專利名稱：表面膜減阻方法與粘塑性物料管道輸送技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非牛流——賓哈姆體(Pingham)輸送技術(shù)。尤其是一種粘塑性物料的管道輸 送方法。
技術(shù)背景在石油、化工、采礦、環(huán)保和建筑等諸多方面，都涉及到粘塑性物料的輸送。 在海岸工程和海島工程施工中，常要求在離堤壩幾百米甚至幾千米以外取土，進(jìn)行堤壩的土方閉氣。由于圍海事業(yè)的發(fā)展，高灘涂所剩無幾，海岸已逐步伸向低中灘涂，中低灘涂沉積著深厚的軟粘土層，這類土層粘性大，強(qiáng)度低、含水量大，陸上機(jī)械下不去，水上機(jī)械上不來，現(xiàn)有的設(shè)備難以發(fā)揮作用，人工又無法施工。在水庫、湖泊、河道中，日積月累，漸漸地沉積起越來越厚的泥層，使河床提高。這不但減少庫容，污染環(huán)境，影響交通，而且在訊期會(huì)洪水泛濫，危及堤防，造成水災(zāi)。據(jù)報(bào)道，我國每年由于淤漲，消失的湖泊近百個(gè)。原生煤泥、城市污泥、造紙污泥等一類工業(yè)副產(chǎn)品或廢棄物，其固量含一般都是現(xiàn)有生 產(chǎn)工藝中所能獲得的最高濃度(以符合"減量化原則"，最大程度減小體積和重量)，如煤泥 濃度為70%以上，城市脫水污泥的濃度為20%以上，造紙廢渣的濃度為40%以上。目前全國 煤泥年產(chǎn)量已達(dá)2000 3000萬噸；污水廠脫水污泥，全國年產(chǎn)量約2100萬噸，占生活垃圾 量的40 60%; —個(gè)大型的造紙廠全年的造紙廢渣污泥為2 3萬噸，全國合計(jì)數(shù)量巨大。另外，工業(yè)廢渣清運(yùn)，城市垃圾處理，碼頭航道清淤等，粘塑性物料的輸送一直是工程中迫切需要解決的課題?？梢姡乘苄晕锪线h(yuǎn)距離管道輸送方法與設(shè)備，具有廣闊的市場(chǎng)需 求和廣泛的應(yīng)用前景。經(jīng)檢索，流體減阻問題自從Toms和Kramer先后發(fā)現(xiàn)高分子稀溶液或彈性材料護(hù)面都能 實(shí)現(xiàn)粘性減阻以來，己經(jīng)近半個(gè)世紀(jì)了，由于工業(yè)生產(chǎn)中到處都存在粘塑性流體，而減阻技 術(shù)又直接為節(jié)約能源、提高效率服務(wù)，因而倍受重視。近年來減阻研究取得了長足發(fā)展，在 國際上已召開多次有關(guān)減阻的學(xué)術(shù)會(huì)議，減阻已發(fā)展成一門專門獨(dú)立學(xué)科。除航空、航海外， 管道輸送中開展了大量減阻研究，以及在石油管道中除加熱降粘減阻外，還開展了磁減阻、 水環(huán)減阻等，而高濃度高粘度固液兩相流體減阻，近年來也進(jìn)行了一定的實(shí)驗(yàn)研究。例如在 煤的液化技術(shù)中，在水煤漿中加入有機(jī)添加劑減阻或摻氣減阻；在封閉式采礦中對(duì)高濃度全 尾礦砂邊壁加水減阻等等。有關(guān)高分子減阻和表面活性劑減阻的研究報(bào)道較多，如VirkP. S.(1971)， DenToonder J. M. J. ， et al (1997)， WarholicM. D. ， et al (1999)， Sreenivasan， K. R. ， et al (2000)， Lee, D., et al (2001) [17]， Ilg， P., et al (2002)， Min T. ， etal (2001, 2003), Taegee M., et al (2003)等進(jìn)行了高分子添加劑在湍流流動(dòng)減阻中的應(yīng) 用研究和實(shí)驗(yàn)研究，但是將表面活性劑減阻研究應(yīng)用到粘塑性物料輸送過程中的研究較少。在泥土輸送方面，國外有很多相關(guān)的研究。如淤泥質(zhì)軟粘土輸送過程中流動(dòng)特性的變化， 涉及到流變學(xué)問題的研究，呈現(xiàn)出非常復(fù)雜的力學(xué)機(jī)制。