一種高壓漿體管道平穩泵送系統的製作方法

2023-09-18 02:40:55

一種高壓漿體管道平穩泵送系統的製作方法
【專利摘要】本發明提出一種長距離高壓漿體管道的平穩泵送系統，包括有至少一臺主泵，每臺主泵包括有曲軸、驅動連杆和活塞，所述活塞連接於驅動連杆，所述驅動連杆連接於曲軸，通過所述驅動連杆將曲軸的轉動轉化為活塞的抽吸和排放運動，每臺主泵包括有2個以上的活塞，每個活塞均通過一根所述驅動連杆連接於曲軸，每臺主泵所包括的所有活塞之間依次形成有相等的相位差角。本發明所述系統通過使泵站中各主泵的活塞分別處於不同的相位角，從而所有的活塞不會同時到達最大排放狀態或最大抽吸狀態，使得因活塞抽吸和排放造成的主泵出口壓力波動比較平穩，解決了現有長距離漿體管道泵送系統中的壓力波動問題，保證了漿體管道輸送安全。
【專利說明】一種高壓漿體管道平穩泵送系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及泵送【技術領域】，更具體的涉及一種長距離高壓漿體管道的平穩泵送系統。
【背景技術】
[0002]在我國經濟高速增長、特別是近幾年冶金、石化、石油、化肥等行業的持續穩定發展，隨著能源的價格提升，運輸成本已越來越高，而利用水力管道輸送固體材料，與其它運輸(如鐵路、公路)相比，具有運輸距離短、基建投資少，對地形適應及可利用高差勢能，不佔或少佔土地，不汙染環境及不受外界條件幹擾，可以實現連續作業，技術可靠，運輸費僅為鐵路、公路的1/6?1/10等諸多優點，實現了經濟、環境可持續發展。現有技術中的漿體管道輸送系統都是利用泵站中的若干主泵實現漿體物料的泵送輸運，這些主泵都包括有若干抽吸活塞，一般情況下每個泵站至少包括有3臺主泵，每臺主泵又具有三組抽吸活塞，現有技術中，這些主泵和活塞的相位完全相同，即各主泵的各活塞基本都是同步運行的，同時達到排放最大值和抽吸最大值，具有完全相同的曲軸轉動相位角，造成的後果是，當同一泵站的多臺主泵同時啟動運行時，由於各臺泵間的相位角相同，與主管道連接的各活塞的抽吸衝程和排放衝程也完全同步，從而造成主泵出口以及主管道內的泵送壓力波動較大，如多個主泵的所有活塞同時達到排放最大值時，對連接於活塞出口的主管道造成最大的壓力衝擊，尤其是對高壓漿體管道甚至會發生爆管的危險，因此現有漿體輸送管道泵送系統中普遍存在著主泵出口壓力波動較大的缺陷，威脅著眾體管道輸送安全。

【發明內容】

[0003]本發明基於上述現有技術問題，創新的提出一種長距離高壓漿體管道的平穩泵送系統，所述系統通過使泵站中各主泵的活塞分別處於不同的相位角，從而所有的活塞不會同時到達最大排放狀態或最大抽吸狀態，使得因活塞抽吸和排放造成的主泵出口壓力波動比較平穩，解決了現有長距離漿體管道泵送系統中因泵站多臺主泵運行相位角相同而導致的較大壓力波動問題，保證了漿體管道輸送安全。
[0004]本發明解決上述技術問題所採取的技術方案如下:
一種長距離高壓漿體管道的平穩泵送系統，包括有至少一臺主泵，每臺主泵包括有曲軸1、驅動連杆3和活塞，所述活塞連接於驅動連杆3，所述驅動連杆3連接於曲軸I，通過所述驅動連杆3將曲軸I的轉動轉化為活塞的抽吸和排放運動，每臺主泵包括有2個以上的活塞，每個活塞均通過一根所述驅動連杆3連接於曲軸1，每臺主泵所包括的所有活塞之間依次形成有相等的相位差角Θ，所述相位差角Θ定義為某一時刻不同活塞所連接的曲軸的不同部分之間所對應的曲軸轉動角度差，所述相位差角Θ的數值等於360°除以每臺主泵所包括的活塞數N即Θ=(360/Ν)°。
