也可以降低管道出入口的压力损失和涡流衰减率；

3、高压气孔为向进气口倾斜的弧形孔，使得高压气体可以在高压气孔的管周壁形成一个封闭式环形水气薄膜，固液混合流体向内管道的内壁运动时不会直接触碰到内管道的内壁，而是先触碰到水气薄膜，固液混合流体与内管道的内壁的粘度会相应减小；而且，由于内管道上设有高频振动器，这样有利于高压气体与液体形成微小气泡，可以减少管壁与流体的接触，从而改善泥浆内部摩阻以及泥浆与管壁之间的边界摩擦，降低管道输送阻力。

附图说明

图1为本发明管道输送泥浆装置的结构示意图；

图2为图1中高频振动器的结构示意图；

图3为图2的侧视示意图；

图4为图1中涡流管的横截面示意图。

图中各部件标号如下：

外管道1、内管道2(其中：圆形管道2.1、涡流管2.2)、进气口3、高压气道4、高压气孔5、高频振动器6(其中：振动支架6.1、轴孔6.2、滚动轴承6.3、振动器轴6.4、中间圆柱段6.4a、第一圆柱段6.4b、第二圆柱段6.4c、叶片6.5、振动弹簧6.6、振动钢球6.7)、连接法兰7(其中：外连接盘7.1、内连接盘7.2)。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示的管道输送泥浆装置，包括外管道1、与外管道1同心布置的内管道2及开设在外管道1上的进气口3，外管道1与内管道2之间的间隙形成为高压气道4，进气口3与高压气道4相连通，其中，外管道1壁厚与内管道2壁厚相同且均为5～7mm(优选为6mm)，高压气道的高度为16～20mm(优选为18mm)；另外，外管道1的两端部边沿垂直向外延伸有一圈外连接盘7.1，内管道2的两端部边沿垂直向外延伸有一圈内连接盘7.2，外连接盘7.1与对应的内连接盘7.2对合通过螺栓连接形成连接法兰7。

本发明的关键点在于：内管道2包括两端的圆形管道2.1及布置在两个圆形管道2.1之间的涡流管2.2，即涡流管2.2的一端与一个圆形管道2.1相连，涡流管2.2的另一端与另一个圆形管道2.1相连，该涡流管2.2采用的是横截面为连续变化的四瓣管，如图4所示，并且，涡流管2.2上且位于进气口3侧开有与高压气道4连通的高压气孔5，该高压气孔5为向进气口倾斜的弧形孔，且弧形孔的倾斜角度为30°～45°(优选为45°)；同时，高压气道4内且位于进气口3侧设置有若干个高频振动器6，一部分高频振动器6布置在一端的圆形管道2.1上，另一部高频振动器6布置在另一端的圆形管道2.1上，涡流管2.2上不设有高频振动器6。

本实施例中，如图4所示，涡流管2.2的横截面由圆向四瓣管过渡的参数方程为其中，L为涡流管外缘最大直径的一半、x为叶瓣的高度、n为方程系数；且涡流管的螺旋线导程为65～75mm(优选为70mm)、螺旋线的最大螺旋角为22°～26°(优选为24°)，每相邻两个导程之间横截面扭转角度为90°。

结合图2、图3所示，每个高频振动器6包括固定在圆形管道2.1上的一对振动支架6.1、安装在一对振动支架6.1上的振动器轴6.4及若干个沿圆周方向均匀布置在振动器轴6.4中间部位的叶片6.5，以及通过振动弹簧6.6设置在每个叶片6.5顶部的振动钢球6.7，其中，振动弹簧6.6的节距为1.5～2.5mm(优选为2mm)、升角为8°～10°(优选为9°)、且弹性系数为1.4～1.6N/mm(优选为1.5N/mm)，振动钢球6.7的直径为1.5～2.5mm；本实施例中振动器轴6.4为阶梯轴，振动器轴6.4包括第一圆柱段6.4b、中间圆柱段6.4a及第二圆柱段6.4c，第一圆柱段6.4b和第二圆柱段6.4c的外径相等且小于中间圆柱段6.4a的外径，第一圆柱段6.4b通过滚动轴承6.3固定安装在一个振动支架6.1的轴孔6.2内，第二圆柱段6.4c通过滚动轴承6.3固定安装在另一个振动支架6.1的轴孔6.2内，且若干个叶片6.5位于中间圆柱段6.4a的外周缘上。

高压空气从进气口3进入高压气道4，高压气道4内的叶片6.5与气流方向成一定夹角，高压空气在通过高压气道4时带动振动器轴6.4高速旋转，而叶片6.5随振动器轴6.4一起高速旋转，叶片6.5则带动振动弹簧6.6和振动钢球6.7高速旋转，振动钢球6.7就将高速地击打内管道2的内壁，而对称的振动支架6.1可以保证振动器轴6.4的径向力分布均匀，且振动器轴6.4不会滑落；当振动钢球6.7击打内管道2的内壁后振动弹簧6.6会压缩，压缩后的振动弹簧6.6弹力在1.5～3N之间，这样振动钢球6.7就不会被内管道2的内壁卡住，整个高频振动器6就可以高速地击打内管道2的内壁，内管道2的内壁上附着的粘泥将被振松，更容易随着管道内的浆体流动，减少了流体输送的阻力；

