一种气力活塞推动式提升泵制造技术

本发明专利技术公开了一种气力活塞推动式提升泵，包括：气流脉冲发生装置与气流喷射器。配气动盘与配气静盘布有通气孔，且两配气盘紧密贴合，旋转轴带动配气动盘做旋转运动，不断改变配气动盘与配气静盘之间的通气孔有效流通面积，从而对连续气流进行脉动调制，调制气流经过气流喷射器射入上泵体内部，形成间歇气液两相流流动。本发明专利技术通过气流脉冲调制，促进管内连续气流破碎，形成了气泡与液柱间歇流动结构，引发了强烈的气泡活塞推动效应，有效增强了气流的曳力作用，大大改善了气力提升泵的工作性能。

A pneumatic piston driven lift pump

【技术实现步骤摘要】
一种气力活塞推动式提升泵
本专利技术涉及提升泵
，具体来说为一种气力活塞推动式提升泵。
技术介绍
浩瀚的海洋是人类拥有的巨大资源宝库。深海海底区域蕴藏着远超陆地的矿物资源，其中可开采的多金属结壳资源达700亿吨，富钴结壳资源约210亿吨，海底稀土资源量是陆地的800倍。海洋资源开发，装备技术是关键。鉴于深海矿产资源所处的极端环境和特殊赋存状态，将数千米水深的海底矿产资源输运到海面极为关键，世界各国都在大力研发高效、无污染的矿料提升技术。作为矿料提升的有效工具之一，气力提升泵不含运动部件，具有结构简单、体积小、成本低、污染少、不易堵塞等优点，特别适合应用于深海矿物提升。气力提升系统以压缩气体为工作介质，通过气液动量交换作用，将浆料从海底沿提升管道提升至地面。该系统无机械传动部件，结构简单。与机械输送泵相比，气力提升系统耐腐蚀、不受水深限制、成本低、操作方便，特别适应于海洋资源开发，具有重要的工业应用前景。气力提升泵流动结构极其复杂，提升效率随泵内流动结构影响极大。现已经证明气力提升泵处于弹状流工况时，大气泡与浆体做交替流动，气泡形成强烈的活塞效应，提升效率最佳。气力提升泵处于环状流工况时，气相与浆料呈分层流动，大量气相以连续气芯的形式直接排出，未参与扬浆过程，气流的有效曳力未能得到充分的发挥。为抑制环状流的形成，国内外采用改变进气方向进行优化气力提升泵工作性能。进气方向主要有轴向进气、径向进气、双向复合式进气三种方式。轴向进气（申请号：CN201910085163.7，CN201810672280.9）在中等进气量下，气力提升泵内易形成环状流结构，气力提升泵的效率较低；径向进气方式（申请号：201110402005.3）虽然能在一定程度上延缓环状流的形成，但该进气方式易产生较大的压降损失，提升效率也不高；双向进气方式（申请号：CN201810672288.5）综合了轴向进气与径向进气的优势，但双向进气方式仅能影响发展段的流动结构，对中等进气工况的工作效率提高有较大的帮助，对高进气工况，双向进气方式仍无法抑制环状流的形成，气力提升泵的工作效率依旧较低。
技术实现思路
为了解决气力提升泵效率低的问题，从而设计了一种气力活塞推动式提升泵。气力活塞推动式提升泵采用气流脉冲调制，促进管内连续气流破碎，抑制管道环状流的形成，改善了管道内部气液流动结构，极大增强了管道含液率，有效提高了气力提升泵的输送效率。脉冲气流调制，能有效促进管道气液呈现气泡与液柱交替流动，间断分布的气泡形成一系列活塞效应，有效推动液体流动，从而实现气力提升泵的高效输运。一种气力活塞推动式提升泵，包括气流脉冲发生装置（A）与气流喷射器（B）。气流脉冲发生装置与气流喷射器通过软管连接。气流脉冲发生装置（A）由进气盘（2）、外壳体（8）、整流盘（7）、旋转轴（4）、配气动盘（9）、密封盘（10）、配气静盘（11）、出气盘（12）、以及滚动轴承（3）、套筒（5）组成。所述整流盘（7）包含8个均布圆孔，通过均布圆孔对来流进行整流。所述配气动盘（9）均布6个排气孔，该盘与旋转轴通过平键连接，能与选旋转轴一起转动。所述配气静盘（11）包含一个排气孔（b），与外壳体（8）通过螺栓连接，静止不动。所述密封盘（10）包含6个均布排气孔，该密封盘嵌入配气动盘的右端面凹坑内，与配气动盘紧密贴合。如图2示，配气动盘（9）与配气静盘（11）紧密贴合，配气动盘旋转时，排气孔（a）与排气孔（b）的有效流通面积发生周期性变化。