申请日2018.01.09
公开(公告)日2018.04.24
IPC分类号G01N19/04
摘要
本发明涉及一种污泥高温粘附力和结团力的测试装置及测试方法，包括测量筒、压块、电子天平、步进电机、支撑架、测试平台和温控表，其中所述支撑架和步进电机均固定在测试平台上，所述电子天平设置在步进电机上方、支撑架上，所述压块通过挂钩安装在电子天平下端，所述压块下端设有吊杆，所述压块下端、吊杆内设有压块螺丝，所述测量筒通过挂杆设置在吊杆下端，所述测量筒外壁设有保温层，所述测量筒下端设有中空螺帽，用于支撑测量活塞，所述测量筒内设有密封活塞、测量活塞和温度计，所述密封活塞包括密封轴、活塞头、密封圈和加热片。本发明可一次性完成对污泥粘附力和结团力的测试，测试过程更加快速和便捷。
权利要求书
1.一种污泥高温粘附力和结团力的测试装置，包括测量筒(1)、压块(5)、电子天平(7)、步进电机(12)、支撑架(14)、测试平台(17)和温控表(19)，其特征在于：所述支撑架(14)和步进电机(12)均固定在测试平台(17)上，所述电子天平(7)设置在步进电机(12)上方、支撑架(14)上，所述压块(5)通过挂钩(6)安装在电子天平(7)下端，所述压块(5)下端设有吊杆(4)，所述压块(5)下端、吊杆(4)内设有压块螺丝(8)，所述测量筒(1)通过挂杆(18)设置在吊杆(4)下端，所述测量筒(1)外壁设有保温层(22)，所述测量筒(1)下端设有中空螺帽(10)，用于支撑测量活塞(16)，所述测量筒(1)内设有密封活塞(2)、测量活塞(16)和温度计(11)，所述密封活塞(2)包括密封轴(23)、活塞头(24)、密封圈(25)和加热片(26)，所述密封轴(23)上端安装在吊杆(4)内、在吊杆(4)内上下移动，所述密封轴(23)下端与活塞头(24)连接，所述密封圈(25)设置在活塞头(24)上，所述活塞头(24)下端设有加热片(26)，所述加热片(26)通过加热电源线(21)与温控表(19)连接，所述测量活塞(16)设置在密封活塞(2)下端、通过伸缩杆(13)与步进电机(12)连接，所述测量活塞(16)用于放置污泥样品(9)，所述温度计(11)穿过测量活塞(16)、插进污泥样品(9)内，所述温度计(11)通过电源线(20)与温控表(19)连接。
2.根据权利要求1所述的一种污泥高温粘附力和结团力的测试装置，其特征在于：所述支撑架(14)为“Γ”形不锈钢支架。
3.根据权利要求1所述的一种污泥高温粘附力和结团力的测试装置，其特征在于：所述吊杆(4)为内部中空结构、下端开口处设有法兰(3)。
4.根据权利要求1所述的一种污泥高温粘附力和结团力的测试装置，其特征在于：所述密封轴(23)通过双头螺帽(15)安装在吊杆(4)内。
5.根据权利要求1所述的一种污泥高温粘附力和结团力的测试装置，其特征在于：所述伸缩杆(13)上升、下降速度为0.5～2厘米/秒。
6.根据权利要求1所述的一种污泥高温粘附力和结团力的测试装置，其特征在于：所述污泥样品(9)通过污泥制样模具制作，所述污泥制样模具包括制样筒(28)、底座(29)压杆(30)和砝码(31)，所述制样筒(28)设置在底座(29)上，所述制样筒(28)内用于放置污泥样品(9)，所述压杆(30)插进制样筒(28)内、设置在污泥样品(9)上端，所述压杆(30)上端设有砝码(31)，用于压制污泥样品(9)。
7.根据权利要求1所述的一种污泥高温粘附力和结团力的测试装置，其特征在于：所述温度计(11)探头直径小于等于2毫米，且温度计(11)插入污泥样品(9)的深度为污泥样品(9)高度的1/10～1/5。
8.根据权利要求1所述的一种污泥高温粘附力和结团力的测试装置，其特征在于：所述测量筒(1)内径为1～5厘米、材质为不锈钢。
9.根据权利要求1所述的一种污泥高温粘附力和结团力的测试装置，其特征在于：所制污泥样品(9)外径比测量筒(1)内径大0.1～1.0毫米。
10.一种根据权利要求1所述的一种污泥高温粘附力和结团力的测试装置测试方法，其特征在于：包括以下步骤：
(a)将制样筒(28)固定在底座(29)上，称取已知质量和含水率的污泥样品(9)，并将污泥样品(9)加入到制样筒(28)中，通过压杆(30)和砝码(31)将污泥样品(9)压制成圆柱形;
