CN111271604A - 一种浓密膏体管道输送壁面注液减阻系统 - Google Patents

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李春志
孙丽
张敏骏
吕玉廷
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Abstract

本发明公开了一种浓密膏体管道输送壁面注液减阻系统。所述减阻系统包括膏体搅拌单元、控制柜(1)、位移传感器(2)、管道输送单元、壁面注液单元和数据采集单元(4)，所述膏体搅拌单元通过开关Ⅰ(3)分别与控制柜(1)和位移传感器(2)相连接，所述位移传感器(2)与管道输送单元的单螺杆作用泵(4)相连接，所述管道输送单元的单螺杆作用泵(4)通过开关Ⅱ(5)分别与管道输送单元的测试管道(12)和壁面注液单元相连接，所述数据采集单元分别与壁面注液单元和管道输送单元的测试管道(12)相连接。本发明用以解决管道输送阻力大增加工程成本难题，主要通过壁面注液来进行减阻,降低管道输送能源消耗。

Description

一种浓密膏体管道输送壁面注液减阻系统
技术领域
本发明属于减少膏体管道输送阻力技术领域；具体涉及一种浓密膏体管道输送壁面注液减阻系统。
背景技术
浓密膏体的浓度高、粘度大、流速低、且具有屈服应力，输送过程中与管壁附着力较强，输送阻力大，一般需加压后才能流动；在管道输送过程中，最核心的是输送阻力问题，如何减小输送过程中的阻力以减少投资和运营成本。
发明内容
本发明提供一种浓密膏体管道输送壁面注液减阻系统，用以解决管道输送阻力大增加工程成本难题，主要通过壁面注液来进行减阻,降低管道输送能源消耗。
本发明通过以下技术方案实现：
一种浓密膏体管道输送壁面注液减阻系统，所述减阻系统包括膏体搅拌单元、控制柜1、位移传感器2、管道输送单元、壁面注液单元和数据采集单元4，所述膏体搅拌单元通过开关Ⅰ3分别与控制柜1和位移传感器2相连接，所述位移传感器2与管道输送单元的单螺杆作用泵4相连接，所述管道输送单元的单螺杆作用泵4通过开关Ⅱ5分别与管道输送单元的测试管道和壁面注液单元相连接，所述测试管道包括第一测试管道12和第二测试管道17，所述第一测试管道12和第二测试管道17依次连接，所述数据采集单元分别与壁面注液单元和管道输送单元的测试管道12相连接。
进一步的，所述膏体搅拌单元包括搅拌器6和膏体罐7，所述搅拌器6与膏体罐7相连接，所述膏体罐7通过开关Ⅰ3分别与控制柜1和位移传感器2相连接。
进一步的，所述液面注液单元包括油箱8、液压泵9、流量计13、单向阀10和溢流阀11，所述油箱8分别与液压泵9和溢流阀11相连接，所述液压泵9与流量计13相连接，所述流量计13分别与单向阀10和数据采集单元4相连接。
进一步的，所述数据采集单元包括两个差压传感器14、上位机15和A/D采集器16，所述两个差压传感器14分别设置在第一测试管道12和第二测试管道17上，所述差压传感器14均连接A/D采集器16，所述A/D采集器16与上位机15相连接。
进一步的，所述测试管道12上均匀分布通孔，所述通孔的直径为3mm，每圈8-10个，每一圈通孔的位置相对于上一圈顺时针偏转10-15度。
本发明的有益效果是：
本发明的工业应用可大大提高浓密膏体管道输送效率、降低管道磨损、为输送管道最佳的设计参数提供理论支持。
附图说明
图1本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种浓密膏体管道输送壁面注液减阻系统，所述减阻系统包括膏体搅拌单元、控制柜1、位移传感器2、管道输送单元、壁面注液单元和数据采集单元4，所述膏体搅拌单元通过开关Ⅰ3分别与控制柜1和位移传感器2相连接，所述位移传感器2与管道输送单元的单螺杆作用泵4相连接，所述管道输送单元的单螺杆作用泵4通过开关Ⅱ5分别与管道输送单元的测试管道和壁面注液单元相连接，所述测试管道包括第一测试管道12和第二测试管道17，所述第一测试管道12和第二测试管道17依次连接，所述数据采集单元分别与壁面注液单元和管道输送单元的测试管道12相连接。
