本發(fā)明涉及壓力環(huán)境下的細(xì)小顆粒物運輸和粉體運輸領(lǐng)域，同時涉及噴砂試驗領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

供砂裝置常被用于工業(yè)生產(chǎn)中的輸送砂粒進(jìn)行加工的場合；對于一些噴砂試驗，也要用到供砂裝置。在噴砂加工工藝和噴砂試驗中，均需要供砂裝置為噴砂設(shè)備自動連續(xù)輸送砂粒，使得工藝處理和試驗測試更為高效。然而不論在任何供砂應(yīng)用場合，精確供砂都是供砂裝置的重要前提。在超聲速噴砂試驗中，為使砂粒最終達(dá)到超聲速狀態(tài)，則需要使砂粒與高壓氣體(壓力值常設(shè)置在3MPa以上)在氣流速度相對較低的環(huán)境下得到充分混合，之后再使具有一定壓力的氣砂兩相流通過拉瓦爾結(jié)構(gòu)管加速至試驗所要求的超聲速狀態(tài)。

現(xiàn)有技術(shù)中，對于送砂的方案，有一種方式是將所要輸送的物料直接放置在可以作為壓力容器的儲料罐中，儲料罐垂直安放；在儲料罐下端的出料口安裝流量測量計，測量計數(shù)據(jù)傳輸至計算機(jī)，計算機(jī)再控制出料口電子閥門的開合大小；通過實時接收流量計反饋的信息，計算機(jī)適時控制電子閥門的開合量，以此實現(xiàn)在一定壓力的環(huán)境下對物料的精確運輸。該方法有一些不足之處：第一，砂粒將非常容易在電子閥門和流量計的喉道位置出現(xiàn)堵塞，從而影響供砂的連續(xù)性。自然界中的砂粒幾乎都是粗砂，是一種流動性較差的固體顆粒物，在計量流量管道逐漸收窄和閥門收窄的地方都沒有攪拌器或者振動器等疏散塞砂現(xiàn)象的設(shè)備，則砂粒非常容易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，影響供砂的連續(xù)性。第二，該方法很難做到對供砂量的精確控制。首先，流量計原理只適用于測量液體或者氣體，其對于砂粒這類固體物質(zhì)流量的測量并不合適；其次，當(dāng)對供砂量的要求比較低時，電子閥門的開合量則必須收窄，若收窄到一定量，則砂粒間的摩擦和擠壓勢必會在閥門處形成自鎖，造成嚴(yán)重堵塞，因此依靠閥門的開合很難使供砂裝置對出砂量進(jìn)行精確控制。

有一種方式是將物料放置在能承受一定壓力的儲料罐中；儲料罐底端設(shè)置篩式出料口，出料口通過軟橡膠管與主氣流相連；儲料罐整體放置在帶有壓力傳感器的計量稱上；由振動器向儲料罐提供沿水平方向的振動；當(dāng)設(shè)備部不工作時，砂粒會自動堵塞在篩狀出料口中，在工作時，依靠振動器使儲料罐水平晃動使堵塞在篩狀出料口中的砂粒松動而實現(xiàn)供砂；計量稱的數(shù)據(jù)傳輸至計算機(jī)，再由計算機(jī)控制振動器的振動頻率和幅值；通過調(diào)整振動器的振動參數(shù)，實現(xiàn)對供砂量的控制。該方法的不足之處在于：供砂量很難精確控制，供砂可靠性不高。首先，由于各顆砂粒幾何形狀的不規(guī)則，將導(dǎo)致各個篩孔的出料程度和堵塞程度均不一致，在儲料罐內(nèi)壓力的作用下，甚至可能出現(xiàn)所有篩孔均嚴(yán)重堵塞的現(xiàn)象；其次，供砂量取決于振動器的振動參數(shù)，而篩孔堵塞的情況實時在發(fā)生變化，振動參數(shù)不可避免將實時變化，而這一變化過程需要的時間和篩孔下砂的隨機(jī)性將很難保證供砂的精確控制和可靠性。

故，需要一種新的技術(shù)方案以解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為解決上述問題，提供一種精確送砂裝置，能夠精確供砂的同時，使供砂過程順利可靠，避免砂粒堵塞。