同時(shí)，在擾動(dòng)下會(huì)出現(xiàn)再固結(jié)現(xiàn)象 的特性，使得其管道輸送非常的困難，相應(yīng)的機(jī)理分析和試驗(yàn)研究會(huì)很復(fù)雜而且相當(dāng)困難。 高濃度、高粘性、低強(qiáng)度淤泥質(zhì)軟粘土對(duì)應(yīng)的應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系稱為流變模式(Reological model),籍此可以探討軟粘土的流動(dòng)行為，流變模式中對(duì)應(yīng)的參數(shù)稱為流變參 數(shù)。流變參數(shù)與軟粘土的濃度、顆粒大小以及顆粒組成成分相關(guān)， 一般通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得。0' Brian和Jullien (1988)測(cè)量了 Colorado Rocky山區(qū)口泥流沉積物的流變特性，結(jié)果指出 Bingham流體粘滯系數(shù)和屈服應(yīng)力隨濃度的增加呈現(xiàn)指數(shù)增加的趨勢(shì)。Major和Pierson(1992) North Fork Toutle River當(dāng)?shù)氐纳啊⒎弁梁驼惩粱旌衔镞M(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果表明不 同組分條件下，軟粘土具有賓哈姆體(Bingham)流體的特性。Wang， et al (1994)進(jìn)一歩 測(cè)量了組分對(duì)流變特性的影響。Battistoni P., et al (2000)進(jìn)行了厭氧硝化污泥的流變 性測(cè)量實(shí)驗(yàn)，Slatter P. T. (2001)污泥管道輸送的研究，Spinosa L. ， et al (2001)污 泥物理特性的研究，Slatter P. T. (2002)進(jìn)行了管道中非牛頓流體層流流動(dòng)的研究， ElizehathD., et al (2003)進(jìn)行有具有輻射性污泥的流變學(xué)研究，N. Tixier, et al (2004) 在線測(cè)量了活性污泥的流變特性。Armbruster, M. ， et al (2001)進(jìn)行了有關(guān)污泥流變性的 數(shù)值分析。然而上述理論對(duì)軟粘泥土和其他粘塑性物料的管道輸送就顯得力不從心。加之泥土和其 他粘塑性物料本身特有的復(fù)雜性，難以正確描述其本構(gòu)關(guān)系和傳送特性。所以現(xiàn)有的理論和 方法均無法進(jìn)行粘塑性物料的管道輸送的摸擬與計(jì)算。在國內(nèi)也有很多相關(guān)的研究。自20世紀(jì)70年代以來，黃委會(huì)水科院趙文林、楊文海、 錢意穎等進(jìn)行了高含沙水流基本規(guī)律的試驗(yàn)，研究了渾水粘滯系數(shù)與賓哈姆體物理特性；清 華大學(xué)錢寧、費(fèi)祥俊，西北水科所張浩、任增海也對(duì)高含沙水流的流變特性進(jìn)行了卓有成效 的研究；特別是在國家85科技攻關(guān)項(xiàng)目中，武漢大學(xué)王明甫、陳立，清華大學(xué)費(fèi)祥俊等又做 了大量工作，對(duì)管道及天然河流高濃度泥漿在不同流態(tài)、不同流區(qū)的阻力規(guī)律、流速分布特 點(diǎn)又進(jìn)行了比較系統(tǒng)、深入的研究，分析了清、渾水水力坡降的相互關(guān)系。所有這些研究成 果奠定了高含沙水流理論的基礎(chǔ)。黃委會(huì)河務(wù)部門近年來針對(duì)管道泥漿輸送也進(jìn)行了一些現(xiàn) 場(chǎng)試驗(yàn)，這些試驗(yàn)成果往往局限于當(dāng)時(shí)施工及環(huán)境條件，對(duì)泥漿管道阻力的研究，特別是對(duì) 阻力系數(shù)與主要影響因素的分析還不夠。