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1、气力输送软粘物料的技术与应用浙江省围海工程公司 陶松垒摘要:为解决海洋软粘土的远距离输送,介绍软粘物料气力输送技术和系统的研究工作及用此技术研制的气力输泥船已成功地应用于舟山东港工程海堤土方施工工程。叙词:气力输送 粘土 研究 应用Abstract: This paper presents the development of the technology and system for pneumatic handling of softsticky material . Pneumatic soil carrier developed w ith this technology has be
2、en successfully used at a sea dam pro2ject at East Harbour, Zhoushan to carry sea clayKey words: : Pneumatic handling Clay Development Application在我国及世界漫长的海岸线上,有着丰富 的待开发利用的海洋资源。随着围海事业的发 展,高滩海涂已所剩无几,海堤线正逐步伸向中 低滩涂。中低滩海涂大多沉积着较厚的软粘土层,这些软粘土层具有粘性大、 强度低、 含水量 大的特点,陆上机械下不去,水上机械上不来, 现有的机械设备都难以发挥效率,人工又无法 施工。 所
3、以,软粘土的远距离输送一直是围海工 程的大难题。为解决这一难题, 1992年我们提出了气力输泥方法,并成立了研究小组。1993 年4月申请了题为 “气力输泥方法及系统” 专 利, 1996年4月 授 予 专 利 权(专 利 号:931045225)。1994年底研制成功第一台TQ2100型气力输泥船,经舟山东港工程使用,取得 了明显的经济效益。 实践证明这是一种实用、 高 效的土方机械,不仅解决了施工难题,而且是气 力输送软粘物料的突破。11 远距离气力输泥系统的技术难点及解 决方法 (1)克服物料的粘滞性物料的粘滞性是管道输送的大敌,克服物 料的粘滞性,是软粘物料远距离输送的重要环节。流体管
4、道内运动时,管壁对流体有约束作 用,流体内部也有相互约束的作用力,这种性质 称流体的粘滞性。软粘土具有比流体更大的粘 滞性,其在管道内的运动状态见图1所示。 表示41 实例及结果分析 按上述方法对132HC塔机进行分析,实测 采用整机静态强度和刚性测试。以塔机最大工 作幅度处起升额定载荷工况为例,起重臂吊点 外侧上弦杆拉伸应力 、 塔身在起重臂连接处的水平静位移 X、 起重臂头部垂直挠度 Y如 表2所示。对起重臂杆系结构拉压应力占总应表2 实测结果与计算结果对比表项 目X(mm)Y(mm)(M Pa)计算结果4081575112实测结果3901470112相对误差4%7%0力的80%以上,以拉
5、压应力作实测指标是可行 的,应力实测与计算吻合。 塔机在自由起升高度4619m情况下,X和 Y均符合GB?T 13752292规范要求考虑实测误差,实测结果与计算基 本一致,证明有限元模型正确。参考文献1 起重机设计规范 1GB3811- 8312 塔式起重机设计规范 1GB?T13752- 92.3 黄义主编 1 弹性力学基础及有限单元法 1 北京:冶金工业出版社, 198314 高德平主编 1 机械工程中的有限元基础 1 西安:西北工业大学出版社, 19931(收稿日期: 1996212212)03起重运输机械 1997(6) 1995-2005 Tsinghua Tongfang Opt
6、ical Disc Co., Ltd. All rights reserved.流体内粘滞力(内摩擦力)T大小的定律为:T=Adv dn 式中 流体动力粘性系数A流体的接触面积dvdn速度梯度而单位面积上所具有的摩擦力,称为摩擦应力 或切应力。即:=T?A=dv dn 而软粘土的流变方程为:0=C+dv dn 式中 0软粘土的切应力C内聚力由上式可知软粘土在管道中的运动阻力比流体 大,因此一直被认为无法气力输送。 为克服软粘 土对管壁的粘滞性,减少物料在管道中运动的 摩擦力,我采取使管壁与泥柱之间形成表面膜 的方法,使内摩擦力大于壁摩擦力,以减少物料的运动阻力,减少管道的摩损。图1 软粘土在管
