CN212377771U - 一种模拟温度对膏体输送管道阻力影响的环管系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种模拟温度对膏体输送管道阻力影响的环管系统，包括进料机构、搅拌机构、泵送机构和膏体输送管道，进料机构包括用于输入干料的第一料斗以及用于输入水的第二料斗。搅拌机构包括搅拌容器以及用于对搅拌容器内的物料进行搅拌的搅拌机，搅拌机构、泵送机构和膏体输送管道形成一个循环回路。环管系统还包括调温机构，所述调温机构包括用于在制备膏体前调节料斗内的实验物料的温度的料斗制冷制热组件。本实用新型通过调温机构能够将膏体温度调节成与工程实践地点的温度一致，使环管实验的结果更加贴近工程实际情况，剔除了环管实验过程中温度波动对管道阻力的影响，提高了环管实验结果的可靠性。

Description

一种模拟温度对膏体输送管道阻力影响的环管系统

技术领域

本实用新型涉及一种模拟温度对膏体输送管道阻力影响的环管系统，属于矿山充填管道输送技术领域。

背景技术

膏体充填具有安全、环保、经济和高效等优点，是矿山充填领域最有发展前景的一种充填技术。管道输送是膏体充填的关键环节，膏体的管道输送阻力则是充填管网布置和充填设备选型的根本依据。环管实验是最接近工程实际的膏体管道输送参数研究方法，在膏体管道输送阻力研究中应用广泛，目前已开发出多种具备不同功能的环管实验系统，如一种多管径复杂走向膏体充填管道输送实验平台（CN206348128U）。

但是，理论研究和工程实践都表明，温度对膏体管道输送阻力有显著影响，现有环管实验系统没有考虑温度对管道阻力的影响，存在以下缺陷：一是环管系统大多位于城市中的室内，而膏体充填地点则大多位于山区，环管实验地点与工程地点的温度不同，高寒地区差异更大；二是环管实验开展的时间不同，膏体温度也不同，平原地区早晚温差也可超过10℃，高寒地区更甚；三是膏体与管道摩擦发热严重，有文献报道膏体在管道中流动2h后温度升高15.3℃。上述缺陷导致环管实验结果与工程实践存在较大差异。

实用新型内容

本实用新型提供一种模拟温度对膏体输送罐道阻力影响的环管系统，能够调节环管实验的膏体温度与工程地点的温度一致，剔除环管实验过程中温度波动对管道阻力的影响，提高了环管实验结果的可靠性。

为解决上述技术问题，本实用新型提供以下技术方案：

一种模拟温度对膏体输送管道阻力影响的环管系统，其特征在于：包括进料机构、搅拌机构、泵送机构和膏体输送管道，所述进料机构包括用于输入干料的第一料斗以及用于输入水的第二料斗，所述第一料斗和第二料斗的底部分别设有出料口，且出料口端设有放料阀门；

所述搅拌机构包括搅拌容器以及用于对搅拌容器内的物料进行搅拌的搅拌机，所述搅拌容器位于进料机构的下方，搅拌容器的顶部敞开，用于与第一料斗、第二料斗的出料口相配合；搅拌容器的底部设有输料口，所述输料口通过连接管与泵送机构的进料口连接，所述泵送机构的出料口与膏体输送管道的进料端连接，所述膏体输送管道的出料端用于与搅拌容器相配合，所述搅拌机构、泵送机构和膏体输送管道形成一个循环回路；

环管系统还包括调温机构，所述调温机构包括分别安装在第一料斗和第二料斗上的料斗制冷制热组件，料斗制冷制热组件用于在制备膏体前调节料斗内的实验物料的温度。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一料斗和第二料斗的外壳分别设有夹层，所述料斗制冷制热组件分别安装在第一料斗和第二料斗的夹层内。

作为本实用新型的进一步改进，所述料斗制冷制热组件包括制热模块和制冷模块，所述制热模块包括盘绕在夹层中、用于将电能转化为热能对料斗内的物料进行加热的大功率电热丝，所述制冷模块包括盘绕在夹层中的铜制管道以及用于对铜制管道内的循环水进行制冷的制冷机。

