本發(fā)明屬于管道泥漿運輸技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種管道加氣減阻輸送泥漿裝置。

背景技術(shù)：

在航道疏浚作業(yè)的挖泥船上，疏浚泥泵將所絞切的泥漿吸起，并通過大口徑長距離的輸泥管道將泥漿從疏浚點輸送到距離較遠的淤泥存放處理點。由于疏浚的泥漿組成成分多、濃度高、流量大等特點，泥漿在管道中輸送時呈多相流狀態(tài)，其流速擾動大，流場復(fù)雜。導(dǎo)致泥漿在管道中流動阻大，沿程水力降下降快，常常導(dǎo)致挖泥船輸泥系的管道磨損、堵塞、輸送距離短以及能量消耗高等挖泥船輸送技術(shù)問題，影響和限制了疏浚船舶的疏浚作業(yè)范圍、疏浚生產(chǎn)效率以及淤泥的排送距離，成了限制疏浚作業(yè)的一個瓶頸問題。

航道疏浚作業(yè)時，泥漿在管道中流動阻大，沿程水力降下降快，常常存在挖泥船輸泥管道磨損、堵塞、輸送距離短以及能量消耗高的缺點。為了降低管道輸送中能量消耗，需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題就是降低泥漿在輸泥管道中的流動阻力，減少泥漿的沿程水力損失，亟需研發(fā)一種管道加氣減阻輸送泥漿裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

（1）要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明為了克服航道疏浚作業(yè)時，泥漿在管道中流動阻大，沿程水力降下降快，常常導(dǎo)致挖泥船輸泥系的管道磨損、堵塞、輸送距離短以及能量消耗高的缺點，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種降低泥漿在管道中的流動阻力，減少泥漿的沿程水力損失的一種管道加氣減阻輸送泥漿裝置。

（2）技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了這樣一種管道加氣減阻輸送泥漿裝置，包括有外管壁、內(nèi)管壁、高壓氣道、高頻振動器、氣膜發(fā)生道和高壓空氣入口，外管壁和內(nèi)管壁之間為高壓氣道，高壓氣道內(nèi)設(shè)有高頻振動器，內(nèi)管壁上設(shè)有氣膜發(fā)生道，高壓空氣入口與高壓氣道連接。

優(yōu)選地，所述高頻振動器包括有振動轉(zhuǎn)盤Ⅰ、振動葉片、振動彈簧Ⅰ、振動鋼球和振動支架，振動支架安裝在內(nèi)管壁上，振動轉(zhuǎn)盤Ⅰ安裝在振動支架上，振動轉(zhuǎn)盤Ⅰ上安裝有振動葉片，振動葉片上連接有振動彈簧Ⅰ，振動彈簧Ⅰ上連接有振動鋼球。

優(yōu)選地，所述高頻振動器包括有振動轉(zhuǎn)盤Ⅱ、振動短葉片、振動長葉片、振動平臺、振動彈簧Ⅱ和振動塊，振動轉(zhuǎn)盤Ⅱ安裝在高壓氣道內(nèi)，振動轉(zhuǎn)盤Ⅱ上安裝有振動短葉片和振動長葉片，振動轉(zhuǎn)盤Ⅱ下方設(shè)有振動平臺，振動平臺通過振動彈簧Ⅱ與內(nèi)管壁連接，振動平臺下方設(shè)有3-4個振動塊。

優(yōu)選地，所述振動長葉片和所述振動短葉片的個數(shù)分別為4-6個，所述高壓氣道高度為80mm，所述振動短葉片長度為25mm，所述振動長葉片長度為30mm。

優(yōu)選地，所述外管壁直徑為800mm，所述內(nèi)管壁直徑為600mm，內(nèi)管壁厚度和外管壁厚度均為10mm，所述高壓氣道高度為80mm，所述氣膜發(fā)生道的截面由3段圓弧組成，3段圓弧中心線的半徑分別為400mm、350mm和450mm，氣膜發(fā)生道截面的高度為30mm。

工作原理：

高頻振動器可以高速地敲擊內(nèi)管壁，內(nèi)管壁上附著的粘泥將被振松，更容易隨著管道的泥石流流動，減少了流體輸送的阻力。氣膜發(fā)生道可以把高壓空氣緊貼管壁噴射出，一般來說對近壁層由于該區(qū)很薄且流速很小，在此處摻氣可以使其壁面阻力降低，而對流體流量的影響不是很大，可能實現(xiàn)相同流條件下的減阻。摻氣后，管周壁形成一個封閉式環(huán)形水氣薄膜，使管壁變得光滑緊貼壁面邊界層厚度由水氣膜取而代之，使整個邊界層的質(zhì)量密度、粘度及流速梯度變小，這時邊界層內(nèi)邊壁切應(yīng)力變小，這將導(dǎo)致輸送阻力減小。