[0005]進一步的根據本發明所述的長距離高壓漿體管道的平穩泵送系統，其中所述平穩泵送系統包括有兩臺以上的主泵，每臺主泵包括有兩個以上的活塞，且每臺主泵所包括的活塞數量相同，不同主泵的對應活塞之間依次形成有相等的相位差角S，不同主泵對應活塞間的相位差角S等於360°除以所述平穩泵送系統包括的活塞總數即δ=360/ (主泵數
量X單泵活塞數° )。
[0006]進一步的根據本發明所述的長距離高壓漿體管道的平穩泵送系統，其中所述平穩泵送系統包括有三臺主泵，每臺主泵包括有三個活塞，每臺主泵自身的三個活塞之間具有120°相位差角，三臺主泵的對應活塞之間依次形成40°的相位差角。
[0007]進一步的根據本發明所述的長距離高壓漿體管道的平穩泵送系統，其中每臺主泵的曲軸I具有能夠繞中心軸線旋轉的立體彎折結構，包括不在同一平面的若干個曲軸臂7，所述曲軸臂7的數量與主泵所包括的活塞數量相同，並按照平分360°角的方式設置，相鄰曲軸臂7的中心平面之間具有與所述相位差角Θ相等的夾角，每個活塞對應的驅動連杆轉動連接於對應的一個曲軸臂7上。
[0008]進一步的根據本發明所述的長距離高壓漿體管道的平穩泵送系統，其中以曲軸臂中心平面與驅動連杆中心線處於同一平面且活塞處於最大排放狀態時的曲軸臂中心平面作為參考面，連接活塞的曲軸臂在轉動過程中，曲軸臂中心平面與所述參考面之間形成的夾角作為所述活塞的相位角，所述相位差角為不同活塞的相位角的差值。
[0009]進一步的根據本發明所述的長距離高壓漿體管道的平穩泵送系統，其中所述活塞包括活塞杆2、活塞頭4和活塞筒5，所述活塞頭4連接於活塞杆2，並共同位於所述活塞筒5內，所述活塞杆2的另一端轉動連接於所述驅動連杆3，所述驅動連杆3的另一端轉動連接於對應的一個曲軸臂7上。
[0010]進一步的根據本發明所述的長距離高壓漿體管道的平穩泵送系統，其中以所述活塞杆2和所連接的曲軸臂的中心平面之間的夾角作為對應活塞的相位角，所述相位差角為不同活塞的相位角的差值。
[0011]進一步的根據本發明所述的長距離高壓漿體管道的平穩泵送系統，其中所述曲軸I每旋轉一周，每個活塞完成I次抽吸衝程和I次排放衝程，任意兩個活塞不會同時處於最大排放或最大抽吸狀態。
[0012]進一步的根據本發明所述的長距離高壓漿體管道的平穩泵送系統，其中每臺主泵的泵出口管和泵入口管連通於漿體輸送的主管道。
[0013]通過本發明的技術方案至少能夠達到以下技術效果:
I)、本發明通過使泵站中各主泵的活塞分別處於不同的相位角，解決了現有長距離漿體管道泵送系統中因泵站多臺主泵運行相位角相同而導致的較大壓力波動問題，保證了漿體管道輸送安全。
[0014]2)、本發明上述泵送系統中，各主泵的各活塞之間均以間隔相等的相位角進行抽吸和排放衝程，在均衡出口壓力的同時，通過活塞的平衡有序運行，提高了泵送系統的泵送效率和使用壽命，降低了漿體管道輸送成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]附圖1為本發明所述平穩泵送系統中單臺主泵的側視結構示意圖；