從總體研究現(xiàn)狀看，目前對(duì)偽一相流在過渡區(qū)阻力 變化特點(diǎn)及減阻區(qū)域的確定方面認(rèn)識(shí)還并不一致，另外缺乏原型工程資料；泥槳阻力特點(diǎn)及計(jì)算方法還有待更細(xì)致、全面的試驗(yàn)分析研究。吳淼等(2003， 2004)進(jìn)行了煤泥的環(huán)保節(jié) 能利用及其管道遠(yuǎn)距離輸送新技術(shù)和高濃度粘稠物料遠(yuǎn)距離管道輸送成套裝備在城市污泥處 理中的應(yīng)用研究。王裕宜、鄒仁元等，鄒履泰進(jìn)行了泥漿賓哈姆體摻氣減阻的研究，水煤漿 摻氣降粘減阻試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，水煤漿在受剪切時(shí)，微小氣泡象滾軸一樣流動(dòng)變形，大大地降低了 水煤漿抗剪切能力，在同一水煤漿中，在一定范圍內(nèi)氣泡含量越多降粘越顯著，在氣體含量 一樣時(shí)氣泡越細(xì)微，分布越均勻降粘效果越顯著，對(duì)于不同水煤漿，粘度越高的降粘減阻越 明顯。陶松壘等(1996， 1997， 2004， 2005)提出了氣力輸泥方法與系統(tǒng)，環(huán)保型清淤輸泥 方法與設(shè)備等，能遠(yuǎn)距離輸送高濃度、大粘度、低含水量的淤泥和軟粘土又不污染環(huán)境的土 方施工設(shè)備。該設(shè)備包括喂入裝置、發(fā)送器、水環(huán)氣墊裝置、脈沖切割器、輸料管道、布料 結(jié)構(gòu)，適用于河塘開挖、堤壩填筑、制磚、水庫湖泊清淤、航道疏竣。解決了部分軟粘物料 (Bingham體)的遠(yuǎn)距離輸送的難題。通過檢索國內(nèi)外專利文獻(xiàn)及相關(guān)的數(shù)據(jù)庫，從尋找到的資料可見，很多專家學(xué)者的研究 在這一技術(shù)領(lǐng)域，作出了積極的貢獻(xiàn)，這些研究試驗(yàn)成果都是本發(fā)明的基礎(chǔ)和前提。但是， 未發(fā)現(xiàn)采用仿生魚體表面膜、動(dòng)物腸道膜的表面膜減阻的有效方法，實(shí)現(xiàn)粘塑性物料遠(yuǎn)距離 管道輸送的方法與系統(tǒng)。因此對(duì)粘塑性物料的遠(yuǎn)距離管道輸送，這個(gè)國際性難題，仍有大量 的迫切需要攻克的難點(diǎn)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的在于提出表面膜減阻方法與粘塑性物料管道輸送技術(shù)，有效解決粘塑性物料 遠(yuǎn)距離管道輸送的諸多難題。本發(fā)明的技術(shù)方案是采用理論研究、科學(xué)實(shí)驗(yàn)與工程實(shí)踐相結(jié)合的方法，采用在物料 與管道間設(shè)置表面膜的被膜方法，仿生魚體表面膜、動(dòng)物腸道膜的表面膜減阻方法， 一種輸 料管道的內(nèi)壁降低壁摩擦力的表面處理方法。使物料的內(nèi)摩擦力大大高于管壁摩擦力，把降 低壁摩擦力問題突顯成為管道輸送系統(tǒng)中的主要矛盾，在管道輸送中其他很多復(fù)雜的問題， 都降為可以忽略的次要矛盾。只是著重研究降低壁摩擦力問題，克服軟粘物料與管道內(nèi)壁的 粘滯性， 一個(gè)很復(fù)雜的問題簡單化了，粘塑性物料遠(yuǎn)距離管道輸送的難題就得以解決。使粘 塑性物料在低能耗的前提下進(jìn)行輸送，實(shí)現(xiàn)各種粘塑性物料的遠(yuǎn)距離管道輸送。所述的仿生魚體表面膜方法，又稱為物料表面成形被膜方法，是釆用種種裝置在被輸送 的物料表面設(shè)置一層類似于魚體表面膜的方法。其方法是把物料壓制成或包裝成與管道相吻 合的形狀，在已成形狀的物料表面包上一層防滲薄膜，或在物料與管壁之間噴上一層潤滑劑， 以減少物料與管壁之間的阻力，避免物料損傷和管道的磨損。