CN108801668B - 一种泥浆机械压缩脱水测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于环境岩土工程技术领域，公开了一种泥浆机械压缩脱水测试装置，包括：进料缸、高压脱水缸、卸压缸以及伺服加载系统；进料缸装载试验用泥浆并加压输送到下一工艺段；高压脱水缸与进料缸相连，接收泥浆并高压脱水；卸压缸与高压脱水缸相连，接收滤液，并卸压成常压备用；伺服加载系统与高压脱水缸相连，驱动高压脱水缸动作实现高压压迫过滤；进料缸包括：缸体、缸底、缸盖以及第一活塞；缸体的下端固定在缸底上，缸盖固定在缸体的顶端，围成封闭的缸体内腔；第一活塞配合抵靠在缸体的内壁上，将缸体内腔分成位于上部的气体驱动腔以及位于下部的泥浆输送腔；缸盖上开设有用于连接驱动气源的气源接入口，缸底内开设用于泥浆排出的排料口。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程技术领域，特别涉及一种泥浆机械压缩脱水测试装置。
背景技术
随着我国社会城镇化趋势，城镇污废水的产生量不断提高，每年产生的污泥量越来越大，市政泥浆的安全处置在工程中面临巨大的技术需求与市场需求，市政污泥具有高亲水、高含水、高有机质和低渗透的特点，导致其工程处置难度较大，市政污泥深度脱水工艺是污泥处置的关键环节。
近年来，以化学调理与机械挤压脱水结合的脱水工艺受到重视，以其能耗低、投资成本低、处理速度快、占地面积小等优势运用越来越广。常用的机械挤压式脱水设备中带式压滤脱水机滤布挤压压力在0.5～1.0MPa，板框压滤脱水机挤压压力在1～2MPa，隔膜式板框压滤机挤压压力可在10MPa以上，甚至有越来越多的高压机械脱水设备挤压压力可达40MPa左右。该类机械挤压式脱水设备通过对化学调理后的污泥施加一定的荷载，迫使污泥中水分渗出，最终产出含水率大幅降低且符合工程处置要求的泥饼。
目前，常用对污泥脱水能力进行标准的指标有毛细吸水时间(CST)、比阻(SRF)、zeta电位等快速测试指标，但这些指标表征的最佳化学调理方案有所差异，且是否能适用于高压脱水设备(挤压压力大于30MPa)具有争议。工程人员们多直接利用中试或工厂尺度的脱水设备试验最佳的化学调理方案，但中试或工厂尺度试验需要样品量大、一次消耗化学调理剂多、操作不便，造成试验成本居高不下。更重要一点是，不论是快速测试指标，还是中试、工厂尺度试验，得到的均是经验关系，缺乏表征压缩脱水机理的评价指标。因此，研制能精确控制压缩脱水过程的试验设备，开发能够表征压缩脱水机理的评价指标，对解决市政污泥机械压缩脱水工艺中的关键问题具有重要意义。
发明内容
本发明提供一种泥浆机械压缩脱水测试装置，能够提升压缩脱水过程的控制精度和实验可靠性的技术效果。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种泥浆机械压缩脱水测试装置，包括：进料缸、高压脱水缸、卸压缸以及伺服加载系统；
所述进料缸装载试验用泥浆并加压输送到下一工艺段；
所述高压脱水缸与所述进料缸相连，接收所述泥浆并高压脱水，而后收集滤液；
所述卸压缸与所述高压脱水缸相连，接收所述滤液，并卸压成常压备用；
所述伺服加载系统与所述高压脱水缸相连，驱动高压脱水缸动作实现高压压迫过滤；
其中，所述进料缸包括：缸体、缸底、缸盖以及第一活塞；
所述缸体的下端固定在所述缸底上，所述缸盖固定在所述缸体的顶端，围成封闭的缸体内腔；
