乳胶基质管路的压力降研究与安全性分析 .pdf

ｄｏｉ１０. ３９６９/ ｊ. ｉｓｓｎ. １００１-８３５２. ２０１６. ０２. ０１２ 乳胶基质管路的压力降研究与安全性分析 ❋ 綦海军 明 刚 刘再强 肖 红 吴桂华 刘志强 深圳市金奥博科技有限公司广东深圳,５１８０５７ [摘 要] 在研究乳胶基质流变特性的基础上,对乳胶基质在输送管内的压力降进行了分析和研究,确定了乳胶 基质的屈服剪应力和塑性黏度,得出了乳胶基质管路各部件压力降的计算方法；通过现场生产数据与计算数据的 对比,验证了压力降计算方法的正确性。 通过压力降形成原因的分析和热量转化的计算,得出乳胶基质管路的压 力降是克服管路系统摩擦而产生的,其最终转化为热能,并被流动的乳胶基质及时带走,不会导致局部温度升高而 引发安全风险。 保持乳胶基质管路压力降在 ０. ８ １. ５ ＭＰａ 的合理区间内,对保证乳胶基质的质量和基质泵的正 常使用具有重要作用。 [关键词] 乳胶基质；压力降；安全性；流变特性；管路 [分类号] ＴＱ５６０. ５；ＴＤ２３５. ２ ＋１ 引言 乳胶基质是水相溶液与油相溶液共同乳化形成 的一种乳胶体,与发泡剂混合并敏化后形成乳化炸 药。 水相溶液主要由氧化剂硝酸铵组成,油相溶液 由复合油相熔化而成[１]。 乳胶基质属于典型的非 牛顿流体,其剪应力与变形速率不成正比。 乳胶基 质的黏度一般较大,且随着工艺温度、水油相配比的 改变而明显变化[１]。 开展乳胶基质流变特性的研 究,既可为乳胶基质配套设备的研究与开发提供重 要的参考,也能大大地提高乳化炸药生产过程的本 质安全性[２]。 由于乳胶基质独特的流变特性,目前,关于乳胶 基质流变特性的研究 相 对 较 少。 国 外 的 Ｃａｒｔ- ｗｒｉｇｈｔ[３]、Ｍａｌｋｉｎ[４]等认为乳胶基质是幂律流体,并 采用 Ｃｒｏｓｓ 方程来表达乳胶基质的流动特性；国内 徐志祥[２]、肖凯[５]、周向群[６]等也对乳化炸药的流 动性进行了研究,认为乳胶基质为宾汉流体,属于非 牛顿流体的一种,并提出了相应的计算模型。 由于 乳化炸药配方与工艺的多样性,所以在目前,关于乳 化炸药及基质的流动特性还没有形成统一的认识, 还需要更进一步的研究,而乳胶基质在输送过程中 的压力降研究也鲜见报道。 本文在研究乳胶基质流变特性的基础上,对其 在输送管道内的压力降进行了分析,提出了管路系 统各部件压力降的计算方法,阐述了基质泵工作过 程中的能量转换过程。 分析压力降对乳胶基质安全 生产过程的影响,既有利于指导设计人员正确地设 计管路输送系统,又有利于工作人员正确地认知管 路压力形成的原因和机理,消除不必要的担忧,具有 十分重要的意义。 １ 乳胶基质的流变特性 乳胶基质屈服剪应力 τ０较大,其流变特性与宾 汉流体曲线极为相似。 宾汉流体隶属于非牛顿流 体,在低应力下,它表现为刚性体,但在高应力下,它 会像黏性流体一样流动,且其流动性为线性[７]。 乳 胶基质的各项特性与宾汉流体相吻合,因而它也属 于宾汉流体。 因此,可用宾汉流体模型来研究乳胶 基质的流变特性。 宾汉流体的流变方程为[６-９] τ ＝ τ０＋ ηｐ ｄγｖ ｄｔ 。１ 式中,若 τ０＝０,则成为牛顿流体的流变方程。 牛顿 流体和宾汉流体的流变方程中的黏度系数 ηｐ在一 定条件下为常数,与温度、介质的组成密切相关。 ２ 乳胶基质在输送管内的压力降分析 ２. １ 直管 如图 １ 所示,乳胶输送管与地面夹角为 θ,乳胶 基质以速度 ｖ 沿图示方向流动,根据牛顿第二定律, 可知管内任一微分单元体 ｄｘ 在各作用力的平衡下 保持匀速前进。 由此可得到微分单元体 ｄｘ 沿管轴 线方向的压力差如下 ｐ ＋ ｄｐπｒ２－ ｐπｒ２＝ ｄｐπｒ２。２ .０５. 爆 破 器 材 Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ 第 ４５ 卷第 ２ 期 ❋ 收稿日期２０１６-０５-１２ 作者简介綦海军１９８６ ,男,硕士,主要从事乳化炸药自动化生产线、现场混装车的研究开发。 Ｅ-ｍａｉｌｑｉｈａｉｊｕｎ＠ ｋｉｎｇｅｘｐｌｏｒｅｒ. ｃｏｍ 图 １ 倾斜直管内乳胶基质单元体的受力分析 Ｆｉｇ. １ Ｓｔｒｅｓｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｍｕｌｓｉｏｎ ｍａｔｒｉｘ’ｓ ｅｌｅｍｅｎｔ ｉｎ ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｓｔｒａｉｇｈｔ ｐｉｐｅ 式中ｐ 为距出料端 ｘ 处的压力；ｐ ＋ ｄｐ 为距出料端 ｘ ＋ ｄｘ 处的压力；ｒ 为乳胶输送管半径。 宾汉流体在圆形管道内做层流运动时,因克服 管道内壁的摩擦阻力而产生沿程压力降,沿程压力 降的计算公式如下[１０-１１] ｐ′ ＝ ３２ηｐＬｖ Ｄ２ ＋ １６ ３ .τ０Ｌ Ｄ 。３ 式中ｐ′为一管道沿程压力降,Ｐａ； Ｌ 为管道长度, ｍ；ｖ 为流体的速度,ｍ/ ｓ；Ｄ 为管道直径,ｍ。 根据以上公式,可得摩擦阻力为 ２πｒｆｄｘ ＝ ｐ′ Ｌ .πｒ２ｄｘ。４ 式中ｆ 为单位面积摩擦阻力。 压力差 ｄｐπｒ２由管壁摩擦阻力、乳胶基质重力 和惯性力共同作用产生[５]。 重力在轴线方向分力 为 πｒ２ｄｘρｇｓｉｎθ,惯性力为 πｒ２ｄｘρｄｖ/ ｄｔ,ｄｖ/ ｄｔ 是乳胶 基质流动的加速度。 以上各力的平衡条件[５] ｄｐπｒ２－２πｒｆｄｘ － πｒ２ｄｘρｇｓｉｎθ ＝ πｒ２ｄｘρ ｄｖ ｄｔ。 ５ 式中ｇ 为重力加速度；ρ 为乳胶基质的密度。 由于乳胶基质是不可压缩的,ｖ 仅是时间 ｔ 的函 数,而 ｐ 只是 ｘ 的函数,将式５化简,并对 ｘ 进行积 分,得 ʃ ｄｐ ｄｘ.ｄｘ ＝ ʃ ｐ′ Ｌ ＋ ρ ｄｖ ｄｔ ＋ ρｇｓｉｎθ [].ｄｘ。 ６ 由于 ｘ ＝ ０ 处 Δｐ ＝ ０,即出料口处无压力,故可 求得距出料口 Ｌ 处的压力降为 Δｐ ＝３２ηｐｖ Ｄ２ ＋ １６ ３ .τ０ Ｄ ＋ ρ ｄｖ ｄｔ ＋ ρｇｓｉｎθ [].Ｌ。 ７ 实际生产中,乳胶基质在管道内的速度为一恒 定速度,即 ｄｖ/ ｄｔ ＝０,此时管路的工作压力与管道的 布置情况包括管道水平布置、倾斜布置、垂直布 置有关。 由式７可得水平管道ｓｉｎθ ＝０压力降为[５-９] ΔｐＨ＝ ３２ηｐｖ Ｄ２ ＋ １６ ３ .τ０ Ｄ Ｌ。８ 垂直管道ｓｉｎθ ＝ ｓｉｎ９０ ＝１压力降为[５-９] ΔｐＶ＝ ３２ηｐｖ Ｄ２ ＋ １６ ３ .τ０ Ｄ ＋ ρｇ Ｌ。