CN116105075A - 一种交叉阵列式射流掺气泥浆输送装置 - Google Patents

一种交叉阵列式射流掺气泥浆输送装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种交叉阵列式射流掺气泥浆输送装置包括：液体输送系统，气体输送系统，其用于形成气液混合物；射流系统，其包括射流模块、喷射模块和泥浆输送模块，其中，所述射流模块通过加压模块与所述液体输送系统的末端连接用于将所述气液混合物经所述喷射模块射入泥浆输送模块中；所述射流模块设有多个分流环管，其均通过分流直管与所述加压模块连接，各个所述分流环管均设有多个出口，相邻所述分流环管上的出口相错分布；本发明沿管壁上交叉布置的仿生型射流口注入泥浆管道中，均匀发挥减阻效果，降低泥沙颗粒与管壁之间的摩擦与碰撞，减小阻力损失，延长管道使用寿命，同时射流冲击避免了泥沙淤积堵塞的问题，保证泥浆的长距离管道输送。

Description

一种交叉阵列式射流掺气泥浆输送装置
技术领域
本发明涉及海洋运输工程的技术领域，具体涉及一种交叉阵列式射流掺气泥浆输送装置。
背景技术
由于各种海洋运输工程设施建设投资的加快、海上航道的长期维护等，管道输送因其具有低污染、连续作业和输送能力大等优点得到了广泛应用，成为航道疏浚、海底开沟和深海采矿等的主要手段。
由于泥浆的粘度大、密度高等特点，泥浆与管壁间的摩擦力、碰撞力较大，这不仅会增大流体的能量损失、缩短输送管道的使用寿命，而且因其运动速度小于管流流速，易在逆坡、弯折管段处堆积，导致系统停机、维修与清管，严重影响工程效率与成本。
为了解决能耗大、管道堵塞及管道侵蚀等工程问题，实际工程中常采用在泥浆管道中部布设接力泵站的方式，增加外部能量输入，克服泥浆的阻力损失，但这种助送方式存在设备复杂、安装困难和操作不便等新问题；常采用更换新管的方式解决管道侵蚀问题，但并不能从源头上减少管道磨损，造成成本高、效率低等问题。
综上，现需要设计一种交叉阵列式射流掺气泥浆输送装置来解决现有技术中上述问题。
发明内容
本发明提供了一种交叉阵列式射流掺气泥浆输送装置，解决了现有技术中泥浆运输管道堵塞及侵蚀等问题。
为达到解决上述技术问题的目的，本发明采用如下技术方案：
一种交叉阵列式射流掺气泥浆输送装置，包括：
液体输送系统，其用于提供射流所需液体；
气体输送系统，其通过气泡产生模块与液体输送系统连接，用于将气泡充入所述液体内以形成气液混合物；
射流系统，其包括射流模块、喷射模块和泥浆输送模块，
其中，所述射流模块通过加压模块与所述液体输送系统的末端连接用于将所述气液混合物经所述喷射模块射入泥浆输送模块中；
所述射流模块设有多个分流环管，其均通过分流直管与所述加压模块连接，各个所述分流环管均设有多个出口，相邻所述分流环管上的出口相错分布。
在本发明的一些实施例中，所述喷射模块包括流体进口和流体射口，其中，所述流体进口与所述出口相接，所述流体射口的开口方向与泥浆的输送方向相同。
在本发明的一些实施例中，所述流体进口和所述流体射口均设有喷射本体上，所述喷射本体设有底面和弧面，所述流体进口位于所述底面，所述流体射口位于所述弧面。
在本发明的一些实施例中，所述流体进口与所述流体射口之间设有单向流通阀，用于阻止泥沙渗入所述分流环管中。
在本发明的一些实施例中，所述泥浆输送输送模块设有泥浆输送管道，所述泥浆输送管道上开设有多个安装孔，所述安装孔的分布位置与所述出口的位置相对应。
在本发明的一些实施例中，所述底面与所述泥浆输送管道相接；所述弧面沿所述泥浆输送管道的径向凸起。
在本发明的一些实施例中，所述液体输送系统包括离心水泵和液体管道，两者固定连接，所述液体管道上设有流量计。
在本发明的一些实施例中，所述气体输送系统包括依次连接的空气压缩机、压力罐和气体管道，所述气体管道上设有气量计。
在本发明的一些实施例中，所述气泡产生模块采用设有若干个长形通孔的管路，所述气泡产生模块的一端与所述气体管道连接，另一端与所述液体管道连接。
在本发明的一些实施例中，所述气体管道上还设有恒压调节阀，用于调节所述压力罐内的空气压力。
本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：