作为本实用新型的进一步改进，所述调温机构还包括安装在膏体输送管道上的管道制冷制热组件，管道制冷制热组件用于使膏体输送管道内膏体的温度保持恒定。

作为本实用新型的进一步改进，管道制冷制热组件包括制热模块和制冷模块，所述制热模块包括环绕在膏体输送管道上、用于将电能转化为热能对膏体输送管道内的膏体进行加热的大功率电热丝，所述制冷模块包括环绕在膏体输送管道上的铜制管道以及用于对铜制管道内的循环水进行制冷的制冷机。

作为本实用新型的进一步改进，环管系统还包括参数测量机构，所述参数测量机构包括安装在膏体输送管道上的流量计、浓度计以及压力计，用于检测膏体输送管道内膏体的流量、浓度以及管道压力。

作为本实用新型的进一步改进，所述参数测量机构还包括用于检测实验室环境温度的环境温度传感器、用于检测进料机构内物料温度的进料温度传感器、用于检测搅拌容器内物料温度的搅拌温度传感器以及用于检测膏体输送管道内膏体温度的管道温度传感器。

作为本实用新型的进一步改进，第一料斗和第二料斗的外壁敷设有耐高温的保温层。

作为本实用新型的进一步改进，调温机构还包括用于控制料斗制冷制热组件和管道制冷制热组件进行制冷或加热的下位机以及用于向下位机发送指令的上位机。

作为本实用新型的进一步改进，所述搅拌容器的底部连接有废料排放管，所述废料排放管上安装有排放阀门。

相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型通过调温机构能够将膏体温度调节成与工程实践地点的温度一致，使环管实验的结果更加贴近工程实际情况，同时调温机构能够调节膏体温度，研究温度变化对管道阻力的影响规律，剔除了环管实验过程中温度波动对管道阻力的影响，提高了环管实验结果的可靠性；

2、本实用新型中设置两个料斗，一个用于盛装充填骨料和凝胶材料等干料，另一个用于盛装水，以防止胶凝材料与水在制备膏体前的调温过程中提前发生水化反应，提高了环管实验的温度控制的精确度，提高了制备膏体前的调温速度；

3、进料机构中两个料斗的夹层中分别设置料斗制冷制热组件，且两个料斗制冷制热组件分别由下位机独立控制，能够适用干料和水因比热、质量不同二需要不同的制热或制冷时间，提高了环管实验的温度控制的精确度；

4、本实用新型中料斗外层设置耐高温的保温材料，膏体输送管道外面套设耐高温的保温套，均能够有效地防止进料机构、膏体输送管道与外界发生热量交换，节约了实验能耗。

附图说明

图1是本实用新型实施例的整体结构示意图；

图2是本实用新型实施例中进料机构上制冷制热组件的结构示意图；

图3是本实用新型实施例中膏体输送管道上制冷制热组件的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作详细说明。

如图1所示，本实施例为一种模拟温度对膏体输送管道阻力影响的环管系统，包括进料机构、搅拌机构、泵送机构11和膏体输送管道9，所述进料机构包括用于输入干料的第一料斗1以及用于输入水的第二料斗2，所述第一料斗1和第二料斗2的底部分别设有出料口，所述出料口用于与搅拌机构相配合，且出料口端设有放料阀门15。

所述搅拌机构包括搅拌容器12以及用于对搅拌容器12内的物料进行搅拌的搅拌机18，所述搅拌容器12位于进料机构的下方，搅拌容器12的顶部敞开，用于与第一料斗1、第二料斗2的出料口相配合。搅拌容器12的底部设有输料口，所述输料口通过连接管与泵送机构11的进料口连接，所述泵送机构11的出料口与膏体输送管道9的进料端连接，所述膏体输送管道9的出料端用于与搅拌容器12相配合。所述搅拌机构、泵送机构11和膏体输送管道9形成一个循环回路，所述膏体输送管道9的最低点设置有泄水孔。