９ ２. ２ 锥形管 如图 ２ 所示,乳胶输送锥管与地面夹角为 θ,乳 胶基质以速度 ｖ 沿图示方向从大端流向小端,参考 乳胶基质在直管中压力降的计算方法,可得基质在 锥形输送管中流动引起的压力降 Δｐ 为[５-９] Δｐ ＝ ｐ２－ ｐ１＝ ４ｒ１＋ ｒ２ ３ｒ２ ２ τ０ｌ ＋ ８ηｐｌ ｒ２ １ｒ１－ ｒ２ ｖ１ ｒ１ ｒ２ ２ ｌｎ ｒ２ ｒ１ ＋ ρｖ２ １ ｒ１ ｒ２ ２ ｒ１ ｒ２ ２ －１ []＋ ρｇｌ ３ １ ＋ ｒ１ ｒ２ ＋ ｒ１ ｒ２ ２ []ｓｉｎθ。 １０ 式中ｒ１为输送管大端半径； ｒ２为输送管小端半径； ｖ１为通过大端时的流速；ｖ２为通过小端时的流速；ｐ１ 为锥形管段大端轴向压力；ｐ２为锥形管段小端轴向 压力；ρ 为乳胶基质的密度。 图 ２ 锥形输送管内乳胶基质单元体的受力分析 Ｆｉｇ. ２ Ｆｏｒｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｅｍｕｌｓｉｏｎ ｍａｔｒｉｘ’ｓ ｅｌｅｍｅｎｔ ｉｉｎ ｔａｐｅｒｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｔｕｂｅ ２. ３ 静态混合器 ＳＶ 型静态混合器、ＳＸ 型静态混合器、ＳＫ 型静 态混合器是目前乳化炸药生产线上的常用混合器。 ＳＶ 型静态混合器主要用于基质管路,承担基质 精乳的作用,也称精乳器。 ＳＶ 型静态混合器是由若 干以不同方式排列的波状薄片组成的叠层单元放在 空圆管中构成的,每相邻的单元之间成 ９０交叉。 各叠层单元间的波状薄片也以一定的角度９０相 .１５.２０１６ 年 ４ 月 乳胶基质管路的压力降研究与安全性分析 綦海军,等 接。 ＳＶ 型静态混合器用于基质精乳时,能使基质分 散到 １ ２ μｍ。 图 ３ 即为乳化炸药 ＳＶ 型静态混合 器结构,它一般由两个叠层单元组成。 ａ结构图 ｂ叠层单元 图 ３ ＳＶ 型静态混合器 Ｆｉｇ. ３ ＳＶ ｓｔａｔｉｃ ｍｉｘｅｒ ＳＸ 型静态混合器与 ＳＫ 型静态混合器组合使 用于乳胶管路,用于基质与发泡剂的静态敏化,也称 静态敏化器。 ＳＸ 型静态混合器由许多 Ｘ 型单元焊接组合而 成,Ｘ 型单元由交叉的横条按一定的规律组成,横条 与管轴线成 ４５,如图 ４ 所示。 该混合器对高黏度、 大产能的介质混合具有更佳的效果。 ＳＸ 型静态混 合器用于静态混合时,能使介质分散到 ２ ５ μｍ。 ａ结构图 ｂＸ 型单元 图 ４ ＳＸ 型静态混合器 Ｆｉｇ. ４ ＳＸ ｓｔａｔｉｃ ｍｉｘｅｒ ＳＫ 型静态混合器的芯子为单螺旋形,由向左、 向右扭转的螺旋叶片焊接而成。 前一个单元的导向 边和与后一个单元的拖曳边互成 ９０,各单元相互 串联。 当介质通过这些单元组件时,被不断地分成 若干层,最终达到混合的目的,如图 ５ 所示。 ＳＫ 型 静态混合器用于静态混合时,能使介质分散到 ５ １０ μｍ。 ａ结构图 ｂ螺旋叶片单元 图 ５ ＳＫ 型静态混合器 Ｆｉｇ. ５ ＳＫ ｓｔａｔｉｃ ｍｉｘｅｒ 乳胶基质流经静态混合器截面时,流动状态非 常复杂,同时乳胶基质为不可压缩流体。 因此,根据 达西公式可推导出静态混合器产生的压力降计算公 式[８,１２] Δｐ ＝ ｆ.ρｖ ２ ２ . Ｌ Ｄ 。１１ 式中 Δｐ 为压力降,Ｐａ；ｖ 为流体流动速度,ｍ/ ｓ；ρ 为连续相密度,ｋｇ/ ｍ３；Ｌ 为混合器长度,ｍ；Ｄ 为混合 单元的直径,ｍ；ｆ 为摩擦系数,与混合器的几何尺寸 及流体的雷诺数 Ｒｅ有关,由试验测定。 