当排气孔（a）与排气孔（b）完全重合时，排气量达到最大；当排气孔（a）与排气孔（b）重合面积变小时，排气量逐渐变小；当排气孔（a）与排气孔（b）重合面积为0时，排气量为0。所述气流脉冲发生装置的脉冲频率为：其中：f为脉冲频率，n为动配气盘孔数量，ω为动配气盘旋转角速度。所述气流脉冲发生装置的气流占孔比为：其中：α为气流占空比，ra为动配气盘小孔半径，Ra为小孔距离动配气盘中心距离。气流喷射器（B）由下泵体（19）、连接体（18）、进气体（16）、上泵体（13）、密封盖（14）以及喷射盘（16）组成。所述连接体（18）、进气体（16）、密封盖（14）以及喷射盘（16）形成环形气腔。所述喷射盘（16）均布大量圆锥形喷射孔。脉冲气流从喷射盘（16）圆锥形喷射孔射出，在上泵体（13）内部形成负压，从而促进下泵体液流向上流动。上泵体（13）气流间歇喷出，形成气流与液流的间歇流动，抑制了传统气力提升泵连续气芯流动结构，促进了气液的动量交换效率，有效提高了气力提升泵的工作性能。本专利技术的优点：本专利技术对气流进行有效调制，掐断了气相的连续性，促使气泡与液柱间歇流动结构，形成了强烈的气泡活塞推动效应，有效增强了气流的曳力作用，大大改善了气力提升泵的工作性能。附图说明图1为气力活塞推动式提升泵外观结构示意图。图2为气力活塞推动式提升泵装配图。图3为配气动盘零件图。图4为配气静盘零件图。图5为脉冲气流发生机理示意图。图6为实验装置示意图。图7为提升管道混合流体流动结构图。具体实施方式本专利技术装配方法：如图1所示，气力活塞推动式提升泵由气流脉冲发生装置（A）与气流喷射器（B）组成。所述的脉冲气流发生装置（A），其整流盘（7）通过螺栓与外壳体（8）紧密贴合；配气静盘通过螺栓与外壳体（8）紧密连接；配气动盘（9）通过平键与旋转轴（4）连接，能跟随旋转轴一起转动；为减少配气动盘与配气静盘之间的气体泄露，在配气动盘右侧凹坑内嵌入密封盘，密封盘具有与配气动盘相同的排气孔结构，其材料为聚四氟乙烯；整流盘（7）与配气静盘（11）中心孔各装有滚动轴承（3），两个轴承内圈装有旋转轴（4）。旋转轴转动时，配气动盘（9）转动，配气静盘（11）与整流盘（7）静止。所述气流喷射器（B），其各个组成零件采用焊接形式连接。上泵体内径为40mm，外径为50mm。喷射盘（16）沿着环形方向设置大量圆锥形喷射孔。所述脉冲发生装置（A）与气流喷射器（B）通过气管（17）进行连接。本专利技术实验案例：采用本专利技术进行提水实验，采用如图6所示的实验系统。实验系统（图6）由气力活塞推动式提升泵、有机玻璃管、水气分离器、排水管、蓄水池组成。蓄水池水深1.2m。有机玻璃管内径40mm，外径50mm，长度为2m，下端通过法兰盘与喷射器上泵体（13）相连，上端与水气分离器相连。气流脉冲发生装置（A）的气流由于空气压缩机提供，其旋转轴与调速电机相连，实验时调速电机的转动频率为10Hz。实验结果对比：实验时，有机玻璃管道内部呈现明显的大型气泡与液柱间歇流动，如图7所示。该气力活塞推动式提升泵的提升效率较连续气力提升泵的效率提高了26%。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气力活塞推动式提升泵，其特征在于：包括气流脉冲发生装置与气流喷射器，气流脉冲发生装置形成脉冲气流，气流喷射器将该脉冲气流送入上泵体，引发混合流体间歇流动，形成气泡活塞推动效应。/n

【技术特征摘要】
1.一种气力活塞推动式提升泵，其特征在于：包括气流脉冲发生装置与气流喷射器，气流脉冲发生装置形成脉冲气流，气流喷射器将该脉冲气流送入上泵体，引发混合流体间歇流动，形成气泡活塞推动效应。


2.如权利要求1所述的气力活塞推动式提升泵，其特征在于：配气动盘与配气静盘均布通气孔，两配气盘紧密贴合；旋转配气动盘时，两配气盘的...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪志能，杨国庆，黄飞，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43