用于气力输送系统弯管抗磨损的静电调节装置的制作方法

本实用新型涉及气力输送系统静电研究技术领域，尤其涉及一种用于气力输送系统弯管抗磨损的静电调节装置。

背景技术：

一直以来，气力输送系统中的静电效应作为一种安全隐患为工业领域所忌惮，管道壁面上的电荷累积到一定程度会导致输送颗粒材料的结块，管道堵塞，发生放电，严重时产生火花，引发爆炸。特别是弯管中，颗粒行为较复杂，静电效应更强，故而弯管存在更严重的隐患，研究的意义更大。

另外，气固两相流弯管处的颗粒运动情况较复杂，颗粒与壁面碰撞强度和次数均多于直管，管壁受到来自颗粒的冲蚀磨损程度更大，颗粒对弯管壁面的冲蚀磨损较严重。弯管的磨损情况也是工程中需要时刻注意的问题，这和管道的失效程度(寿命)密切相关，关系到系统运行的安全。所以，弯管抗磨损是研究的热点问题，但目前尚未见利用静电效应来进行弯管抗磨损的措施和装置。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种用于气力输送系统弯管抗磨损的静电调节装置，以克服现有技术的缺陷。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种用于气力输送系统弯管抗磨损的静电调节装置，利用静电效应改变输送颗粒在弯管内的运动行为，有效减小对弯管的磨损；成本低，且不需改变原有的气力输送系统，易于实施，有利于推广应用。

本实用新型的目的是这样实现的，一种用于气力输送系统弯管抗磨损的静电调节装置，包括干预环结构和预处理环结构，所述干预环结构包括弯管的内侧环设的第一导电弧板和弯管的外侧环设的第二导电弧板，所述第一导电弧板和所述第二导电弧板之间通过第一绝缘板周向连接；所述干预环结构的内壁与弯管的外壁之间呈径向间隔设置；所述第一导电弧板上电连接第一可调电源，所述第二导电弧板上电连接第二可调电源；所述第一导电弧板和所述第二导电弧板通电构成干预电场；

所述预处理环结构包括第三导电弧板和第四导电弧板，所述第三导电弧板环设于第二上游直管上与所述第一导电弧板相同的一侧，所述第四导电弧板环设于第二上游直管上与所述第二导电弧板相同的一侧，所述第三导电弧板和所述第四导电弧板之间通过第二绝缘板周向连接，所述预处理环结构的内壁与第二上游直管的外壁之间呈径向间隔设置；所述预处理环结构与所述干预环结构之间呈轴向绝缘设置；所述第三导电弧板上电连接第三可调电源，所述第四导电弧板上电连接第四可调电源；所述第三导电弧板和所述第四导电弧板通电构成预处理电场。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述第一导电弧板上电荷电性与第一上游直管内输送颗粒的电荷电性相反，所述第二导电弧板上电荷电性与第一上游直管内输送颗粒的电荷电性相同，所述第一导电弧板上电荷密度小于所述第二导电弧板上电荷密度。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述第三导电弧板和所述第四导电弧板上电荷电性均与第一上游直管内输送颗粒的电荷电性相同，所述第三导电弧板和所述第四导电弧板上电荷密度相同。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述预处理环结构与所述干预环结构之间轴向顶抵设置第三绝缘带。

由上所述，本实用新型提供的用于气力输送系统弯管抗磨损的静电调节装置具有如下有益效果：

本实用新型提供的用于气力输送系统弯管抗磨损的静电调节装置中，在弯管处设置干预电场对输送颗粒进行静电干预，利用静电效应改变输送颗粒在弯管内的运动行为，输送颗粒远离弯管侧壁从而有效减小对弯管的磨损；

本实用新型提供的用于气力输送系统弯管抗磨损的静电调节装置，在第二上游直管处产生预处理电场，利用静电效应改变进入弯管前的输送颗粒的运动行为，使输送颗粒较为集中地沿靠近管道中心的轴向运动，使得弯管处的静电干预更加方便，能够提高输送效率、预防颗粒粘壁现象、减轻管壁的磨损；