上述计算公式同时适应于 ＳＶ 型静态混合器、 ＳＸ 型静态混合器、ＳＫ 型静态混合器。 经过试验测 定和生产数据校对,得出ＳＶ 型混合器 １ ｉｎ２５ ｍｍ芯子的摩擦系数为 ７５；１. ５ ｉｎ３８ ｍｍ芯子的 摩擦系数为 １２０；ＳＸ 型混合器的摩擦系数为 ２６；ＳＫ 型混合器的摩擦系数为 １３。 ２. ４ 阀门、弯管 可采用当量长度法,将阀门与管件换算成与之 同效的直管长度,称为当量长度。 计算管道压力降 时,先计算出与阀门相匹配管道的单位长度压力降, 再用当量长度计算阀门和管件的压力降[１２]。 查手册,可得阀门和管件的当量直管长度如下 所示。 其中,Ｌｅ为当量长度；Ｄ 为与阀门相匹配的 管道直径[１２]。 １球阀Ｌｅ＝１５Ｄ ； ２蝶阀 Ｌｅ＝２０Ｄ５０ ｍｍ≤Ｄ≤２００ ｍｍ； ３ 三通球阀１８０通时, Ｌｅ＝ ５０Ｄ；９０ 通时, Ｌｅ＝４５Ｄ。 ４９０弯头标准型弯头,Ｌｅ＝ ３０Ｄ ； 法兰连接 弯头或焊接弯头图 ６,当量长度如表 １ 所示。 ３ 管道压力降的计算与实践应用 为验证计算方法的正确性,将上述方法运用于 .２５. 爆 破 器 材 Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ 第 ４５ 卷第 ２ 期 某乳胶基质管路的管内压力降计算,并与现场测试 结果进行了对比。 图 ６ 法兰连接弯头或焊接弯头 Ｆｉｇ. ６ Ｆｌａｎｇｅ ｅｌｂｏｗ ｏｒ ｗｅｌｄｉｎｇ ｅｌｂｏｗ 表 １ 法兰弯头、焊接弯头压力降计算当量长度 Ｔａｂ. １ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐ ｆｏｒ ｆｌａｎｇｅ ｅｌｂｏｗ ａｎｄ ｗｅｌｄｉｎｇ ｅｌｂｏｗ ｒ Ｄ Ｌｅ/ ｍ １１０Ｄ ２１２Ｄ ３１３Ｄ ４１４Ｄ ６１７Ｄ ８２４Ｄ ｒ Ｄ Ｌｅ/ ｍ １０３０Ｄ １２３４Ｄ １４３８Ｄ １６４２Ｄ １８４６Ｄ ２０５０Ｄ 如图 ７ 所示,该乳胶基质管路主要由 ＤＮ１００ 蝶 阀、ＤＮ１００-ＤＮ５０ 变径锥管、ＤＮ５０ 直管、ＤＮ５０ 弯管、 ＤＮ５０ 三通阀、ＳＶ 型静态混合器、ＤＮ５０ 蝶阀等组件 组成。 乳胶基质生产时的工艺温度为９０ ℃左右,密 度为 １. ３６ １０３ｋｇ/ ｍ３,直管内径 Ｄ 为 ５１ ｍｍ,流量 Ｑ 为 ３ ８ ｔ/ ｈ,管内流速 ｖ 为 ０. ３ ０. ８ ｍ/ ｓ。 通过 对９０ ℃乳胶基质的表观黏度进行检测,得到该温度 条件下乳胶基质的屈服剪应力 τ０为 ２１５ Ｎ/ ｍ２,塑 性黏度 ηｐ为 ３. ５５ Ｎ.ｓ/ ｍ２。 以此为基础,根据乳 胶基质通过混合器芯子的实测压力可得出１ ｉｎ ２５ ｍｍ混合器芯子摩擦系数为 ７５；１. ５ ｉｎ３８ ｍｍ混 合器芯子摩擦系数为 １２０；ＳＸ 型混合器的摩擦系数 为 ２６；ＳＫ 型混合器的摩擦系数为 １３。 １ － ＤＮ１００ 蝶阀；２ － ＤＮ１００-ＤＮ５０ 变径锥管；３ － ＤＮ５０ 弯管； ４ － ＤＮ５０ 三通阀１８０；５ － ＤＮ５０ 三通阀９０；６ － 静 态混合器；７ － ＤＮ５０ 垂直直管；８ － ＤＮ５０ 水平直管； ９ － ＤＮ５０ 蝶阀 图 ７ 某乳胶基质管路图 Ｆｉｇ. ７ Ａ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｄｒａｗｉｎｇ ｏｆ ｅｍｕｌｓｉｏｎ ｍａｔｒｉｘ 基于上述参数计算与实测得到乳胶管道的压力 降如表 ２ 所示。 ４ 压力对乳胶基质生产影响的安全性分析 乳胶基质在管路中的输送动力来源于基质螺杆 泵的电机,在工作过程中该电机将电能转换为机械 能,即为电机的有功功率。 机械能带动螺杆泵转子 的旋转运动,转子与定子的相对运动又将机械能进 一步转化为 ３ 部分的能量乳胶基质输送过程中所 获得的动能和势能；螺杆泵定子与转子的摩擦热能； 乳胶基质与管路摩擦产生的热能图 ８。 螺杆泵定子与转子之间相互摩擦产生的热量会 使乳胶基质温度升高；在正常工作状态下,预乳器生 产的乳胶基质会源源不断地通过螺杆泵,及时地带 走产生的热量,避免了局部温度的持续升高,因而不 会对生产造成安全隐患。 乳胶管路的压力降也是由 于乳胶基质克服管路系统摩擦而产生的,基质与管 路系统的摩擦使乳胶基质温度小幅升高。 螺杆泵正 表 ２ 乳胶基质管路压力降计算值与实测值对比 Ｔａｂ. ２ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｖａｌｕｅｓ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐ ｉｎ ｅｍｕｌｓｉｏｎ ｍａｔｒｉｘ ｐｉｐｅｌｉｎｅ 产量/ ｔ乳胶基质温度/ ℃静态混合器尺寸/ ｍｍ芯子节数计算值/ ＭＰａ实测值/ ＭＰａ ８. ０９０３８１. ５ ｉｎ２１. ３６１. ３６ ７. ０９０３８１. ５ ｉｎ２１. ２２１. ２５ ６. ５９０３８１. ５ ｉｎ２１. １６１. １８ ６. ０９０３８１. ５ ｉｎ２１. ０９１. ０８ ５. ０９０２５１. ０ ｉｎ２１. ３５１. ３８ ４. ５９０２５１. ０ ｉｎ２１. ２２１. ２２ ４. ０９０２５１. ０ ｉｎ２１. １０１. １０ ３. ６９０２５１. ０ ｉｎ２１. ０１１. ００ .３５.２０１６ 年 ４ 月 乳胶基质管路的压力降研究与安全性分析 綦海军,等 图 ８ 乳胶基质生产过程中的能量转换 Ｆｉｇ. ８ Ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｅｍｕｌｓｉｏｎ ｍａｔｒｉｘ 常工作时,这些热量也被源源不断的乳胶基质带走, 不会发生热量集中,因此不会造成安全风险。 若螺杆泵处于空转的非正常工作状态,转子与 定子间的摩擦力产生的热量会持续堆积,而又无法 被带走,最终温度越来越高,从而使残留在基质螺杆 泵里乳胶基质存在发生爆炸的可能,引发安全隐患。 因此,基质螺杆泵在工作过程中严禁空转,必须设计 保护装置防止泵的空转。 由于乳胶基质为不可压缩流体,因此,基质管路 的压力最终将通过基质与管路系统摩擦的方式转化 热能,使乳胶基质的温度小幅升高。 以某民爆基质 管路为例,当产能为 ８ ｔ/ ｈ 时,静态混合器采用 ２ 节 １. ５ ｉｎ３８ ｍｍ的芯子,基质泵变频器输出电压 ２３６ Ｖ,电流 １３. ５ Ａ,功率因素为 ０. ８３；乳胶基质管路实 测的压力降为 １. ３６ ＭＰａ。 