附圖2為本發明所述平穩泵送系統中包括有三個活塞的單臺主泵的實物結構示意圖； 附圖3為本發明所述單臺主泵中活塞間相位角設置結構原理圖； 附圖4為適用於附圖3所述原理圖中的曲軸的側視和正視結構原理圖；
附圖5為本發明所述主泵中相位角匹配分布效果圖。
[0016]圖中各附圖標記的含義如下:
1-曲軸，2-活塞杆，3-驅動連杆，4-活塞頭，5-活塞筒，6-主管道，7-曲軸臂。
【具體實施方式】
[0017]以下結合附圖對本發明的技術方案進行詳細的描述，以使本領域技術人員能夠更加清楚的理解本發明的方案，但並不因此限制本發明的保護範圍。
[0018]首先簡要說明漿體管道泵送系統的總體結構，漿體管道泵送系統整體包括多個泵站和連接各泵站的主管道。每個泵站包括有多臺主泵，每臺主泵的泵出口管和泵入口管均連通於主管道，且每臺主泵都是基於曲軸驅動活塞的抽吸/排放衝程原理進行工作的。具體的如附圖1和2所示，每臺主泵包括有殼體、曲軸1、若干根驅動連杆3和若干個活塞，優選的包括三個活塞及對應的三根驅動連杆3,所述活塞具體包括活塞杆2、活塞頭4和活塞筒5，所述活塞頭4連接於活塞杆2，並共同位於所述活塞筒5內，所述活塞杆2的另一端轉動連接於驅動連杆3，所述驅動連杆3的另一端轉動連接於曲軸I上，在曲軸I繞軸線中心進行轉動的過程中，帶動所述驅動連杆3運動，進而由驅動連杆3拉動活塞杆2和活塞頭4沿活塞筒5進行抽吸和排放衝程移動，從而利用活塞筒中形成的負壓對主管道6內的漿料進行泵送，這種主泵的活塞泵送原理基本與現有技術中的類似。
[0019]本發明的創新之處如附圖3和附圖4所示，在於使連接於主管道的所有活塞之間具有均等的相位差角，為實現該目的，首先同一主泵中的所有活塞之間具有均等的相位差角，所述的相位差角值為360° /活塞數N，附圖3和4給出了主泵具有三個活塞時的相位角分布原理，如附圖3和4所示的，驅動連杆3的另一端通過轉動轉軸連接於曲軸I的曲軸臂7上，所述曲軸臂7能夠繞曲軸的中心軸線做360°的旋轉，當主泵包括有三個活塞時，所述曲軸的中心線或輪廓線結構如附圖4所示，具有能夠繞中心軸線旋轉的立體彎折結構，包括三個不在同一平面內的曲軸臂7，每個活塞對應的驅動連杆分別轉動連接於一個曲軸臂7上，為保證三個活塞相互之間具有120°的相位角，所述曲軸的三個曲軸臂所在的中心平面A相互之間具有120°夾角即平分360°角，從而所述活塞的相位角定義為活塞所在主平面和該活塞對應驅動連杆所連接的曲軸臂7所在中心平面A之間的夾角，也就是所述活塞的活塞杆2和該活塞杆2所連接的曲軸臂的中心平面A之間的夾角，當主泵包括有三個活塞時，三個活塞間的相位差角為120°，如附圖3中所述的，第一個活塞的相位角θ=0°
(活塞杆2與對應曲軸臂成0°，活塞頭處於排放最大位置)，第二個活塞的相位角θ=0° (活塞杆2與對應曲軸臂成120° )，第三個活塞的相位角θ=240° (活塞杆2與對應曲軸臂成240°，沿統一的逆時針方向)，這樣在主泵工作時，其曲軸I每旋轉360度，每個活塞杆相差120度，當第一個活塞頭處於最頂端時，其他2個活塞杆處於中間的抽吸和排放位置，當曲軸繼續運行時，第一個活塞將往後抽吸礦漿、而其他2個活塞將相間斷地達到最前端排放礦漿、然後繼續往後抽吸，使得每個活塞達到I次抽吸以及I次排放，但三個活塞不會同時處於抽吸或排放最大狀態，進而不會在活塞出口的主管道中造成同步壓力波動。