本发明通过空气压缩机、压力罐和微孔介质产生微气泡，与离心泵抽送的清水形成气液混合物，进而通过高压射流装置将气液混合物加压形成高压混合体，沿管壁上交叉布置的仿生型射流口注入泥浆管道中，均匀发挥减阻效果，降低泥沙颗粒与管壁之间的摩擦与碰撞，减小阻力损失，延长管道使用寿命，同时射流冲击避免了泥沙淤积堵塞的问题，保证泥浆的长距离管道输送。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例中所示出的一种交叉阵列式射流掺气泥浆输送装置的结构立体示意图。
图2为实施例中所示出的射流系统的结构立体示意图。
图3为实施例中所示出的射流模块的结构立体示意图。
图4为实施例中所示出的喷射模块的结构立体示意图。
图5为实施例中所示出的输送模块的结构立体示意图。
图6为图2的径向截面图。
图7为实施例中所示出的气泡产出模块的结构立体示意图。
附图标记：100-液体输送系统；110-离心水泵；120-流量计；130-液体管道200-气体输送系统；210-空气压缩机；220-压力罐；230-气量计；240-恒压调节阀；250-气体管道；300-气泡产出模块；400-加压模块；500-射流系统；510-射流模块；511-第一分流环管；512-第二分流环管；513-第三分流环管；514-分流直管；520-喷射模块；521-喷射本体；522-底面；523-弧面；524-流体进口；525-流体射口；530-泥浆输送模块；531-泥浆管道；532-安装孔。
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。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之”上”或之”下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征”之上”、”上方”和”上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征”之下”、”下方”和”下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。
参照图1所示，一种交叉阵列式射流掺气泥浆输送装置，包括：
液体输送系统100，其用于提供射流所需液体；
气体输送系统200，其通过气泡产生模块300与液体输送系统连接，用于将气泡充入所述液体内以形成气液混合物；
射流系统500，参照图2所示，其包括射流模块510、喷射模块520和泥浆输送模块530，
其中，所述射流模块510通过加压模块400与所述液体输送系统100的末端连接用于将所述气液混合物经所述喷射模块520射入泥浆输送模块530中；
参照图3和图5所示，所述射流模块510设有多个分流环管，其均通过分流直管514与所述加压模块400连接，各个所述分流环管均设有多个出口，相邻所述分流环管上的出口相错分布，参照图6所示，将产生的微气泡均匀分布于泥浆输送模块530中，充分发挥减阻效果。
具体地，在该实施例中，所述射流模块510包括第一分流环管511、第二分流环管512和第三分流环管513，三者可以等间距的套设在泥浆输送模块530外。
所述第一分流环管511、第二分流环管512和第三分流环管513的一侧均连接到分流直管514，该分流直管514与液体输送系统100和气体输送系统200连接，用于将气液混合物输送分配到第一分流环管511、第二分流环管512和第三分流环管513中。
在本发明的一些实施例中，对于第一分流环管511、第二分流环管512和第三分流环管513，继续参照图3所示，每个分流环管上均设有四个出口，在该实施例中，各个分流环管所开设的共有12个出口均位于不同的径向上，即各个出口的分布呈交叉阵列式分布，可以使得气液混合物能够均匀分布整个管道内壁，减少泥浆对管道的损伤，进一步实现减阻的技术效果。
同时，因为泥浆输送模块530即泥浆管道531上设置的安装孔532是与出口的位置一一对应的，参照图5所示，沿泥浆管道531的长度方向，相邻分流环管的出口对应的安装孔532的连线在管壁上为斜线，可以实现由安装孔532喷出的微气泡覆盖整个管道的内壁，充分破坏泥浆中的絮凝网状结构，更有利于细颗粒泥沙的悬浮，防止淤积。