单位时间内电机转化成的机械能 即电机的有 功功率为 Ｅ ＝３ ＵＩｃｏｓφ ＝３ ２３６ １３. ５ ０. ８３ ＝ ４ ５８０. ２ Ｊ。 单位时间内乳胶基质获得的动能 ＥＫ与势能 ＥＰ 分别为 ＥＫ＝ １ ２ ｍｖ２＝ １ ２ ρＳｔｖ３＝ １ ２ １. ３６ １０３２. ０４ １０ －３ １ ０. ８３＝０. ７１ Ｊ； ＥＰ＝ ｍｇｈ ＝ Ｓｖｔρｇｈ ＝１. ３６ １０３２. ０４ １０ －３ ０. ８ １ ９. ８ １. ７ ＝３７ Ｊ。 单位时间内克服管道摩擦转化的热能 Ｑ１为 Ｑ１＝ ΔｐＳｖｔ ＝１. ３６ １０６２. ０４ １０ －３ ０. ８ １ ＝ ２ ２１９. ５ Ｊ。 单位时间内转子与定子摩擦转化的热能 Ｑ２为 Ｑ２＝ Ｅ － ＥＫ－ ＥＰ－ Ｑ１＝ ４ ５８０. ２ － ０. ７１ － ３７ － ２ ２１９. ５ ＝２ ３２３ Ｊ。 摩擦热能导致乳胶温度升高 ΔＴ ＝ Ｑ１＋ Ｑ２ ρＳｖｔｃ ＝ ２ ２１９. ５ ＋２ ３２３ １. ３６ １０３２. ０４ １０ －３ ０. ８ １ ２ ８００ ＝０. ７３℃。 式中ｃ 为乳胶基质的比热容,２ ８００ Ｊ/ ｋｇ.℃。 可以看出,摩擦热能使乳胶基质的温度上升较 小。 一方面,持续生成的乳胶基质会将摩擦热量及 时带走；另一方面,乳胶基质在输送过程中与管壁形 成热交换,最终将部分热量散发至空气中。 因此,乳 胶基质管路的合理压力降不会影响乳胶基质的安全 生产。 ５ 乳胶基质管路压力降的合理区间 乳胶 基 质 管 路 采 用 的 耐 茨 螺 杆 泵 型 号 是 ＮＭ０６３ＳＹ０３Ｓ１８Ｂ,为三级螺杆泵,最大输出压力为 １. ８ ＭＰａ,最大输出转矩为 ３１６ Ｎｍ。 乳胶基质管路的压力降与工艺温度、生产产量、 油相配方、水油相的混合状态密切相关。 工艺温度 是影响乳胶基质黏度最大的因素,直接影响乳胶基 质的屈服剪应力、塑性黏度,从而影响到整个管路的 压力降。 保持基质管路压力降在合理范围内,对保 障乳胶基质的质量和基质泵的正常使用具有重要的 意义。 选用 Ｍ０６３ＳＹ０３Ｓ１８Ｂ 螺杆泵作为基质泵时,乳 化炸药基质管路的生产能力在 ２. ５ ９. ０ ｔ/ ｈ 之间, 为保证基质乳化的质量,建议最低产能在 ３ ｔ/ ｈ 以 上。 根据工程现场生产经验,基质管路压力降在 ０. ８ １. ５ ＭＰａ 时,乳胶基质具有较好的乳化质量。 在基质管路达到其最大产能时,管路压力降为 １. ４３ ＭＰａ,基质泵转速为 １２４ ｒ/ ｍｉｎ,基质泵变频器输出 功率 ３. ７９ ｋＷ。 由此可计算出基质泵连轴杆所承受 的转矩为 Ｍ ＝ ｐ ω ＝ ３. ７９ １０３ １２４ ２ π /６０ ＝２９２ Ｎｍ。１２ 综上所述,乳胶基质管路压力降的合理区间为 ０. ８ １. ５ ＭＰａ,该压力远小于基质泵的最大输出压 力 １. ８ ＭＰａ；在产能达到最大的 ９ ｔ/ ｈ 时,基质泵的 转矩也小于最大输出转矩 ３１６ Ｎｍ,充分保障了基质 泵的正常运行。 ６ 结论 １通过研究乳胶基质的流动特性,归纳并总结 了乳胶基质管路直管、锥管、静态混合器、弯管、阀门 等部件压力降的计算方法,并用现场生产数据验证 了计算方法的正确性。 ２推导出了静态混合器压力降的计算公式,依 据试验检测和工程现场数据,确定了 １ ｉｎ２５ ｍｍ ＳＶ 型混合器的摩擦系数为７５,１. ５ ｉｎ３８ ｍｍＳＶ 型 混合器摩擦系数为 １２０,ＳＸ 型混合器的摩擦系数为 .