本实用新型提供的用于气力输送系统弯管抗磨损的静电调节装置，成本低，且不需改变原有的气力输送系统，易于实施，有利于推广应用。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1：为设置了本实用新型的用于气力输送系统弯管抗磨损的静电调节装置的气力输送系统示意图。

图2：为图1中a-a处剖视图。

图3：为图1中b-b处剖视图。

图4：为图1中c-c处剖视图。

图中：

100、静电调节装置；

1、干预环结构；

11、第一导电弧板；12、第二导电弧板；13、第一绝缘板；14、第一可调电源；15、第二可调电源；

2、预处理环结构；

21、第三导电弧板；22、第四导电弧板；23、第二绝缘板；24、第三可调电源；25、第四可调电源；

61、感应电流测量部；62、法拉第杯；

71、第一上游直管；72、第二上游直管；73、下游直管；

81、第一绝缘带；82、第二绝缘带；83、第三绝缘带；

9、气力输送系统；90、弯管。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

在此描述的本实用新型的具体实施方式，仅用于解释本实用新型的目的，而不能以任何方式理解成是对本实用新型的限制。在本实用新型的教导下，技术人员可以构想基于本实用新型的任意可能的变形，这些都应被视为属于本实用新型的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1、图2、图3、图4所示，本实用新型提供一种用于气力输送系统弯管抗磨损的静电调节装置100，包括干预环结构1和预处理环结构2，干预环结构1包括弯管90的内侧环设的第一导电弧板11和弯管90的外侧环设的第二导电弧板12，第一导电弧板11和第二导电弧板12之间通过第一绝缘板13周向连接；干预环结构1的内壁与弯管90的外壁之间呈径向间隔设置；第一导电弧板11上电连接第一可调电源14，第二导电弧板12上电连接第二可调电源15；第一导电弧板11和第二导电弧板12通电构成干预电场；

预处理环结构2包括第三导电弧板21和第四导电弧板22，第三导电弧板21环设于第二上游直管72上与第一导电弧板11相同的一侧，第四导电弧板22环设于第二上游直管72上与第二导电弧板12相同的一侧，第三导电弧板21和第四导电弧板22之间通过第二绝缘板23周向连接，预处理环结构2与干预环结构1之间呈轴向绝缘设置，如图4所示，在本实施方式中，预处理环结构2与干预环结构1之间轴向顶抵设置第三绝缘带83，第三绝缘带83的内壁与第二上游直管72的外壁、弯管90的外壁呈径向间隔；预处理环结构2的内壁与第二上游直管72的外壁之间呈径向间隔设置；第三导电弧板21上电连接第三可调电源24，第四导电弧板22上电连接第四可调电源25；第三导电弧板21和第四导电弧板22通电构成预处理电场。

本实用新型提供的用于气力输送系统弯管抗磨损的静电调节装置，在弯管处产生干预电场，对弯管内的输送颗粒进行静电干预，利用静电效应改变输送颗粒在弯管内的运动行为，输送颗粒远离弯管侧壁从而有效减小对弯管的磨损；在第二上游直管处产生预处理电场，利用静电效应改变进入弯管前的输送颗粒的运动行为，使输送颗粒较为集中地沿靠近管道中心的轴向运动，使得弯管处的静电干预更加方便，能够提高输送效率、预防颗粒粘壁现象、减轻管壁的磨损；本实用新型提供的用于气力输送系统弯管抗磨损的静电调节装置，结构简单，成本低，且不需改变原有的气力输送系统，易于实施，有利于推广应用。

进一步，第一导电弧板11上电荷电性与第一上游直管71内输送颗粒的电荷电性相反，第二导电弧板12上电荷电性与第一上游直管71内输送颗粒的电荷电性相同，第一导电弧板11上电荷密度小于第二导电弧板12上电荷密度。

