CN87103998A - 混料器 - Google Patents

Abstract

本发明为一台适合于混合散粒状物料和液体的混料器。混料器有一根散粒状物料输料管和环绕输料管设置的涡室。涡室有一个液体进口和一个下端出口。散粒状物料输料管从下端出口伸出，同时构成了涡室的环形液体出口。一个过渡锥管与涡室的液体出口相连接。锥形部分最好是高于输料管下端出口的某一位置向下延伸至低于输料管下端出口的某个位置。一根直的下流管与过渡锥管下端相连接。混料器的下流管出口位于箱体底面上方。

Description

本发明涉及的混料器特别适用于散粒状物料与液体的混合。

在许多应用中，例如在油井作业中，需要将大量的干燥散粒状物料与液体混合。其中一种情况是混合水泥浆。概括地说，这种混合既可以间歇进行也可以连续进行。间歇式混料器的主要问题是，它们必须有一个庞大的混合容器。这就使得间歇式混料器笨重，不便于搬动。此外，间歇式混料器需要相当多的清洗时间，不容易快速改换生产的混合料的性能。

我们已经知道一些连续式混料器，特别是混合泥浆的连续式混料器。例如：Zingg在他的美国专利3，298，669中介绍了一种混料器。这种混料器利用文杜里效应吸引散粒状物料进入液体。散粒状物料通过截头锥形料斗供料。散粒状物料的出口位于另一个截头锥形斗里面，两个锥斗间的环形空间就形成了一个通道，液体流经这个环形通道时从内部锥斗吸出散粒状物料。围绕着内部截头锥形斗的出口还有一环状空气通道，它使液体与被吸出的散粒状物料之间产生一空气层。这个空气通道用来防止液体溅回内部锥形斗弄湿散粒状物料引起阻塞。

Smith在他的美国专利3，201，093中介绍了一种具有涡旋形成室的混料器。液体可以被切向地引进涡旋形成室，该室下面有个中心孔。在这个实施例上有一根直的出口管连在中心孔上。散粒状物料通过与涡旋形成室出口同轴的输料管输送。输料管出口可以设置在涡旋形成室的上方或设置在向下延伸的出口管内部。整个装置被放在隔板或箱底之上或者被放在邻近隔板或箱底的地方。在运行中，涡旋形成室中涡旋运动的液体将通过液体导管排出或者通过涡旋形成室底部开口排出，同时吸引出散粒状物料。然而，如专利中所表明的，隔板或箱底对出口导管或涡旋形成室出口是相当靠近的，这样，实际上是在液体和固体冲到隔板或箱底时才发生混合。混合是靠液体和散粒状物料以一定角度冲击隔板或箱底所产生的剪力实现的。

Zingg等人在美国专利3，256，181和美国专利3，326，563中也介绍了一种连续式混料方法及装置。两个专利中的装置都包括一台泵。该泵把液体打进一个圆形室。圆形室中安装有可以转动的叶轮。一个料斗将散粒状物料送到转动叶轮上。混合料通过出口切向地排出圆形室。这种装置不依靠任何由液体本身产生的涡动效应帮助混合散粒状物料。

美国专利3，741，533中介绍了一台混料装置。该装置使用一根中心散粒状物料输料管，外套一个同心的外管状零件形式的液体导管。第一园筒形液室与液体导管的上端相连通，第二圆筒形腔室与管状零件的上端相连通且围绕液体导管并位于其上下两端之间。在一种实施例中，液体被切向地引进第一个圆筒形室，导管和外套管的出口应尽量接近箱底。这样，当散粒状物料、液体、再循环的浆料冲击箱底时，由于剪切作用而发生混合。在另一个实施例中，散粒状物料输料管和液体导管的下端都被置于外层套管的内部。在这个实施例中，液体沿径向进入圆筒形液室，在干燥散粒状物料和再循环浆料之间形成了一层液体。