４５. 爆 破 器 材 Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ 第 ４５ 卷第 ２ 期 ２６,ＳＫ 型混合器的摩擦系数为 １３。 ３乳胶基质属于非牛顿流体,通过试验,在 ９０ ℃时的屈服剪应力 τ０为 ２１５ Ｎ/ ｍ２,塑性黏度 ηｐ为 ３. ５５ Ｎ.ｓ/ ｍ２,这些参数的确定为乳胶输送管路的 设计和压力故障分析提供了重要参考。 参 考 文 献 [１] 汪旭光. 乳化炸药[Ｍ]. ２ 版. 北京冶金工业出版社, ２００８. 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Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐ ｉｓ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｏｖｅｒｃｏｍｉｎｇ ｔｈｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｅｍｕｌｓｉｏｎ ｍａｔｒｉｘ ｗｉｔｈ ｐｉｐｅｓ ｓｙｓｔｅｍ, ａｎｄ ｉｔ ｗｉｌｌ ｂｅ ｅｖｅｎｔｕａｌｌｙ ｃｏｎｖｅｒ- ｔｅｄ ｔｏ ｈｅａｔ ａｎｄ ｒｅｍｏｖｅｄ ｂｙ ｆｌｏｗｉｎｇ ｅｍｕｌｓｉｏｎ ｍａｔｒｉｘ. Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ, ｈａｚａｒｄｓ ｄｕｅ ｔｏ ｐａｒｔｉａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｉｓｅ ｏｆ ｅｍｕｌｓｉｏｎ ｍａｔｒｉｘ ｗｉｌｌ ｂｅ ｅｌｉｍｉｎａｔｅｄ. Ｋｅｅｐｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐ ｏｆ ｅｍｕｌｓｉｏｎ ｍａｔｒｉｘ ｐｉｐｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ０. ８-１. ５ ＭＰａ, ｉｔ ｐｌａｙｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｎｏｒｍａｌ ｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｅｍｕｌｓｉｏｎ ｍａｔｒｉｘ ａｎｄ ｍａｔｒｉｘ ｐｕｍｐ. [ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ]ｅｍｕｌｓｉｏｎ ｍａｔｒｉｘ； ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐ； ｓａｆｅｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ； ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ； ｐｉｐｅｓ .５５.２０１６ 年 ４ 月 乳胶基质管路的压力降研究与安全性分析 綦海军,等