所述第一活塞配合抵靠在所述缸体的内壁上，将所述缸体内腔分成位于上部的气体驱动腔以及位于下部的泥浆输送腔；
所述缸盖上开设有用于连接驱动气源的气源接入口，所述缸底内开设用于泥浆排出的排料口。
进一步地，所述进料缸还包括：搅拌桨叶以及驱动电机；
所述搅拌桨叶设置在所述泥浆输送腔底部，所述搅拌桨叶的转轴可转动地固定在所述缸底内；
所述驱动电机的输出转轴与所述搅拌桨叶的转轴传动相连。
进一步地，所述进料缸还包括：第二活塞以及与之配合的活塞杆；
所述第一活塞上开设有阶梯通孔，所述第二活塞可拆卸的嵌于所述阶梯通孔内；
所述缸盖上开设有限位通孔，所述活塞杆的底端固定在所述第二活塞内，所述活塞杆的杆身嵌于所述限位通孔内。
进一步地，所述第一活塞的侧壁上设置有防水密封圈。
进一步地，所述高压脱水缸包括：脱水缸主体、滤板、第三活塞以及推进轴；
所述脱水缸的缸底内开设有滤液排出通路，所述滤液排出通路的出口与所述卸压缸相连，所述脱水缸的缸体上开设有进料接口，所述进料接口与所述排料口相连；
所述滤板抵靠在所述脱水缸的缸底上，封挡在所述滤液排出通路的入口处；
所述第三活塞匹配抵靠在所述脱水缸的缸体内壁上，所述推进轴的第一端固定在所述第三活塞上，所述推进轴可轴向移动的嵌于所述脱水缸的缸盖上，所述推进轴的第二端与所述伺服加载系统相连，获取轴向力矩。
进一步地，所述卸压缸包括：卸压缸主体以及设置在其内的滤液冲击板；
所述卸压缸主体的缸盖上开设滤液进口，所述卸压缸主体的缸底上开设滤液出口；
所述滤液冲击板通过支架固定在所述滤液进口下方，位于滤液冲击路径上。
进一步地，所述伺服加载系统包括：伺服液压缸；
所述伺服液压缸的输出端与所述推进轴的第二端相连。
进一步地，所述伺服加载系统还包括：速度传感器以及加载控制器；
所述速度传感器设置在所述推进轴上，并与所述加载控制器相连，检测并回传推进速度；
所述加载控制器与所述伺服液压缸相连，控制所述伺服液压缸动作。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请实施例中提供的泥浆机械压缩脱水测试装置，采用进料缸、高压脱水缸、卸压缸以及伺服加载系统的脱水结构，实现高精度脱水控制和试验高可靠性；具体来说，在进料缸的内腔中设置活塞将进料缸分成气体驱动腔和泥浆输送腔实现气动驱动以及高压投送，从而实现可靠，均匀稳定的的泥浆投送控制，并配合伺服加载系统和高压脱水缸实现轴向压迫脱水，从而实现高精度的脱水控制。
附图说明
图1为本发明提供的泥浆机械压缩脱水测试装置结构示意图；
图2为本发明实施例提供的进料缸的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的高压脱水缸的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的卸压缸的结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种泥浆机械压缩脱水测试装置，能够提升压缩脱水过程的控制精度和实验可靠性的技术效果。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
参见图1，一种泥浆机械压缩脱水测试装置，包括：进料缸1、高压脱水缸2、卸压缸3以及伺服加载系统4；一般来说，为了提升试验装置的整体稳定性，通常设置一操作平台5用于承载上述各组件。
所述进料缸1作为试验用泥浆的初始位置，将泥浆先装入其中，而后进行初步的搅拌和加压处理后实现带压投送到下一工艺段。