在本发明的一些实施例中，参照图4所示，所述喷射模块520包括流体进口524和流体射口525，其中，所述流体进口524与所述出口相接，所述流体射口525的开口方向与泥浆的输送方向相同，也就是说，气液混合物沿泥浆管道531的轴向射出，可以改变管壁附近的流场结构，直接冲击壁面附近的泥沙、块石，且冲击力较纯气体射流更大，避免了泥沙淤积堵塞的问题，保证泥浆的长距离管道输送。
在本发明的一些实施例中，继续参照图4所示，所述流体进口524和所述流体射口525均设有喷射本体521上，所述喷射本体521设有底面522和弧面523，所述流体进口524位于所述底面522，所述流体射口525位于所述弧面523。
具体地，所述底面522与所述泥浆输送管道531相接；所述弧面523沿所述泥浆输送管道531的径向凸起。
使用过程中，气液混合物经加压模块400到达泥浆管道531的安装孔532后，由设置在底面522上的流体进口524进入喷射模块520，最后再由设置在弧面523上的流体射口525进入泥浆管道531；利用泥浆和空气的粘度、密度差别，通过射流的方式在管道边壁处形成一层薄的微气泡与泥浆混合物，降低了壁面附近流体的有效粘度和密度，减小了泥沙颗粒与管壁之间的摩擦与碰撞，延长了泥浆管道531的使用寿命。
在本发明的一些实施例中，所述流体进口524与所述流体射口525之间设有单向流通阀（图中未示出），用于阻止泥沙渗入所述分流环管中。
将气液高压混合体注入泥浆管道531中，流线型外形可减小泥浆流过流体射口525时的阻力；在流体射口525开口处设置单向流通阀，当装置正常运行时，气液混合物通过单向流通阀注入泥浆输送模块530，当装置停止工作时，单向流通阀关闭，阻止泥沙渗入各个所述分流环管中，保证装置正常运行。
在本发明的一些实施例中，对于所述液体输送系统100，继续参照图1所示，包括离心水泵110和液体管道130，两者固定连接，其中，离心水泵110用于供给清水，提供射流所需的液体；所述液体管道130上设有流量计120，用于测量清水的流速。
在本发明的一些实施例中，对于所述气体输送系统200，包括依次连接的空气压缩机210、压力罐220和气体管道250，其中，空气压缩机210用于供给空气，提供射流所需的气体；压力罐220用于储存压缩空气；为压缩空气提供缓冲，去除管道中的气流脉动，保证管道系统能得到恒定的气压；所述气体管道250上设有气量计230，用于测量压缩空气的流速。
在本发明的一些实施例中，所述气体管道250上还设有恒压调节阀240，用于调节所述压力罐220内的空气压力。用于保障空气压缩机210的自动关停，将压力罐220内气压维持在合适范围以内，当达到设定压力时空气压缩机210会自动停机，起到节能效果，同时防止发生意外。
在本发明的一些实施例中，参照图7所示，所述气泡产生模块300采用设有若干个长形通孔的管路，所述气泡产生模块的一端与所述气体管道250连接，另一端与所述液体管道130连接。
使用过程中，离心水泵110将清水泵入到液体管道130内，空气压缩机210将射流所需气体泵入到气体管道250内，然后利用压力将气体打入气泡产生模块300内，即气体通过若干个长形通孔的管路进入液体管道130内，从而得到了气液混合物，继续参照图1所示，经加压模块400，气液混合物进入射流系统500。
本发明对泥浆的输送过程为：
在向泥浆管道531射流掺气之前，需进行试输送，根据泥浆输送工况确定加压模块400的目标压力值，保证气液混合物射流能均匀分布于泥浆管道531的壁面处。
先保证清水灌满液体管道130和离心水泵110的泵壳，再开启离心水泵110、和空气压缩机210，空气压缩机210产生气体经压力罐220储存，去除气体管道250中的气流脉动，保证稳定气压，进而经由气泡产生模块300分散形成微气泡与清水的气液混合物；最后加压模块400对气液混合物加压，经射流模块510中的分流直管514将高压状态的气液混合物输送至所述第一分流环管511、第二分流环管512和第三分流环管513，进而进入到泥浆管道531的各处。