技術(shù)方案：為達(dá)到上述目的，本發(fā)明可采用如下技術(shù)方案：

一種精確送砂裝置，包括主氣流輸入管、位于主氣流輸入管前端的主氣流輸出管、用以將砂落入主氣流輸出管的下砂管、連通下砂管頂部且橫向延伸的螺桿筒、位于螺桿筒上方并連通螺桿筒的儲砂容器、連通儲砂容器的壓力平衡管、連通螺桿筒上方的輔助出砂氣流引管、驅(qū)動裝置；所述壓力平衡管用以導(dǎo)入氣流流入儲砂容器中；所述輔助出砂氣流引管與螺桿筒的連通口位于下砂管的正上方并用以向下導(dǎo)入氣流至螺桿筒內(nèi)；所述螺桿筒內(nèi)設(shè)有沿螺桿筒軸向延伸的螺桿，所述螺桿外圍具有連續(xù)的螺紋，所述下砂管的頂部位于螺紋的橫向范圍內(nèi)，所述儲砂容器的出砂口同樣位于螺紋的橫向范圍內(nèi)；所述驅(qū)動裝置驅(qū)動螺桿在螺桿筒內(nèi)轉(zhuǎn)動。

有益效果：本發(fā)明利用螺桿的螺紋傳動的方式實現(xiàn)精確供砂，即螺桿軸的勻速旋轉(zhuǎn)，砂粒也會被均勻輸送，輸送砂粒的量僅通過改變螺桿轉(zhuǎn)速即可進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。同時，通過壓力平衡管使儲砂容器中的砂能夠順利進(jìn)入至螺桿筒中；采用該設(shè)計的原因是：主氣流輸入管中的主氣流所形成的分流會通過螺桿筒至儲砂容器下方而造成儲砂容器內(nèi)的砂粒不易下落，故通過壓力平衡管向下提供氣流抵消儲砂容器下方的氣壓而使砂粒能夠順利下落。

進(jìn)一步的，通過輔助出砂氣流引管向下砂管方向流入氣流，使達(dá)到下砂管上方的砂粒能夠被該氣流吹入下砂管內(nèi)，從而避免砂粒因為隨自身的慣性在旋轉(zhuǎn)螺紋的帶動下跨過出砂口，在螺桿筒的尾部造成堵塞的隱患，進(jìn)一步提高供砂精度及穩(wěn)定性。

進(jìn)一步的，所述壓力平衡管及輔助出砂氣流引管均連通主氣流輸入管并引入主氣流輸入管中的氣流，這樣可以通過主氣流直接為壓力平衡管及輔助出砂氣流引管提供氣流，使結(jié)構(gòu)更加緊湊。

進(jìn)一步的，所述壓力平衡管與主氣流輸入管的連通處、以及輔助出砂氣流引管與主氣流輸入管的連通處均設(shè)有電磁閥；所述下砂管與主氣流輸出管的連通處設(shè)有電磁閥；通過電磁閥的開閉完成各個管道的氣流開閉。。

進(jìn)一步的，所述壓力平衡管與儲砂容器的連通處設(shè)有壓力表。

進(jìn)一步的，所述螺桿包括向后延伸出螺桿筒的螺桿軸，所述螺桿軸的末端連接有用以驅(qū)動螺桿轉(zhuǎn)動的電機(jī)及減速器，所述電機(jī)及減速器即為所述驅(qū)動裝置。

進(jìn)一步的，在螺桿軸的兩端設(shè)計有雙O型圈槽，第一個O型圈主要作用是阻擋細(xì)微砂塵隨泄漏的氣體溢出和同時亦能密封氣體，第二個密封圈主要作用是氣體密封，提高螺桿筒的氣體密封性；螺桿筒與螺桿軸之間設(shè)有防塵毛氈；毛氈的主要作用是防止外界細(xì)微顆粒物進(jìn)入供砂裝置，盡量避免對軸承運轉(zhuǎn)的影響。