所述高压脱水缸2与所述进料缸1相连，接收所述泥浆并高压脱水，而后收集滤液；将带压泥浆收集起来，而后实施高压脱水过程；一般来说，可以实现较高的脱水压力；本实施例中采用高压压迫过滤脱水。
所述卸压缸3与所述高压脱水缸2相连，接收所述滤液，并卸压成常压备用，在完成高压脱水操作后，将滤液恢复常压，便于后期称量等操作。
所述伺服加载系统4与所述高压脱水缸3相连，驱动高压脱水缸动作实现高压压迫过滤；也就是，采用私服加载系统实现动力施加，驱动高压脱水缸实现压迫脱水。
本实施例中，伺服加载系统能够实现可靠的轴向驱动力输出，从而实现高精度的脱水压力控制，从而实现提升测试的可靠性。
具体来说，所述进料缸1包括：缸体1-14、缸底1-16、缸盖1-15以及第一活塞1-5。
其中，所述缸体1-14的下端固定在所述缸底1-16上，所述缸盖1-15固定在所述缸体1-14的顶端，围成封闭的缸体内腔，用于盛载泥浆。
所述第一活塞1-5配合抵靠在所述缸体1-14的内壁上，也就是所述第一活塞的轮廓形态与所述缸体1-14的内腔形态相配合一致，实现较好的密封；将所述缸体内腔分成位于上部的气体驱动腔以及位于下部的泥浆输送腔，所述缸盖1-15上开设有用于连接驱动气源的气源接入口1-2，所述缸底1-16内开设用于泥浆排出的排料口1-9，从而通过所述气源接口1-2连接高压气源，向所述气体驱动腔内充入气体，趋势所述第一活塞向下移动，将所述泥浆投送腔内的泥浆加压，并自所述排料口1-9排出。
值得说明的是，通过高压气源控制投送压力能够实现稳定可靠的投送进度控制，从而提升控制精度；同时，高压气体能够均匀作用在第一活塞1-5上，从而实现均匀的加压投送，保持了第一活塞1-5在高压下的形态稳定性及其与缸体1-14内壁之间的密封性；通常可以在所述第一活塞1-5的侧壁上设置防水密封圈1-6进一步提升密封性能。
参见图2，所述进料缸1还包括：搅拌桨叶1-8以及驱动电机1-11；所述搅拌桨叶1-8设置在所述泥浆输送腔底部，所述搅拌桨叶1-8的转轴可转动地固定在所述缸底1-16内；所述驱动电机1-11的输出转轴与所述搅拌桨叶1-8的转轴传动相连，驱动所述搅拌桨叶1-8转动，搅拌泥浆避免其沉淀，保持器均匀混合，从而提升脱水测试的可靠性。
一般来说，为了保证搅拌结构的具有足够的运动空间和进料缸1与其它部件间的适配便捷性，可在所述缸底1-16底部设置支架1-17。
作为高压运转的元件，为了保证结构的高压稳定性，可在所述缸盖1-15和缸底1-16之间设置拉杆1-13以及配套的螺母1-3，实现持续可调节的压紧压力，保证耐压性能。
为了保证投送加压的可靠性，可在排料口1-9的出口端设置排料阀1-10，实现投送控制。
一般来说，为了保证进料缸1整体的结构稳定性，可在缸盖1-15上设置一可开启的顶盖1-12，便于泥浆进入且不会由于进料而影响整体的结构稳定性；通常采用紧固螺栓1-3的作为紧固件将其固定在缸盖1-15上当然，为了保证气密性，可在顶盖-12和缸盖1-15之间设置密封垫等结构。
进一步地，所述进料缸1还包括：第二活塞1-7以及与之配合的活塞杆1-1；所述第一活塞1-7上开设有阶梯通孔，所述第二活塞1-7可拆卸的嵌于所述阶梯通孔内，实现整体的活塞受力结构，在手高压气体作用是，整体向下移动。
所述缸盖1-15上开设有限位通孔，所述活塞杆1-1的底端固定在所述第二活塞1-7内，所述活塞杆1-1的杆身嵌于所述限位通孔内，从而在加入泥浆时，通过操作活塞杆1-1，开启所述阶梯孔实现灌料，而后密封所述阶梯孔，准备气动向下加压；提升了整体操作的便捷性的同时也保持了密封性能。