[0020]當泵站中同時包括有多臺主泵時，除了要求按照上述方式控制每個單獨主泵自身的活塞之間具有相等的相位差角之外，還要求各主泵的活塞之間依次具有相等的相位差角，也就是按照同一相位角設置參考方向(順時針或逆時針)，兩個主泵的兩個對應活塞之間的相位差角為360° /活塞總數N，其中的活塞數為主泵數量乘以每個主泵所包括的活塞數，各個主泵所包括的活塞數量相等。比如當包括有三臺主泵，每個主泵包括有三個活塞時，可以把單臺主泵看作一個整體，都是由一個曲軸帶動，因為單臺主泵所包括的三個活塞之間的相位角是固定並且相等的即為120°，所以兩臺主泵間只要其中一組對應的活塞之間相差固定的相位角，則剩餘的其他對應活塞之間也相差同樣的固定相位角，根據上述三臺主泵共包括有9個活塞，則不同主泵的活塞之間的相位差角=360° /9=40°，這樣整個泵站中三臺主泵所包括的9個活塞平均分配曲軸每轉一周的相位角度，保證不會同時有兩個活塞達到最大排放或抽吸衝程狀態，從而所有活塞相互間隔的進行抽吸和排放衝程，將對主管道泵送過程中的壓力波動降低至最小。
[0021]實現本發明所述平穩泵送系統中各主泵活塞運作的相位角控制方式如下:首先相位角的定義同上，為活塞所在平面或活塞杆與所連接曲軸臂所在中心平面A之間的夾角，為方便起見，按照逆時針方向(參照曲軸臂的實際轉動方向)，以活塞頭處於最大排放伸出狀態時的曲軸臂所在平面為0°相位角，曲軸臂在逆時針轉動過程中與該0°角所在平面之間所成的角度即為對應的相位角。
[0022]接著，將每個主泵中所包括的所有活塞按照相互間相位差角為360° /活塞數N的方式設置，具體的可將主泵中的曲軸設置成包括N個曲軸臂，相鄰曲軸臂所在平面相互間成360° /N，然後將各活塞對應的驅動連杆分別轉動連接於對應的曲軸臂上，進而使得單個主泵中各個活塞間具有相等的相位差角。
[0023]最後根據所有主泵所包括的活塞數量計算不同主泵的活塞之間的相位差角=360° / (主泵數量M*單泵活塞數N)，然後依據該角度依次設置不同主泵間活塞的相位角差，可按照上述方式以統一的標準定義各個活塞的相位角，確定好0°角位置後，按照所述相位差角依次設定不同主泵中活塞連接的曲軸臂的位置，因單臺主泵的曲軸臂間夾角相等，因此每臺主泵僅需設定其中一個活塞對應的曲軸臂的位置即可使各活塞具有相等的相位角差。在多臺主泵之間的相位角設定過程中可把單臺主泵看成一個整體，僅考慮其中一個活塞，簡化了活塞相位角控制過程。
[0024]通過本發明的技術方案，能夠很好的平衡各活塞的抽吸排放過程，如附圖5給出的包括三個活塞的單臺主泵的相位角匹配效果，可以看出這種方式較現有技術中泵與泵活塞間相位角沒有規律的情況大大減小了泵送出口壓力波動，現有技術中當所有泵(活塞)的相位角是在O度的時候，會出現各臺泵都同時達到最大壓力並且同時達到最小壓力，使波動範圍最大且對設備損傷較大。通過附圖5可以清晰的看到利用本發明的相位匹配技術使壓力的整個峰值都更加趨於平穩，大大減輕了泵送過程中對設備的壓力損傷。
[0025]以上僅是對本發明的優選實施方式進行了描述，並不將本發明的技術方案限制於此，本領域技術人員在本發明的主要技術構思的基礎上所作的任何公知變形都屬於本發明所要保護的技術範疇，本發明具體的保護範圍以權利要求書的記載為準。
【權利要求】