Chisholm在他的美国专利4，125，331中介绍了一种装置，它与美国专利3，741，533介绍的装置有些类似。液体导管带有向内渐缩的下部。最里面的散粒状物料输料管能够在液体导管内升降。这种升降的范围是输料管最下端与液体导管最下端靠近的位置到该位置上方能控制液体流动的某个位置之间。该专利清楚表明，液体离开液体导管渐缩的最下端后，由于离心力作用立即被迫向外旋转。当然，这种向外、向下的旋转运动是因为渐缩部分的下端是开口的，没有直管与之连接的缘故。

Zingg在他的美国专利4，007，721中介绍了一种混料装置。该装置包括第一个圆筒室。液体由径向进入圆筒室，产生一液体层。随后这层液体与来自料斗的干燥散粒状物料混合。混合料被引进涡室切向进口的一个支管。涡室被置放在水泥浆料贮存箱内部。切向进口的另一个支管内有一个接收来自箱体中再循环浆料的喷嘴，喷嘴将再循环浆料导入涡室入口。专利指出：浆料通过喷嘴进入箱体中的涡室重复循环的结果使箱体内产生了连续的浆料循环。

以上这些专利中的混料器都没有提供这样一种设计，即把散粒状物料输料管安置在渐缩的液体导管内部，在输料管与液体导管之间形成环状液体出口，使来自涡室的流体能以涡旋运动方式通过环状液体出口进入直的下流管。

本发明为一台混料器。该混料器包括带有上部入口和下部出口的一根散粒状物料输料管。涡室（即任何一种能够使切向引进的液体产生涡旋运动的成形室）套在散粒状物料输料管外面，其位置在散粒状物料输料管进出口之间。涡室有切向的液体入口和开口的下端。散粒状物料输料管就从这个开口下端伸出去。上述开口下端与散粒状物料输料管两者一起构成了环状的液体出口。液体入口和出口这样安排，使具有足够大速度进入液体入口的液体能旋转着离开液体出口。从涡室的液体出口向下有个过渡锥管。过渡锥管至少有一部分是向内逐渐缩小的，这一部分是从大致不低于最好是高于散粒状物料输料管出口的某个位置向下延伸至不高于最好是低于散粒状物料输料管出口的某个位置。一根直的下流管接在过渡锥管下面。散粒状物料输料管、涡室、过渡锥管和下流管最好都是同轴的。

此外，还有一根与涡室的液体入口连通的液体导管。这根液体导管最好带有第一支管以及一个置于第一支管内的喷嘴。第一支管、喷嘴最好是与涡室的液体入口同轴。喷嘴在任何情况下都是对准涡室液体入口的，以便引导第一支管中的流体进入液体入口。

上述类型的混料器最好是作为混料装置的一部分使用。这种混料装置一般包括一个有底且有混合料出口的箱体。从涡室液体出口伸出去的管子的下端位于箱底上方，与箱底相隔足够大的距离。这样，设备运行中，在管里产生涡旋运动时，就不会发生从箱底到管子内部的回溅。

现在参考附图说明发明的实施例。

图1是本发明混料器的右立视图。

图2是本发明混料器的后立视图。

图3是本发明混料器的俯视图。

图4是本发明混料装置的右立视图，其中包括图1～3所示的混料器。

图5是本发明混料装置的前立视图。

首先参考图1～3，说明本发明的混料器。图中2所指即为混料器。这个混料器包括一根散粒状物料输料管4。该输料管上端有散粒状物料入口6，下端有散粒状物料出口8。涡室10环绕输料管4位于进口6和出口8之间。涡室有切向液体入口12，涡室上端14围绕着输料管4封死，涡室下端16开口。输料管4通过开口16伸下去，构成了涡室10的环状液体出口18。上述布置的结果是，以足够大的速度进入液体入口12的液体能以涡旋运动的形式离开出口18。

混料器还包括过渡锥管20。过渡锥管20连接在出口18上。过渡锥管包括从出口18开始的上段22和向内渐缩的下段23。从图1和图2可以清楚看到，过渡锥管20上23所示部分从高于散粒状物料出料口8的某个位置开始向下延伸到低于散粒状物料输料管出料口8的某个位置时逐渐内缩。从过渡锥管20的轴线起度量，部分23向内呈锐角倾斜。一根直的下流管26连接在过渡锥管20下端25上。从图1和图2可以看出，下流管26比过渡锥管20的渐缩部分23长。具体来说，下流管26的长度大约是渐缩部分23长度的3倍到4倍。