参见图3，所述高压脱水缸2包括：脱水缸主体2-1、滤板2-11、第三活塞2-6以及推进轴2-7；所述脱水缸2的缸底2-2内开设有滤液排出通路2-10，所述滤液排出通路2-10的出口与所述卸压缸3相连，所述脱水缸2的缸体上开设有进料接口2-9，所述进料接口2-9与所述排料口1-9相连，实现泥浆投送；
所述滤板2-11抵靠在所述脱水缸2的缸底2-2上，封挡在所述滤液排出通路2-10的入口处；从而在压迫作用下，泥浆在所述滤板2-11形成滤液，并通过所述滤液排出通路2-10排出。
一般来说，为了保证滤液排出地顺畅，彻底，所述脱水缸2的缸底2-2的抵靠面上开设导流槽，便于所述滤液进入到所述滤液排出通路2-10。
所述第三活塞2-6匹配抵靠在所述脱水缸2的缸体内壁上，所述推进轴2-7的第一端固定在所述第三活塞2-6上，所述推进轴2-7可轴向移动的嵌于所述脱水缸2的缸盖2-3上，所述推进轴2-7的第二端与所述伺服加载系统4相连，获取轴向力矩，实现轴向压迫，将泥浆压向所述滤板2-11，实现泥浆脱水。
并且值得说明的是，采用轴向压迫脱水的方式，能够较为彻底的实现脱水，并且脱水效率可通过调节轴向推进的速度或者的力道或者二者的结合实现高精度的控制。
参见图4，所述卸压缸4包括：卸压缸主体3-1以及设置在其内的滤液冲击板3-4；所述卸压缸主体3-1的缸盖上开设滤液进口3-2，所述卸压缸主体3-1的缸底上开设滤液出口3-3；当高压滤液在进入到卸压缸4中后迅速恢复成常压，便于后续的称量等操作。
所述滤液冲击板3-4通过支架固定在所述滤液进口3-2下方，位于滤液冲击路径上，也就是，高压滤液直接冲击到所述滤液冲击板3-4上，实现缓冲。
一般来说，可将所述滤液冲击板3-4的冲击面设置成中间高四周低的斜面，便于滤液顺利落下。
一般来说，所述伺服加载系统4包括：伺服液压缸；所述伺服液压缸的输出端与所述推进轴2-7的第二端相连，施加轴向力矩，驱动轴向施压脱水；可通过人工操作便捷实现高压脱水操作。
当然还可以通过自动化控制结构实现自动控制，所述伺服加载系统4还包括：速度传感器2-8以及加载控制器；所述速度传感器2-8设置在所述推进轴2-7上，并与所述加载控制器相连，检测并回传推进速度；所述加载控制器与所述伺服液压缸相连，控制所述伺服液压缸动作；也就是实现闭环控制施压过程，实现恒速压迫脱水操作。
除此之外，还可以设置压力传感器在所述推进轴2-7的第二端与液压缸之间，监控施压力道，实现横压脱水操作。还可以将两者结合一起实现组合控制，以保证脱水效果。
当然值得注意的是，伺服加载系统除了采用伺服液压缸的实现方案外，还可通过电动机配合减速机构以及齿轮传动结构实现轴向力矩的输出，作用在推进轴2-7上。当然，也不排除还有其他的轴向力矩输出的结构，此处不再穷举。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请实施例中提供的泥浆机械压缩脱水测试装置，采用进料缸、高压脱水缸、卸压缸以及伺服加载系统的脱水结构，实现高精度脱水控制和试验高可靠性；具体来说，在进料缸的内腔中设置活塞将进料缸分成气体驱动腔和泥浆输送腔实现气动驱动以及高压投送，从而实现可靠，均匀稳定的的泥浆投送控制，并配合伺服加载系统和高压脱水缸实现轴向压迫脱水，从而实现高精度的脱水控制。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种泥浆机械压缩脱水测试装置，其特征在于，包括：进料缸、高压脱水缸、卸压缸以及伺服加载系统；
