CN87102249A - 用于粉状料与液体料或液体料与液体料的拌合机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离心式拌合机，其中的粉状料的输入，是依靠混合料通过一含有喷射泵的回路之循环来实现的。这样就能生产出质量很高的拌合料，此拌合料的密度，即使是用到了细如水泥之类的粉状料时，也能迅速予以控制。本发明可应用于油田作业中。

Description

本发明涉及到用来拌合粉状料与液体，而主要是用来混合粉状水泥与水的一种装置。这种装置最适宜加工用于油井、天然气井、地热井或其它井的水泥。

这类装置由来已久，例如1922年美国专利1486883号中所公开的，为提高混合质量与改进生产技术所进行的研究，导致了一系列专利的产生，其中最著名的无疑是美国专利4453829号。

上述专利文件讨论到一种在一机壳内设有耦联在一起的两个转筒的拌合机：上部转筒在其中心处，借助简单的重力给料，通过此机壳上部的中心孔接纳粒状料，并把这种粒状料投向此转筒的边缘;同时，液体即经由下部转筒底侧上一中心孔进入，并将受到离心作用而抛向该转筒的周边。上述粒状料与液体就在这两个转筒间的周边区域内混合，此混合料再通过适当的排料系统从所述机壳中抽出。当这种粒状料是砂子而液体是一种胶质体时，上面所述的拌合机就能完全满意的工作。

但是，已然发现，这种拌合机对于水泥之类的细粉料与水，是不太能令人满意的。

首先，细粉料会夹带一定量的空气，这些空气则令游离于此拌合机的周边拌料区中。此种空气是不会受到上部转筒的离心作用的，因而不会随已拌好的混合料从机壳中抽出，于是便聚积于该区域中，渐渐地阻碍着混合机的正确作业。

其次，砂子一类物料虽可借简单的重力给料进入上部转筒内，但对于细粉料则未必如此，后者的低密度容易在上述区域内造成压力不平衡。

此外，所述的拌合机不易对所得拌合料的密度进行调节，而已有的实际经验则是：对油井成功地进行注水泥，需取决于对所用的水泥能精确和方便地控制密度。

本发明之目的在于提供一种符合上述这类要求的拌合机，它能确保即使对于细微粉料也可满意的工作。

本发明具体说来是为了适应水泥粉料之要求的，而在其择优的设计中，能允许极其简便而又高度精确地调节密度。

为了保证实现上述目的，本发明提出了一种离心式拌合机，它的机壳内装有一高速转筒，通过一入口向其中加入流态料。还设有一种粉状料（或第二种液体）的加料系统，以及一个从大于大气压的压力抽出此拌合料的出口。在这种拌合机中，上述的粉状料加料系统包括一台喷射泵，通过已拌合好的混合料的返回管道，接受抽吸的流体。

这种拌合机的有利特征是，在拌合区域中设置了排气装置，且有第二个转筒，用来借离心作用对流体加压。

上述结构之所以值得重视在于下述理由。首先，所说喷射泵是靠内循环（通过接入到此拌合器压力区的一条管道）驱动流体的，因而避免了附加的材料需求。结果使得，可以通过简单地控制添加的粉状料（用一阀门控制粉料料斗的流放口），来调节混合料的密度。

为了本发明的目的，“拌合机压力区”（接入有循环管道的区域）一词，是指混合料的受压部分或富含加压流体（部分拌和）的区域。特别是，当环绕着这两个转筒的周边区域已部分地为一块装在这些转筒上的板所分隔时，就会存在这样一种区域。这样一种分隔措施虽非绝对必须的，但它能确保，通过上述喷射泵的混合物，不会比环绕此离心转筒（投掷装置）而得的混合物更稠密。另一方面，这种隔板将使效率略有降低。

尽管难以全面地论证发生在这种拌合机内的某些现象，但看来是，当不存在上述这种隔板时，这种拌合机得以用这样的高效率运转，使得在其周边拌合区（即顶部或底部）所有部位上的混合物密度，也就是这种输出的混合物之密度，保持恒定。