1.一種長距離高壓漿體管道的平穩泵送系統，包括有至少一臺主泵，每臺主泵包括有曲軸(I)、驅動連杆(3)和活塞，所述活塞連接於驅動連杆(3)，所述驅動連杆(3)連接於曲軸(I )，通過所述驅動連杆(3)將曲軸(I)的轉動轉化為活塞的抽吸和排放運動，其特徵在於，每臺主泵包括有2個以上的活塞，每個活塞均通過一根所述驅動連杆(3)連接於曲軸(1)，每臺主泵所包括的所有活塞之間依次形成有相等的相位差角Θ，所述相位差角Θ定義為某一時刻不同活塞所連接的曲軸的不同部分之間所對應的曲軸轉動角度差，所述相位差角Θ的數值等於360°除以每臺主泵所包括的活塞數N即θ = (360/N) °。
2.根據權利要求1所述的長距離高壓漿體管道的平穩泵送系統，其特徵在於，所述平穩泵送系統包括有兩臺以上的主泵，每臺主泵包括有兩個以上的活塞，且每臺主泵所包括的活塞數量相同，不同主泵的對應活塞之間依次形成有相等的相位差角S，不同主泵對應活塞間的相位差角S等於360°除以所述平穩泵送系統包括的活塞總數即δ= (360/ (主泵數量X單泵活塞數))°。
3.根據權利要求2所述的長距離高壓漿體管道的平穩泵送系統，其特徵在於，所述平穩泵送系統包括有三臺主泵，每臺主泵包括有三個活塞，每臺主泵自身的三個活塞之間具有120°相位差角，三臺主泵的對應活塞之間依次形成40°的相位差角。
4.根據權利要求1-3任一項所述的長距離高壓漿體管道的平穩泵送系統，其特徵在於，每臺主泵的曲軸(I)具有能夠繞中心軸線旋轉的立體彎折結構，包括不在同一平面的若干個曲軸臂(7)，所述曲軸臂(7)的數量與主泵所包括的活塞數量相同，並按照平分360°角的方式設置，相鄰曲軸臂(7)的中心平面之間具有與所述相位差角Θ相等的夾角，每個活塞對應的驅動連杆轉動連接於對應的一個曲軸臂(7)上。
5.根據權利要求4所述的長距離高壓漿體管道的平穩泵送系統，其特徵在於，以曲軸臂中心平面與驅動連杆中心線處於同一平面且活塞處於最大排放狀態時的曲軸臂中心平面作為參考面，連接活塞的曲軸臂在轉動過程中，曲軸臂中心平面與所述參考面之間形成的夾角作為所述活塞的相位角，所述相位差角為不同活塞的相位角的差值。
6.根據權利要求4所述的長距離高壓漿體管道的平穩泵送系統，其特徵在於，所述活塞包括活塞杆(2)、活塞頭(4)和活塞筒(5)，所述活塞頭(4)連接於活塞杆(2)，並共同位於所述活塞筒(5)內，所述活塞杆(2)的另一端轉動連接於所述驅動連杆(3)，所述驅動連杆(3)的另一端轉動連接於對應的一個曲軸臂(7)上。
7.根據權利要求6所述的長距離高壓漿體管道的平穩泵送系統，其特徵在於，以所述活塞杆(2)和所連接的曲軸臂的中心平面之間的夾角作為對應活塞的相位角，所述相位差角為不同活塞的相位角的差值。
8.根據權利要求1-7任一項所述的長距離高壓漿體管道的平穩泵送系統，其特徵在於，所述曲軸(I)每旋轉一周，每個活塞完成I次抽吸衝程和I次排放衝程，任意兩個活塞不會同時處於最大排放或最大抽吸狀態。
9.根據權利要求1-7任一項所述的長距離高壓漿體管道的平穩泵送系統，其特徵在於，每臺主泵的泵出口管和泵入口管連通於漿體輸送的主管道。
【文檔編號】F17D1/20GK103939742SQ201410158662
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月21日 優先權日:2014年4月21日
【發明者】王長勇, 普光躍, 周傳奇, 曾光, 陳賡, 太江林, 劉紅坤 申請人:雲南大紅山管道有限公司