进一步，第三导电弧板21和第四导电弧板22上电荷电性均与第一上游直管71内输送颗粒的电荷电性相同，第三导电弧板21和第四导电弧板22上电荷密度相同。

使用本申请的用于气力输送系统弯管抗磨损的静电调节装置100的静电方法，包括：收集气力输送系统9(现有技术)中弯管90上游的直管和输送颗粒的电场参数；根据收集的电场参数在弯管90处设置干预电场，利用干预电场对弯管90内的输送颗粒进行静电干预，静电干预用于减小输送颗粒对弯管90处壁面的磨损。该静电方法中，通过在弯管处设置干预电场对输送颗粒进行静电干预，利用静电效应改变输送颗粒在弯管内的运动行为，输送颗粒远离弯管侧壁从而有效减小对弯管的磨损。

在弯管90的入口上游设置预处理电场，利用预处理电场对进入弯管90前的输送颗粒进行静电预处理，静电预处理用于使进入弯管90前的输送颗粒沿远离管道侧壁且靠近管道中心的轴向运动。预处理电场利用静电效应改变进入弯管90前的输送颗粒的运动行为，使输送颗粒较为集中地沿靠近管道中心的轴向运动，使得弯管处的静电干预更加方便，能够提高输送效率、预防颗粒粘壁现象、减轻管壁的磨损。

该静电方法具体包括以下步骤：

步骤a、如图1所示，在气力输送系统9中弯管90上游的直管上设置第一绝缘带81，设定第一绝缘带81上游的直管为第一上游直管71，设定第一绝缘带81下游的直管为第二上游直管72，测量第一上游直管71的管壁感应电流值，测量第一上游直管71内输送颗粒的电荷电性和电荷量；在气力输送系统9中弯管90下游的直管上设置第二绝缘带82，设定第二绝缘带82和弯管90之间的直管为下游直管73；对第二上游直管72、弯管90和下游直管73做接地处理，使第一绝缘带81和第二绝缘带82之间的管壁积累静电荷为零；

具体地，一定流量的干燥空气经气体入口进入气力输送系统9，干燥空气经由空气控制阀、空气干燥器、转子流量计进入旋转阀，输送颗粒通过进料控制阀、中间料仓均速进入旋转阀，在旋转阀处输送颗粒与气体混合为气固两相流(现有技术)，气体带动输送颗粒进入第一上游直管71。

如图1所示，步骤a中，在第一上游直管71处设置感应电流测量部61，在本实用新型的一具体实施例中，感应电流测量部61包括模块化参数电流互感器(mpct)、静电计、计算机和包裹在管道外表面的感应电流测量单元(均采用现有设备即可实现测量)，测量第一上游直管71的管壁感应电流值，将此管壁感应电流值作为全管段管壁感应电流大小的平均值，其值反映出管壁上累积的静电荷量，管壁上积累的电荷电性与输送颗粒所带的电荷电性相反。

第一上游直管71处(在本实用新型的一具体实施例中，在感应电流测量部61和第一绝缘带81之间)设置法拉第杯62(现有技术)，测量多个输送颗粒所带的总电荷量，计算测量的多个输送颗粒所带电荷量的平均值，以此平均值作为进入弯管且未与管壁发生碰撞的单个颗粒所带电荷量。

对第二上游直管72、弯管90和下游直管73做接地处理，使第一绝缘带81和第二绝缘带82之间的管壁积累静电荷为零，其他管段管壁带电正常。因离心力作用，弯管90处发生较多的输送颗粒与弯管侧壁碰撞，若任由电荷累积，可能产生放电现象甚至起火，故而对第一绝缘带81和第二绝缘带82之间进行接地处理，电荷清零，保证输送过程安全稳定。

步骤b、在第二上游直管72处设置能对输送颗粒行为进行静电预处理的预处理电场，预处理电场使进入弯管90前的输送颗粒沿远离管道侧壁且靠近管道中心的轴向运动；

具体地，自然状态(没有任何人为干预)下，与管壁带相反电性电荷的输送颗粒总是存在向壁面聚集的趋势，为了提高输送效率、预防颗粒粘壁现象、减轻管壁的磨损，在第二上游直管72处设置能对输送颗粒行为进行静电预处理的预处理电场，预处理电场的方向为使得带电输送颗粒的电场力总是朝向远离管壁的方向，大小分布情况为由管壁向管道中心递减。

