CN2823194Y - 采吸和输送固液混合物的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采吸和输送固液混合物的装置，解决了现有技术造价高、磨损严重或设备体积庞大、能耗大的缺点，由串接在虹吸管回路的固液采吸装置、固液分离器、负压排固装置、高压输送泵等部件组成。具有采吸能力强、动力配置合理、能耗低、造价低、运行成本更低、使用方便灵活等特点，可连续高浓度大流量远距离采吸和输送大粒径固体物，易于推广应用，可广泛用于河、海及库区排淤以及水下采砂等。

Description

采吸和输送固液混合物的装置

所属技术领域

本实用新型涉及一种采吸和输送固液混合物的装置，更确切地说涉及一种用离心式水泵大流量采吸高浓度、大粒径固液混合物和远距离输送的装置。

背景技术

现在的围滩回填工程中，大多采用船载大功率砂浆泵抽吸河、海水面下的泥沙，具有采吸和输送固体物于一体，工艺设备简单的优点。但是，因为受砂浆泵吸程低的限制，采吸的固体物浓度较低，只有大约20％左右(重量比)；且因为全部固体物要穿过砂浆泵的泵腔，其粒度只能限定在一定的范围内，一般在30mm以下。太高的浓度或太大的粒度都会堵塞砂浆泵的叶轮，尤其在远距离输送较高浓度的固体物时，还需要增开一台稀释泵才能在水面上输送2.5公里。这种砂浆泵是用特种钢材在较高的技术要求下制造的特种泵，不但造价高，而且电功效率也较低；由于全部固体物都穿过泵腔，造成磨损严重，维修周期短、费用高。现有的大功率、大流量、电功效率较高的清水泵、浓浆泵都难以胜任这种工作。

另有一种专门用于较深水下采砂的采砂船，使用了大容量负压水箱，有高达9米以上的吸程，负压采吸、正压排水，再用机械方式排砂，可采集高浓度、大粒度的固体物，达到高吸程、大流量、高浓度吸取砂浆的效果。但其设备体积庞大、能耗大，造价昂贵，并且远距离输送固体物要依靠专门的固体输送机械，如斗提机、皮带输送机、运砂船等。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种造价低、运行成本更低、使用方便灵活，且能大流量远距离输送高浓度、大粒径固液混合物的装置，特别在采吸和输送的动力配置上更加合理。

本实用新型的构思：1、采砂的动力损耗主要用在固体物上和吸程管内的摩擦压降损失上，因此要最大限度地减少水面到本实用新型进水口之间的空间提升动力，而这在水面上9.8m水柱高度内(以纯水、1个大气压计)利用虹吸原理可以实现。2、深水采吸固体物受1个大气压吸程的限制，水下越深，吸上的固体物越少，因此可考虑用大流量泵承担采吸比较合理。3、固液混合物吸上水面后还处在虹吸管的负压区域内，必须在负压条件下分别排出固体和液体，使固液分离，以便液体中不含固形物而能使用一般高电功效率的水泵作动力，让固液混合物在虹吸管内高速循环流动实现深水下的高效低能耗采吸。低位负压排液技术已由专利ZL03272704.6实现，本实用新型是其进一步的扩展应用。排出负压系统的固体物再用高压水远距离输送，因固体物并不进入泵腔，现有的各种高压水泵和低压大流量水泵均可选用，电功效率高于砂浆泵，其制造和维修成本也成倍降低。

为此，本实用新型的技术方案如下：包括固液分离器、负压水箱、负压排固装置等，固液分离器的进水口连接固液采吸装置，下部连接负压排固装置，上部通过溢流管连接负压水箱，负压排固装置通过排固止回阀与底部设置了固体物排出口的固液混合装置相通；负压水箱的上端的集气室与排气装置相连，下部的一边连接负压循环泵，通过低压止回阀连接到固液采吸装置的夹层，并在低压止回阀后并联循环水调节阀，另一边连接带有三通阀的高压输送泵，通过高压止回阀连接到固液混合装置；负压循环泵和高压输送泵的出口分别设置管道连到负压水箱的上部。

所述的固液采吸装置是吸头，所述的排气装置选自真空泵、水力喷射器或旋转给料器，所述的负压循环泵是低扬程大流量离心泵，所述的高压输送泵是高扬程泵，所述的负压排固装置是旋转给料器或螺旋给料器。

本实用新型具有以下有益效果：1、负压系统有接近极限的真空度，使得本装置吸程有强大的采吸能力，能采吸更高浓度的固体物，同时固液采吸装置加入了反冲水，进一步提高了采吸固体的能力。2、负压循环泵串接在虹吸管回路中，其吸程和扬程是在同一水平面上的闭路循环，水循环消耗的动力最小，动力主要用在对固体物的采吸上。3、由于采用固液分离方式，液体部分不含堵塞泵腔的固体物，从而降低了水泵的使用要求，可选用造价低、电功效率高的普通离心泵，其维修周期大幅度提高，费用也成倍降低。由于连续采吸和输送，采吸泵做功在吸程，输送泵做功在扬程，整体设备体积小，可使用功能单一的水泵，提高了水泵的做功能力，减少了无用功损耗，动力配置科学合理。4、本实用新型均由现有可靠的部件组成，无特殊加工件，可以迅速形成规范化产业，利于开发和推广应用。5、固体粒度不再受水泵的限制，只受输送管道的限制，这是本实用新型最具特色的优点，使用普通离心泵就可以高浓度大流量远距离采吸和输送大粒径固体物，也拓宽了离心泵的应用范围。