防滲薄膜和潤滑劑材料，是根 據(jù)不同的輸送物料及工作要求選擇和確定的。所述的仿生動(dòng)物腸道膜減阻方法，又稱為輸料管道的內(nèi)壁的表面處理方法。是在輸送管 道的內(nèi)壁表面設(shè)置一層類似于動(dòng)物腸道膜的方法。其方法有內(nèi)壁表面層法和雙重管道法兩種。 內(nèi)壁表面層法如圖1所示，是在輸料管道(1)的內(nèi)壁，進(jìn)行表面處理。通常是在輸料管道(1) 的內(nèi)壁涂復(fù)上一層，帶有很多微小毛細(xì)孔的吸附層(2)。雙重管道法更適合遠(yuǎn)程輸送，如圖 2、圖6所示，在管道(1)內(nèi)壁設(shè)有與毛細(xì)孔(6)的吸附層(2)相聯(lián)通的水平通道(5)。 水平通道(5)與輔助管道(48)相聯(lián)接，并受電磁閥(50)控制。由于輸料管道(1)為高能表面，管壁的表面能很大，于是管壁與物料(4)的間粘附功 也很大，物料(4)在管壁上的粘附作用很強(qiáng)，造成輸?shù)雷枇艽?。?dāng)輸料管道(1)進(jìn)行處 理，在管壁上增加吸附層(2)，并加入防滲薄膜和潤滑劑。在輸送過程中表面活性劑進(jìn)入并 吸附于管道的內(nèi)壁上，從而形成一層牢固的表面膜(3)。使得管壁與物料之間墊有一層懸浮 膜，使物料(4)與管道(1)相隔離，避免物料(4)與管道(1)之間的直接摩擦，以減少 粘塑性物料物料擾動(dòng)及與管壁粘滯阻力，同時(shí)也減少了管道(1)的磨損。潤滑劑可以回收重 復(fù)使用。吸附層(2)還有著調(diào)節(jié)表面膜余缺的功用。如輸送粘土?xí)r加入的表面活性劑和水， 就可以在管壁上鋪展，表面活性劑就以疏水的碳?xì)滏溛接诠鼙谏?，帶有一層表面?3)的 極性基伸入管內(nèi)吸附在管壁上，將原來高能表面的管壁被表面膜覆蓋，此時(shí)粘土的移動(dòng)在表 面膜(3)上進(jìn)行，其粘附力降低、使輸送阻力降低。不同的表面活性劑的減阻效果不同，對(duì) 不同配方的添加劑的作用機(jī)理效果進(jìn)行試驗(yàn)研究分析，試驗(yàn)表明表面膜的減阻效果依次為-水膜層不如泥漿層，泥漿層不如潤滑活性劑層，潤滑活性劑層不如小氣泡層。減阻效果最好 的是水、泥漿、潤滑活性劑、發(fā)泡劑的混合物。所述的被膜裝置包括被膜器(7)、配料箱(19)、高壓管(20)、定量泵(21)、控制闊 (22)單向閥和噴頭等組成。設(shè)置在輸料管道上，適時(shí)地對(duì)料柱表面噴一層表面膜液。根據(jù) 輸送不同的物料和適用性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性的原則，選擇配置相適應(yīng)的表面膜液，通常用水、 油等液體，在特殊情況下也有用氣體和固體微粉。在輸送粘塑性物料時(shí)，表面膜液與被輸送 物料的比例為0.5%~8%之間。在輸送顆粒狀或滲透系數(shù)大于10。m/h的物料時(shí)，如鋼球、卵石 等，表面膜液與被輸送物料的比例為10%~120%不等。雖然這些物料已不是粘塑性物料的范 疇，但本發(fā)明的方法和設(shè)備，常被用于這些物料的輸送。所述的添加劑減阻，添加劑的選擇是遠(yuǎn)距離輸送粘塑性物料的關(guān)鍵技術(shù)之一，因此探討 各種不同的添加劑對(duì)輸送特性的影響，探討添加劑改良輸送特性的機(jī)理，完善粘塑性物料遠(yuǎn) 距離輸送的理論體系，做到最大限度的節(jié)約能源，提高輸送效率。輸送不同的物料采用不同 的添加劑。添加劑根據(jù)的輸送物料可有不同的選擇， 一般是在水、氣和混合物中外加表面活 性劑、增潤劑、發(fā)泡劑，如烷基硫酸鹽，烷基醇酰胺，脂肪醇聚氧乙稀醚硫酸鹽，烷基苯酚聚氧乙稀醚，聚次甲基萘磺酸鹽，亞甲基二萘磺酸鹽，木質(zhì)素磺酸鹽等。當(dāng)輸送遠(yuǎn)距離遠(yuǎn)時(shí)，可采用雙重管道輸送法，即在主輸送管道上，每隔一定距離，均勻裝一個(gè)助推器。