高壓空氣從高壓氣道通過時帶動振動葉片高速旋轉(zhuǎn)，振動葉片則帶動振動彈簧Ⅰ和振動鋼球高速旋轉(zhuǎn)，振動鋼球就將高速地擊打內(nèi)管壁，當振動鋼球擊打內(nèi)管壁后振動彈簧Ⅰ就壓縮，這樣振動鋼球就不會被內(nèi)管壁卡住，整個高頻振動器就可以高速地擊打內(nèi)管壁。

所述高頻振動器包括有振動轉(zhuǎn)盤Ⅱ、振動短葉片、振動長葉片、振動平臺、振動彈簧Ⅱ和振動塊，振動轉(zhuǎn)盤Ⅱ安裝在高壓氣道內(nèi)，振動轉(zhuǎn)盤Ⅱ上安裝有振動短葉片和振動長葉片，振動轉(zhuǎn)盤Ⅱ下方設(shè)有振動平臺，振動平臺通過振動彈簧Ⅱ與內(nèi)管壁連接，振動平臺下方設(shè)有3-4個振動塊。

高壓空氣從高壓氣道通過時帶動振動長葉片和振動短葉片高速旋轉(zhuǎn)，由于振動長葉片和振動短葉片的長度不同，因此振動長葉片和振動短葉片把振動平臺按下的距離不同，這樣振動平臺會做往復(fù)直線運動，振動平臺下方的振動塊也隨之往復(fù)直線運動，振動塊就可以高速地敲擊內(nèi)管壁了。

振動短葉片相對于振動長葉片太短，則會出現(xiàn)振動短葉片觸碰不到振動平臺的現(xiàn)象。如果振動短葉片相對于振動長葉片太長，則會出現(xiàn)振動短葉片觸碰振動平臺過多，導(dǎo)致振動平臺的振幅太小。經(jīng)過多次試驗，所述振動長葉片和所述振動短葉片的個數(shù)分別為4-6個，所述高壓氣道高度為80mm，所述振動短葉片長度為24-26mm，所述振動長葉片長度為28-32mm，在這些數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，高頻振動器的振動效果最理想。

氣膜發(fā)生道由3段圓弧組成，此三段圓弧分別起到平順進入、圓滑變向和貼壁噴出的作用。固液混合流體經(jīng)過氣膜發(fā)生道的位置時會沿著氣膜發(fā)生道的第一道弧形內(nèi)壁運動，并在第一道弧形內(nèi)壁的末端有沿著第一道弧形內(nèi)壁的切線向輸送管道中心繼續(xù)運動的趨勢。這樣，在第二道弧形內(nèi)壁和第三道弧形內(nèi)壁處會形成小范圍的真空。同時，高壓氣體經(jīng)過氣膜發(fā)生道后緊貼著內(nèi)管壁噴出，在內(nèi)管壁形成一層氣膜，固液混合流體向內(nèi)管壁運動時就不會直接觸碰到內(nèi)管壁，而是先觸碰到氣膜，降低固液混合流體與內(nèi)管壁的粘度減小。而且，氣膜發(fā)生道的出氣口的內(nèi)管壁上設(shè)有高頻振動器，這樣有利于高壓氣與液體形成微小氣泡，可以減少管壁與流體的接觸，從而改善泥漿內(nèi)部摩阻以及泥漿與管壁之間的邊界摩擦，降低管道輸送阻力。為了降低管道輸送中能量消耗，需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題就是降低泥漿在輸泥管道中的流動阻力，減少泥漿的沿程水力損失。

（3）有益效果

氣膜發(fā)生道可以讓固液混合流體產(chǎn)生向輸送管道中心運動的趨勢，可以在氣膜發(fā)生道的出口出形成小范圍的真快。同時，高壓氣體經(jīng)過氣膜發(fā)生道后緊貼著內(nèi)管壁噴出，這樣就在內(nèi)管壁形成一層氣膜，固液混合流體向內(nèi)管壁運動時就可以降低固液混合流體與內(nèi)管壁的粘度減小。而且，氣膜發(fā)生道的出氣口的內(nèi)管壁上設(shè)有高頻振動器，這樣有利于高壓氣與液體形成微小氣泡，可以減少管壁與流體的接觸，從而改善泥漿內(nèi)部摩阻以及泥漿與管壁之間的邊界摩擦，降低管道輸送阻力。