(b)将包含已压制成形污泥样品(9)的制样筒(28)连接到测量筒(1)底部，测量筒(1)中的密封活塞(2)已经通过双头螺帽(15)固定在吊杆(4)内，采用压杆(30)将污泥样品(9)推入测量筒(1)中，然后插入测量活塞(16)，测量活塞(16)中的温度计(11)也同时插入污泥样品(9)，并用中空螺帽(10)将测量活塞(16)固定在测量筒(1)内;
(c)开启加热片(26)加热污泥样品(9)，并通过温度计(11)对污泥样品(9)的温度实时监测，通过温控表(19)自动控制加热片(26)加热功率，使污泥样品(9)的温度快速达到设定值;
(d)当污泥样品(9)加热至设定温度后，将密封活塞(2)提升，并将密封轴(23)通过双头螺帽(15)连接到压块螺丝(8)上，然后将电子天平(7)去皮;
(e)开启步进电机(12)，使伸缩杆(13)以设定速度匀速向上运动并推动测量活塞(16)，测量活塞(16)则以相同速度推动污泥样品(9)向上运动，污泥样品(9)向上运动过程中受到测量筒(1)内壁的阻力作用，从而给测量筒(1)施加向上的作用力，该作用力即为污泥样品(9)的表面粘附力，其大小通过电子天平实时监测并自动记录;
(f)当污泥样品(9)接触到加热片(26)后会停止上升，但测量活塞(16)则继续挤压污泥样品(9)，使污泥样品(9)发生变形，在污泥样品(9)被挤压的同时，对加热片(26)施加向上的作用力，该作用力即为污泥样品(9)的结团力，其大小也通过电子天平实时监测并自动记录;
(g)通过设定步进电机(24)的运动程序，可控制测量活塞(16)的运动高度，使得污泥样品(9)被挤压到一定厚度后停止挤压，伸缩杆(13)则自动下降到初始状态，整个测量过程结束。
说明书
一种污泥高温粘附力和结团力的测试装置及测试方法
技术领域
本发明属污泥高温粘附力和结团力的测试技术领域，特别是涉及一种污泥高温粘附力和结团力的测试装置及测试方法。
背景技术
随着我国污水排放总量的不断提升，市政及工业机械脱水污泥(以下简称“湿污泥”)的排放量也持续增加。截至目前，我国湿污泥年排放量已超过4千万吨，预计2020年将达到6～9千万吨。湿污泥的干化处理是完成污泥减量化和稳定化，并实现污泥资源化利用的重要手段。湿污泥经干化后，污泥体积大幅降低，形成了颗粒或粉状稳定产品。所以无论焚烧、农业利用还是热能利用，都要求对污泥进行干化处理。
大量的工程实践及研究表明，在污泥干化过程中，随着含水率降低，污泥逐渐变得粘稠，通常将污泥含水率为45～65%的区间称为“粘滞区”。在粘滞区内，污泥具有很强的粘附力，粘附在干化机表面难以脱落，使得干化机的传热阻力大幅提升，降低了干化效率。此外，粘滞区内的污泥还具有很大的结团力，污泥搅拌难度大，使得干化机的机械能耗大幅提升，严重的甚至阻碍干化机正常工作。
因此，粘附力和结团力是表征污泥粘滞特性的两个重要指标。典型的粘附力和结团力的测试方法是Jenike法，但该法一般只适用于颗粒状的物料，对于粘稠状的污泥适用度不高;Jenike法针对粘附力和结团力要分开测量，测量过程较繁琐;此外，Jenike法只适用于常温测量，这是因为一旦加热后物料水分就会散失，测量值就失去了意义。由于污泥在热力干化过程中的温度接近水的蒸发温度(100℃)，因此只有测量达到或接近污泥实际干化温度下的粘附力和结团力，才对工程实际更有指导意义。
目前为止，尚无针对污泥在高温条件下的粘附力和结团力的测试装置。仅专利CN202994610涉及污泥粘附性的测量，但该装置只能粗略测量污泥在金属壁面的粘附质量，无法测量污泥的粘附力和结团力。鉴于污泥粘附力和结团力测试对污泥热力干化工程实际的重要指导意义，本发明专利公开了一种污泥高温粘附力和结团力的测试方法及装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种污泥高温粘附力和结团力的测试装置及测试方法，解决目前为止，尚无针对污泥在高温条件下的粘附力和结团力的测试装置的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种污泥高温粘附力和结团力的测试装置，包括测量筒、压块、电子天平、步进电机、支撑架、测试平台和温控表，其中所述支撑架和步进电机均固定在测试平台上，所述电子天平设置在步进电机上方、支撑架上，所述压块通过挂钩安装在电子天平下端，所述压块下端设有吊杆，所述压块下端、吊杆内设有压块螺丝，所述测量筒通过挂杆设置在吊杆下端，所述测量筒外壁设有保温层，所述测量筒下端设有中空螺帽，用于支撑测量活塞，所述测量筒内设有密封活塞、测量活塞和温度计，所述密封活塞包括密封轴、活塞头、密封圈和加热片，所述密封轴上端安装在吊杆内、在吊杆内上下移动，所述密封轴下端与活塞头连接，所述密封圈设置在活塞头上，所述活塞头下端设有加热片，所述加热片通过加热电源线与温控表连接，所述测量活塞设置在密封活塞下端、通过伸缩杆与步进电机连接，所述测量活塞用于放置污泥样品，所述温度计穿过测量活塞、插进污泥样品内，所述温度计通过电源线与温控表连接。
