CN109230543B - 一种固体颗粒水下计量加料装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种固体颗粒水下计量加料装置，包括包括颗粒与水混合装置及颗粒水下加料装置；所述颗粒与水混合装置包括调频管道泵、PLC远程控制柜、文丘里加料装置；所述颗粒水下加料装置包括三通、双室加料水箱、加料调整装置、加料螺杆、螺杆支撑密封结构、花键联轴器、调频电机。加料调整装置包括加料调整板、连杆与液压活塞。加料螺杆与调频电机采用花键联轴器连接，双室加料水箱采用法兰与三通连接，三通下端通过法兰连接文丘里加料装置，文丘里加料装置前端与调频管道泵采用法兰连接。本发明结构紧凑，操控方便，自动化程度高，可根据实际颗粒水力输送加料需求实现智能调节，加料效率高，不易堵料及粉料堆积，操作方便，对易碎、易掉碎屑物料输送保证作业安全，易于推广应用。

Description

一种固体颗粒水下计量加料装置
技术领域
本发明涉及对直径在3mm至20mm且比重大于水、难溶于水的固体颗粒物料进行水下螺杆计量加料、文丘里加料装置吸料与水混合，以实现在水力输送前端的防堵料计量加料。
背景技术
水力输送是一种以液体(通常为水)作为载体通过封闭管道输送固体物料的运输方式。虽然它的发展仅有几十年的历史,但由于其具有效率高、成本低、占地少、无污染、安全可靠和可合理配置等优点,目前已被广泛应用于冶金、煤炭、化工、水利和环保等众多工业领域。
近些年来，管道水力输送已作为一种新型的输送技术，与公路、铁路、水运、航空并列的五大运输方式。而随着水力输送的广泛应用，工程中对水力输送效率及能力的要求也随之越来越高。
在整套水力输送系统中，加料装置是整个固体水力输送系统中的关键部分，直接影响着整个系统的输送效率及输送能力。传统的加料方式为料斗直接加料、叶轮式加料及螺旋加料机加料等，其中料斗直接加料方式缺点为加料口易堵料、加料量不可控；叶轮式加料方式缺点为加料不连续、物料易在靠近叶轮中央处堆积，叶轮与壁面处颗粒摩擦现象严重；螺旋加料机加料输送易碎、易掉碎屑物料时，料粉易在装置中堆积，易造成危险性问题。所以上述加料方式已无法满足如今某些特定环境下的实际生产需要。现需一种可保证安全性、加料量可控且可避免装置中颗粒和粉料堵塞问题的颗粒水力输送加料装置。
发明内容
固体颗粒水下计量加料装置由颗粒与水混合装置(Ⅰ)、颗粒水下加料装置(Ⅱ)两部分组成。颗粒水下加料装置在于将预输送颗粒向前实现水下计量输送，颗粒与水混合装置在于将颗粒水下加料装置输送到的高浓度物料与水实现良好混合，形成均匀两相流进入接下来的水力输送管道中。
针对传统水力输送料斗直接加料方式加料口易堵料、加料量不可控的问题，本发明通过在颗粒加入口设置加料调整装置，加料调整版在与水平面夹角为0°至25°范围内调整，通过角度变化实现对加料口物料进入量的初步控制，防止物料在加料螺杆上方堆积；调整板一端设计为圆弧，防止物料从调整板较高一侧掉落。
针对传统叶轮式加料及螺旋加料机加料方式颗粒及粉料易在装置中堆积的问题，本发明通过加料螺杆的水下输送，将输送过程中的粉体随输送水同时排出装置，避免了粉料的堆积。
本发明所涉及的装置如附图1，该装置包括颗粒与水混合装置(Ⅰ)及颗粒水下加料装置(Ⅱ)，两部分通过三通连接，三通大径与小径比值为1.2至1.7，小径段长径比为1.6至1.7，三通内侧一边拐角为圆弧，半径为小径的0.35至0.85倍。三通使管道实现变径，管径变大利于物料输送，三通内侧圆弧拐角使物料颗粒可以平稳、均匀的进入文丘里加料装置内，避免物料在拐角处形成堆积。