本發(fā)明解決了泥漿在管道中流動阻大，沿程水力降下降快的缺點，本發(fā)明達到了降低泥漿在管道中的流動阻力，減少泥漿的沿程水力損失的的效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為高頻振動器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為高頻振動器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為高頻振動器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為高頻振動器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中的標記為：1-外管壁，2-內(nèi)管壁，3-高壓氣道，4-高頻振動器，5-氣膜發(fā)生道，6-高壓空氣入口，41-振動轉(zhuǎn)盤Ⅰ，42-振動葉片，43-振動彈簧Ⅰ，44-振動鋼球，45-振動支架，401-振動轉(zhuǎn)盤Ⅱ，402-振動短葉片，403-振動長葉片，404-振動平臺，405-振動彈簧Ⅱ，406-振動塊。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。

實施例1

一種管道加氣減阻輸送泥漿裝置，如圖1-2所示，包括有外管壁1、內(nèi)管壁2、高壓氣道3、高頻振動器4、氣膜發(fā)生道5和高壓空氣入口6，外管壁1和內(nèi)管壁2之間為高壓氣道3，高壓氣道3內(nèi)設(shè)有高頻振動器4，內(nèi)管壁2上設(shè)有氣膜發(fā)生道5，高壓空氣入口6與高壓氣道3連接。

所述高頻振動器4包括有振動轉(zhuǎn)盤Ⅰ41、振動葉片42、振動彈簧Ⅰ43、振動鋼球44和振動支架45，振動支架45安裝在內(nèi)管壁2上，振動轉(zhuǎn)盤Ⅰ41安裝在振動支架45上，振動轉(zhuǎn)盤Ⅰ41上安裝有振動葉片42，振動葉片42上連接有振動彈簧Ⅰ43，振動彈簧Ⅰ43上連接有振動鋼球44。

工作原理：

高頻振動器4可以高速地敲擊內(nèi)管壁2，內(nèi)管壁2上附著的粘泥將被振松，更容易隨著管道的泥石流流動，減少了流體輸送的阻力。氣膜發(fā)生道5可以把高壓空氣緊貼管壁噴射出，一般來說對近壁層由于該區(qū)很薄且流速很小，在此處摻氣可以使其壁面阻力降低，而對流體流量的影響不是很大，可能實現(xiàn)相同流條件下的減阻。摻氣后，管周壁形成一個封閉式環(huán)形水氣薄膜，使管壁變得光滑緊貼壁面邊界層厚度由水氣膜取而代之，使整個邊界層的質(zhì)量密度、粘度及流速梯度變小，這時邊界層內(nèi)邊壁切應(yīng)力變小，這將導(dǎo)致輸送阻力減小。

高壓空氣從高壓氣道3通過時帶動振動葉片42高速旋轉(zhuǎn)，振動葉片42則帶動振動彈簧Ⅰ43和振動鋼球44高速旋轉(zhuǎn)，振動鋼球44就將高速地擊打內(nèi)管壁2，當振動鋼球44擊打內(nèi)管壁2后振動彈簧Ⅰ43就壓縮，這樣振動鋼球44就不會被內(nèi)管壁2卡住，整個高頻振動器4就可以高速地擊打內(nèi)管壁2。

實施例2

一種管道加氣減阻輸送泥漿裝置，如圖1-6所示，包括有外管壁1、內(nèi)管壁2、高壓氣道3、高頻振動器4、氣膜發(fā)生道5和高壓空氣入口6，外管壁1和內(nèi)管壁2之間為高壓氣道3，高壓氣道3內(nèi)設(shè)有高頻振動器4，內(nèi)管壁2上設(shè)有氣膜發(fā)生道5，高壓空氣入口6與高壓氣道3連接。

所述高頻振動器4包括有振動轉(zhuǎn)盤Ⅱ401、振動短葉片402、振動長葉片403、振動平臺404、振動彈簧Ⅱ405和振動塊406，振動轉(zhuǎn)盤Ⅱ401安裝在高壓氣道3內(nèi)，振動轉(zhuǎn)盤Ⅱ401上安裝有振動短葉片402和振動長葉片403，振動轉(zhuǎn)盤Ⅱ401下方設(shè)有振動平臺404，振動平臺404通過振動彈簧Ⅱ405與內(nèi)管壁2連接，振動平臺404下方設(shè)有3-4個振動塊406。

所述振動長葉片403和所述振動短葉片402的個數(shù)分別為4-6個，所述高壓氣道3高度為80mm，所述振動短葉片402長度為25mm，所述振動長葉片403長度為30mm。