主輸送管道、電纜與輔助管道平行鋪設(shè)。當(dāng)泥土在主輸送管道中行進(jìn)的阻力較大時(shí)，輔助管道中的高壓水氣或表面膜液，注入主輸送管道內(nèi)壁的水平通道與充滿毛細(xì)孔的吸附層上，使得表面膜液和推動(dòng)力得以補(bǔ)充。表面膜液需要量和物料輸送量、表面膜液厚度、輸送管道直徑、輸送距離、物料滲透系數(shù)、被膜助推器數(shù)量的關(guān)系的計(jì)算方法-v =-+-d 4麗式中-v——單位時(shí)間表面膜液量(mVh)w——單位時(shí)間輸送物料量(mVh)A——物料與管壁間的表面膜液厚度(m)J——輸送物料管道的直徑(m)/——輸送距離(m)A——輸送物料的滲透系數(shù)(m/h)"——被膜助推器數(shù)量(個(gè))在輸送過程中表面膜液的需要量分為兩個(gè)部分，前一部分為輸送管道內(nèi)壁與物料之間的表面膜液需要量，后一部分為滲透于物料內(nèi)的表面膜液需要量。在輸送水飽和軟粘泥土或已在物料上包一層防滲薄膜時(shí)，由于滲透系數(shù)小于10—8m/h，且泥土的空隙中充滿著飽和水，在輸送過程中泥土受到擠壓，泥土中的飽和水還能離開泥柱，附著于輸料管道的內(nèi)壁的吸附層上。計(jì)算時(shí)，滲透于物料內(nèi)的表面膜液需要量通常忽略不計(jì)。如輸送含水量較大的飽和土?xí)r，只加表面活性劑、潤滑劑和脫水劑。起到潤滑、減阻、脫水、固結(jié)作用。表面膜液中表面活性劑、發(fā)泡劑與水的比例為0.005%~0.02.5%之間，最佳的氣泡直徑在0.03mm 0.80mm之間。在輸送滲透系數(shù)較大的物料時(shí)，不僅輸送管道內(nèi)壁與物料之間需要表面膜液，而且一部分表面膜液滲透于物料的顆粒之間，從而消除了物料的搭橋卡管現(xiàn)象。


圖1為內(nèi)壁設(shè)有毛細(xì)吸附層的輸料管道剖面圖。圖2為工作中的輸料管道截面的放大 圖。圖3實(shí)施例1液壓式軟粘土輸送原理圖。為圖4為軟粘土輸送機(jī)液壓系統(tǒng)圖。圖5為實(shí) 施例2雙重管道軟粘土輸送船。圖6雙重管道局部圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1液壓式軟粘土被膜輸送方法。軟粘土是指在靜水或緩慢的流水環(huán)境中沉積，經(jīng) 生物化學(xué)作用形成，含有有機(jī)質(zhì)，天然含水量大于液限，天然孔隙比大于1.0的飽和土。軟粘土既不是液體，也不是固體，屬于賓哈姆體范疇，并且具有軟弱性、粘滯性、觸變性、流 變性、滲透性、壓縮性的特點(diǎn)。這種軟粘物料的非牛頓流體特性及其在擾動(dòng)下的再固結(jié)特性， 具有很大的粘滯阻力。就輸送泥土的現(xiàn)有技術(shù)和設(shè)備來說，泥漿濃度大于30%，就無法輸送; 粉粒狀干土稍有潮濕就無法輸送。而在工程中大量泥土的自然狀態(tài)都處于難以用管道輸送的 范圍。高濃度、高粘性、低強(qiáng)度軟粘土， 一直被認(rèn)為無法管道輸送。其不可輸送性的主要原 因是軟粘土的粘滯性，所以克服物料粘滯性是遠(yuǎn)距離管道輸送的關(guān)鍵。本發(fā)明液壓式軟粘土輸送裝置，如圖3所示，由液壓推進(jìn)裝置、轉(zhuǎn)換閥(8)、被膜裝置 和管道(1)組成。液壓推進(jìn)裝置包括主油缸(13)、主油缸活塞(14)、主油缸活塞桿(11)、 輸送缸(9)、輸送缸活塞(10)、洗滌室(12)、液壓油箱(18)、液壓閥(15)、液壓管(18)、 液壓泵(16)等。軟粘土輸送機(jī)液壓系統(tǒng)如圖4所示，液壓推進(jìn)裝置由75KW電機(jī)(28)帶動(dòng) 160ral/r變量泵(27)，經(jīng)06電液換向閥(25)、 06電磁溢流閥(25)和同步閥(24)，供給 推力油缸(23)。