同时，由于涡流管2.2的横截面为连续变化的横截面，可以优化浆体的颗粒分布，使涡流管内颗粒保持悬浮状态，涡流管2.2与两边圆形管道2.1上的高速敲击相配合，能有效避免管道堵塞；另外，涡流管还能减小浆体对管道的冲击速度和冲击角度，提高管道的耐磨性，也可以降低管道出入口的压力损失和涡流衰减率；

另外，涡流管2.2上开有高压气孔5，且该高压气孔5为向进气口3倾斜的弧形孔，使得高压气体可以在高压气孔5的管周壁形成一个封闭式环形水气薄膜，从而使管壁变得光滑；紧贴壁面的边界层厚度由水气薄膜取而代之，使整个边界层的质量密度、粘度及流速梯度变小，这时边界层内切应力变小，这将导致输送阻力减小，固液混合流体向内管道2的内壁运动时也不会直接触碰到内管道2的内壁，而是先触碰到水气薄膜，固液混合流体与内管道的内壁的粘度会相应减小；而且，由于内管道2上设有高频振动器6，这样有利于高压气体与液体形成微小气泡，可以减少管壁与流体的接触，从而改善泥浆内部摩阻以及泥浆与管壁之间的边界摩擦，降低管道输送阻力。

综上所述，本发明管道输送泥浆装置克服了航道疏浚作业时泥浆在管道中流动阻大、沿程水力降下降快导致挖泥船输泥系的管道磨损、堵塞、输送距离短以及能量消耗高的缺点，因此，本发明管道输送泥浆装置降低了泥浆在管道中的流动阻力，减少了泥浆的沿程水力损失。

Claims (7)

1.一种管道输送泥浆装置，包括外管道(1)、与所述外管道(1)同心布置的内管道(2)及开设在所述外管道(1)上的进气口(3)，所述外管道(1)与所述内管道(2)之间的间隙形成为高压气道(4)，且所述进气口(3)与所述高压气道(4)相连通；其特征在于：所述高压气道(4)内且位于所述进气口(3)侧设置有若干个高频振动器(6)，所述内管道(2)上且位于所述进气口(3)侧开有与所述高压气道(6)连通的高压气孔(5)；每个所述高频振动器(6)包括固定在所述内管道(2)上的一对振动支架(6.1)、安装在一对振动支架(6.1)上的振动器轴(6.4)及若干个沿圆周方向均匀布置在振动器轴(6.4)中间部位的叶片(6.5)，以及通过振动弹簧(6.6)设置在每个叶片(6.5)顶部的振动钢球(6.7)。

2.根据权利要求1所述管道输送泥浆装置，其特征在于：所述内管道(2)包括两端的圆形管道(2.1)及布置在两个所述圆形管道(2.1)之间的涡流管(2.2)，且所述高压气孔(5)位于所述涡流管(2.2)上，若干个所述高频振动器(6)布置在两端所述圆形管道(2.1)上；所述涡流管(2.2)采用的是横截面为连续变化的四瓣管。

3.根据权利要求2所述管道输送泥浆装置，其特征在于：所述涡流管(2.2)横截面的路径参数方程为其中，L为涡流管(2.2)外缘最大直径的一半、x为涡流管横截面中叶瓣的高度、n为方程系数；且所述涡流管(2.2)的螺旋线导程为65～75mm、螺旋线的最大螺旋角为22°～26°，每相邻两个导程之间横截面扭转角度为90°。

4.根据权利要求1或2所述管道输送泥浆装置，其特征在于：所述外管道(1)壁厚与所述内管道(2)壁厚相同且均为5～7mm，所述高压气道(4)的高度为16～20mm；所述振动弹簧(6.6)的节距为1.5～2.5mm、升角为8°～10°、且弹性系数为1.4～1.6N/mm，所述振动钢球(6.7)的直径为1.5～2.5mm。

5.根据权利要求1或2所述管道输送泥浆装置，其特征在于：所述振动器轴(6.4)包括第一圆柱段(6.4b)、中间圆柱段(6.4a)及第二圆柱段(6.4c)，所述第一圆柱段(6.4b)和第二圆柱段(6.4c)的外径相等且小于所述中间圆柱段(6.4a)的外径；所述第一圆柱段(6.4b)通过滚动轴承(6.3)固定安装在一个所述振动支架(6.1)的轴孔(6.2)内，所述第二圆柱段(6.4c)通过滚动轴承(6.3)固定安装在另一个所述振动支架(6.1)的轴孔(6.2)内，且若干个所述叶片(6.5)位于所述中间圆柱段(6.4a)的外周缘上。

6.根据权利要求1或2所述管道输送泥浆装置，其特征在于：所述高压气孔(5)为向所述进气口倾斜的弧形孔，且所述弧形孔的倾斜角度为30°～45°。

7.根据权利要求1或2所述管道输送泥浆装置，其特征在于：所述外管道(1)的两端部边沿垂直向外延伸有一圈外连接盘(7.1)，所述内管道(2)的两端部边沿垂直向外延伸有一圈内连接盘(7.2)，所述外连接盘(7.1)与对应的所述内连接盘(7.2)对合连接形成连接法兰(7)。