王少勇等：膏体料浆管道输送压力损失的影响因素 ·9· 1一搅拌器：2一搅拌罐：3一电动机：4一渣浆泵：5一变颍器控制柜：6一数据采集器：7一电磁流量计：8一取样口：9一40mm管道：10一压 力变送器：11一80mm管道：12一100nmm管道：13一50mm管道 图3膏体料浆管道输送环管实验平台 Fig.3 Pipe loop experiment platform of paste slurry transportation 管道上的压力变送器和电磁流量计相连，压力变送器 (6)重复实验步骤(1)~(4)，完成溢流尾砂和底 之间的距离1=5m,实时监测流量Q、进料管道上游压 流尾砂的料浆管道输送压力损失测试 力P,、下游压力P,以及回料管道上游压力P和下游 (7)更换不同直径的管道，重复实验步骤(1)~ 压力P·数据采集器每秒记录一次压力值与流量值， (6),最终完成实验 并保存为Excel文件. 2.3.3数据分析 2.3实验方法 (1)将数据采集器记录的压力值进料管P,和P2, 2.3.1系统调试 回料管P,和P,流量Q,则得出一定管道长度1两端的 (1)管道输送系统通过软管跟泵送系统跟搅拌系 压差△P,即可算出管道输送的压力损失△P几. 统连接，压力变送器安装在管道系统中并通过信号线 (2)料浆流速v根据下式得出： 与数据采集器连接 t= 0 (5) (2)将系统中加入清水并生成水曲线，调整系统 TD2 3600 4 使水曲线与标准水曲线吻合，确保每个组件正常工作. 式中：v为流速，ms:Q为流量，m3h:D为管道直 2.3.2参数测试 径，m (1)加入浓度较高的浮选尾砂及水至搅拌罐中， (3)绘制不同固相质量分数、不同管径和不同料 调节变频器使搅拌机以一定的转速运行，待料浆具有 浆级配的流速与压力损失△P几的关系曲线. 一定的流动性后，启动渣浆泵，使料浆开始在管道中循 环，先低速运行排除气泡 3结果与讨论 (2)调节料浆中固相质量分数，达到需要测试的 3.1流速与管输压力损失的关系 最大值C,并记录系统中的料浆体积V. 本文研究了不同管径、不同固相质量分数和不 (3)调节泵送电机变频器，使管道压力达到压力 同料浆粒径的流速与管输压力损失的关系.由图4~ 变送器量程的80%，然后逐渐降低电机频率到料浆停 图6可以看出，管输压力损失与流速的关系都有个 止运动，再重新提高频率，达到压力变送器量程的 共同的规律，即随着料浆流速的增加，管道输送压力 80%,最后降低频率直到流速为零，测试结束.每个频 损失分两个阶段增加：当流速较小时，压力梯度与流 率持续运行20s,以便获得足够的数据. 速的一次方成正比，称为线性增长阶段：当流速较大 (4)测试顺序从固相质量分数最高值向最低值 时，压力损失与流速的1~2次方成正比，称为多项 进行，通过计算向搅拌罐中加入一定量的水稀释料 式增长阶段，此时，压力损失的增加速率远大于流速 浆，得到较低固相质量分数C,重复实验步骤(3)， 增加速率.这两个阶段转折点对应的流速就称为黏 直到测试完成需要的固相质量分数，加水量m计算 性过渡流速.因此，在输送过程中应保持料浆流速低 公式如下： 于黏性过渡流速，以防止管输压力损失过大 (C-C)V 图4为不同管径下相同固相质量分数的料浆流速 m (4) C. 与压力损失的关系.可见，管输压力损失随着流速的 (5)排净料浆并用水清洗系统 增加呈线性增加，且管径越小，直线的斜率越大，管输王少勇等: 膏体料浆管道输送压力损失的影响因素 1—搅拌器; 2—搅拌罐; 3—电动机; 4—渣浆泵; 5—变频器控制柜; 6—数据采集器; 7—电磁流量计; 8—取样口; 9—40 mm 管道; 10—压 力变送器; 11—80 mm 管道; 12—100 mm 管道; 13—50 mm 管道 图 3 膏体料浆管道输送环管实验平台 Fig． 