兩個(gè)推力油缸(23)的行程位置由XK1 XK2 XK3 XK4四個(gè)行程開關(guān)(38)控 制。液壓系統(tǒng)的工作壓力由壓力表(26)顯示。轉(zhuǎn)換閥(8)由兩個(gè)工作油缸(36)相連的S閥(37)交替工作，完成進(jìn)料和輸送的轉(zhuǎn)換。 5.5KW電機(jī)(32)帶動(dòng)10ml/r變量泵(31)，經(jīng)02電磁換向閥(34)、 03電磁溢流閥(33) 和單向節(jié)流閥(35),供給工作油缸(36)。兩個(gè)工作油缸(36)的行程位置由XK5 XK6兩個(gè) 行程丌關(guān)控制。推進(jìn)裝置和轉(zhuǎn)換閥的液壓系統(tǒng)合為一體，共用一套油箱組件(30)。被膜裝置包括被膜器(7)、配料箱(19)、高壓管(20)、定量泵(21)、控制閥(22) 等。被膜器(7)由單向閥和多個(gè)噴頭組成。沿程設(shè)有各種傳感器和智能控制系統(tǒng)。開始工作時(shí)，先啟動(dòng)被膜裝置，把整個(gè)管道濕潤一邊，喂料裝置和液壓推進(jìn)裝置接著工 作。表面膜液預(yù)先在配料箱(19)配制和儲(chǔ)存，當(dāng)泥柱經(jīng)過被膜器(7)時(shí)，表面膜液經(jīng)高壓 管(20)、定量泵(21)、控制閥(22)，被噴涂于泥柱與管壁之間。在輸送含水量較高的軟粘 土卻輸送距離不大時(shí)，配料箱(19)內(nèi)通常灌入水作為表面膜液。在輸送含水量較低的軟粘 土卻輸送距離較大時(shí)，采用表面活性劑、發(fā)泡劑與水氣的混合物。可以用如下質(zhì)量百分比的 配方十二垸基硫酸鈉0.01% 0.08%，烷基醇酰胺0.005% 0.025%，脂肪醇聚氧乙稀醚硫酸 鈉0.008%~0.035%，氯化鈣0.01%~0.08%，水加至百分之一百。由于輸料管道多為高能表面， 管壁的表面能和粘附功很大，造成輸?shù)雷枇艽?。?dāng)加入活性劑于管道中，水就可以在管壁 上鋪展，表面活性劑就以疏水的碳?xì)滏溛接诠鼙谏?，帶有一層水膜的極性基伸入管內(nèi)吸附 在管壁上，將原來高能表面的管壁被水膜覆蓋，此時(shí)物料的移動(dòng)在水膜上進(jìn)行，其粘附力降 低、使輸送阻力降低。當(dāng)加有表面活性劑、發(fā)泡劑與水氣的表面膜液噴涂于泥柱與管壁之間 時(shí)，不但降低了水的表面張力及表面能，同時(shí)表面活性劑定向吸附在氣泡表面，形成單分子 吸附膜，使液膜堅(jiān)固而不易破裂。微小氣泡象滾珠一樣間隔與泥柱與管壁之間，與潤滑劑共 同作用，大大地降低了泥土的粘滯阻力。實(shí)施例2雙重管道輸泥船。包括推送器、進(jìn)料口、輸料管道、轉(zhuǎn)換閥、表面膜發(fā)生器、 布料裝置、智能控制系統(tǒng)等，如圖5圖6所示，在船體上設(shè)有吊機(jī)(39)、抓斗(40)和料斗(42)。吊機(jī)(39)沿著船邊抓起泥土 (41)放入料斗(42)，由液壓推進(jìn)裝置把泥土 (41) 壓入主輸送管道(46)。主輸送管道(46)每隔一定距離裝一個(gè)助推器(45)。主輸送管道(46)、 電纜與輔助管道(48)平行鋪設(shè)，用抱攀(52)螺釘(49)固定在浮體(44)的加強(qiáng)條(51) 上。助推器(45)與輔助管道(48)的聯(lián)通與否，由電磁閥(50)控制。當(dāng)泥土 (41)在主 輸送管道(46)中行進(jìn)的阻力較大時(shí)，電磁閥(50)打開，輔助管道(48)中的高壓水氣或 表面膜液，注入主輸送管道(46)內(nèi)壁的水平通道(5)與充滿毛細(xì)孔(6)的吸附層(2)上， 使得管壁與泥柱間的摩擦力降至最低。其他工況與實(shí)施例l相同。本設(shè)備在水利、環(huán)保、建筑工程中有著極其廣泛的用途，諸如水庫、航道、湖泊清淤， 港口疏浚，河道開挖，碼頭、船塢積聚物清理，圍海筑堤，海灘回填，土方搬運(yùn)，城市垃圾、 污泥、工業(yè)廢渣清運(yùn)等等。