除此，采用喷射泵对于添加水泥粉料具有明显的优点，这在美国专利1486883号中业已提出过这样的建议。不幸的是，伴随着这种方法的采用，会大大地增加由粉料所带入的空气容积，这样，先前的拌合机看来只能采用这样一类泵，即假定它在下游装有一除气罐，而经由此除气罐再度泵唧这种混合料。于是，在本发明之前，就美国专利4453829号中所述的那种拌合机来直接采用一台喷射泵，即并不使用这类除气罐，是不能认为有这样的可能性的，何况还存在这样的事实，即这种拌合机已然遇到了空气聚积的问题。本发明由于允许从上述拌合区中排出空气，克服了这种困难。

一般地说，各种流体喷射泵都适合本发明的目的。例如，参看美国Mc    Graw    Hill图书公司1976年出版的“泵类手册”中，涉及传统的喷射泵的第四节，这类喷射泵的特点是，中央的流体射束对向低压喷嘴产生出高压驱动，这样，由于形成了一种低压区，便可裹带物料输出。在该手册的“喷射泵”总题目下，还谈到了环形喷射泵，其中，所传送的流体是以环绕加入的粉状料的一种锥形涡流层（或单丝）形式喷射的。具有中央射束的泵，通常是沿横向安装在粉状料料斗排放口之下的，要是贮槽是直接位于此拌合机的中央上部口的上方，则以安装环形泵最为有利，此拌合机即由这个上部口与一垂直的筒形室连通，后者含有一或多个独立的狭沟，产生前述的涡流层或有力的丝状料。

撇开已列述的优点不论，本发明所提出的系统还有下面所讨论的其它优越之处。本系统除了粉料控制阀外，与既存的系统相比，别无更多的活动部件。包括清洁在内的保养是简便的，设备的可靠性是出色的。

将密度（相对于混合料）可变的流体加入到喷射泵，对粉末料添加速率的调节是不会有干扰的，这同所预期的无任何矛盾。

获得的混合料的质量是优越的，而更为令人惊奇的是，由本发明所代表的系统推翻了所确立的这样一些原则，这些原则认为，水泥的搅拌应通过提高密度的等级来进行，直至获得所要求的密度。与此相反，本发明则允许水泥在喷射泵中以高密度等级拌合，然后在拌合机将密度降至较低的等级。

由于这种喷射泵是直接连到拌合机的入口区（此区域是处在较低的压力下），因而不会有使泵堵塞的风险：对于采用现有技术的某些装置则不是如此，那里的喷射泵要求输出足够的压力以提升混合料，例如将混合料提升到除气罐处。

本发明的其它优点与特征将可由下面的说明中看到。参看附件中给出的图：

图1为本发明所涉及之拌合机的横剖面图。为了免除不必要的重复性图例，这样一个图示明了如下的两种不同设计。

左侧：添加粉末料之系统的一种型式以及空气排出系统的一种解决方式;

右侧：上述系统的另一种型式。

图2为本发明所涉及的拌合机的示意图。此图表明了将驱动的流体加到喷射泵中所用循环管道的两种可能结构。

在图1中，拌合器（1）有一机壳（2），它包含有上部转筒（3）（亦称为“投掷器”）和下部离心转筒（4）（“推进器”）。机壳（2）可由一上壳和一下壳，通过图中未示出的一些部件组装成。转筒（3）与（4）安装在轴（5）的端部，这根轴则是由设置于支架（15）上的电动机（6）驱动（参看图2）。

离心转筒（4）设计成，它的转动产生出一种涡流，结果便在下部孔（8）的区域中产生一吸入带（7）;（水的或更为普遍的是流体的）入口（9）便安装在这个孔上，而水即经过孔（8）抽入，然后在压力下输向下部转筒的外侧，并大致地围绕此拌合机的整个外周界限分布。

