專利名稱：泥沙模型試驗加沙新工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于河工泥沙模型試驗中泥沙模型加沙的新工藝。
背景技術(shù)：
河工泥沙模型試驗需要控制模型進口流量和含沙量，在水沙分離型泥沙模型試驗系統(tǒng)中，需要根據(jù)模型試驗的輸沙率，在模型進口段向模型中加入一定濃度的模型沙，使其與進入模型的清水混合，以達到試驗所需要的含沙量。
目前泥沙模型試驗所采用的加沙工藝方法是輸沙與計量分離，在模型沙輸送方面采用的是循環(huán)供沙方式，即用大功率的泥漿泵把一定濃度的模型沙輸送到模型進口，再把多余的模型沙輸送回加沙工作池；在計量方面是由人工根據(jù)事先率定的閥門開度組合，調(diào)整進入模型的沙量(如圖1)。也有采用電動閥門控制流量大小，電磁流量計計量的(如圖2)。目前現(xiàn)有的加沙工藝方法主要問題是耗電，控制不方便，控制精度不高，容易堵塞等。其產(chǎn)生上述問題的主要原因是其中耗電的原因是采用了循環(huán)供沙的方式，這種方式需要大功率的泥漿泵連續(xù)運行，不論模型需要的沙量大小，為防止管道淤堵，必須使管道中高濃度的泥沙不停的流動。以長江防洪模型供沙系統(tǒng)為例，長江防洪模型有7個加沙泵房，采用循環(huán)供沙工藝方法設(shè)計的加沙系統(tǒng)，系統(tǒng)中的1#、2#加沙泵房都采用4PN型的泥漿泵，單臺電動機的功率為75kw，單機耗電1800度/天，系統(tǒng)中的4#---7#加沙泵房都采用3PN型的泥漿泵，單臺電動機的功率為30kw，模型試驗時僅供沙系統(tǒng)就日耗電近6500度，由此可見這種工藝方法耗能巨大。一次泥沙模型試驗僅此將耗費數(shù)萬元至數(shù)十萬元?？刂凭炔桓咴谌斯ふ{(diào)整閥門開度時，是由于閥門開度組合有限；在采用電動閥門控制流量大小，電磁流量計計量的組合中是由于電磁流量計在小流量時誤差加大，甚至測不出。堵塞的原因是由于模型加沙流量的變幅一般很大，因此閥門開度需要調(diào)整的范圍也大。人工控制閥門開度加沙，是在循環(huán)管道上直接開有大小口徑不等的孔口，其中小口徑的孔口時常會發(fā)生堵塞，而采用電動閥門控制流量，當小流量時，閥門需要關(guān)得很小，另外電磁流量計計量的組合中從循環(huán)管道到出口存在一段“盲腸段”，同時受電磁流量計使用條件的限制(管道內(nèi)必須充滿液體)，小流量運行時很容易發(fā)生堵塞，一旦發(fā)生堵塞將會很難疏通。因此很少采用這種組合方式，若采用這種組合方式，則必須把含沙量濃度降到足夠低，方可正常運行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有河工泥沙模型試驗中加沙方法的不足之處，而提供一種泥沙模型試驗加沙的新工藝。新工藝采用單螺桿泵變頻調(diào)速控制，把模型沙輸送和計量合二為一，可以做到定量輸送模型沙，另外，不論流量大小，新工藝的輸沙口徑不變，有效地防止了小流量堵塞發(fā)生。采用單螺桿泵變頻調(diào)速控制，很好地解決了上述問題。
本發(fā)明的目的是通過如下措施來達到的泥沙模型試驗加沙新工藝，其特征在于它是在加沙工作池和模型進口河段之間采用單螺桿泵連接輸沙管。
在上述技術(shù)方案中，所述單螺桿泵采用變頻調(diào)速控制器控制。
在上述技術(shù)方案中，所述單螺桿泵連接的輸沙管為單向管。
本發(fā)明泥沙模型試驗加沙新工藝具有如下優(yōu)點①、新工藝方法可以節(jié)省工程費用傳統(tǒng)的加沙工藝方法輸沙與計量分開，輸沙除了靠泥漿泵外，還需要真空泵輔助啟動泥漿泵。輸沙管徑也相對較粗，計量則需要用到電磁流量計與電動閥門等設(shè)備。新工藝方法輸沙與計量合二為一，可以節(jié)省設(shè)備及材料費。從圖1、圖2和圖3的對比可看出，管道安裝可以節(jié)省一半，其他設(shè)備安裝也可省去。因為系統(tǒng)規(guī)模、加沙量大小不同不便比較，但可以給出一個對比概念，一套單螺桿泵變頻調(diào)速控制系統(tǒng)(G20-1加變頻器)的費用(大約8000元)，低于一臺小口徑電磁流量計的費用(大約10000元)。