3 Pipe loop experiment platform of paste slurry transportation 管道上的压力变送器和电磁流量计相连，压力变送器 之间的距离 l = 5 m，实时监测流量 Q、进料管道上游压 力 P1、下游压力 P2以及回料管道上游压力 P3 和下游 压力 P4 ． 数据采集器每秒记录一次压力值与流量值， 并保存为 Excel 文件． 2. 3 实验方法 2. 3. 1 系统调试 ( 1) 管道输送系统通过软管跟泵送系统跟搅拌系 统连接，压力变送器安装在管道系统中并通过信号线 与数据采集器连接． ( 2) 将系统中加入清水并生成水曲线，调整系统 使水曲线与标准水曲线吻合，确保每个组件正常工作． 2. 3. 2 参数测试 ( 1) 加入浓度较高的浮选尾砂及水至搅拌罐中， 调节变频器使搅拌机以一定的转速运行，待料浆具有 一定的流动性后，启动渣浆泵，使料浆开始在管道中循 环，先低速运行排除气泡． ( 2) 调节料浆中固相质量分数，达到需要测试的 最大值 C，并记录系统中的料浆体积 V． ( 3) 调节泵送电机变频器，使管道压力达到压力 变送器量程的 80% ，然后逐渐降低电机频率到料浆停 止运动，再 重 新 提 高 频 率，达到压力变送器量程的 80% ，最后降低频率直到流速为零，测试结束． 每个频 率持续运行 20 s，以便获得足够的数据． ( 4) 测试顺序从固相质量分数最高值向最低值 进行，通过计算向搅拌罐中加入一定量的水稀释料 浆，得到较低固 相 质 量 分 数 Cx，重复 实 验 步 骤( 3 ) ， 直到测试完成需要的固相质量分数，加水量 m 计算 公式如下: m = ( C － Cx ) V Cx ． ( 4) ( 5) 排净料浆并用水清洗系统． ( 6) 重复实验步骤( 1) ～ ( 4) ，完成溢流尾砂和底 流尾砂的料浆管道输送压力损失测试． ( 7) 更换不同直径的管道，重复实验步骤( 1) ～ ( 6) ，最终完成实验． 2. 3. 3 数据分析 ( 1) 将数据采集器记录的压力值进料管 P1和 P2， 回料管 P3和 P4，流量 Q，则得出一定管道长度 l 两端的 压差 ΔP，即可算出管道输送的压力损失 ΔP /l． ( 2) 料浆流速 v 根据下式得出: v = Q πD2 4 ·3600 ． ( 5) 式中: v 为流速，m·s － 1 ; Q 为流量，m3 ·h － 1 ; D 为管道直 径，m． ( 3) 绘制不同固相质量分数、不同管径和不同料 浆级配的流速 v 与压力损失 ΔP /l 的关系曲线． 3 结果与讨论 3. 1 流速与管输压力损失的关系 本文研究了不同管径、不同固相质 量 分 数 和 不 同料浆粒径的流速与管输压力损失的关系． 由图 4 ～ 图 6 可以看出，管输压力损失与流速的关系都有个 共同的规律，即随着料浆流速的增加，管道输送压力 损失分两个阶段增加: 当流速较小时，压力梯度与流 速的一次方成正比，称为线性增长阶段; 当流速较大 时，压力损失与流速的 1 ～ 2 次方成正比，称为多项 式增长阶段，此时，压力损失的增加速率远大于流速 增加速率． 这两个阶段转折点对应的流速就称为黏 性过渡流速． 因此，在输送过程中应保持料浆流速低 于黏性过渡流速，以防止管输压力损失过大． 图 4 为不同管径下相同固相质量分数的料浆流速 与压力损失的关系． 可见，管输压力损失随着流速的 增加呈线性增加，且管径越小，直线的斜率越大，管输 ·9·