專利名稱：泥沙模型試驗(yàn)加沙裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于河工泥沙模型試驗(yàn)中泥沙模型的加沙裝置。
背景技術(shù)：
河工泥沙模型試驗(yàn)需要控制模型進(jìn)口流量和含沙量，在水沙分離型泥沙模型試驗(yàn)系統(tǒng)中，需要根據(jù)模型試驗(yàn)的輸沙率，在模型進(jìn)口段向模型中加入一定濃度的模型沙，使其與進(jìn)入模型的清水混合，以達(dá)到試驗(yàn)所需要的含沙量。
目前泥沙模型試驗(yàn)所采用的加沙裝置是輸沙與計(jì)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(jìn)口，再把多余的模型沙輸送回加沙工作池；在計(jì)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(jìn)入模型的沙量(如圖1)。也有采用電動(dòng)閥門控制流量大小，電磁流量計(jì)計(jì)量的(如圖2)。目前現(xiàn)有的加沙裝置主要問題是耗電，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(yùn)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(dòng)。以長(zhǎng)江防洪模型供沙系統(tǒng)為例，長(zhǎng)江防洪模型有7個(gè)加沙泵房，采用循環(huán)供沙工藝方法設(shè)計(jì)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(tái)電動(dòng)機(jī)的功率為75kw，單機(jī)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(tái)電動(dòng)機(jī)的功率為30kw，模型試驗(yàn)時(shí)僅供沙系統(tǒng)就日耗電近6500度，由此可見這種裝置耗能巨大。一次泥沙模型試驗(yàn)僅此將耗費(fèi)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(shí)，是由于閥門開度組合有限；在采用電動(dòng)閥門控制流量大小，電磁流量計(jì)計(jì)量的組合中是由于電磁流量計(jì)在小流量時(shí)誤差加大，甚至測(cè)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(shí)常會(huì)發(fā)生堵塞，而采用電動(dòng)閥門控制流量，當(dāng)小流量時(shí)，閥門需要關(guān)得很小，另外電磁流量計(jì)計(jì)量的組合中從循環(huán)管道到出口存在一段“盲腸段”，同時(shí)受電磁流量計(jì)使用條件的限制(管道內(nèi)必須充滿液體)，小流量運(yùn)行時(shí)很容易發(fā)生堵塞，一旦發(fā)生堵塞將會(huì)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(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于解決上述現(xiàn)有河工泥沙模型試驗(yàn)中加沙裝置的不足之處，而提供一種泥沙模型試驗(yàn)的加沙裝置。該裝置采用單螺桿泵變頻調(diào)速控制，把模型沙輸送和計(jì)量合二為一，可以做到定量輸送模型沙，另外，不論流量大小，該裝置的輸沙口徑不變，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。
本實(shí)用新型的目的是通過如下措施來達(dá)到的泥沙模型試驗(yàn)加沙裝置，其特征在于它是在加沙工作池和模型進(jìn)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，所述單螺桿泵與變頻調(diào)速控制器電連接。
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。
本實(shí)用新型泥沙模型試驗(yàn)加沙裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)①、該裝置可以節(jié)省工程費(fèi)用傳統(tǒng)的加沙裝置輸沙與計(jì)量分開，輸沙除了靠泥漿泵外，還需要真空泵輔助啟動(dòng)泥漿泵。輸沙管徑也相對(duì)較粗，計(jì)量則需要用到電磁流量計(jì)與電動(dòng)閥門等設(shè)備。該裝置輸沙與計(jì)量合二為一，可以節(jié)省設(shè)備及材料費(fèi)。從圖1、圖2和圖3的對(duì)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?yàn)橄到y(tǒng)規(guī)模、加沙量大小不同不便比較，但可以給出一個(gè)對(duì)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(fèi)用(大約8000元)，低于一臺(tái)小口徑電磁流量計(jì)的費(fèi)用(大約10000元)。