具体的，本实施例中所述泵送机构11为输送泵，输送泵位于搅拌容器12的侧下方，配置有变频电机，可通过变频实现对膏体输送管道9中膏体流量（流速）的调节。

进一步地，所述搅拌容器12的底部连接有废料排放管13，所述废料排放管13上安装有排放阀门14。

进一步地，所述第一料斗1和第二料斗2的外壳分别设有夹层，如图1和图2所示，本实施例还包括调温机构，所述调温机构包括分别安装在第一料斗1和第二料斗2的夹层内的料斗制冷制热组件17，料斗制冷制热组件17用于在制备膏体前调节料斗内的实验物料的温度。

调温机构还包括用于控制料斗制冷制热组件17进行制冷或加热的下位机3以及用于向下位机3发送指令的上位机4。

进一步地，所述料斗制冷制热组件17包括制热模块和制冷模块，所述制热模块包括盘绕在夹层中、用于将电能转化为热能对对应的料斗内的物料进行加热的大功率电热丝22，所述制冷模块包括盘绕在夹层中的铜制管道23以及用于对铜制管道23内的循环水进行制冷的制冷机5，所述制冷机5通过下位机3控制。

具体的，本实施例中第一料斗1和第二料斗2均为钢制的双层结构，具有夹层，夹层中大功率电热丝22通电后可对对应的料斗内的物料进行加热，制冷机5制备的冷水在铜制管道23内循环运行并完成对对应的料斗内的物料进行冷却。第一料斗1和第二料斗2的料斗制冷制热组件17分别由下位机3独立控制，以适应干料和水因比热、质量不同而需要不同的制热/冷却时间。

进一步地，第一料斗1和第二料斗2的外壁敷设有耐高温的保温层1-1，可以节约实验能耗。

进一步地，如图1和图3所示，所述调温机构还包括安装在膏体输送管道9上的管道制冷制热组件6，管道制冷制热组件6用于使膏体输送管道9内膏体的温度保持恒定。所述膏体输送管道9外壁上套设有保温套9-1，所述管道制冷制热组件6环绕在膏体输送管道9与保温套9-1管之间，且管道制冷制热组件6包括制热模块和制冷模块，所述制热模块包括环绕在膏体输送管道9上、用于将电能转化为热能对膏体输送管道9内的膏体进行加热的大功率电热丝22，所述制冷模块包括环绕在膏体输送管道9上的铜制管道23以及用于对铜制管道23内的循环水进行制冷的制冷机5，所述制冷机5通过下位机3控制。

具体的，本实施例中所述保温套9-1设置在膏体输送管道9与在泵送机构11出料口相连接的一端部。环绕在膏体输送管道9上的大功率电热丝22对膏体输送管道9内膏体进行加热，制冷机5制备的冷水在铜制管路中运行并完成对膏体输送管道9的冷却。

具体的，本实施例中上位机4为计算机或手机，所述下位机3为PLC。

进一步地，本实施例还包括参数测量机构，所述参数测量机构包括安装在膏体输送管道9上的流量计7、浓度计8以及压力计10，用于检测膏体输送管道9内膏体的流量、浓度以及管道压力，并将检测的数据经数据传输线汇总到下位机3。具体的，本实施例中压力计10安装在膏体输送管道9的水平直管段。

进一步地，所述参数测量机构还包括用于检测实验室环境温度的环境温度传感器20、用于检测进料机构内物料温度的进料温度传感器16、以及用于检测膏体输送管道9内膏体温度的管道温度传感器21以及用于检测搅拌容器12内物料温度的搅拌温度传感器19，，所述进料温度传感器16分别安装在第一料斗1和第二料斗2内，所述管道温度传感器21安装在保温套9-1内，所述搅拌温度传感器19安装在搅拌容器12侧壁上。