参考图4和图5。图示的混料装置用了图1～3中的混料器2。图4和图5中的混料器有液体导管30。液体导管30带有第一支管31和置于第一支管31内部的喷嘴32。喷嘴32与涡室10的液体入口12同轴并且对准液体进口12，以便引导第一支管31中的流体进入液体入口12。

液体导管30还有第二支管36。第二支管36带有旁通管38、手动操作阀门40和44、进口42。它们的作用很快就将叙述到。混料装置还包括一个箱体46。箱体46具有倾斜的箱底48，箱底的高端和低端分别为50、52。混合料出口54通过箱底48低端52与箱体46内部连通。如图4和图5所示，箱体46被垂直架在支架55上。带有入口58的再循环管56通过箱体46一端侧壁插入箱体46的内部。隔板60装设在箱底48两端间的中央附近。隔板60略高于箱底48，以形成一个隔板分路空隙62。混料器2装设在箱体46的外壳64处。混料器下流管26的出口28位于箱底48上方，与箱底相隔66所示的距离。混料器下流管26的出口28尤其是要高于相邻的箱底高端50。66所示距离应足够长，这样在混料装置正常工作时，从出口28出来的液体就不会又从箱底溅回下流管26。例如，66所示距离可以近似取8英寸长。

现在来说明用上述混料装置混合干燥散粒状物料，特别是水泥和液体，特别是水，用来生产水泥浆的操作。然而，可以理解该装置也可用于其它散粒状物料，尤其是干燥的散粒状物料与液体的混合。运行中，要将液体导管30的第一支管31与压力水源相连。第二支管36的进口42与水泥浆再循环泵（未示出）的出口相连。再循环泵的进口和箱体46的出口54相连接。再循环泵的出口也可以与输送这些水泥浆到所要求的地方去的其它设备连接。象在油井灌浆操作中那样，再循环泵的出口与三缸式泵的进口相连接。旁通管38可以安排与备用混料装置的进口相连，如与常用的水泥排放型混料器进口相连接。这时，管56的进口58应与这种备用混料装置的出口相连接。粉末状水泥源通常是计量供应源（即由适当的阀门控制）。这个水泥源与输料管4的进口6相连接。

正常运转时，阀门40应在开的位置，阀门44在关的位置。从第一支管引进来的水与来自第二支管36的再循环水泥浆一起进入涡室10的入口12，然后切向进入涡室。由于水流经喷嘴32时有压力降，水将以高速进入涡室10。如果水和（或）再循环水泥浆通过入口12进入涡室10的流动速率足够大，那么在涡室中将产生涡旋运动。这个涡旋运动继续向下通过过渡锥管20。当水流经过渡锥管时就会从输料管出口8吸出散粒状水泥。此外，由于过渡锥管的下部23向下向内逐渐缩小，这就迫使水和（或）再循环水泥浆与从出口8出来的散粒状水泥一起在一条收敛的路径上运动。这就使散粒状水泥与水和（或）再循环水泥浆易于混合。涡旋运动至少会部分地进入下流管26，这也使混合容易进行。混合好的水泥浆从箱底48高端50上方的下流管26出口28中排出。然而，如前所述，66所示距离应足够大。这样，混合料就不会冲击箱底48后回溅进入下流管26。因此从出口8出来的干燥散粒状水泥就不会因回溅弄湿而结块。一旦出现水泥结块，混料器，尤其是散粒状物料出口8就会被水泥结块所阻塞。而且，如果出现回溅，下流管26中的涡旋运动就会被减弱，也就妨碍了下流管26中的混合作用。

混料工作开始工作时，从下流管28排出的混合料都将向下流到箱底48上，然后通过隔板60的空隙62，进入箱体出口54。箱底48倾斜布置并设置空隙62，有助于使进口与箱体出口54相连接的泵保持良好的工作状态。另外，当一种具体的工作完成后，上述安排保证箱体46能排空水泥浆。然而，在正常情况下，大部分水泥浆是从隔板60上面溢流过来到出口54的。

