一种无叶轮高吸程气液提升泵

技术领域

本发明属于固液废弃物提升输送设备技术领域，具体涉及一种无叶轮高吸程气液提升泵。

背景技术

在“大智移云”的新时代，先进技术不断向前发展，人们的生活在科学技术的辅助下不断丰富。在追求温饱的基础上，更多的人将目光投入到生活质量上，其中位居前列的就是生活环境质量。现如今我国的发展理念也将环保纳入其中，要坚持“创新、协调、绿色、开发、共享”的发展理念，力图在发展过程中把环境保护落实到实地。但是在前进与发展的同时，不可避免的会产生一部分环境垃圾，比如工业工厂的废液废料，水池河道的污水淤泥等等。对于固液废弃物的处理成为社会上一大焦点，不少学者针对这一现状展开了研究，并取得了不小的建树。在固废处理研究不断进步的同时，也为固废提升输送设备的研究提供了发展空间。

市面上主要使用的提升输送设备是提升泵。提升泵广泛适用于化工、石油、制药、采矿、造纸工业、水泥厂、炼钢厂、电厂、煤加工工业，以及输送城市污水处理厂排水系统、市政工程、建筑工地等行业带颗粒的污水、污物,也可用于抽送清水及带腐蚀性介质。传统意义上的提升泵往往使用叶轮提升，其工作原理为：首先将管中和泵中充满液体，在开泵后，经过叶轮的高速旋转，液体也跟随一同旋转。在离心力的作用下，液体离开叶轮向外排出，射出的液体在泵壳分散室内速度逐渐变慢，随后从泵出口、排出管流出。随后在大气压的作用下，再次吸入液体，从而实现泵的连续工作。但是基于此功能存在着几点不足之处：1.固体废弃物在提升过程中容易与叶轮叶片相碰撞，缩短叶轮寿命；2.在提升浓度较大的液体时，容易造成叶轮堵塞等问题；3.连续工作对叶轮的磨损较大，需要及时更换清洗，然而在泵体中不利于拆卸清洁。4.叶轮的转速与扬程息息相关，转速一定的情况下，设备的扬程受到限制，并且在向上输送的过程中液体容易因摩擦减速而停滞，不利于达到高扬程的要求。

发明内容

解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供了一种无叶轮高吸程气液提升泵，能够有效提升处理污水池、河道、淤泥池、工业厂房中沉积的固液废弃物，具有低能耗、高处理效率以及持续工作的优点。

技术方案：一种无叶轮高吸程气液提升泵，所述气液提升泵包括主提升管道、进气管、空气压缩机和PID控制系统；所述主提升管由下而上包括管道液相区、气液加速区、物料提升区和物料缓升区，所述物料缓升区的直径大于物料提升区的直径，所述主提升管的气液加速区与所述空气压缩机通过进气管连接；所述PID控制系统包括PID控制器、传感器、检测元件、流体流量计和单向阀门，所述传感器设于所述主提升管的底部出口处，用于测量流体流量，所述流体流量计设于进气管上，用于检测进气气流的流量，所述单向阀门设于进气管与空气压缩机的连接处，用于控制进气气流由空气压缩机单向流入进气管，所述传感器和流体流量计分别与检测元件电连接，所述PID控制器分别与检测元件和单向阀门电连接，用于监测和控制进气气流的流量。

优选的，所述气液提升泵还包括储存器和溢流阀，所述储存器和溢流阀设于进气管上。

优选的，所述气液提升泵还包括物料收集管，所述物料收集管套接在所述主提升管的顶部外侧，其顶端高于主提升管的顶端。

进一步的，所述物料收集管的底部设有物料排出口，所述物料排出口与竖直方向的夹角为钝角。

优选的，所述进气管与主提升管连接的端部直径逐渐增大，呈喇叭状。

有益效果：在本发明中，通过外加气流调控管内外压强来达到提升固液废弃物的目的，采用无叶轮设计，从根本上排除了叶轮堵塞、不易更换清理等一系列问题。同时本发明还可以根据现场的工业参数要求，调整外加气体流量，从而满足高扬程的要求。此外，变径的设计可以减缓较大压差带来的速度冲击，从而更加利于提升物的收集与回收。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图；