具体的，本实施例中环境温度传感器20用于安装在环管实验所在的实验室内，将测得的温度向所述下位机3反馈。进料温度传感器16用于实时测量料斗中物料的温度，并向下位机3进行反馈，下位机3与上位机4通讯相连。料斗中物料温度与上位机4中的设定温度偏差不超过0.5℃时系统停止对料斗进行加热/冷却，否则系统重新开始对料斗进行加热/冷却。管道温度传感器21对膏体输送管道9的温度进行实时测量，并向下位机3进行反馈。膏体输送管道9的温度与上位机4中设定的目标温度偏差不超过0.5℃时系统停止对管道进行加热/冷却，否则系统重新开始对管道进行加热/冷却。搅拌温度传感器19用于将测得的搅拌容器12内的膏体温度向下位机3进行反馈，用以修正上位机4中设定的膏体输送管道9需维持的温度。所有向下位机3反馈的数据均在上位机4中进行存储和显示。

使用本实施例进行环管实验的步骤为：

按环管实验最高的膏体浓度值计算所需骨料、胶凝材料和水的质量，将称量好的干料加入第一料斗1，水加入第二料斗2，将环境温度传感器20测量的环管实验地点的环境温度记为T ₁ ，根据实验目的确定环管实验时膏体的目标温度，记为T ₂ ，在上位机4中设定第一料斗1和第二料斗2中的物料目标温度为T ₂ ，设定膏体输送管道9的目标温度为T ₂ ，对实验物料和膏体输送管道9的温度进行调节。

当进料温度传感器16检测到第一料斗1和第二料斗2中的物料温度均达到目标温度T ₂ 后，将两个料斗中所有物料下放至搅拌容器12中，开启搅拌机18进行搅拌制备膏体。若不需要对膏体浓度进行调节，则关闭两个料斗的制冷制热功能。若需要对膏体浓度进行调节，则仅关闭第一料斗1的制冷制热功能，在第二料斗2中加入所需质量的稀释水，目标温度仍设定为T ₂ 。

将搅拌温度传感器19测量的搅拌机18容器中膏体的温度记为T ₃ 。若|T ₂ -T ₃ |≤0.5，则系统设定膏体输送管道9需维持的目标温度为T ₂ ；若|T ₂ -T ₃ |＞0.5，则系统重新设定膏体输送管道9需维持的目标温度为T ₃ 。本实施例中，假定膏体输送管道9的目标温度仍保持为T ₂ 。

开启输送泵并设定其变频电机的频率，使膏体以一定的速度在膏体输送管道9中循环。当保温套9-1中的温度传感器测得温度稳定为T ₂ ，且浓度计8读数稳定时，开始采集浓度、流量和管道压力等数据，采集到足够的有效数据后进行剩余流速的实验。

需要对膏体浓度进行调节时，第二料斗2中稀释水达到目标温度T ₂ 后下放至搅拌容器12中，对膏体进行稀释，保持输送泵持续运行，浓度计8读数稳定且保温套9-1内的温度传感器测得温度稳定为T ₂ 时，开始采集浓度、流量和管道压力等数据，完成所有流速的测试工作。

只需测试一组温度时，可结束实验。打开搅拌容器12的排放阀门14，利用外部水管往搅拌容器12中注入清水，排空废料并彻底清洗管路。最后打开膏体输送管道9最低点的泄水孔，排净膏体输送管道9内的残余水。

需测试多组温度时，完成一组温度的实验后，按照上述步骤排空废料、重新配料，并按照上述步骤继续进行实验，研究膏体温度变化对管道阻力的影响规律。

需要节省实验物料的特殊情况下，可对配置好的膏体重复利用，进行多组温度的实验。当环管实验的最高目标温度T _max 小于环境温度T ₁ 时，应从最低目标温度T _min 开始实验。当环管实验的最低目标温度T _min 高于环境温度T ₁ 时，应从最高目标温度T _max 开始实验。如此可借助自然热传导，减少料斗加热/制冷模块的开启次数，加快管道温度调节的速度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模拟温度对膏体输送管道阻力影响的环管系统，其特征在于：包括进料机构、搅拌机构、泵送机构（11）和膏体输送管道（9），所述进料机构包括用于输入干料的第一料斗（1）以及用于输入水的第二料斗（2），所述第一料斗（1）和第二料斗（2）的底部分别设有出料口，且出料口端设有放料阀门（15）；