進(jìn)一步的，支撐螺桿軸的軸承選為背靠背排列的角接觸球軸承；以此消除軸向力對供砂裝置的影響。

本發(fā)明還提供了上述精確送砂裝置的使用方法，具體的技術(shù)方案為：

儲砂容器中預(yù)放入砂；主氣流輸入管開始輸入氣流；驅(qū)動裝置驅(qū)動螺桿轉(zhuǎn)動至預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速；通過壓力平衡管用以導(dǎo)入氣流流入儲砂容器中以使砂下落至螺桿筒內(nèi)并定位于螺桿的螺紋內(nèi)，再通過螺桿轉(zhuǎn)動將砂跟隨螺紋向前移動直至到達(dá)下砂管入口，并通過輔助出砂氣流引管向下導(dǎo)入的氣流輔助將砂吹入下砂管中，砂自下砂管進(jìn)入主氣流輸出管并通過主氣流輸入管中的氣流壓力將砂自主氣流輸出管送出。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖3是圖2中A處的局部放大圖；

圖4是圖2中B處的局部放大圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖1、附圖2、附圖3和附圖4對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步說明。

本發(fā)明是一種適用于高壓環(huán)境的精確供砂裝置。所述主氣流輸入管13的右側(cè)為三通管14；三通管14的右側(cè)為四分管，再連通三通管15；三通管15的右側(cè)為四分管，再連通三通管18；三通管18的右側(cè)為主氣流輸出管19；流經(jīng)管路13、14、15、18和19的氣流為壓力較高的主氣流。

三通管14的上側(cè)連接電磁閥23，電磁閥23的上側(cè)連接輔助出砂氣流引管20；氣流引管20的下側(cè)連接輔助出砂氣流引入口9。

三通管15的上側(cè)連接電磁閥22，電磁閥22的上側(cè)連接壓力平衡管21，壓力平衡管21的右側(cè)連接三通管7。

在本實施方式中，壓力平衡管21及輔助出砂氣流引管20均連通主氣流輸入管13并引入主氣流輸入管13中的氣流；在其他實施方式中，也可以給壓力平衡管21及輔助出砂氣流引管20提供單獨的氣源，同樣可為本發(fā)明可用的實施方式，在此不再贅述。

三通管18的上側(cè)連接電磁閥17，電磁閥17的上側(cè)為下砂管16。

電機(jī)1的右側(cè)為減速器2，減速器2的右側(cè)為螺桿3；角接觸球軸承11和10共同支撐螺桿3，并保證螺桿3的螺紋與螺桿筒4的壁面之間有一定的間隙量。

螺桿筒4左端的上側(cè)為儲砂容器5，螺桿筒4右端的上側(cè)為輔助出砂氣流引入口9，螺桿筒4右端的下側(cè)為下砂管16。

儲砂容器5的上側(cè)為壓力表8，壓力表8的上側(cè)為三通管7，三通管7的上側(cè)為電磁閥6。

本發(fā)明的操作步驟是這樣的：

第一步：電磁閥23、電磁閥22、電磁閥17處于關(guān)閉狀態(tài)，電磁閥6打開，待放入砂粒后，電磁閥6隨即關(guān)閉。

第二步：待主氣流接入到主氣流輸入管13后，電磁閥23、電磁閥22和電磁閥17打開。

第三步：啟動電機(jī)1，通過調(diào)節(jié)變頻器將電機(jī)1的輸出轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)至某一供砂量要求的轉(zhuǎn)速值。在螺桿3的螺紋均勻推動下，砂粒將從儲砂容器5精確運送至下砂管16，隨后在三通管18處與主氣流匯合，最后經(jīng)主氣流輸出管19流向下一環(huán)境。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

在上述操作的第二步中，當(dāng)主氣流在管路13至管路19流通時，打開電磁閥22，使得儲砂容器5中的壓力與主氣流流經(jīng)三通管18的的壓力保持平衡。此設(shè)計的目的在于，通過平衡供砂裝置進(jìn)砂口與出砂口的壓力，進(jìn)而保證儲砂容器5中的砂粒能順利下落至螺桿筒4中，從而在螺桿3的推動下均勻地輸送至出砂管16。打開電磁閥23，使得出砂口16實現(xiàn)氣流流通。該設(shè)計的目的是增加下砂的精度的穩(wěn)定性，提高供砂效率。原因是：在螺桿筒4中的出砂口處，若不設(shè)計該輔助下砂裝置，則一方面若供砂量較大時，螺桿的轉(zhuǎn)速較快，一些砂粒將隨自身的慣性在旋轉(zhuǎn)螺紋的帶動下跨過出砂口，在螺桿筒的尾部造成堵塞，從而影響供砂精度穩(wěn)定性，而在增加該設(shè)計后將在引流管入口9與下砂管16之間形成氣流流動，將強(qiáng)制性地將砂粒從螺桿螺紋中帶入出砂口；另一方面砂粒只隨自身所受重力下落至三通管18，下落速度相對較慢，效率不高，而在增加該設(shè)計后引流管入口9與下砂管16之間形成的氣流流動將加速砂粒的下落，使供砂裝置的砂粒快速地與主氣流匯合。