所述外管壁1直徑為800mm，所述內(nèi)管壁2直徑為600mm，內(nèi)管壁2厚度和外管壁1厚度均為10mm，所述高壓氣道3高度為80mm，所述氣膜發(fā)生道5的截面由3段圓弧組成，3段圓弧中心線的半徑分別為400mm、350mm和450mm，氣膜發(fā)生道5截面的高度為30mm。

工作原理：

高頻振動器4可以高速地敲擊內(nèi)管壁2，內(nèi)管壁2上附著的粘泥將被振松，更容易隨著管道的泥石流流動，減少了流體輸送的阻力。氣膜發(fā)生道5可以把高壓空氣緊貼管壁噴射出，一般來說對近壁層由于該區(qū)很薄且流速很小，在此處摻氣可以使其壁面阻力降低，而對流體流量的影響不是很大，可能實現(xiàn)相同流條件下的減阻。摻氣后，管周壁形成一個封閉式環(huán)形水氣薄膜，使管壁變得光滑緊貼壁面邊界層厚度由水氣膜取而代之，使整個邊界層的質(zhì)量密度、粘度及流速梯度變小，這時邊界層內(nèi)邊壁切應(yīng)力變小，這將導(dǎo)致輸送阻力減小。

所述高頻振動器4包括有振動轉(zhuǎn)盤Ⅱ401、振動短葉片402、振動長葉片403、振動平臺404、振動彈簧Ⅱ405和振動塊406，振動轉(zhuǎn)盤Ⅱ401安裝在高壓氣道3內(nèi)，振動轉(zhuǎn)盤Ⅱ401上安裝有振動短葉片402和振動長葉片403，振動轉(zhuǎn)盤Ⅱ401下方設(shè)有振動平臺404，振動平臺404通過振動彈簧Ⅱ405與內(nèi)管壁2連接，振動平臺404下方設(shè)有3-4個振動塊406。

高壓空氣從高壓氣道3通過時帶動振動長葉片403和振動短葉片402高速旋轉(zhuǎn)，由于振動長葉片403和振動短葉片402的長度不同，因此振動長葉片403和振動短葉片402把振動平臺404按下的距離不同，這樣振動平臺404會做往復(fù)直線運動，振動平臺404下方的振動塊406也隨之往復(fù)直線運動，振動塊406就可以高速地敲擊內(nèi)管壁2了。

振動短葉片402相對于振動長葉片403太短，則會出現(xiàn)振動短葉片402觸碰不到振動平臺404的現(xiàn)象。如果振動短葉片402相對于振動長葉片403太長，則會出現(xiàn)振動短葉片402觸碰振動平臺404過多，導(dǎo)致振動平臺404的振幅太小。經(jīng)過多次試驗，所述振動長葉片403和所述振動短葉片402的個數(shù)分別為4-6個，所述高壓氣道3高度為80mm，所述振動短葉片402長度為24-26mm，所述振動長葉片403長度為28-32mm，在這些數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，高頻振動器4的振動效果最理想。

氣膜發(fā)生道5由3段圓弧組成，此三段圓弧分別起到平順進入、圓滑變向和貼壁噴出的作用。固液混合流體經(jīng)過氣膜發(fā)生道5的位置時會沿著氣膜發(fā)生道5的第一道弧形內(nèi)壁運動，并在第一道弧形內(nèi)壁的末端有沿著第一道弧形內(nèi)壁的切線向輸送管道中心繼續(xù)運動的趨勢。這樣，在第二道弧形內(nèi)壁和第三道弧形內(nèi)壁處會形成小范圍的真空。同時，高壓氣體經(jīng)過氣膜發(fā)生道5后緊貼著內(nèi)管壁2噴出，在內(nèi)管壁2形成一層氣膜，固液混合流體向內(nèi)管壁2運動時就不會直接觸碰到內(nèi)管壁2，而是先觸碰到氣膜，降低固液混合流體與內(nèi)管壁2的粘度減小。而且，氣膜發(fā)生道5的出氣口的內(nèi)管壁2上設(shè)有高頻振動器4，這樣有利于高壓氣與液體形成微小氣泡，可以減少管壁與流體的接觸，從而改善泥漿內(nèi)部摩阻以及泥漿與管壁之間的邊界摩擦，降低管道輸送阻力。為了降低管道輸送中能量消耗，需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題就是降低泥漿在輸泥管道中的流動阻力，減少泥漿的沿程水力損失。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形、改進及替代，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準。