所述搅拌机构包括搅拌容器（12）以及用于对搅拌容器（12）内的物料进行搅拌的搅拌机（18），所述搅拌容器（12）位于进料机构的下方，搅拌容器（12）的顶部敞开，用于与第一料斗（1）、第二料斗（2）的出料口相配合；搅拌容器（12）的底部设有输料口，所述输料口通过连接管与泵送机构（11）的进料口连接，所述泵送机构（11）的出料口与膏体输送管道（9）的进料端连接，所述膏体输送管道（9）的出料端用于与搅拌容器（12）相配合，所述搅拌机构、泵送机构（11）和膏体输送管道（9）形成一个循环回路；

环管系统还包括调温机构，所述调温机构包括分别安装在第一料斗（1）和第二料斗（2）上的料斗制冷制热组件（17），料斗制冷制热组件（17）用于在制备膏体前调节料斗内的实验物料的温度。

2.如权利要求1所述的模拟温度对膏体输送管道阻力影响的环管系统，其特征在于：所述第一料斗（1）和第二料斗（2）的外壳分别设有夹层，所述料斗制冷制热组件（17）分别安装在第一料斗（1）和第二料斗（2）的夹层内。

3.如权利要求2所述的模拟温度对膏体输送管道阻力影响的环管系统，其特征在于：所述料斗制冷制热组件（17）包括制热模块和制冷模块，所述制热模块包括盘绕在夹层中、用于将电能转化为热能对料斗内的物料进行加热的大功率电热丝（22），所述制冷模块包括盘绕在夹层中的铜制管道（23）以及用于对铜制管道（23）内的循环水进行制冷的制冷机（5）。

4.如权利要求1所述的模拟温度对膏体输送管道阻力影响的环管系统，其特征在于：所述调温机构还包括安装在膏体输送管道（9）上的管道制冷制热组件（6），管道制冷制热组件（6）用于使膏体输送管道（9）内膏体的温度保持恒定。

5.如权利要求4所述的模拟温度对膏体输送管道阻力影响的环管系统，其特征在于：管道制冷制热组件（6）包括制热模块和制冷模块，所述制热模块包括环绕在膏体输送管道（9）上、用于将电能转化为热能对膏体输送管道（9）内的膏体进行加热的大功率电热丝（22），所述制冷模块包括环绕在膏体输送管道（9）上的铜制管道（23）以及用于对铜制管道（23）内的循环水进行制冷的制冷机（5）。

6.如权利要求1至5中任一所述的模拟温度对膏体输送管道阻力影响的环管系统，其特征在于：环管系统还包括参数测量机构，所述参数测量机构包括安装在膏体输送管道（9）上的流量计（7）、浓度计（8）以及压力计（10），用于检测膏体输送管道（9）内膏体的流量、浓度以及管道压力。

7.如权利要求6所述的模拟温度对膏体输送管道阻力影响的环管系统，其特征在于：所述参数测量机构还包括用于检测实验室环境温度的环境温度传感器（20）、用于检测进料机构内物料温度的进料温度传感器（16）、用于检测搅拌容器（12）内物料温度的搅拌温度传感器（19）以及用于检测膏体输送管道（9）内膏体温度的管道温度传感器（21）。

8.如权利要求1至5中任一所述的模拟温度对膏体输送管道阻力影响的环管系统，其特征在于：第一料斗（1）和第二料斗（2）的外壁敷设有耐高温的保温层（1-1）。

9.如权利要求4所述的模拟温度对膏体输送管道阻力影响的环管系统，其特征在于：调温机构还包括用于控制料斗制冷制热组件（17）和管道制冷制热组件（6）进行制冷或加热的下位机（3）以及用于向下位机（3）发送指令的上位机（4）。

10.如权利要求1至5中任一所述的模拟温度对膏体输送管道阻力影响的环管系统，其特征在于：所述搅拌容器（12）的底部连接有废料排放管（13），所述废料排放管（13）上安装有排放阀门（14）。

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