如前所述，水泥浆能从再循环泵出口以所希望的速率抽出来。显然，如果希望增加水泥浆抽出的速率又不排空箱体46中的水泥浆，那么通过喷嘴32供水的速率和通过进口6供给干燥水泥的速率必须成比例的增加。在这一点上，喷嘴32的出口应尽可能小，以得到最大的压力降和使水在离开喷嘴32时具有最大的速度。同时，考虑到由一台典型的水泵通过第一支管31所可能提供的最大水压力，喷嘴32也必须足够地大，以便能达到要求的水流量。例如，当喷嘴口34为3/4英寸时，在100磅/吋²反压力下，每分钟能输送大约115加仑水。喷嘴口34为1英寸时，在同样反压力下，每分钟输送大约265加仑水。

上述类型的混料装置已生产出。其涡室10的最小直径约为10英寸。过渡锥管20长约为11英寸（上部22直径10英寸，长5英寸。下部23直径从10英寸缩小至6英寸）。下流管26直径6英寸，长19英寸。下流管出口28中心在箱底48上方约12英寸。在某些试验中，喷嘴32使用约1英寸直径的出口34。H级的波特兰水泥浆就是按上面所述程序制备的。其比重为每加仑16.5～17.7磅（大气压下测量）。在上述比重下限的水泥浆从箱体出口54以每分钟1.5～9.2（桶/分）的速率抽出来。对比重不同的水泥浆，抽出速率是变化的（包括8.5桶/分）。在进一步试验中，各种水泥浆是分别以0.5～4桶/分和8～12桶/分的速率制备的。总的情况表明：水泥浆浓度好，混料器2也无明显阻塞。

显然，对那些精通本技术的人来说要对上述实施例做各种修正和改进而不离开本发明的范围是很容易的。因此，在附件权利要求中规定了本发明的范围。

Claims (18)

1、一种适合于散粒状物料与液体混合的混料器包括：

(a)一根散粒状物料输料管，其上端有散粒状物料入口，其下端有散粒状物料出口。

(b)环绕着散粒状物料输料管，在其入口和出口之间置有一涡室。涡室有：

(Ⅰ)液体进口。

(Ⅱ)开口下端。散粒状物料输料管通过开口下端延伸出去；开口下端和散粒状物料输料管一起构成环形液体出口。液体进口和出口的这种布局，使具有足够大速度进入液体进口的液体能够以涡旋运动的形式离开液体出口。

(c)一个过渡锥管与涡室液体出口相连接，并从液体出口向下延伸。这个过渡锥管至少有一部分是向内逐渐缩小的。这一部分是从不低于散粒状物料输料管出口的某个位置向下延伸到不高于散粒状物料输料管出口的某个位置。

(d)一根直的下流管与过渡锥管下端相连接。

2、根据权利要求1所限定的混料器，其中，过渡锥管是从高于散粒状物料输料管出口的某个位置开始到低于散粒状物料输料管出口的某个位置止。

3、根据权利要求2所限定的混料器，其中，散粒状物料输料管、涡室、过渡锥管和下流管都是同轴的。

4、权利要求3所限定的混料器还包括一个与涡室液体进口相连接的液体导管。液体导管带有：

（a）第一支管。

（b）置于第一支管内的喷嘴。该喷嘴对准涡室液体入口，以引导第一支管中的流体进入涡室的液体进口。

5、根据权利要求4所限定的混料器，其中，喷嘴与涡室液体进口同轴。

6、权利要求4所限定的混料器中，下流管长于过渡锥管的渐缩部分。

7、用于混合散粒状物料与液体的混料器包括：

（a）散粒状物料输料管。其上端有散粒状物料进口，其下端有散粒状物料出口。

（b）环绕着散粒状物料输料管，在其入口和出口之间置有一涡室。涡室有：

（Ⅰ）液体进口。

（Ⅱ）开口下端。散粒状物料输料管通过开口下端伸出去，同时开口下端和散粒状物料输料管一起构成环形液体出口。

液体进口和液体出口的这种布局，使以足够大速度进入液体进口的液体能够以涡旋运动形式离开液体出口。

（c）一个过渡锥管与涡室液体出口相连接。这个过渡锥管至少有一部分是向内逐渐缩小的，这一部分是从不低于散粒状物料输料管出口的某个位置向下延伸到不高于散粒状物料输料管出口的某个位置。