附图说明

附图是本实用新型的结构示意图。

图中，1-循环水调节阀，2-低压止回阀，3-集气室，4-负压循环泵，5-负压水箱，6-三通阀，7-高压输送泵，8-高压止回阀，9-固液分离器，10-负压排固装置，11-排固止回阀，12-固液混合装置，13-固体物排出口，14-排气装置，15-固液采吸装置。

具体实施方式

如附图所示，固液分离器9的进水口连接固液采吸装置15，下部连接负压排固装置10。从固液分离器9分离的固体物经排固止回阀11进入密闭的固液混合装置12，分离的液体从上部的溢流管进入负压水箱5。水中解析的气体和密封件渗入的空气进入负压水箱5上部的集气室3，被排气装置14排出，以形成高度真空。负压水箱5的下部接有两个水泵，一个是负压循环泵4，可把负压水箱5的液体经低压止回阀2返回到固液采吸装置15，形成一个水系循环，构成了虹吸管回路；另一个是带有三通阀6的高压输送泵7，可使负压水箱5的液体经高压止回阀8进入固液混合装置12，把固体物远距离输送。

为了调节采吸固体物的浓度，在低压止回阀2的出水处并联一只调节反冲水压力和流量的循环水调节阀1，控制吸程管含固量，其排出水口必须用管道接入水面以下，以使负压循环泵4的出口始终处在虹吸状态，从而降低扬程动力损耗。

负压循环泵4和高压输送泵7的出口各有一路管道返回负压水箱5的上部，以构成水位计回路，便于水泵在负压状态下起动。

本实用新型的工作原理：

1、起动：开启排气装置14，其作用是排出负压系统的气体并使负压系统充满水。装置运行时要随时排出液体因进入负压系统而解析出来的气体和从运行密封件渗入的少量空气。由于低压止回阀2、高压止回阀8和排固止回阀11的单向止回作用，使气体无法进入负压系统，液体将从固液采吸装置15的内筒进入固液分离器9和负压水箱5，当液体达到集气室3的液位控制线时，排气装置14自动停止。

2、采吸水下固体物：将固液采吸装置15放在水下固体物表面上，以垂直或45°以内倾角为佳。顺次开启负压排固装置10、负压循环泵4。负压循环泵4是一个大流量低扬程离心泵，其排出的水经低压止回阀2进入固液采吸装置15的夹层水道而冲击固体物表面，使固体物悬浮起来，悬浮的固体物被固液采吸装置15的内筒吸入负压系统到达固液分离器9进行固液分离。分离后在底部的固体物被负压排固装置10排出负压系统，进入固液混合装置12，打开固体物排出口13，让固体物直接落在固体运载机械上或直接落地。从固液分离器9分离出的液体部分经溢流管进入负压水箱5。如此往复循环，固体物被连续不断地排出。

3、采吸和输送固液混合物：此时关闭固体物排出口13，开启高压输送泵7，让固液混合装置12里的固体物和高压水按含固量30％(指体积比，固液重量比约在1.3∶1)左右的浓度远距离输送。在输送固体物时，高压输送泵7的进水既可以来自负压水箱5，这样的优点是输送固体物的同时能提高采吸流量和固体物产量；也可以通过设置的三通阀6切换水源。

本实用新型部分单元装置的选择特征：

固液采吸装置15，选用风送系统中负压吸送部分的吸头结构，其广泛用于气固和液固吸送系统，被称为防堵吸头，能最大限度地利用有效吸程采吸较高浓度的固体物。进入夹层的反冲循环水可让固体物悬浮以便吸入更多的固体物。当固体物含水较少时，反冲循环水可起到稀释作用，避免吸头堵塞。对呈松散状态的固体物，可省去夹层反冲循环水管道，依靠内管吸力和固体物的阻力使水从夹层中自动吸入内管中，实现自动调节液体的含固量。

排气装置14的作用是排出负压系统的气体，确保负压系统充满水，因为只有充满水的系统才能一端强制排水，另一端强制吸入(在有效的虹吸高度范围内)等体积的水。其选择各种现有的能排出气体的装置，如以抽真空方式排气的真空泵、水力喷射器等，或者以等体积物相交换排气的旋转给料器，即以常压等体积的水与负压等体积的气体相交换。这种旋转给料器也可用作负压排固装置10，实现正压的液体和负压内的以固体为主的固液混合体进行交换，固液混合体进入固液混合装置12后被高压水带走。排气装置14优选能受液位控制的自动装置，以降低人工劳动强度。