一种固体颗粒水下计量加料装置，其特征在于：包括颗粒与水混合装置(Ⅰ)及颗粒水下加料装置(Ⅱ)；所述颗粒与水混合装置包括调频管道泵(1)、PLC远程控制柜(10)、文丘里加料装置(2)；所述颗粒水下加料装置包括三通(3)、双室加料水箱(4)、加料调整装置(5)、加料螺杆(6)、螺杆支撑密封结构(7)、花键联轴器(8)、调频电机(9)。加料调整装置(5)包括加料调整板(51)、连杆(52)与液压活塞(53)；螺杆支撑密封结构(7)包括套筒(71)、O型圈(72)、止推轴承(73)、端盖(74)。
加料螺杆(6)与调频电机(9)采用花键联轴器(8)连接，与双室加料水箱(4)采用螺杆支撑密封结构(7)配合，双室加料水箱(4)采用法兰与三通(3)连接，三通(3)下端通过法兰连接文丘里加料装置(2)，文丘里加料装置(2)前端与调频管道泵(1)采用法兰连接。
螺杆支撑密封结构(7)为套筒(71)中安装两O型圈(72)，加料螺杆(6)旋转时形成密封，防止泄漏，右侧安装止推轴承(73)及端盖(74)，与加料螺杆(6)最右端和调频电机(9)连接的花键联轴器(8)实现对加料螺杆(6)的固定支撑。
加料螺杆(6)由支撑段、输水段、颗粒输送段组成，支撑段与输水段长度比值为1.7至2.2，颗粒输送段与输水段长度比值为3.2至3.7。输水段导程为颗粒直径的2.5至3.5倍，螺杆外径为颗粒直径的7.1至7.6倍，槽深为螺杆外径的0.2至0.25倍；颗粒输送段导程为颗粒直径的5至7倍，螺杆外径为颗粒直径的8.7至9.2倍，槽深为螺杆外径的0.28至0.33倍。
双室加料水箱(4)截面结构为梯形，其中斜边与水平夹角为40°。中间舱室由隔板分为加料舱室和加水舱室，体积比为3至3.5，隔板高度为水箱高度的3/4。在加料舱室中，加料螺杆上方水流由于螺杆推动形成旋流，由于水箱一边为斜边结构，故促进旋流将落下的物料带入螺杆中向前输送，防止物料堆积。
装置加料口位于加料舱室上方，加水口位于加水舱室上方，保证加水舱室水位高于加料舱室水位，隔板下侧穿孔使加料螺杆(6)穿过，间隙为螺杆外径的0.015至0.02倍，隔板宽度为加料螺杆(6)输水段导程的1至1.5倍。
进一步，由于双室加料水箱(4)的加料舱室和加水舱室在输送过程中存在液位差，且在加料螺杆(6)与隔板配合出形成文丘里效应，故在隔板孔处形成防返流结构，防止粉料倒流回加水舱室及密封结构中，造成堆积及堵塞。
文丘里加料装置(2)上端加料管为倾斜管，与水平方向夹角为60°至80°；喉管截面为椭圆形结构，其中心线与文丘里混合段呈偏心布置，偏心距为加水段椭圆形结构短径的0.2至0.25倍；喉部喷口处椭圆形结构短径与加水段椭圆形结构短径比值为0.28至0.33，喉部总长为加水段椭圆形结构短径的1.1至1.6倍，喉部倾角为15°至20°，混合段长为加水段椭圆形结构短径的5.3至5.8倍，管长为加水段椭圆形结构短径8至10倍，上端加料口内径与加水段椭圆形结构短径比值为0.7至0.75。该设计使颗粒流入时水平方向速度与入水段水流方向相同，然后沿着喉部上侧沟槽平滑运动进入混合段，喉部椭圆形结构增大了颗粒被吸入时的运动空间，避免颗粒物料在喉部容易出现的堵塞问题，同时，喉部下部的结构设计去除了传统文丘里喷射装置的“死区”，使颗粒不会堆积在上述“死区”中。
附图说明
图1是本发明专利一种固体颗粒水下计量加料装置正视结构示意图；
图2是加料螺杆结构示意图；
图3是文丘里加料装置内部结构示意图；
图4是三通内部结构示意图；
图5是加料调节板上下两端极限位置示意图；
图6是水箱结构侧视剖视图及水流旋流运动示意图；
图7是加料螺杆与水箱隔板形成的防反流结构示意图；
图8是螺杆支撑密封结构示意图。
具体实施方式：
实施例1
水力输送聚乙烯颗粒是本发明的一个实施例，聚乙烯颗粒通过颗粒水下加料装置(Ⅱ)计量输送至颗粒与水混合装置(Ⅰ)中，并与水均匀混合，形成准备进行长距离水力输送的均匀固液两相流。
首先从双室加料水箱(4)右侧的加水舱室向装置中加水，使装置中充满水。然后打开调频管道泵(1)及调频电机(9)，加料螺杆(6)开始转动，双室加料水箱(4)开始向外输送水。随后持续向加水舱室加水，由于螺杆输送的方向是由加水舱室向加料舱室方向且水箱中间布置由隔板，所以加水舱室水位会高于等于加料舱室水位，形成液位差。