图2为图1中A处的放大图；

图中各数字标号代表如下：1.主提升管、2.进气管、3.物料收集管、4.空气压缩机、5.PID控制系统、6.储存器、7.溢流阀、11.管道液相区、12.气液加速区、13.物料提升区、14.物料缓升区、51传感器、52.检测元件、53.PID控制器、54.流体流量计、55.单向阀门。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步的描述，显然，所描述的实施案例仅为本发明在某一条件下的一部分实施例，但并不代表所有的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得地所有其它实例，都属于本发明的保护范围。

实施例1

如图1所示，一种无叶轮高吸程气液提升泵，所述气液提升泵包括主提升管道1、进气管2、空气压缩机4和PID控制系统5。主提升管1插入含有固液废弃物的水池中，由下而上包括管道液相区11、气液加速区12、物料提升区13和物料缓升区14，所述物料缓升区14的直径大于物料提升区13的直径，其气液加速区12的底部一侧与水池外的空气压缩机4通过进气管2连接。PID控制系统5包括PID控制器51、传感器52、检测元件53、流体流量计54和单向阀门55。传感器52设于主提升管1的底部，靠近管道底部出口，用于测量流体流量。流体流量计54安装在处于水池外的进气管2上，用于检测进气气流的流量。单向阀门55安装在进气管2与空气压缩机4的连接处，用于控制进气气流由空气压缩机4单向流入进气管2。传感器52和流体流量计54分别与检测元件53通过导线电连接， PID控制器51分别与检测元件53和单向阀门55通过导线电连接，用于监测和控制进气气流的流量。

利用本实施例的气液提升泵工作时，其过程如下：在水池中添加一定量水，将池中的固液混合物搅拌均匀，使物料达到较为分散的状态。基于伯努利方程，打开空气压缩机和单向阀门，通过外加气流的作用，在进气管的出口上方形成了一个固定的有较高流速的气-液两相或者气-液-固三相流化床，从而降低了气液加速区的压强，使得管道液相区的流体有了从高压强区向低压强区流动的趋势。流体在大气压的作用下向上提升，升高至物料提升区，在惯性的作用下继续上升，直至物料缓升区。由于物料缓升区存在变径区段，管道的直径扩张，使得流体流速降低从而上升变缓。待流体提升到物料缓升区顶端时，流体的速度继续下降，最终溢流排出，达到提升物收集与回收的目的。在此过程中，通过联立不同界面的伯努利方程可以计算出提升装置可达到的扬程大小。传感器的使用可以测量流体流量并传递给检测元件，流体流量计的使用可以实时监控进气管输送气体的流量，PID控制器根据检测元件的信息微调单向阀门控制气体流量，依据现场的实际条件调试出最适扬程，从而达到提升物料的目的。当流体流速和其他设备参数一定时，通过PID控制器调节单向阀门，可以控制气体的流速从而获得目标扬程。

实施例2

如图1所示，在实施例1的基础上，增加物料收集管3和储存器6、溢流阀7。物料收集管3套接在主提升管1的顶部外侧，其顶端高于主提升管1的顶端，物料收集管3的底部设有物料排出口，所述物料排出口与竖直方向的夹角θ2为钝角。待流体运动至物料缓升区14的顶部后，成为溢流进入物料收集管3，通过向下倾斜的物料排出口排出，从而达到提升回收的目的。储存器6和溢流阀7安装在进气管2上，可以有效稳定进气气流的流速并防止固液废弃物的倒吸。

实施例3

如图1和图2所示，在实施例1的基础上，设定进气管2与主提升管1连接的端部直径逐渐增大，呈喇叭状。从进气管2的管道细节处看，在进气管1的出口端，特别使用圆角进口，从而减少进气口处管道变径带来的摩擦损失。同时也可以将管道设置为倾斜连接，即进气管与主提升管的夹角θ1的度数大于90°。由此可降低气体进入主提升管时产生的小范围紊流对最终扬程的影响。设定气液加速区12的高度为H