在上述操作的第三步中，電機(jī)1帶動螺桿軸3勻速旋轉(zhuǎn)，通過螺桿軸3的螺紋旋轉(zhuǎn)與螺桿筒4壁面的配合而實現(xiàn)砂粒的均勻輸送。原理在于，螺桿軸3每旋轉(zhuǎn)一周，其中的螺紋會使儲存在螺紋與螺桿筒壁面之間的砂粒輸送一個導(dǎo)程；并且隨著螺桿軸3的勻速旋轉(zhuǎn)，砂粒也會被均勻輸送。在該高壓環(huán)境下，選用螺桿送砂的優(yōu)勢在于，噴砂試驗中的所需的供砂量較少，螺桿軸3旋轉(zhuǎn)的速度很低，所以砂粒對螺桿軸3和螺桿筒4壁面的磨損影響非常小；此外，螺桿軸3的螺紋會對處在儲砂容器5與螺桿筒4之間的砂粒進(jìn)行攪動，以此更有益于儲砂容器5中的砂粒落入螺桿筒4中。采用螺紋輸送的益處在于是運輸精確、平穩(wěn)，輸送砂粒的量僅通過改變螺桿轉(zhuǎn)速即可進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。

本發(fā)明針對高壓環(huán)境進(jìn)行了特別的密封性設(shè)計和壓力安全設(shè)計，以使供砂裝置在高壓環(huán)境下順利工作。第一，選用合適的耐高壓的壓力容器作為儲砂容器，防范在試驗過程中儲砂容器出現(xiàn)安全問題。第二，在螺桿軸3的兩端設(shè)計有雙O型圈槽，如附圖3所示；第一個O型圈主要作用是阻擋細(xì)微砂塵隨泄漏的氣體溢出和同時亦能密封氣體，第二個密封圈主要作用是氣體密封，提高螺桿筒4的氣體密封性。第三，在螺桿筒4左端法蘭與螺桿軸3之間設(shè)計有防塵毛氈，如附圖4所示；毛氈的主要作用是防止外界細(xì)微顆粒物進(jìn)入供砂裝置，盡量避免對軸承11運轉(zhuǎn)的影響。第四，在儲砂容器5的上方安裝有壓力表；當(dāng)工作中壓力表突然讀書異常，計算機(jī)將立刻切斷主氣流，關(guān)閉電機(jī)1和電磁閥23，使儲砂容器中的壓力氣體迅速經(jīng)電磁閥22溢出，使螺桿筒中的壓力氣體迅速經(jīng)電磁閥17溢出，以此避免發(fā)生安全事故。

在供砂工作過程中，很難做到高壓氣體的絕對密封，會考慮到工作一段時間之后部分氣體將泄漏至螺桿筒4右側(cè)與法蘭盤形成的空腔中，積累的氣壓將對螺桿軸3形成一股向左的推力，因此，支撐螺桿軸3的軸承選用背靠背排列的角接觸球軸承，以此消除軸向力對供砂裝置的影響。螺桿筒3左右兩端的法蘭盤均設(shè)計有軸承擋肩，依靠擋肩抵住軸承外圈，并對軸承施加一定的預(yù)緊量，提高軸承剛度，增加螺桿軸3運行的平穩(wěn)性。

螺桿軸3的螺紋表面和螺桿筒4的內(nèi)壁附著陶瓷耐磨涂層材料，以進(jìn)一步增強(qiáng)該供砂裝置的使用壽命。。

另外，本發(fā)明的具體實現(xiàn)方法和途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。