随后从加料口加入聚乙烯颗粒，通过调整加料调整板(51)角度控制颗粒加入速度，颗粒下落至加水舱室下部，由于加料螺杆(6)对上方水流的推动作用及双室加料水箱截面结构为梯形，使加料螺杆上方形成旋流，旋流卷动颗粒并带入螺杆，促进颗粒进入螺杆螺槽中向外输送。同时螺杆带动水流形成旋流，冲击沉积在螺杆下部的直径较小的粉料，将其随水一起排出，避免粉料堆积。
由于加水舱室和加料舱室具有液位差，且加料螺杆与隔板孔形成文丘里结构，存在压差，所以在隔板孔处形成防返流结构，避免粉料及颗粒回流。
聚丙烯颗粒从双室加料水箱(4)输送出来，经过三通平稳输送至文丘里加料装置上方，内侧平滑弯曲流道保证了颗粒在下落时保持运动轨迹稳定，三通使管径变大，利于颗粒输送。
聚丙烯颗粒落入文丘里加料装置上端倾斜加料段中，进而进入喉部外侧结构中，调频管道泵(1)位于文丘里加料装置前端，水泵将高压水加入文丘里加料装置中，由于喉部结构为缩口结构，水流通过的流速大，压力低，位于喉部外侧的聚丙烯颗粒沿着喉部外侧被吸入喉部前端并进入文丘里加料装置后部混合段，并继续向前输送。
由于调频管道泵(1)设置在文丘里加料装置前端，所以在输送聚丙烯颗粒过程中颗粒不通过泵体，避免颗粒对泵体的磨损。

Claims (4)

1.一种固体颗粒水下计量加料装置，其特征在于：包括颗粒与水混合装置(Ⅰ)及颗粒水下加料装置(Ⅱ)；所述颗粒与水混合装置包括调频管道泵(1)、PLC远程控制柜(10)、文丘里加料装置(2)；所述颗粒水下加料装置包括三通(3)、双室加料水箱(4)、加料调整装置(5)、加料螺杆(6)、螺杆支撑密封结构(7)、花键联轴器(8)、调频电机(9)；加料螺杆(6)与调频电机(9)采用花键联轴器(8)连接，与双室加料水箱(4)采用螺杆支撑密封结构(7)配合，双室加料水箱(4)采用法兰与三通(3)连接，三通(3)下端通过法兰连接文丘里加料装置(2)，文丘里加料装置(2)前端与调频管道泵(1)采用法兰连接；
双室加料水箱(4)截面结构为梯形，其中斜边与水平夹角为40°；中间舱室由隔板分为加料舱室和加水舱室，体积比为3至3.5；装置加料口位于加料舱室上方，加水口位于加水舱室上方，隔板下侧穿孔使加料螺杆(6)穿过。
2.根据权利要求1所述的一种固体颗粒水下计量加料装置，其特征在于：加料调整装置(5)包括加料调整板(51)、连杆(52)与液压活塞(53)；加料调整板(51)长度为双室加料水箱中颗粒加入室长度的3/4，加料调整板上端面通过连杆(52)与液压活塞(53)连接，连杆上两端设置止动装置，使加料调整板 (51)在与水平面夹角为0°至25°范围内调整。
3.根据权利要求1所述的一种固体颗粒水下计量加料装置，其特征在于：加料螺杆(6)为单头螺杆，由支撑段、输水段、颗粒输送段组成，支撑段与输水段长度比值为1.7至2.2，颗粒输送段与输水段长度比值为3.2至3.7；输水段导程为颗粒直径的2.5至3.5倍，螺杆外径为颗粒直径的7.1至7.6倍，槽深为螺杆外径的0.2至0.25倍；颗粒输送段导程为颗粒直径的5至7倍，螺杆外径为颗粒直径的8.7至9.2倍，槽深为螺杆外径的0.28至0.33倍。
4.根据权利要求1所述的一种固体颗粒水下计量加料装置，其特征在于：文丘里加料装置(2)喉部喷口处椭圆形结构短径与加水段椭圆形结构短径比值为0.28至0.33，喉部总长为加水段椭圆形结构短径的1.1至1.6倍，喉部倾角为15°至20°，混合段长为加水段椭圆形结构短径的5.3 至5.8倍，管长为加水段椭圆形结构短径的8至10倍，上端加料口内径与加水段椭圆形结构短径比值为0.7至0.75。
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