在初始工作过程中，根据气量计230、流量计120指数调整离心水泵110和空气压缩机210的运转功率，直至找到微气泡和清水的最佳混合比，实现最佳减阻、防堵和防侵蚀效果，保证泥浆的长距离管道输送。
本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：
本装置发挥了微气泡减阻和轴向射流的双重优势；一方面，气液混合物轴向射流改变了泥浆管道531的管壁附近的流场结构，气液混合物经喷射模块520的流体射口525直接冲击壁面附近的泥沙、块石，且冲击力较纯气体射流更大，避免了泥沙淤积堵塞的问题，保证泥浆的长距离管道输送；另一方面，利用泥浆和空气的粘度、密度差别，通过射流的方式在管道边壁处形成一层薄的微气泡与泥浆混合物，降低了壁面附近流体的有效粘度和密度，减小了泥沙颗粒与管壁之间的摩擦与碰撞，延长了管道使用寿命。
本装置采用交叉阵列式射流口布置，即各个分流环管的出口位置交叉设置，可使得微气泡更均匀地分布于整个管道边壁处，充分破坏泥浆中的絮凝网状结构，更有利于细颗粒泥沙的悬浮，防止淤积。
本装置借鉴鱼类的流线型外形设计仿生型喷射模块520，可有效减小浆体经过流体射口525时的阻力，且将流体射口525设置在喷射本体521的弧面523上，使得气液混合物射出的方向与泥浆输送的方向相同，保证泥浆的快速的输送。
在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，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。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种交叉阵列式射流掺气泥浆输送装置，包括：
液体输送系统，其用于提供射流所需液体；
气体输送系统，其通过气泡产生模块与液体输送系统连接，用于将气泡充入所述液体内以形成气液混合物；
射流系统，其包括射流模块、喷射模块和泥浆输送模块，
其中，所述射流模块通过加压模块与所述液体输送系统的末端连接用于将所述气液混合物经所述喷射模块射入泥浆输送模块中；
所述射流模块设有多个分流环管，其均通过分流直管与所述加压模块连接，各个所述分流环管均设有多个出口，相邻所述分流环管上的出口相错分布。
2.根据权利要求1所述的一种交叉阵列式射流掺气泥浆输送装置，其特征在于，所述喷射模块包括流体进口和流体射口，其中，所述流体进口与所述出口相接，所述流体射口的开口方向与泥浆的输送方向相同。
3.根据权利要求2所述的一种交叉阵列式射流掺气泥浆输送装置，其特征在于，所述流体进口和所述流体射口均设有喷射本体上，所述喷射本体设有底面和弧面，所述流体进口位于所述底面，所述流体射口位于所述弧面。
4.根据权利要求2所述的一种交叉阵列式射流掺气泥浆输送装置，其特征在于，所述流体进口与所述流体射口之间设有单向流通阀，用于阻止泥沙渗入所述分流环管中。
5.根据权利要求3所述的一种交叉阵列式射流掺气泥浆输送装置，其特征在于，所述泥浆输送输送模块设有泥浆输送管道，所述泥浆输送管道上开设有多个安装孔，所述安装孔的分布位置与所述出口的位置相对应。
6.根据权利要求5所述的一种交叉阵列式射流掺气泥浆输送装置，其特征在于，所述底面与所述泥浆输送管道相接；所述弧面沿所述泥浆输送管道的径向凸起。
7.根据权利要求1所述的一种交叉阵列式射流掺气泥浆输送装置，其特征在于，所述液体输送系统包括离心水泵和液体管道，两者固定连接，所述液体管道上设有流量计。
8.根据权利要求7所述的一种交叉阵列式射流掺气泥浆输送装置，其特征在于，所述气体输送系统包括依次连接的空气压缩机、压力罐和气体管道，所述气体管道上设有气量计。
9.根据权利要求8所述的一种交叉阵列式射流掺气泥浆输送装置，其特征在于，所述气泡产生模块采用设有若干个长形通孔的管路，所述气泡产生模块的一端与所述气体管道连接，另一端与所述液体管道连接。
10.根据权利要求8所述的一种交叉阵列式射流掺气泥浆输送装置，其特征在于，所述气体管道上还设有恒压调节阀，用于调节所述压力罐内的空气压力。
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