高浓度粘稠物料管道输送系统压力测试及其装置
赵学义1路鹏2吴淼1
（1.中国矿业大学（北京）机电学院北京100083； 2.北京中矿机电工程技术研究所北京100083）摘要：高浓度粘稠物料存在于工业领域的各个行业，本文从开展对高浓度粘稠物料的流变学特性和管道输送特性的研究出发，设计制造了适合此类非牛顿流体的管道输送压力测试装置。
文中详细介绍了测压装置的结构组成、主要功能以及测试方法，并对该装置的静态标定和动态标定过程及其结果做了分析，通过对多种高浓度粘稠物料的实验测定，表明该测压装置安装位置合理、测试数据全面、测试精度和性能可靠，测压装置的结构紧凑，安装方便，完全适用于测量高浓度粘稠物料的管道压力。
关键词: 高浓度粘稠物料；管道输送；压力；标定
Pressure Test and Device of Pipeline Transportation System for Viscous and Dense Materials With High
Concentration
Abstract: Build on the rheological properties and pipeline transportation research of viscous and dense materials with high concentration, a pipeline transportation pressure test device which is fit for the
Non-Newtonian fluid has been designed and built. This issue presents the structure, main function and test method in detail, and analyses the process and the outcome of static and dynamic calibration. It shows that the test point of this device chooses rationally, the testing data is comprehensive, testing precision and performance are credible, and the structure is compact, so this device is well fit for measuring the pipeline pressure of viscous and dense materials with high concentration.
Keywords: High viscous material; pipeline Transportation; pressure; calibration
1 概述
高浓度粘稠物料存在于工业领域的各个行业，最常见的有煤矿洗煤产生的原生煤泥、化工行业的电石泥、城市污水处理厂的城市污泥和造纸行业的造纸废渣污泥等，此类物料的共同特点是浓度高、粘度大、高凝聚性，难于搅拌和输送。
传统的皮带机、刮板输送机属于开放式输送设备，虽然可以输送，但容易造成二次污染，而通过管道输送此类物料，既可以减少输送环节，又能达到环保节能的目的。
目前，对管道输送高浓度粘稠物料的研究刚刚开始，而测试管道输送压力及压力降是研究管道输送理论的关键。
2 问题的提出及解决方案
高粘稠物料由于其本身固有的高浓度、高粘性、高磨损性等物理特性，一般的传感器不能适用此类物料的压力测试，如油压传感器的引压孔较小，物料无法进入引压孔；膜片式压力传感器的金属膜片很薄，强度及耐冲击性差，很容易被磨破或大颗粒物质击穿等。
为了解决高浓度粘稠物料在管道输送中的压力测试问题，特别设计了一种适用于该物料的管道压力传压装置，通过该装置将介质的压力转换为液压油的压力，采用普通的压力变送器对液压油的压力测试就能得到管道输送的压力，如图1所示。
压力传感器的测试原理如下：高粘稠物料经过短管1时，物料会充满短管，在压力作用下挤压橡胶隔膜2，橡胶隔膜把压力传递给油缸3内的液压油，再用压力变送器4测出油缸内的油压，即将管道内物料的压力转换为油压而间接测出物料的压力。
1.短管
2.传压膜
3.油缸
4.压力变送器
图1 高浓度粘稠物料管道压力传感装置
Fig.1 Pressure-measuring device for viscous and dense materials with high concentration 该压力传感器自安装使用2年多来，共测试了近10种物料，做实验15次，测试得出的数据、曲线
与理论值基本相符，为高浓度粘稠物料在管道内输送机理和物料的流变特性研究提供了最原始的测试数据，为研究物料的力学性质奠定了基础。
3 压力传感器标定及试验
通过对上述压力传感器进行试验标定，其静态特性和动态特性的线性度非常好，完全可以用于系统测试。
3.1 静态标定
静态标定试验是在室温、常压下进行的。
所用标定设备为活塞式压力计，测量范围：0～600 kgf/cm2，精度：0.05。
标定数据如表1所示。
表1 静态标定试验数据
对不同压力下的测试数据进行算术平均，然后利用最小二乘法对数据进行线性拟合，得到压力传感装置静态特性参数如下：
1. 线性度：
（Kgf/cm2）式中：—输出电压值；—输入压力值
2. 非线性误差：
3. 灵敏度：
4. 迟滞度：
5. 重复性：
3.2动态标定
动态标定试验只是对管壁处的静态压力进行标定，采用比较标定法，即把一精度较高、动态响应特性较好的膜片式压力传感器安装在管壁上，使两个传压装置处于同一测试断面。
图2所示曲线为两个压力传感器的动态变化过程（其中一个传感器的零点调高0.2Mpa以便比较）。
图2 传感器压力信号标定曲线比较
Fig.2 The Compare of the pressure signal calibration curve from the sensor
4 实验测试及数据曲线
应用上述测试系统对煤泥、电石泥、赤泥、造纸废渣污泥、城市污泥等多种高浓度粘稠物料进行管
道输送压力测试，效果良好，符合物料在管道内的输送特性规律，测试精度高，完全可用于工业现场应用或用于指定工业应用及设计。
图3为煤泥的管道输送测试曲线，其中1为测试过程采集曲线，2为输送流量与管道压力变化曲线，3为不同输送流量下的管道压力降曲线，4为煤泥的粘度曲线。
5 结论
通过自制的压力变送器对管道输送的粘稠物料测试，得出如下结论：
(1) 自制压力变送器不但可以测试普通流体在管道内的输送压力，更适合测量普通的传感器无法测量的高浓度粘稠物料的流动压力；
(2) 采用橡胶隔膜结构的压力变送器将被测试物料与压力油分开，既简化了传压装置的选型，又达到了测试物料管道输送压力的目的，同时还能保证测试精度；
(3) 对压力传感器的标定采用比较法标定，方法简单，测试精度可靠，为用于不同场合、测试不同类型物料的压力变送器标定进行了新的尝试。
1－采集数据曲线2－流量变化与压力关系曲线3—压力降曲线4－粘度与剪切速率曲线
图3 煤泥的压力测试曲线
Fig.3 Coal slurry experiment curve
参考文献：
[1] 吴淼，赵学义，金赟等．粘稠物料管道输送实验系统的设计与测试方法．机电产品开发与创新，2004，（4）：25-27
[2] 金赟，赵学义，吴淼等．高浓度粘稠物料压力传感装置的研制与标定．传感器世界，2004，（9）：18-20。