负压循环泵4是串接在虹吸管回路中的负压排液泵，因深水采吸固体物只利用不高于1个大气压的吸程作功，固体物的采吸主要依靠大流量，因此可选用电功效率较高的低扬程大流量离心泵。

高压输送泵7是远距离输送固液混合物的动力源，要具有足够的扬程，优选高扬程泵。当固液混合物含固体积在30％左右时，每方液体可输送1.3吨纯固体(固体砂的密度按3t/m³计)，每兆帕水压可水平输送约5公里。

应用举例：

一、水下采砂：

本实用新型可应用在一些工程机械极难进入的水库、河床、海岸等区域进行水下采砂，具有独特的实用性。

根据水深可估算采吸管含固量。一般固液分离器9的进水口高2m，船载高2m，则进水口离水面4m。本实用新型真空度实用值取95％，则有效吸程为9.8×95％＝9.3m，取9m。当吸程管含固量为10％时，固液混合物的密度为0.1×3+0.9×1＝1.2，在水中的密度差为0.2；4m吸上高度压降4×1.2＝4.8m，剩余吸程4.2m，则在水下的吸上高度为4.2÷0.2＝21m。当吸程管含固量为5％时，在水下的吸上高度为46m。如将设备放在仓内，进水口高度可降到水平面，当吸程管含固量为10％时，可采吸9÷0.2＝45m；当吸程管含固量为5％时，可采吸90m。砂石的自由沉降速度一般不大于0.2m/s，干涉沉降速度更小得多；吸程管里水的线速度取1m/s，每米吸程管的摩擦压降损失约在10mm以下，可忽略不计。一般低扬程泵每度电可排水15m³以上，采砂约3-5吨。输送既可采用机械，也可采用高压水，输送距离按每立方米高压水输送1.3吨固体估算，每100米扬程可水平输送5公里，吨公里电耗0.12-0.15度。

单采砂石时，可打开固体物排出口13，让固体物直接落在固体运载机械上或直接落地。先开启排气装置14，待排气装置14自动停止时，说明负压系统已充满水。再开启负压排固装置10，然后开启负压循环泵4，调节循环水调节阀1，使排固量达最大时为止。缓慢移动固液采吸装置15，使其在周围均匀采吸固体物。

远距离采吸和输送固液混合物时，关闭固体物排出口13，顺次开启排气装置14、负压排固装置10、高压输送泵7，此时固体物含量较少，待高压输送管线排液正常时，开启负压循环泵4(这是采吸固体物的主要设备)，调节循环水调节阀1，检查输送管线上的压力表，表压低于高压输送泵7扬程时说明输送正常，等于或高于设计压力时说明超负载或高压输送管堵塞。一般管道设计压力为扬程的90％左右。当超负载时，调节循环水调节阀1使其含固量降低一点，反之则提高。

二、河、海及库区排淤：

排淤的最佳时机在枯水期，淤砂露出水面，入水口积淤多而水层浅，淤泥砂石会自动填充低洼处，便于排淤。本实用新型可放置在地面上或露出水面的淤砂滩上，因吸上高度降低，吸程管可大幅度延长，采吸半径和活动范围更大，或者放在船上，泥砂层较浅，吸程含固量较高，单开高压输送泵7就能达到30％以上的含固量(吸送合一)，这时凡被吸入的固体也能被高压水输送。因水层浅，吸程压降小，吸力大，大粒径固体物较多，吸头处应加钢网限制粒度不要超过输送管件的40％，以免堵塞管道。这时的操作顺序是顺次开启排气装置14、负压排固装置10、高压输送泵7，待管道输水正常后，移动固液采吸装置15，使其自吸自送。

如含固量较低，高压输送泵7的进水可直接由三通阀6引入清水。先开高压输送泵7，待管道输水正常后，再开负压循环泵4，待固液分离器9中的固体全部从高压输送管排空后，先关负压循环泵4，再关负压排固装置10和高压输送泵7。

Claims (4)

1、一种采吸和输送固液混合物的装置，包括固液分离器、负压水箱、负压排固装置等，其特征在于固液分离器(9)的进水口连接固液采吸装置(15)，下部连接负压排固装置(10)，上部通过溢流管连接负压水箱(5)；负压水箱(5)上端的集气室(3)与排气装置(14)相连，下部的一边连接负压循环泵(4)，其出口连接低压止回阀(2)，另一边连接高压输送泵(7)，通过高压止回阀(8)连接到固液混合装置(12)。

2、如权利要求1所述的采吸和输送固液混合物的装置，其特征在于所述的低压止回阀(2)连接到固液采吸装置(15)的夹层。

3、如权利要求1所述的采吸和输送固液混合物的装置，其特征在于在高压输送泵(7)的进水口设置三通阀(6)。

4、如权利要求1所述的采吸和输送固液混合物的装置，其特征在于所述的固液采吸装置(15)是吸头，所述的排气装置(14)选自真空泵、水力喷射器或旋转给料器，所述的负压循环泵(4)是低扬程大流量离心泵，所述的高压输送泵(5)是高扬程泵，所述的负压排固装置(10)是旋转给料器或螺旋给料器。