如图1、图3所示，步骤b中，第二上游直管72上位于弯管90内侧的(与后续提及的第一导电弧板相同)一侧环设第三导电弧板21，第二上游直管72上位于弯管90外侧的(与后续提及的第二导电弧板相同)一侧环设第四导电弧板22，第三导电弧板21和第四导电弧板22之间通过第二绝缘板23周向连接构成预处理环结构2，预处理环结构2的内壁与第二上游直管72的外壁之间呈径向间隔设置；第三导电弧板21上电连接第三可调电源24，第四导电弧板22上电连接第四可调电源25；在本实用新型的一具体实施例中，第三可调电源24和第四可调电源25为可调式直流稳压电源；

第三导电弧板21和第四导电弧板22通电构成预处理电场；第三导电弧板21和第四导电弧板22上电荷电性均与第一上游直管71内输送颗粒的电荷电性相同，第三导电弧板21和第四导电弧板22上电荷密度相同；预处理电场使进入弯管90前的输送颗粒沿远离管道侧壁且靠近管道中心的轴向运动。

第三导电弧板21和第四导电弧板22带电量的大小确定方法为：使输送颗粒所受的静电力与输送颗粒所受的其他作用力数量级相同，且参照步骤a中测量的感应电流的大小，根据需要，使第三导电弧板21和第四导电弧板22带电荷密度是自然状态下的0.7～1.4倍即可。根据第三导电弧板21和第四导电弧板22所需的带电量和预处理电场分布情况，计算出第三可调电源24和第四可调电源25应输出的电流、电压，调整确定第三可调电源24和第四可调电源25的参数(正负及电流电压大小)；计算得出第三导电弧板21和第四导电弧板22的面积，由此进行第三导电弧板21和第四导电弧板22的选择。

通过可调电源的电流、电压读数和导电弧板(第三导电弧板21和第四导电弧板22)的面积可以求得导电弧板所带电荷量和弧板笼罩区域的电场分布情况，可调电源(第三可调电源24和第四可调电源25)根据实际工况所需来调节正负及大小。

步骤c、在弯管90处设置干预电场，干预电场位于弯管90内侧区域的电场强度值小于弯管外侧区域的电场强度值，干预电场使弯管90内输送颗粒所受的静电力与离心力方向相反，弯管90内的输送颗粒沿远离管道侧壁的轴向运动，减小输送颗粒对弯管处壁面的冲击磨损。

具体地，由于离心作用，输送颗粒在弯管内的运动有向弯管外侧集中的趋势，这使得输送颗粒与弯管外侧壁面的碰撞远多于内侧。自然状态下，由于弯管自身的形状和输送颗粒在弯管内的碰撞外侧多余内侧的规律，弯管外侧的电场强度大于弯管内侧的电场强度，且方向相反，这种规律使得输送颗粒总是存在向壁面运动的趋势。在弯管90处设置干预电场，干预电场位于弯管90内侧区域的电场强度值小于弯管外侧区域的电场强度值，干预电场使弯管90内输送颗粒所受的静电力与离心力方向相反，对弯管内带电的输送颗粒进行干预，使得输送颗粒有远离弯管外侧的趋势，且内侧电场强度值小于外侧保证了带电的输送颗粒不会过度地冲向弯管内侧管壁，最终达到利用静电场减轻弯管磨损的目的。

具体地，如图1、图2所示，步骤c中，在弯管90的内侧环设第一导电弧板11，在弯管90的外侧环设第二导电弧板12，第一导电弧板11和第二导电弧板12之间通过第一绝缘板13周向连接构成干预环结构1，干预环结构1的内壁与弯管90的外壁之间呈径向间隔设置；预处理环结构2与干预环结构1之间呈轴向绝缘设置，如图4所示，在本实施方式中，预处理环结构2与干预环结构1之间轴向顶抵设置第三绝缘带83，第三绝缘带83的内壁与第二上游直管72的外壁、弯管90的外壁呈径向间隔；第一导电弧板11上电连接第一可调电源14，第二导电弧板12上电连接第二可调电源15；在本实用新型的一具体实施例中，第一可调电源14和第二可调电源15为可调式直流稳压电源；