7、道内流动状态11 软粘土 21 输送管 31 压缩空气形成表面膜的方法据输送物料的种类而 定。对软粘土来说,在同一类软粘土中,含水量 越小内聚力越大,粘滞性也越大。 可在泥与管壁之间,即在料柱的表面加少量水气,形成由泥浆 水份泡沫组成的润滑层(见图2)。在输送油脂 类的高粘性物料时,只要改变物料的表面温度, 就能使壁摩擦力小于内摩擦力。有些高粘性物 料通过改变其表面温度与含水量无法改变壁摩 擦力时,可针对不同物料的特点加以各种润滑剂、 发泡剂或活性剂,使其减少粘附性,增加流 动性提高输送效率。(2)远距离输送方法克服物料对管壁的粘滞性,减少了物料在 管道中运动的摩擦力,还应解决远距离输送的问题
8、。管道内气体的推力可简化为:F= 4Pd2式中 F推力P气体压差d圆管直径图2 软粘土料柱表面复膜时流态11 料柱21 输送管31 压缩空气41 气垫水环层表面膜而管道内的总阻力为:W=fd l式中 l管道长度f摩擦系数应满足推力大于等于阻力,即FW即: 4Pd2f d l1 4Pdf l上式表明:要增大输送距离,有3个途径:增大气压、 加大管径和减小摩擦力。 增大气压和加大管径都不经济,而减少摩擦力也很有限。 由于气体在管道中低速运动阻力很小,可忽略不计。 而物料对管壁的摩擦阻力是随着料柱的长度增加而增加的,在一定的条件下,要增加输送距离,则可通过脉冲切割器增加气柱的长度,即增加两个料柱间的
9、距离来实现。脉动的压缩空气把被输送的泥土割成一段一段的泥柱,泥柱之间为压缩空气柱,若需加大输送距离,在同样压力下,只要增加压缩空气柱长度。 使总推力大于且接近于总阻力,在输送过程中就好象空气弹簧推动着泥柱在管道中行进。 只要管道密封好,就能实现最佳的气料比和达到所需的输送距离。21 气力输泥系统原理及结构组成考虑软粘土的特性,气力输送软粘土系统流程如图3所示,其基本结构组成见图4。该系统由供料装置(可根据物料的特性选择不同的结构形式)向发送器供料,用压缩空气将物料压入输送管道,并用压缩空气作为动力,将物料沿13起重运输机械 1997(6) 1995-2005 Tsinghua Tongfang
10、 Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.着管道向前推进。 同时,在管道进料端用表面膜 发生器及脉冲切割器,将物料根据需要切割成 一段段的料柱,在料柱的表面复上一层表面膜并在料柱之间充以一定长度的气柱,使料柱和 气柱相间运动,至出料口卸出,整个系统的控制 由气控与电控系统配合完成。图3 气力输泥系统流程框图图4 气力输泥系统构成简图11 钟罩式供料装置 21 发送器 31 脉冲切割器41 表面膜发生器31TQ-100型气力输泥船 基于上述气力输送软粘土的设计原理,设计的TQ2100型气力输泥船外形及布置简图见 图5。它包括:船体、 抓斗、 发送罐、
11、 定位移位装 置、 表面膜发生器、 脉冲控制系统。TQ2100型气力输泥船工作时由抓斗将物 料装入料斗,经振动筛网进入发送罐。 空压机产生贮存在储气罐中的压缩空气,进入发送罐将 物料压入输料管道,然后脉冲切割器将物料切 割成料栓,同时喷进一定数量的气体形成气栓。 表面膜发生器与脉冲切割器相间工作,在料栓 的表面喷入气泡和水剂,形成表面气垫水环层润滑膜。物料在压缩空气作用下沿着输料管路 在指定地点排出。船体与排料口可根据取土和布料的需要移位。气栓与料栓的长度可根据输 送距离的长短调整。图5 TQ2100型气力输泥船11 船体 21 抓斗 31 料斗 41 发送罐 51 储气罐TQ2100型输泥船
12、基本参数: 船体尺寸:长30m ,宽9m ,型深3m每百米输送量: 80m3?h 主机功率: 224kW 气体工作压力: 018 M Pa输料管道直径: 150200mm 挖泥机抓斗容量: 112m3额定输送距离: 200m 从输出的泥土分析,各种指标都接近原状 土,在输送过程中经过压缩空气的挤压,空隙水被挤出,使土体之间的孔隙率大为减少,密实度 有所提高,对土方的闭气效果更有利。 气力输泥船制造后在舟山东港工程海堤土 方工程进行了生产性试验,实际应用表明:软粘 物料的远距离气力输送方法及系统是先进实用的,具有很大的应用市场,具有明显的经济和社 会效益。参考文献1 曾国熙 1 地基处理手册 1 北京:中国建筑工业出版社, 198812 左东启 1 水工设计手册 1 北京:水利水电出版社,198313 黄标 1 气力输送 1 上海:上海科学技术出版社,198414 周乃如,朱风德 1 气力输送原理与设计计算 1 郑州:河南科学技术出版社, 198115 李诗久,周晓君 1 气力输送理论与应用 1 北京:机械工业出版社, 1995123起重运输机械 1997(6) 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