②、新工藝方法可以節(jié)省使用費用原加沙工藝系統(tǒng)工作時，無論加沙量的大小，泥漿泵都必須滿負荷的工作，而采用單螺桿泵變頻調(diào)速控制的加沙新工藝則根據(jù)加沙量的大小調(diào)節(jié)泵的輸出流量，有效地節(jié)省了能源。以長江防洪模型供沙系統(tǒng)為例，長江防洪模型有7個加沙泵房，原采用老的加沙工藝方法設(shè)計加沙系統(tǒng)，1#、2#加沙泵房都采用4PN的泥漿泵，單臺電動機的功率為75kw，單機耗電1800度/天，4#---7#加沙泵房都采用3PN的泥漿泵，單臺電動機的功率為30kw，模型試驗時加沙功率為270KW，僅供沙系統(tǒng)就日耗電近6500度，采用單螺桿泵變頻調(diào)速控制的加沙新工藝方法完成相同的任務(wù)，設(shè)計共用4臺G20-1(4×0.75KW)和5臺G20-2(5×1.1KW)，加沙最大功率為8.5KW，加上工作池攪拌電機的功率，總功率為22KW。更何況模型加沙80％以上是小流量，所以實際的功耗還要減小。一般來說新工藝方法與傳統(tǒng)的加沙工藝方法的功耗比大約為1/8到1/15左右。
③、新工藝方法的其他特點從試驗效果來看，采用單螺桿泵變頻調(diào)速控制的加沙新工藝方法控制流量方便、控制重復(fù)性好、控制精度高，新系統(tǒng)簡單，靈活，自動化程度高，很容易與計算機連接，實現(xiàn)自動控制。對比原加沙工藝系統(tǒng)，與采用人工開孔調(diào)節(jié)加沙流量相比，克服了其精度低，控制不便的問題。與采用電磁流量計和電動閥門組合調(diào)節(jié)加沙流量相比，解決了原系統(tǒng)小流量易堵的問題，也比電磁流量計和電動閥門組合的設(shè)備費用低、控制方便。通過實驗證實，加沙新工藝流程由于采用了單螺桿泵，可適應(yīng)各種模型沙，可輸送的模型沙濃度也遠大于泥漿泵可輸送的濃度，再加上采用了高科技的變頻調(diào)速技術(shù)，因而加沙新工藝流程具備很多優(yōu)良的特性，預(yù)計將取代原有的加沙工藝流程。


圖1為現(xiàn)有采用人工調(diào)節(jié)開度的加沙工藝結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有采用電磁流量計和電動閥門調(diào)節(jié)流量的加沙工藝結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明采用單螺桿泵變頻調(diào)速控制的加沙工藝結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為單螺桿泵工作時轉(zhuǎn)子和定子的旋轉(zhuǎn)角度變化圖；圖5為單螺桿泵工作原理示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的實施情況，但它們并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。
圖中1為加沙工作池、2為攪拌器、3為泥漿泵、4為模型進口、5為輸沙管、6為人工調(diào)節(jié)閥、7為電磁流量計、8為電動閥門、9為單螺桿泵、10為變頻調(diào)速器。
參閱圖1、圖2可知目前所采用的加沙工藝方法是在模型沙輸送方面采用的是循環(huán)供沙方式，即用大功率的泥漿泵把一定濃度的模型沙輸送到模型池，再把多余的模型沙輸送回加沙工作池。在計量方面是由人工根據(jù)事先率定的人工調(diào)節(jié)閥門開度組合，調(diào)整進入模型河段的沙量(如圖1)。也有采用電動閥門控制流量大小，電磁流量計計量的(如圖2)。目前現(xiàn)有的老加沙工藝方法主要問題是耗電，控制不方便，控制精度不高，容易堵塞等。
參閱圖3可知本發(fā)明泥沙模型試驗加沙工藝，它是在加沙工作池和模型進口池之間采用單螺桿泵連接輸沙管，所述單螺桿泵采用變頻調(diào)速控制器控制，所述單螺桿泵連接的輸沙管為單向管。
參閱圖4、圖5可知具有特殊螺旋面型腔的彈性定子與具有大導(dǎo)程大齒高的轉(zhuǎn)子相嚙合，在定子型腔內(nèi)構(gòu)成連續(xù)的密封線將吸入腔與壓出腔分隔，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時型腔連續(xù)的向排出方向運動，使物料不斷地被抽吸與被排出。
單螺桿泵的輸出流量與單螺桿泵的轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系，所以可以方便的通過調(diào)整單螺桿泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)整流量，達到控制流量的目的。加沙新工藝方法正是利用了單螺桿泵的這個特點。另外還有單螺桿泵的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時型腔連續(xù)的向排出方向運動，物料不斷地被恒定的壓力推擠排出。推擠壓力與泵的級數(shù)有關(guān)，每增加一級，壓力就增加0.6MPa，0.6MPa相當于60米的揚程。