通过测量管道稳定流动的管段两定点间的压力，做差求得固定长度段压差，为了提高压差测试精度，用压差传感器代替压力传感器，选取隔膜差压变送器测试管路固定长度测试段的压差；差压传感器量程0kPa-650kPa；精度：±0.5％FS，液压系统中采用流量比例阀控制活塞速度，活塞行程可调，采用拉线位移传感器来测定并通过PLC控制系统记录活塞前进时间，其中拉线位移传感器的量程1100mm，精度为0.1％，重复精度为0.05％，单圈脉冲为1000pp。
系统采用变频调速，使用PLC控制系统，自动记录并在显示屏上显示测试管段的速度，物料缸内膏体的速度，物料缸截面积与管路截面积的比值等于物料缸内膏体的速度与管路内膏体的速度，可计算得到物料的平均流速，即：
Figure BDA0002375785640000021
进一步的，所述膏体搅拌单元包括搅拌器6和膏体罐7，所述搅拌器6与膏体罐7相连接，所述膏体罐7通过开关Ⅰ3分别与控制柜1和位移传感器2相连接。
进一步的，所述液面注液单元包括油箱8、液压泵9、流量计13、单向阀10和溢流阀11，所述油箱8分别与液压泵9和溢流阀11相连接，所述液压泵9与流量计13相连接，所述流量计13分别与单向阀10和数据采集单元4相连接。
进一步的，所述数据采集单元包括两个差压传感器14、上位机15和A/D采集器16，所述两个差压传感器14分别设置在第一测试管道12和第二测试管道17上，所述差压传感器14均连接A/D采集器16，所述A/D采集器16与上位机15相连接。
单螺杆作用泵2-2使加液管内的压力大于测试管道内膏体的压力，在压力作用下使液体进入测试管道；在浓密膏体流变特性测试实验台的推动下，物料由边界润滑层注入段向阻力测试段运动，阻力测试段物料可稳定排出，通过调节单螺杆作用泵2-2排量的大小控制滑移减阻实验台的加液体积，从而达到调节管道内壁边界润滑层厚度的目的。
进一步的，所述测试管道2-1均匀分布通孔，所述通孔的直径为3mm，每圈8个，每一圈通孔的位置相对于上一圈顺时针偏转15度。
进一步的，所述测试管道2-1均匀分布通孔，所述通孔的直径为3mm，每圈9个，每一圈通孔的位置相对于上一圈顺时针偏转13度。
进一步的，所述测试管道2-1均匀分布通孔，所述通孔的直径为3mm，每圈10个，每一圈通孔的位置相对于上一圈顺时针偏转10度。
由于向测试管道2-1注液过程中该滑移减阻试验台中的液体压力一定大于管道内膏体的压力，因此测试管道2-1内一定是满管流动状态，流量计4-2安装在该装置的管路中间靠近注液段，被测流体为水或者减阻剂溶液，无腐蚀性，工作温度为20-25度，流体流动为层流，流量计的流量测试范围为40-240L/h，信号输出4-20mA电流，精度为±0.5％FS。
由差压传感器4-1的输出反映压力大小、流量大小的电流值，是模拟量，硬件方面，选用的是NI USB6211采集卡进行数据采集，即实现数据采集功能的计算机扩展卡。
进一步的，壁面注液单元3，可定量研究壁面边界层性质对管道膏体输送阻力的影响，该装置利用定量液压泵配以适当功率的电机作为驱动系统，将液体注入双层套筒管道空腔内，通过均匀分布在内层管道壁面处的小孔，进而将液体注入管道内壁，精确控制加液减阻装置注入管道内的液体量，液压泵的输出油液即膏体输送管道壁面所需注入的液体，油液从油缸经过液压泵、流量计、单向阀进入加油管，液压系统的压力及流量在一定范围内可调节，并可实时记录。
为了定量研究边界层厚度与减阻效果的关系，根据边界层厚度及管道输送速度计算得到理论的泵加液量。由于测试装置限制，液压管式流变装置能保证的最小速度为0.09m/s，试验系统中活塞推动一次需注入润滑液的体积为：
Figure BDA0002375785640000041
其中，Q为活塞运行一次所需注入油液的流量，D为测试管道直径，D0为活塞缸内径，r为注入油液层厚度，v为测试管道内物料流速，v0为活塞缸内物料流速；其中，D0＝160mm，活塞缸的速度可调节，其速度范围为v0＝0.035～0.1m/s
为了便于人工注入的边界层均匀分布于管道内壁，测试物料流速较小时滑移层减阻效果最明显，这是由于输送速度较低时，液体环形层在膏体与壁面间分布更加均匀，从而减少了膏体与管道的摩擦。据此，选择活塞缸速度v0＝0.035m/s，进行后续实验。