②、該裝置可以節(jié)省使用費(fèi)用原加沙裝置工作時(shí)，無論加沙量的大小，泥漿泵都必須滿負(fù)荷的工作，而采用單螺桿泵變頻調(diào)速控制的加沙裝置則根據(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(zhǎng)江防洪模型供沙系統(tǒng)為例，長(zhǎng)江防洪模型有7個(gè)加沙泵房，原采用老的加沙工藝方法設(shè)計(jì)加沙裝置，1#、2#加沙泵房都采用4PN的泥漿泵，單臺(tái)電動(dòng)機(jī)的功率為75kw，單機(jī)耗電1800度/天，4#---7#加沙泵房都采用3PN的泥漿泵，單臺(tái)電動(dòng)機(jī)的功率為30kw，模型試驗(yàn)時(shí)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)速控制的加沙裝置完成相同的任務(wù)，設(shè)計(jì)共用4臺(tái)G20-1(4×0.75KW)和5臺(tái)G20-2(5×1.1KW)，加沙最大功率為8.5KW，加上工作池?cái)嚢桦姍C(jī)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(shí)際的功耗還要減小。一般來說該裝置與傳統(tǒng)的加沙裝置的功耗比大約為1/8到1/15左右。
③、該裝置的其他特點(diǎn)從試驗(yàn)效果來看，采用單螺桿泵變頻調(diào)速控制的加沙裝置控制流量方便、控制重復(fù)性好、控制精度高，新裝置簡(jiǎn)單，靈活，自動(dòng)化程度高，很容易與計(jì)算機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。對(duì)比原加沙裝置，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(jì)和電動(dòng)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(jì)和電動(dòng)閥門組合的設(shè)備費(fèi)用低、控制方便。通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)加沙裝置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(yuǎn)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)，因而加沙新裝置流程具備很多優(yōu)良的特性，預(yù)計(jì)將取代原有的加沙裝置。


圖1為現(xiàn)有采用人工調(diào)節(jié)開度的加沙裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有采用電磁流量計(jì)和電動(dòng)閥門調(diào)節(jié)流量的加沙裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型采用單螺桿泵變頻調(diào)速控制的加沙裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為單螺桿泵工作時(shí)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(shí)施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的實(shí)施情況，但它們并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的限制。
圖中1為加沙工作池、2為攪拌器、3為泥漿泵、4為模型進(jìn)口、5為輸沙管、6為人工調(diào)節(jié)閥、7為電磁流量計(jì)、8為電動(dòng)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(jì)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(jìn)入模型河段的沙量(如圖1)。也有采用電動(dòng)閥門控制流量大小，電磁流量計(jì)計(jì)量的(如圖2)。目前現(xiàn)有的加沙裝置主要問題是耗電，控制不方便，控制精度不高，容易堵塞等。
參閱圖3可知本實(shí)用新型泥沙模型試驗(yàn)加沙裝置，它是在加沙工作池和模型進(jìn)口池之間采用單螺桿泵連接輸沙管，單螺桿泵與變頻調(diào)速控制器電連接，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(dòng)時(shí)型腔連續(xù)的向排出方向運(yùn)動(dòng)，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(dá)到控制流量的目的。加沙新裝置正是利用了單螺桿泵的這個(gè)特點(diǎn)。另外還有單螺桿泵的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)型腔連續(xù)的向排出方向運(yùn)動(dòng)，物料不斷地被恒定的壓力推擠排出。推擠壓力與泵的級(jí)數(shù)有關(guān)，每增加一級(jí)，壓力就增加0.6MPa，0.6MPa相當(dāng)于60米的揚(yáng)程。