上部转筒（3）取这样的结构形式，使通过邻接上部入口（10）之室（14）加入的粉状料投向此转筒的周边区域，并大致地绕此拌合机的整个外周界限投射，在此转筒内，粉状料已与水完全地混合（水本身处于完全搅动状态）。这种（加压的）混合料通过位于此拌合机外周界限上的出口（11）排出。

转筒（3）与（4）是用连接的部件（12）与（13）组装到一起的。

拌合机（1）结合到一拌料系统中（图2），此系统包括：拌料水槽（20），通连到此拌合机下部的入口（9）;加料料斗（21），盛放粉状料并与将料加到拌合机上部的室（14）通连;高压泵（22），经输送管道（28），接受从出口（11）送出的混合料。泵（22）输出拌合好的混合料（例如，用来注油井的液态水泥）。

上述布局属已知的方法，已在美国专利4453829号中述及，简述于此作为参考。

本发明提供了一种强力的粉料输送系统，利用了一台流体喷射泵（23），位于控制着料斗（21）排放的阀（24）之下游;这台喷射泵所驱送的流体，是通过从该拌合机高压区（即绕转筒的周边部位）引出的循环管道而取得的。要是在转筒（3）与（4）之间装有隔板（35）〔安装在转筒（4）之上〕，则循环管道（25）也可从转筒的下方区域（29）（这里的混合料较稀）中引出，虽则在上面是作了这样的描述，但这样的隔板并非必不可少。另一种方式是，流体的传送可以直接通过出口（11）或输送管道（28），在这种情况下，喷射泵所传送的将完完全全地是水/水泥的混合料。

喷射泵裹带着粉料，而粉料的流速受到位于管道（26）内的阀（24）（蝶形阀或滑阀）的控制，而此管道则沿直线方向延伸到室（14）内。此室的顶部保留敞开。可让空气进入，而此室本身则装配入拌合机的上部开口（10）中，并留出另一空气通道。管道（26）与室（14）必须形成单一部分。如果喷射泵（23）属环形，则喷射泵（23）与管道（26）构成的组合体就由直接切入室（14）的环形槽（36），或一系列沿圆周间隔开的槽所取代，在这种情形下，该室就设置在前述料斗的可调底部排放口的正下方。

料斗（21）属气动送料或重力送料型，或兼具这两种型式。

鉴于这种喷射泵驱送流体属于一种循环送料方式，这样的设备的工艺流程可简单地写为：

水流入（8）+水泥流入（10）＝混合料排出（11）

例如，在为油井或类似井注水泥时，由泵（22）输送到这种井上游处的水泥体积是恒定的，且由这台泵的速率决定。通过出口（11）排出混合料的速率因而是常值，或者易于保持为常值。

从上面的讨论可知，这种拌合机的流程说明了，流入孔口（8）的水量乃是流入孔口（10）的粉状料量的一个直接函数，而流入的粉料量则易由阀（24）控制。

应该指出，水泥流与水流相比在事实上是更能够控制的，这是因为水泥的输出是强制性的，而水的给送则不是如此。于是，与水流相比，首先要考虑对水泥流的控制。

在循环管道和/或输送管道（28）上安装有密度计（27），尤其是当这种循环管道是接入到该输送管道中时。在这种情况下，则在密度计下游处截流。下面这样的作法是有好处的，即在管道（28）中亦安装一阀（37），以便使这种混合料在开始时（此时混合料的水泥含量略低），完全循环地通过此喷射泵（23）。

如上面所解释的，此种设备正确运行中的一个决定因素是，提供令人满意的装置。以排出随粉状粒的加入经由喷射泵（23）带入的空气。

为了这一目的，如图1（右侧）所示，在转筒（3）与（4）之间设有空气排出腔（30），这个腔通过斜向钻穿上部转筒（3）的导槽（31）与拌合机上部中央区（32）通连。空气可经孔口（10）与室（14）间留出的通道从区域（32）中逸出。上述的空气排出腔（30）可由附件（12）与（13）上的一些隔片构成。