對(duì)結(jié)束土方工程"人海戰(zhàn)役"、手提肩扛的歷史，提高生產(chǎn)力，治 理環(huán)境污染，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，都有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。在理論上的意義是從根本上解決粘塑 性泥土遠(yuǎn)距離管道輸送方法和設(shè)備。實(shí)施例3混凝土輸送，輸送混凝土?xí)r，在原有的混凝土輸送泵基礎(chǔ)上，僅增加被膜裝置。 表面膜液采用消泡劑其配比為木質(zhì)素磺酸鈣0.3%~1.2%，聚氧乙稀醚0.01%~0.05%，環(huán)己 醇0.01%~0.05%,水加至百分之一百。當(dāng)表面膜液被噴到混凝土與管道內(nèi)壁時(shí)，水泥顆粒因吸附了陰離子而帶負(fù)電，使水泥顆 粒周圍的水產(chǎn)生極性，同性離子相斥阻止了水泥顆粒的吸附和擴(kuò)散作用，抑制了混凝土的凝 聚傾向，水泥漿由網(wǎng)狀凝聚結(jié)構(gòu)變成溶膠結(jié)構(gòu)，因此漿體變稀，混凝土與管道內(nèi)壁的粘滯阻 力減少，混凝土的流動(dòng)性增大。經(jīng)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，明顯減少混凝土與道壁之間的摩擦阻力。采用 本發(fā)明的方法，不但能耗更省，輸送距離更遠(yuǎn)，而且混凝土抗壓強(qiáng)度提高6%~25%。實(shí)施例4鋼球輸送，輸送時(shí)用脫水機(jī)油作為表面膜液。設(shè)機(jī)油的回收、過濾裝置。在與 鋼球相關(guān)的工業(yè)生產(chǎn)中，鋼球的管道輸送，對(duì)生產(chǎn)流水線的自動(dòng)化，至關(guān)重要。對(duì)于鋼球有 控制的計(jì)量、裝配和灌裝，都成為方便的事情。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1. 輸送量大，輸送距離遠(yuǎn)。由于采用了表面膜減阻方法，物料在管道內(nèi)的輸送密度和行進(jìn)速 度提高，與原有的管道輸送相比，輸量大，輸距遠(yuǎn)。2. 阻力小，能耗省，減少管道磨損和物料的破損。由于采用了仿生魚體表面膜、動(dòng)物腸道膜的方法，降低壁摩擦力和物料間的碰撞，不但使管道輸送的沿程阻力小，能耗省，而且使粘塑性物料在低能耗的前提下進(jìn)行輸送，實(shí)現(xiàn)各種粘塑性物料的遠(yuǎn)距離管道輸送。3. 原理簡單，計(jì)算方便。在管道輸送中有很多復(fù)雜力學(xué)的問題，本發(fā)明抓住降低壁摩擦力這 個(gè)管道輸送系統(tǒng)中的主要矛盾，忽略的次要矛盾。只是著重研究降低壁摩擦力問題，克服 軟粘物料與管道內(nèi)壁的粘滯性， 一個(gè)很復(fù)雜的問題簡單化了。4. 應(yīng)用前景廣闊，適用范圍大。適用于石油、化工、采礦、環(huán)保和建筑等諸多方面。
權(quán)利要求
1. 表面膜減阻方法與粘塑性物料管道輸送技術(shù)，包括進(jìn)料方法、推送方法、輸料管道及鋪設(shè)方法、智能控制系統(tǒng)等，其特征是一種降低壁摩擦力的管道，在物料與管道間設(shè)置潤滑懸浮膜的被膜方法，仿生魚體表面膜、動(dòng)物腸道膜的表面膜配比方法和減阻方法。
2. 如權(quán)利要求1所述的表面膜減阻方法與粘塑性物料管道輸送技術(shù)，其特征是采用種種裝 置把物料壓制成或包裝成與管道相吻合的形狀，在已成形狀的物料表面包上一層防滲薄膜， 或在物料與管壁之間噴上一層潤滑劑，在被輸送的物料表面設(shè)置一層類似于魚體表面膜的方法。
3. 如權(quán)利要求1所述的表面膜減阻方法與粘塑性物料管道輸送技術(shù)，其特征是在輸送管道 的內(nèi)壁表面涂復(fù)上一層，帶有很多微小毛細(xì)孔的吸附層，類似于動(dòng)物腸道膜被膜層管道處理 方法。