（d）一根直的下流管与过渡锥管下端相连接，其长度大于过渡锥管的渐缩部分。

（e）一个与涡室液体进口相连接的液体导管。液体导管带有：

（Ⅰ）第一支管。

（Ⅱ）一个置于第一支管内且与涡室液体进口同轴的喷嘴。该喷嘴对准涡室液体进口，以引导第一支管中的流体进入涡室的液体进口。

散粒状物料输料管、涡室、过渡锥管、下流管都是同轴的。

8、根据权利要求7所限定的混料器，其中，过渡锥管先是从涡室液体出口竖直向下延伸到其渐缩部分。

9、适合于混合散粒状物料和液体的混料装置包括：

（a）一个有底板和混合料出口的箱体。

（b）混料器有同轴的：

（Ⅰ）散粒状物料输料管，其上端有散粒状物料入口，其下端有散粒状物料出口。

（Ⅱ）环绕着散粒状物料输料管，在其入口和出口之间置有一涡室。涡室有液体进口，有开口下端。散粒状物料输料管通过开口下端延伸出。同时，开口下端和散粒状物料输料管一起构成环形液体出口。

液体进口和出口的这种布局，使以足够大速度进入液体进口的液体能够以涡旋运动形式离开液体出口。

（Ⅲ）直的下流管与过渡锥管的下端相连接。下流管的出口在箱体底上方，与箱体底之间有足够大的距离。这就使得在混料装置运行中，在管中产生涡旋运动时，不发生从箱底到下流管内的回溅。散粒状物料输料管、涡室、下流管都是同轴的。

10、适合于混合散粒状物料和液体的混料装置包括：

（a）一个有底和混合料出口的箱体。

（b）一台混料器。混料器包括：

（Ⅰ）散粒状物料输料管，其上端有散粒状物料入口，其下端有散粒状物料出口。

（Ⅱ）环绕着散粒状物料输料管，在其入口和出口之间置有一涡室。涡室有液体进口，有开口下端。散粒状物料输料管通过开口下端伸出。开口下端和散粒状物料输料管一起构成了环形液体出口。

液体出口和进口的这种布局，使以足够大速度进入液体进口的液体能够以涡旋运动形式离开液体出口。

（Ⅲ）一个过渡锥管与涡室液体出口相连接。这个过渡锥管至少有一部分是向内逐渐缩小的。这一部分是从不低于散粒状物料输料管出口的某个位置向下延伸到不高于散粒状物料输料管出口的某个位置。

（Ⅳ）一根直的下流管与过渡锥管下端相连接。下流管下端在箱底上方某个位置。

散粒状物料输料管、涡室、过渡锥管和下流管都是同轴的。

11、根据权利要求10所限定的混料装置，其中，过渡锥管是从高于散粒状物料输料管出口的某个位置延伸到低于散粒状物料输料管出口的某个位置。

12、根据权利要求11所限定的混料装置，其中，下流管出口在箱底上方，与箱底相隔足够大的距离。这就使得在混料装置运行中，下流管内产生涡旋运动时，不发生从箱体底到下流管内的回溅。

13、根据权利要求12所限定的混料装置，其中，下流管比过渡锥管的渐缩部分长。

14、根据权利要求13所限定的混料装置，其中，混合器还包括一个液体导管。该液体导管与涡室液体进口相连接。液体导管带有：

（a）第一支管。

（b）一个置于第一支管内的喷嘴。喷嘴对准涡室液体进口，以引导第一支管中的流体进入涡室的液体进口。

15、根据权利要求14所限定的装置，其中，喷嘴与涡室液体进口是同轴的。

16、根据权利要求15所限定的混料装置，其中混料器的过渡锥管从涡室液体出口到过渡锥管渐缩部分之间是直的。

17、根据权利要求15所限定的混料装置，其中，下流管至少是过渡锥管长度的3倍左右。

18、根据权利要求16所限定的混料装置，其中，下流管长度大约是过渡锥管长度的3倍到4倍。

Images