Claims (5)

1.一种浓密膏体管道输送壁面注液减阻系统，其特征在于，所述减阻系统包括膏体搅拌单元、控制柜(1)、位移传感器(2)、管道输送单元、壁面注液单元和数据采集单元，所述膏体搅拌单元通过开关Ⅰ(3)分别与控制柜(1)和位移传感器(2)相连接，所述位移传感器(2)与管道输送单元的单螺杆作用泵(4)相连接，所述管道输送单元的单螺杆作用泵(4)通过开关Ⅱ(5)分别与管道输送单元的测试管道和壁面注液单元相连接，所述测试管道包括第一测试管道(12)和第二测试管道(17)，所述第一测试管道(12)和第二测试管道(17)依次连接，所述数据采集单元分别与壁面注液单元和管道输送单元的第一测试管道(12)相连接。
2.根据权利要求1所述一种浓密膏体管道输送壁面注液减阻系统，其特征在于，所述膏体搅拌单元包括搅拌器(6)和膏体罐(7)，所述搅拌器(6)与膏体罐(7)相连接，所述膏体罐(7)通过开关Ⅰ(3)分别与控制柜(1)和位移传感器(2)相连接。
3.根据权利要求1所述一种浓密膏体管道输送壁面注液减阻系统，其特征在于，所述液面注液单元包括油箱(8)、液压泵(9)、流量计(13)、单向阀(10)和溢流阀(11)，所述油箱(8)分别与液压泵(9)和溢流阀(11)相连接，所述液压泵(9)与流量计(13)相连接，所述流量计(13)分别与单向阀(10)和数据采集单元(4)相连接。
4.根据权利要求1所述一种浓密膏体管道输送壁面注液减阻系统，其特征在于，所述数据采集单元包括两个差压传感器(14)、上位机(15)和A/D采集器(16)，所述两个差压传感器(14)分别设置在第一测试管道(12)和第二测试管道(17)上，所述差压传感器(14)均连接A/D采集器(16)，所述A/D采集器(16)与上位机(15)相连接。
5.根据权利要求2所述一种浓密膏体管道输送壁面注液减阻系统，其特征在于，所述测试管道(12)上均匀分布通孔，所述通孔的直径为3mm，每圈8-10个，每一圈通孔的位置相对于上一圈顺时针偏转10-15度。
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CN114186502A (zh) * 2021-08-28 2022-03-15 昆明理工大学 一种考虑边界层效应的膏体管输沿程阻力损失计算模型的构建方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114186502A (zh) * 2021-08-28 2022-03-15 昆明理工大学 一种考虑边界层效应的膏体管输沿程阻力损失计算模型的构建方法
CN114186502B (zh) * 2021-08-28 2024-03-22 昆明理工大学 一种考虑边界层效应的膏体管输沿程阻力损失计算模型的构建方法

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