本发明的进一步技术方案是，所述支撑架为“Γ”形不锈钢支架。
本发明的又进一步技术方案是，所述吊杆为内部中空结构、下端开口处设有法兰，
本发明的再进一步技术方案是，所述密封轴通过双头螺帽安装在吊杆内。
本发明的再进一步技术方案是，所述伸缩杆上升、下降速度为0.5～2厘米/秒。
本发明的再进一步技术方案是，所述污泥样品通过污泥制样模具制作，所述污泥制样模具包括制样筒、底座压杆和砝码，所述制样筒设置在底座上，所述制样筒内用于放置污泥样品，所述压杆插进制样筒内、设置在污泥样品上端，所述压杆上端设有砝码，用于压制污泥样品。
本发明的再进一步技术方案是，所述温度计探头直径小于等于2毫米，且温度计插入污泥样品的深度为污泥样品高度的1/10～1/5。
本发明的再进一步技术方案是，所述测量筒内径为1～5厘米、材质为不锈钢。
本发明的更进一步技术方案是，所制污泥样品外径比测量筒内径大0.1～1.0毫米。
一种污泥高温粘附力和结团力的测试装置测试方法，其中包括以下步骤：
(a)将制样筒固定在底座上，称取已知质量和含水率的污泥样品，并将污泥样品加入到制样筒中，通过压杆和砝码将污泥样品压制成圆柱形;
(b)将包含已压制成形污泥样品的制样筒连接到测量筒底部，测量筒中的密封活塞已经通过双头螺帽固定在吊杆内，采用压杆将污泥样品推入测量筒中，然后插入测量活塞，测量活塞中的温度计也同时插入污泥样品，并用中空螺帽将测量活塞固定在测量筒内;
(c)开启加热片加热污泥样品，并通过温度计对污泥样品的温度实时监测，通过温控表自动控制加热片加热功率，使污泥样品的温度快速达到设定值;
(d)当污泥样品加热至设定温度后，将密封活塞提升，并将密封轴通过双头螺帽连接到压块螺丝上，然后将电子天平去皮;
(e)开启步进电机，使伸缩杆以设定速度匀速向上运动并推动测量活塞，测量活塞则以相同速度推动污泥样品向上运动，污泥样品向上运动过程中受到测量筒内壁的阻力作用，从而给测量筒施加向上的作用力，该作用力即为污泥样品的表面粘附力，其大小通过电子天平实时监测并自动记录;
(f)当污泥样品接触到加热片后会停止上升，但测量活塞则继续挤压污泥样品，使污泥样品发生变形，在污泥样品被挤压的同时，对加热片施加向上的作用力，该作用力即为污泥样品的结团力，其大小也通过电子天平实时监测并自动记录;
(g)通过设定步进电机的运动程序，可控制测量活塞的运动高度，使得污泥样品被挤压到一定厚度后停止挤压，伸缩杆则自动下降到初始状态，整个测量过程结束。
研究表明，污泥的粘附力是指污泥外表面和金属壁面之间的剪切应力;结团力则是污泥的一种内聚力，体现在污泥变形的难易程度上，污泥在相同变形率条件下所需外力越大，表明污泥结团力也越大，根据这些特点，本发明提出了一种污泥高温粘附力和结团力的测试方法及装置，该方法及装置可在一次测量过程中同时获取污泥粘附力和结团力的数值，从而简化了测量流程。该方法及装置可以在保持污泥水分不散失的情况下，测量实际热力干化温度下的污泥粘附力和结团力，测量结果更具指导意义。该方法及装置采用制样模具对待测污泥样品进行制样，提高了测试结果的可靠性和重复性。该方法及装置的加热、测量和数据记录全程采用自动化操作，减少了人为操作误差。
有益效果
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明可一次性完成对污泥粘附力和结团力的测试，测试过程更加快速和便捷;
2、本发明可测量污泥在实际热力干化温度下的粘附力和结团力，保证污泥高温条件下水分不散失，测试结果更具实践指导意义;
3、本发明采用制样模具对污泥待测样品进行制样，测量结果的重复性和可靠性大幅提高;
4、本发明中的污泥样品加热、测量和数据记录全程采用自动化操作，减少了人为操作误差，进一步保证了测量结果可靠性