單螺桿泵的特點單螺桿泵被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)各部門，它最大的特點是對介質(zhì)的適應(yīng)性強，運行速度可高可低，流量平穩(wěn)，壓力脈動小，自吸能力高，它是一種內(nèi)嚙合回轉(zhuǎn)式容積泵。
調(diào)速的常用方法由于要對單螺桿泵進行速度控制并計量，所以要對調(diào)速的方法進行比較。調(diào)速的常用方法有機械調(diào)速，直流電機調(diào)速，步進電機調(diào)速，交流伺服電機調(diào)速，交流變頻調(diào)速等。機械調(diào)速一般是固定變比，需要手動操作，不適合自動控制。小功率時，采用直流調(diào)速比較方便，也容易控制，但大功率時，電機成本，控制電源成本，大幅度上升。步進電機可以做到精確定量，特別是對低轉(zhuǎn)速的控制定量，但控制麻煩，成本高，也沒有太大功率的電機產(chǎn)品。交流伺服電機調(diào)速是目前新發(fā)展的調(diào)速方法，主要問題是成套成本太高。交流變頻調(diào)速已經(jīng)使用了多年，已形成從數(shù)十瓦到數(shù)百千瓦的系列產(chǎn)品。隨著合資企業(yè)及國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的變頻器不斷推出，變頻器的價格已下降了許多，因此從通用性和成本考慮，選用交流變頻調(diào)速的方法較佳。
下面通過試驗來說明本發(fā)明泥沙模型試驗加沙工藝的實施情況試驗設(shè)備與系統(tǒng)選用了一臺G20-1型單螺桿泵和一臺磁束向量控制型交流變頻器作為研究對象，在單螺桿泵的出口配合一段與泵的出口管徑相同管徑的長50余米的循環(huán)管道回到工作池即構(gòu)成試驗系統(tǒng)。單螺桿泵和交流變頻器的性能和特點如下所列。
單螺桿泵性能表

交流變頻器的性能和特點

試驗內(nèi)容與結(jié)論1、單螺桿泵的轉(zhuǎn)速與流量關(guān)系驗證試驗，結(jié)論是線性關(guān)系良好?？梢杂每刂妻D(zhuǎn)速方法達到控制流量的目的。
2、單螺桿泵的出口阻力變化對輸出流量的影響試驗，結(jié)論是在泵的輸出壓力范圍內(nèi)，延程阻力的變化對流量沒有影響，當管道壓力超過泵的輸出壓力時，流量才開始變小。
3、含沙量的變化對流量的影響試驗，結(jié)論是含沙量在很大范圍的變化對流量的影響很小。
4、長距離輸沙試驗，結(jié)論是在一定的范圍內(nèi)，通過相應(yīng)的技術(shù)措施可以長距離輸沙。
5、不同種類，不同比重，不同粒徑的模型沙對流量的影響試驗，結(jié)論是模型沙的變化對流量沒有影響。
6、單螺桿泵的吸程變化對輸出流量的影響，結(jié)論是略有影響，但相對變化不大，必要時可通過計算按比例進行補償。
總的結(jié)論是單螺桿泵通過變頻調(diào)速控制，可以控制流量，可以用于泥沙模型加沙。
需要說明的是對于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不改變本發(fā)明原理的前提下還可以對本發(fā)明做出若干的改變或變形，這同樣屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.泥沙模型試驗新加沙工藝，其特征在于它是在加沙工作池和模型進口河段之間采用單螺桿泵連接輸沙管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泥沙模型試驗加沙新工藝，其特征在于所述單螺桿泵采用變頻調(diào)速控制器控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的泥沙模型試驗加沙新工藝，其特征在于所述單螺桿泵連接的輸沙管為單向管。
全文摘要
泥沙模型試驗加沙新工藝，其特征在于它是在加沙工作池和模型進口河段之間采用單螺桿泵連接輸沙管，所述單螺桿泵采用變頻調(diào)速控制器控制。該方法采用單螺桿泵變頻調(diào)速控制，比傳統(tǒng)的加沙工藝方法省電、控制精度高、自動化程度高。采用新工藝方法組成的加沙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，組成靈活，系統(tǒng)造價低。新工藝方法可適應(yīng)各種泥沙模型和各種模型沙，可輸送的模型沙濃度范圍也遠大于傳統(tǒng)的加沙工藝方法。
文檔編號E02B1/00GK1718932SQ20051001881
公開日2006年1月11日 申請日期2005年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月31日
發(fā)明者許明, 盧金友, 魏國遠, 范北林, 郭煒, 張文仁, 孫貴洲 申請人:長江水利委員會長江科學(xué)院