CN109029912A - 用于研究泥浆管道加气输送的实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于研究泥浆管道加气输送的实验装置，该装置包括用于盛装泥浆的罐体，所述罐体的底部设置有出泥口，所述罐体的顶部设置有回泥口，所述出泥口与回泥口之间通过环形输送主管相连通；所述环形输送主管上设置有可拆卸的实验短管、加气管以及爬坡管；所述加气管的底部设置有若干根角度可调的加气支管，所述加气支管通过导管与外界的泵体相连；所述爬坡管的下方设置有用于调节其坡度的升降装置。本发明可以研究泥浆管道输送气力减阻调节机制复杂多变的工况，确定最优管线布局和最合理工况，从而克服现有的泥浆管道输送中存在的泥浆淤积堵管、管道阻力增大、输送效率低、能耗大、以及影响施工进度等缺点。

Description

用于研究泥浆管道加气输送的实验装置

技术领域

本发明涉及泥浆管道输送的实验装置，具体地指一种用于研究泥浆管道加气输送的实验装置。

背景技术

泥浆管输是指通过管道将泥浆输送至指定区域，其在疏浚工程中广泛应用。泥浆是由固体泥沙和水相互混合而成，由于其具有比重大、流速低和粘度高等特点，导致在输送过程中，泥浆中的固体颗粒会随着流态变化分层沉降，聚集在管道的底部，与管壁之间摩擦阻力增大，引起管道阻力增大，严重时后还会引起泥浆淤积堵管等问题。若产生堵管，必须长时间泵送清水，这不仅会严重影响正常施工进度，还会对管线和输泥泵产生危害。

现有泥浆管输的减阻方法包括微沟槽减阻、内涂层减阻、减阻剂减阻、气力调控减阻和型体减阻等，其中，管道气力调控减阻技术作为一种辅助输送技术，最有可能在疏浚领域发挥作用，可以卓有成效地减阻、防堵并延长排距，实现节能延距的目的。因此，设计一种用于模拟实际工况的实验装置，探究不同工况下加气输送效果，以确定最优施工方案，对实际管道输送工况选定以及实际管道布局有重大意义。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种用于研究泥浆管道加气输送的实验装置，该实验装置可以研究泥浆管道输送气力减阻调节机制复杂多变的工况，确定最优管线布局和最合理工况，从而克服现有的泥浆管道输送中存在的泥浆淤积堵管、管道阻力增大、输送效率低、能耗大、以及影响施工进度等缺点。

为实现上述目的，本发明所设计的用于研究泥浆管道加气输送的实验装置，包括用于盛装泥浆的罐体，其特殊之处在于：所述罐体的底部设置有出泥口，所述罐体的顶部设置有回泥口，所述出泥口与回泥口之间通过环形输送主管相连通；

所述环形输送主管上设置有可拆卸的实验短管、加气管以及爬坡管；所述加气管的底部设置有若干根角度可调的加气支管，所述加气支管通过导管与外界的泵体相连；所述爬坡管的下方设置有用于调节其坡度的升降装置。

进一步地，所述升降装置包括壳体，所述壳体的内腔设置有可在外力作用下沿轴向移动或者周向旋转运动的传动轴，所述传动轴的一端设置有与其固定连接的传动齿轮，所述传动轴的另一端设置有与其固定连接的手柄；

所述传动齿轮的一侧设置有齿条推进器，所述齿条推进器的下部与传动齿轮啮合，所述齿条推进器的上部贯穿壳体向上延伸与位于爬坡管顶部的环形输送主管固定连接。

进一步地，所述传动轴的中部套设有外齿轮，所述壳体的内腔设置有内齿轮，所述传动轴可在外力作用下带动外齿轮沿轴向移动与内齿轮相啮合或者相分离。

进一步地，所述壳体的内腔还设置有用于对外齿轮进行轴向限位的限位挡板，所述外齿轮与限位挡板抵接时可使得外齿轮与内齿轮完全啮合。

进一步地，所述传动齿轮的内圈与传动轴的外圈之间套设有轴套，所述轴套的外圈套设有轴承；所述壳体的内腔设置有用于安装轴承的轴承座。

进一步地，所述壳体的两侧侧壁上设置有用于安装传动轴的轴孔。

进一步地，所述壳体的顶部设置有用于供齿条推进器穿过的通孔，所述通孔处设置有用于固定齿条推进器的安装板，所述齿条推进器的中部两侧沿其长度方向设置有齿槽，所述齿条推进器可穿过通孔并通过螺栓卡紧齿槽与安装板固定。