所述进料缸装载试验用泥浆并加压输送到下一工艺段；
所述高压脱水缸与所述进料缸相连，接收所述泥浆并高压脱水，而后收集滤液；
所述卸压缸与所述高压脱水缸相连，接收所述滤液，并卸压成常压备用；
所述伺服加载系统与所述高压脱水缸相连，驱动高压脱水缸动作实现高压压迫过滤；
其中，所述进料缸包括：缸体、缸底、缸盖以及第一活塞；
所述缸体的下端固定在所述缸底上，所述缸盖固定在所述缸体的顶端，围成封闭的缸体内腔；
所述第一活塞配合抵靠在所述缸体的内壁上，将所述缸体内腔分成位于上部的气体驱动腔以及位于下部的泥浆输送腔；
所述缸盖上开设有用于连接驱动气源的气源接入口，所述缸底内开设用于泥浆排出的排料口。
2.如权利要求1所述的泥浆机械压缩脱水测试装置，其特征在于，所述进料缸还包括：搅拌桨叶以及驱动电机；
所述搅拌桨叶设置在所述泥浆输送腔底部，所述搅拌桨叶的转轴可转动地固定在所述缸底内；
所述驱动电机的输出转轴与所述搅拌桨叶的转轴传动相连。
3.如权利要求2所述的泥浆机械压缩脱水测试装置，其特征在于，所述进料缸还包括：第二活塞以及与之配合的活塞杆；
所述第一活塞上开设有阶梯通孔，所述第二活塞可拆卸的嵌于所述阶梯通孔内；
所述缸盖上开设有限位通孔，所述活塞杆的底端固定在所述第二活塞内，所述活塞杆的杆身嵌于所述限位通孔内。
4.如权利要求3所述的泥浆机械压缩脱水测试装置，其特征在于：所述第一活塞的侧壁上设置有防水密封圈。
5.如权利要求1～4任一项所述的泥浆机械压缩脱水测试装置，其特征在于，所述高压脱水缸包括：脱水缸主体、滤板、第三活塞以及推进轴；
所述脱水缸的缸底内开设有滤液排出通路，所述滤液排出通路的出口与所述卸压缸相连，所述脱水缸的缸体上开设有进料接口，所述进料接口与所述排料口相连；
所述滤板抵靠在所述脱水缸的缸底上，封挡在所述滤液排出通路的入口处；
所述第三活塞匹配抵靠在所述脱水缸的缸体内壁上，所述推进轴的第一端固定在所述第三活塞上，所述推进轴可轴向移动的嵌于所述脱水缸的缸盖上，所述推进轴的第二端与所述伺服加载系统相连，获取轴向力矩。
6.如权利要求5所述的泥浆机械压缩脱水测试装置，其特征在于，所述卸压缸包括：卸压缸主体以及设置在其内的滤液冲击板；
所述卸压缸主体的缸盖上开设滤液进口，所述卸压缸主体的缸底上开设滤液出口；
所述滤液冲击板通过支架固定在所述滤液进口下方，位于滤液冲击路径上。
7.如权利要求6所述的泥浆机械压缩脱水测试装置，其特征在于，所述伺服加载系统包括：伺服液压缸；
所述伺服液压缸的输出端与所述推进轴的第二端相连。
8.如权利要求7所述的泥浆机械压缩脱水测试装置，其特征在于，所述伺服加载系统还包括：速度传感器以及加载控制器；
所述速度传感器设置在所述推进轴上，并与所述加载控制器相连，检测并回传推进速度；
所述加载控制器与所述伺服液压缸相连，控制所述伺服液压缸动作。
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| CN109374862A (zh) * | 2018-11-27 | 2019-02-22 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种泥浆高压过滤压缩脱水测试腔体及测试装置 |
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