在图1左侧所示的另一种型式（制造时略较复杂）中，未设置有内部转筒的空气排出腔。代替它的是，通过转筒（3）开有导槽（33），使上部中央区（32）直接同邻接这两个转筒的高压区（34）相连。

要是安装了内部转筒隔板（35），则空气排出系统可以在拌合机周边区的上部与区域（32）之间设置一通道。在这种情形，必须在隔板（35）上设置许多孔，以便让截留在此隔板下的空气得以排出。

Claims (10)

1、一种液体与粉状料的一种拌合机，包括一机壳(2)，机壳包含有高速转筒(3与4)，液体通过入口(9)送入其中，而粉状料则通过一由料斗(21)与室(14)组成的系统加入；这种液体/粉状料的混合物，以大于大气压的压力通过出口(11)排出，此种拌合机的特征为：在料斗(21)与室(14)所组成的粉料输送系统中，设置有喷射泵(23)，此喷射泵接受通过混合物循环管道(25)传送来的流体。

2、一种液体与粉状料的一种拌合机，包括一机壳（2），机壳包含有高速转筒（3与4），液体通过入口（9）送入其中，而粉状料则通过一由料斗（21）与室（14）组成的系统加入;这种液体/粉状料的混合物，以大于大气压的压力通过出口（11）排出，此种拌合机的特征为：在料斗（21）与室（14）所组成的粉料输送系统中，设置有喷射泵（23），接受通过混合物循环管道（25）传送来的流体，同时设置有由空气排出腔（30）与导槽（31）或导槽（33）组成的排气装置，用来排除此拌合机在加料时带入的空气。

3、按照上述权利要求1或2所述的一种用于拌合粉状料与液体的拌合机，它的结构如下：拌合机本身（1），具有与下部离心转筒（4）（“推进器”，用于液体）耦联的上部离心转筒（3）（投掷器”，用于粉状料），这两个转筒安装在一机壳（2）中，此机壳有一用于输入粉状料的上部中央孔（10）、用来输入液体的下部中央孔（8）以及一沿周边把装供排出混合料的排出口（11）;在此拌合机绕上述转筒周边上有区域（34）（在压力下）;与上述孔（8）连通的液体入口（9）;以及由料斗（21）与室（14）组成的粉状料加料系统，此系统向前述上部孔（10）加料并包括着粉料加料料斗（21）;

这种拌合机的特征是，在上述加料系统（21与14）中设有控制着加料料斗（21）开启的阀（24），喷射泵（23）位于阀（24）下游而此喷射泵〔经由管道（26）与室（14）〕与上部孔（10）直接相连;同时在上述拌合机区域（34）中设有排气装置（30、31与33），用来排出带入上述区域（34）中的空气。

4、符合上述权利要求3的一种拌合器，其特征为：加入到喷射泵（23）的流体，是由接入于拌合机（1）高压区内的循环管道（25）提供的。

5、符合上述权利要求（4）的一种拌合机，其特征为：所述循环管道（25）是接入到此拌合机（1）的出口（11）与输送管道（28）的。

6、符合上述权利要求4的一种拌合机，其特征为：在所说的下部转筒（4）与上部转筒（3）之间，设有作部分分隔用的板（35），同时，所说的循环管道（25）是接入到下部转筒周边区域的（29）之中。

7、符合上述权利要求3至6中任何一项的一种拌合机，其特征为：在喷射泵（23）中应用了一种中央驱送的流体流。

8、符合上述权利要求3至6中任何一项的一种拌合机，其特征为：采用了一种环形流来驱动喷射泵（23）。

9、符合上述权利要求3至8中任何一项的一种拌合机，其特征为：对于粉末料加料料斗（21）采用了重力给料方式。

10、符合上述权利要求3至9中任何一项的一种拌合机，其特征为：所述的空气排出装置（30、31与33）包括有这样一些导槽（33），它们通过说及的上部转筒（3），连接着拌合机（1）的中央拌合区（34）与上部拌合区（32），后者则与大气相通。

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