进一步地，所述环形输送主管上设置有若干根位于不同位置处的实验短管，且所述实验短管与加气管的位置可相互替换；

所述环形输送主管靠近爬坡管的底部位置处设置有若干根透明管，所述透明管与实验短管交替布置；

所述实验短管、加气管、透明管与环形输送主管之间均通过法兰可拆卸连接；所述爬坡管的两端通过波纹管与环形输送主管连接。

再进一步地，所述加气支管与加气管之间通过旋转接头连接，所述加气支管上设置有阀门，所述导管上设置有总阀；所述泵体为气泵或者抽水泵。

更进一步地，所述罐体的出泥口处设置有控制泥浆流量的截止阀，所述截止阀下方的环形输送主管上设置有泥泵。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

其一，本发明的环形输送主管上设置有可拆卸的若干根实验短管、加气管以及爬坡管，通过在加气管上增设不同角度的加气支管以实现不同角度加气以研究不同加气管角度对加气效果的影响，加气管与实验短管通过法兰与环形输送主管连接，并且可以在停工状态下互换位置，从而可实现探究不同加气位置对加气效果的影响，可以研究泥浆管道输送气力减阻调节机制复杂多变的工况，确定最优管线布局和最合理工况，从而克服现有的泥浆管道输送中存在的泥浆淤积堵管、管道阻力增大、输送效率低、能耗大、影响施工进度等缺点。

其二，本发明设计有用于调节爬坡管坡度的升降装置，可以通过旋转手柄驱动传动齿轮带动齿条推进器上升或者下降，实现爬坡管上下移动以调节爬坡管的坡度，此外升降装置中设置有外齿轮和内齿轮，拉动手柄可以带动传动轴沿横向移出来，当移动到外齿轮与限位挡板抵接时可使得外齿轮与内齿轮完全啮合，实现传动轴的完全固定，利用升降装置在工作状态下对爬坡管的坡度进行调整，以此模拟不同工况下加入气体对泥浆输送的影响。

其三，本发明通过泵体对加气管加气，高压气体在运输管道内壁形成微小气泡，这些微小气泡形成一层气膜，降低了泥浆与管壁间流动阻力，从而减阻、防堵并延长排距，实现节能延距的目的，此外在不同加气支管安装气阀，以此实现不同角度下的加气输送对减阻防堵作用的影响。

附图说明

图1为一种用于研究泥浆管道加气输送的实验装置的结构示意图；

图2为图1中传动轴的结构示意图；

图3为图2的侧视结构示意图

图4为图1中壳体的剖视结构示意图；

图中，罐体1、出泥口1.1、回泥口1.2、环形输送主管2、实验短管3、加气管4、爬坡管5、加气支管6、阀门6.1、导管7、总阀7.1、泵体8、升降装置9、壳体9.1、传动轴9.2、传动齿轮9.3、手柄9.4、齿条推进器9.5、外齿轮9.6、内齿轮9.7、限位挡板9.8、轴套9.9、轴承9.10、轴承座9.11、轴孔9.12、通孔9.13、安装板9.14、齿槽9.15、透明管10、法兰11、波纹管12、旋转接头13、截止阀14、泥泵15。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

如图1所示的用于研究泥浆管道加气输送的实验装置，包括用于盛装泥浆的罐体1，罐体1可采用锥形罐体。罐体1的底部设置有出泥口1.1，罐体1的顶部设置有回泥口1.2，出泥口1.1与回泥口1.2之间通过环形输送主管2相连通；环形输送主管2上设置有可拆卸的若干根实验短管3、加气管4以及爬坡管5，若干根实验短管3位于环形输送主管2的不同位置处，且实验短管3与加气管4的位置可相互替换；环形输送主管2靠近爬坡管5的底部位置处设置有若干根透明管10，透明管10与实验短管3交替布置，透明管10采用有机玻璃制成，便于观察在泥浆输送过程中，加入气体对整体流域内流态的影响，以此更好判断加气输送的效果。实验短管3、加气管4、透明管10与环形输送主管2之间均通过法兰11可拆卸连接；爬坡管5的两端通过波纹管12与环形输送主管2连接。加气管4的底部设置有若干根角度可调的加气支管6，加气支管6通过导管7与外界的泵体8相连，泵体8为气泵或者抽水泵。加气支管6与加气管4之间通过旋转接头13连接，加气支管6上设置有阀门6.1，导管7上设置有总阀7.1；加气支管6有加气角度分别为45°、60°、30°的三种不同规格可以任意组合以适应不同加气管角度对加气效果的影响。加气支管6与实验短管3的规格相一致，且均是通过法兰与环形输送主管2连接，并且可以在停工状态下互换位置，从而可实现探究不同加气位置对加气效果的影响。罐体1的出泥口1.1处设置有控制泥浆流量的截止阀14，截止阀14下方的环形输送主管2上设置有泥泵15，泥泵用于对整体管道加压，保证泥浆输送循环过程。爬坡管5的下方设置有用于调节其坡度的升降装置9。