單螺桿泵的特點(diǎn)單螺桿泵被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)各部門，它最大的特點(diǎn)是對(duì)介質(zhì)的適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)行速度可高可低，流量平穩(wěn)，壓力脈動(dòng)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(duì)單螺桿泵進(jìn)行速度控制并計(jì)量，所以要對(duì)調(diào)速的方法進(jìn)行比較。調(diào)速的常用方法有機(jī)械調(diào)速，直流電機(jī)調(diào)速，步進(jìn)電機(jī)調(diào)速，交流伺服電機(jī)調(diào)速，交流變頻調(diào)速等。機(jī)械調(diào)速一般是固定變比，需要手動(dòng)操作，不適合自動(dòng)控制。小功率時(shí)，采用直流調(diào)速比較方便，也容易控制，但大功率時(shí)，電機(jī)成本，控制電源成本，大幅度上升。步進(jìn)電機(jī)可以做到精確定量，特別是對(duì)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(jī)產(chǎn)品。交流伺服電機(jī)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(jià)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(yàn)來說明本實(shí)用新型泥沙模型試驗(yàn)加沙裝置的實(shí)施情況試驗(yàn)設(shè)備與系統(tǒng)選用了一臺(tái)G20-1型單螺桿泵和一臺(tái)磁束向量控制型交流變頻器作為研究對(duì)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(zhǎng)50余米的循環(huán)管道回到工作池即構(gòu)成試驗(yàn)系統(tǒng)。單螺桿泵和交流變頻器的性能和特點(diǎn)如下所列。
單螺桿泵性能表

交流變頻器的性能和特點(diǎn)

試驗(yàn)內(nèi)容與結(jié)論1、單螺桿泵的轉(zhuǎn)速與流量關(guān)系驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)論是線性關(guān)系良好?？梢杂每刂妻D(zhuǎn)速方法達(dá)到控制流量的目的。
2、單螺桿泵的出口阻力變化對(duì)輸出流量的影響試驗(yàn)，結(jié)論是在泵的輸出壓力范圍內(nèi)，延程阻力的變化對(duì)流量沒有影響，當(dāng)管道壓力超過泵的輸出壓力時(shí)，流量才開始變小。
3、含沙量的變化對(duì)流量的影響試驗(yàn)，結(jié)論是含沙量在很大范圍的變化對(duì)流量的影響很小。
4、長(zhǎng)距離輸沙試驗(yàn)，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(zhǎng)距離輸沙。
5、不同種類，不同比重，不同粒徑的模型沙對(duì)流量的影響試驗(yàn)，結(jié)論是模型沙的變化對(duì)流量沒有影響。
6、單螺桿泵的吸程變化對(duì)輸出流量的影響，結(jié)論是略有影響，但相對(duì)變化不大，必要時(shí)可通過計(jì)算按比例進(jìn)行補(bǔ)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(duì)于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不改變本實(shí)用新型原理的前提下還可以對(duì)本實(shí)用新型做出若干的改變或變形，這同樣屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.泥沙模型試驗(yàn)加沙裝置，其特征在于它是在加沙工作池和模型進(jìn)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(yàn)加沙裝置，其特征在于所述單螺桿泵與變頻調(diào)速控制器電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的泥沙模型試驗(yàn)加沙裝置，其特征在于所述單螺桿泵連接的輸沙管為單向管。
專利摘要泥沙模型試驗(yàn)加沙裝置，它是在加沙工作池和模型進(jìn)口河段之間采用單螺桿泵連接輸沙管，單螺桿泵與變頻調(diào)速控制器電連接。該裝置采用單螺桿泵變頻調(diào)速控制，比傳統(tǒng)的加沙裝置省電、控制精度高、自動(dòng)化程度高。采用該裝置組成的加沙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，組成靈活，系統(tǒng)造價(jià)低。該裝置可適應(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(yuǎn)大于傳統(tǒng)的加沙裝置。
文檔編號(hào)E02B1/02GK2846492SQ20052009658
公開日2006年12月13日 申請(qǐng)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(yuǎn), 范北林, 郭煒, 張文仁, 孫貴洲 申請(qǐng)人:長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江科學(xué)院