第一导电弧板11和第二导电弧板12通电构成干预电场；第一导电弧板11上电荷电性与第一上游直管71内输送颗粒的电荷电性相反，第二导电弧板12上电荷电性与第一上游直管71内输送颗粒的电荷电性相同，第一导电弧板11上电荷密度小于第二导电弧板12上电荷密度；干预电场使弯管90内输送颗粒所受的静电力与离心力方向相反，减小输送颗粒对弯管处壁面的冲击磨损。

通过调节第一可调电源14使第一导电弧板11带上与第一上游直管71内输送颗粒的电荷电性相反的电荷，通过调节第二可调电源15使第二导电弧板12带上与第一上游直管71内输送颗粒的电荷电性相同的电荷，且第一导电弧板11上电荷密度小于第二导电弧板12上电荷密度。

第一可调电源14和第二可调电源15的参数确定方式与第三可调电源24(以及第四可调电源25)的参数确定方式相同，第一导电弧板11和第二导电弧板12的规格确定方法与第三导电弧板21(和第四导电弧板22)的相同，此处不再赘述。

通过可调电源的电流、电压读数和导电弧板(第一导电弧板11和第二导电弧板12)的面积可以求得导电弧板所带电荷量和弧板笼罩区域的电场分布情况，可调电源(第一可调电源14和第二可调电源15)根据实际工况所需来调节正负及大小。

从弯管90流出的输送颗粒由进料回收料斗收集，并根据需要经回料控制阀进入中间料仓备用，实现颗粒材料的循环利用(现有技术)。

实施例

创建本实用新型用于气力输送系统弯管抗磨损的静电调节装置的实验模型，用ansysfluent软件对弯管的气流场进行数值模拟，以950l/min为例，使用fortran语言编程模拟颗粒在流场中的运动行为，得到颗粒在弯管中的运动轨迹，计算200个颗粒由入口均匀进入后，弯管的平均磨损率e0。

忽略管道本身的荷电效应，人为地在管道壁上施加固定电场，为了便于计算，视作电荷离散地分布在管道上。实例中管道材料为pvc，输送颗粒材料为pp，实验测得输送颗粒带正电荷，管道带负电荷，使用本申请的静电方法，将弯管内侧的电荷密度设置为自然状态值的-0.5倍，弯管外侧的电荷密度设置为自然状态的1.4倍，根据库仑定律，求得管道内的电场分布。再计算200个颗粒通过后弯管的平均磨损率e。定义相对磨损率e/e0，其值为按照本例施加过电场后弯管的平均磨损率与仅仅让管道接地时弯管的平均磨损率之比，相对磨损率反映了外加电场对弯管磨损率的影响，如果相对磨损率小于1则表示外加电场减轻了弯管的磨损，反之则增大了弯管的磨损。通过数值模拟，相对磨损率的值在0.83左右，这说明通过本申请的静电方法能够明显减轻输送颗粒对弯管的磨损。

由上所述，本实用新型提供的用于气力输送系统弯管抗磨损的静电调节装置具有如下有益效果：

本实用新型提供的气力输送系统弯管抗磨损的静电调节装置，在弯管处设置干预电场对输送颗粒进行静电干预，利用静电效应改变输送颗粒在弯管内的运动行为，输送颗粒远离弯管侧壁从而有效减小对弯管的磨损；

本实用新型提供的气力输送系统弯管抗磨损的静电调节装置，在第二上游直管处产生预处理电场，利用静电效应改变进入弯管前的输送颗粒的运动行为，使输送颗粒较为集中地沿靠近管道中心的轴向运动，使得弯管处的静电干预更加方便，能够提高输送效率、预防颗粒粘壁现象、减轻管壁的磨损；

本实用新型提供的气力输送系统弯管抗磨损的静电调节装置，成本低，且不需改变原有的气力输送系统，易于实施，有利于推广应用。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。