如图2和图3所示，升降装置9包括壳体9.1，壳体9.1的内腔设置有可在外力作用下沿轴向移动或者周向旋转运动的传动轴9.2，传动轴9.2的一端设置有与其固定连接的传动齿轮9.3，传动轴9.2的另一端设置有与其固定连接的手柄9.4；传动齿轮9.3的一侧设置有齿条推进器9.5，齿条推进器9.5的下部与传动齿轮9.3啮合，齿条推进器9.5的上部贯穿壳体9.1向上延伸与位于爬坡管5顶部的环形输送主管2固定连接。

如图4所示，传动轴9.2的中部套设有外齿轮9.6，壳体9.1的内腔设置有内齿轮9.7，传动轴9.2可在外力作用下带动外齿轮9.6沿轴向移动与内齿轮9.7相啮合或者相分离。壳体9.1的内腔还设置有用于对外齿轮9.6进行轴向限位的限位挡板9.8，外齿轮9.6与限位挡板9.8抵接时可使得外齿轮9.6与内齿轮9.7完全啮合。传动齿轮9.3的内圈与传动轴9.2的外圈之间套设有轴套9.9，轴套9.9的外圈套设有轴承9.10；壳体9.1的内腔设置有用于安装轴承9.10的轴承座9.11。壳体9.1的两侧侧壁上设置有用于安装传动轴9.2的轴孔9.12。壳体9.1的顶部设置有用于供齿条推进器9.5穿过的通孔9.13，通孔9.13处设置有用于固定齿条推进器9.5的安装板9.14，齿条推进器9.5的中部两侧沿其长度方向设置有齿槽9.15，齿条推进器9.5可穿过通孔9.13并通过螺栓卡紧齿槽9.15与安装板9.14固定。

当需要改变爬坡管5的坡度时，推动手柄9.4以带动传动轴9.2沿横向移进去，使外齿轮9.6与内齿轮9.7分离直至将传动齿轮9.3与齿条推进器9.5啮合，旋转手柄9.4带动传动齿轮9.2周向旋转，通过传动齿轮9.3带动齿条推进器9.5上升或者下降，从而实现爬坡管上下移动。调整到所需的高度后，拉动手柄9.4以带动传动轴9.2沿横向移出来，，当移动到外齿轮9.6与限位挡板9.8抵接时，可使得外齿轮9.6与内齿轮9.7完全啮合，从而实现传动轴9.2的完全固定。

本发明的工作原理如下：首先通过外输送管道将泥浆引入罐体1，后将罐体1的截止阀14打开，启动泥泵15在压力作用下使泥浆在环形输送主管2中循环输送。利用升降装置9在工作状态下对爬坡管5的坡度进行调整，以此模拟不同工况下加入气体对泥浆输送的影响。

当需要研究不同加气支管6的角度对泥浆加气输送的影响，为了降低管道阻力，启动气泵把高压气体压入导管7，高压气体从导管7进入加气支管6，然后从加气支管6通入加气管4，最后由加气管4汇入环形输送主管2。高压气体在运输管道内壁形成微小气泡，这些微小气泡形成一层气膜，降低了泥浆与管壁间流动阻力，从而减阻、防堵并延长排距，实现节能延距的目的。其中在不同加气支管安装阀门6.1，以此实现不同角度下的加气输送对减阻防堵作用的影响。

当管线出现管道内的淤堵现象时，工作人员可以关闭总阀、关闭气泵，然后打开加气支管6的所有额阀门，将导管7连入抽水泵，这样运输管道内的一些较为细小的颗粒泥沙可以经过加气管4、加气支管6、导管7这些部件被抽水泵抽出，这样就可以减轻运输管道内的淤堵现象，可以加块疏通运输管道。

当需要研究不同加气位置对加气输送效果的影响时，工作人员需要在停机状态下，将泥浆排出，将加气管4与位于不同位置的实验短管3调换位置，以此满足研究不同加气位置对气力减阻效果影响，从而解决了目前泥浆管道输送气力减阻调节机制复杂多变的工况，无法确定最优管线布局和最合理工况的缺点，本发明为研究不同加气条件对管道输送的影响提供了便利和可行性。