4. 如權(quán)利要求1所述的表面膜減阻方法與粘塑性物料管道輸送技術(shù)，其特征是在管道內(nèi)壁 設(shè)有與毛細(xì)孔相聯(lián)通的水平通道，并與輔助管道相聯(lián)接的雙重管道方法。
5. 如權(quán)利要求1所述的表面膜減阻方法與粘塑性物料管道輸送技術(shù)，其特征是表面膜液中 添加表面活性劑、增潤劑、發(fā)泡劑與水氣的混合物，提高輸送效率的方法。
6. 如權(quán)利要求1所述的表面膜減阻方法與粘塑性物料管道輸送技術(shù)，其特征是在主輸送管 道上，每隔一定距離，均勻安裝被膜助推器，輔助管道中的高壓水氣或表面膜液，適時(shí)注入 主輸送管道內(nèi)壁的水平通道與充滿毛細(xì)孔的吸附層上，使得表面膜液補(bǔ)充，管道與物料潤滑 懸浮的雙重管道輸送法。
7. 如權(quán)利要求1所述的表面膜減阻方法與粘塑性物料管道輸送技術(shù)，其特征是表面膜液需 要量和物料輸送量、表面膜液厚度、輸送管道直徑、輸送距離、物料滲透系數(shù)、被膜助推器數(shù)量的關(guān)系的計(jì)算方法v = i^ + ，。
8. 如權(quán)利要求5所述的表面膜減阻方法與粘塑性物料管道輸送技術(shù)，其特征是輸送軟粘土?xí)r，表面膜液用如下質(zhì)量百分比的配方十二垸基硫酸鈉0.01%~0.08%，烷基醇酰胺 0.0050/o~0.025%,脂肪醇聚氧乙稀醚硫酸鈉0.008%~0.035%，氯化鈣0.01°/0~0.08%，水加至百 分之一百。
9. 如權(quán)利要求5所述的表面膜減阻方法與粘塑性物料管道輸送技術(shù)，其特征是發(fā)泡劑與水與L的混合物作為表面膜液時(shí)，最佳的氣泡直徑在0.03mm 0.80mm之間。
10.如權(quán)利要求5所述的表面膜減阻方法與粘塑性物料管道輸送技術(shù)，其特征是輸送混凝 土?xí)r，表面膜液采用消泡劑其配比為木質(zhì)素磺酸鈣0.3%~1.2%,聚氧乙稀醚0.01%~0.05%，環(huán)己醇0.01% 0.05%,水加至百分之一百。
11. 如權(quán)利要求1所述的表面膜減阻方法與粘塑性物料管道輸送技術(shù)，其特征是包括被 膜器、配料箱、高壓管、定量泵、控制閥、單向閥和多個(gè)噴頭組成的被膜裝置。
12. 如權(quán)利要求1所述的表面膜減阻方法與粘塑性物料管道輸送技術(shù)，其特征是鋼球輸送， 用脫水機(jī)油作為表面膜液設(shè)機(jī)油的回收、過濾裝置的鋼球輸送方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及非牛流——賓哈姆體(Pingham)輸送技術(shù)。尤其是粘塑性物料的管道輸送方法。包括管道內(nèi)壁處理方法、物料成形被膜方法和添加劑配比方法等。采用仿生魚體表面膜、動(dòng)物腸道膜的表面膜減阻方法，設(shè)計(jì)一種降低壁摩擦力的管道，在物料與管道間設(shè)置表面膜，使物料的內(nèi)摩擦力大于管壁摩擦力，使高濃度、高粘性、低強(qiáng)度的粘塑性物料在低能耗的前提下進(jìn)行輸送，解決了軟粘物料遠(yuǎn)距離管道輸送的難題。具有輸送量大，輸送距離遠(yuǎn)，能耗省，市場(chǎng)廣闊的特點(diǎn)。適用于石油、化工、采礦、環(huán)保和建筑等諸多方面。
文檔編號(hào)F17D1/08GK101235940SQ20071012655
公開日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2007年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月22日
發(fā)明者芳 嚴(yán), 姚銀萍, 白建輝, 陳智源, 陶松壘, 陶鈞炳 申請(qǐng)人:浙江科技學(xué)院科技開發(fā)中心