以上仅为本发明的具体实施方式，应当指出，其余未详细说明的内容为现有技术，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭示的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于研究泥浆管道加气输送的实验装置，包括用于盛装泥浆的罐体(1)，其特征在于：所述罐体(1)的底部设置有出泥口(1.1)，所述罐体(1)的顶部设置有回泥口(1.2)，所述出泥口(1.1)与回泥口(1.2)之间通过环形输送主管(2)相连通；

所述环形输送主管(2)上设置有可拆卸的实验短管(3)、加气管(4)以及爬坡管(5)；所述加气管(4)的底部设置有若干根角度可调的加气支管(6)，所述加气支管(6)通过导管(7)与外界的泵体(8)相连；所述爬坡管(5)的下方设置有用于调节其坡度的升降装置(9)。

2.根据权利要求1所述的用于研究泥浆管道加气输送的实验装置，其特征在于：所述升降装置(9)包括壳体(9.1)，所述壳体(9.1)的内腔设置有可在外力作用下沿轴向移动或者周向旋转运动的传动轴(9.2)，所述传动轴(9.2)的一端设置有与其固定连接的传动齿轮(9.3)，所述传动轴(9.2)的另一端设置有与其固定连接的手柄(9.4)；

所述传动齿轮(9.3)的一侧设置有齿条推进器(9.5)，所述齿条推进器(9.5)的下部与传动齿轮(9.3)啮合，所述齿条推进器(9.5)的上部贯穿壳体(9.1)向上延伸与位于爬坡管(5)顶部的环形输送主管(2)固定连接。

3.根据权利要求2所述的用于研究泥浆管道加气输送的实验装置，其特征在于：所述传动轴(9.2)的中部套设有外齿轮(9.6)，所述壳体(9.1)的内腔设置有内齿轮(9.7)，所述传动轴(9.2)可在外力作用下带动外齿轮(9.6)沿轴向移动与内齿轮(9.7)相啮合或者相分离。

4.根据权利要求3所述的用于研究泥浆管道加气输送的实验装置，其特征在于：所述壳体(9.1)的内腔还设置有用于对外齿轮(9.6)进行轴向限位的限位挡板(9.8)，所述外齿轮(9.6)与限位挡板(9.8)抵接时可使得外齿轮(9.6)与内齿轮(9.7)完全啮合。

5.根据权利要求4所述的用于研究泥浆管道加气输送的实验装置，其特征在于：所述传动齿轮(9.3)的内圈与传动轴(9.2)的外圈之间套设有轴套(9.9)，所述轴套(9.9)的外圈套设有轴承(9.10)；所述壳体(9.1)的内腔设置有用于安装轴承(9.10)的轴承座(9.11)。

6.根据权利要求5所述的用于研究泥浆管道加气输送的实验装置，其特征在于：所述壳体(9.1)的两侧侧壁上设置有用于安装传动轴(9.2)的轴孔(9.12)。

7.根据权利要求2～6任一项所述的用于研究泥浆管道加气输送的实验装置，其特征在于：所述壳体(9.1)的顶部设置有用于供齿条推进器(9.5)穿过的通孔(9.13)，所述通孔(9.13)处设置有用于固定齿条推进器(9.5)的安装板(9.14)，所述齿条推进器(9.5)的中部两侧沿其长度方向设置有齿槽(9.15)，所述齿条推进器(9.5)可穿过通孔(9.13)并通过螺栓卡紧齿槽(9.15)与安装板(9.14)固定。

8.根据权利要求1～6任一项所述的用于研究泥浆管道加气输送的实验装置，其特征在于：所述环形输送主管(2)上设置有若干根位于不同位置处的实验短管(3)，且所述实验短管(3)与加气管(4)的位置可相互替换；

所述环形输送主管(2)靠近爬坡管(5)的底部位置处设置有若干根透明管(10)，所述透明管(10)与实验短管(3)交替布置；

所述实验短管(3)、加气管(4)、透明管(10)与环形输送主管(2)之间均通过法兰(11)可拆卸连接；所述爬坡管(5)的两端通过波纹管(12)与环形输送主管(2)连接。

9.根据权利要求1～6任一项所述的用于研究泥浆管道加气输送的实验装置，其特征在于：所述加气支管(6)与加气管(4)之间通过旋转接头(13)连接，所述加气支管(6)上设置有阀门(6.1)，所述导管(7)上设置有总阀(7.1)；所述泵体(8)为气泵或者抽水泵。

10.根据权利要求1～6任一项所述的用于研究泥浆管道加气输送的实验装置，其特征在于：所述罐体(1)的出泥口(1.1)处设置有控制泥浆流量的截止阀(14)，所述截止阀(14)下方的环形输送主管(2)上设置有泥泵(15)。