一種離心泵氣液兩相流性能測(cè)試系統(tǒng)及其測(cè)試方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種離心泵氣液兩相流性能測(cè)試系統(tǒng)及其測(cè)試方法。主要由儲(chǔ)液罐、進(jìn)口管路、進(jìn)氣管支路、變頻泵機(jī)組和出口管路組成，儲(chǔ)液罐中部的進(jìn)口經(jīng)出口管路連接到變頻泵機(jī)組的出口端，變頻泵機(jī)組的進(jìn)口端經(jīng)進(jìn)口管路連接到儲(chǔ)液罐底部的出口，進(jìn)口管路上還連接有進(jìn)氣管支路；采集壓力傳感器信號(hào)和變頻泵機(jī)組扭矩儀得到不同含氣量的氣液兩相流下?lián)P程和效率曲線(xiàn)；通過(guò)分析振動(dòng)加速度傳感器的信號(hào)得到流量振動(dòng)曲線(xiàn)；采集入口壓力和壓力傳感器信號(hào)得到離心泵在不同含氣量的氣液兩相流汽蝕性能曲線(xiàn)。本發(fā)明形成了一個(gè)閉式循環(huán)回路，可實(shí)現(xiàn)離心泵氣液兩相流性能測(cè)試、振動(dòng)測(cè)試、汽蝕性能測(cè)試等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)試效率高且測(cè)試精度高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
-種離心累氣液兩相流性能測(cè)試系統(tǒng)及其測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種累性能測(cè)試領(lǐng)域，特別是設(shè)及了一種離屯、累氣液兩相流性能測(cè)試 系統(tǒng)及其測(cè)試方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 氣液兩相流廣泛存在于各種不同的流體傳輸領(lǐng)域，尤其在石油天然氣、醫(yī)療和化 工等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，而作為流體傳輸技術(shù)核屯、的離屯、累已成為目前研究的熱點(diǎn)。
[0003] 離屯、累作為輸送流體的主要設(shè)備，屬于葉片式累，具有揚(yáng)程高、效率高等特點(diǎn)。然 而離屯、累一般輸送單相流體。氣液兩相流輸送下，離屯、累的性能將會(huì)發(fā)生顯著改變。
[0004] 目前國(guó)內(nèi)對(duì)于離屯、累氣液兩相流性能試驗(yàn)研究很少，原因有兩點(diǎn)：一是在于試驗(yàn) 中模擬氣液兩相流測(cè)試?yán)蹨y(cè)試系統(tǒng)很難建立;二是離屯、累在含氣量較高的時(shí)候會(huì)發(fā)生堵塞 流道現(xiàn)象，導(dǎo)致離屯、累無(wú)法工作。正是因?yàn)槲覀儗?duì)氣液兩相流輸送下離屯、累性能的了解需 求如此迫切，所W有必要對(duì)于離屯、累氣液兩相流性能測(cè)試系統(tǒng)的建立。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決【背景技術(shù)】中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種離屯、累氣液兩相流性能測(cè)試 系統(tǒng)及其測(cè)試方法，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，能有效地測(cè)試離屯、累氣液兩相流性能的優(yōu) 點(diǎn)。
[0006] 本發(fā)明采用W下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0007] -、一種離屯、累氣液兩相流性能測(cè)試系統(tǒng)：
[000引所述的累測(cè)試系統(tǒng)為主要由儲(chǔ)液罐、進(jìn)口管路、進(jìn)氣管支路、變頻累機(jī)組和出口管 路組成的一個(gè)閉式循環(huán)回路，儲(chǔ)液罐中部的進(jìn)口經(jīng)出口管路連接到變頻累機(jī)組的出口端， 變頻累機(jī)組的進(jìn)口端經(jīng)進(jìn)口管路連接到儲(chǔ)液罐底部的出口，進(jìn)口管路上還連接有進(jìn)氣管支 路。
[0009] 所述的儲(chǔ)液罐頂部連接有排氣閥和真空累。
[0010] 所述的進(jìn)口管路包括進(jìn)水截止閥、第一電磁流量計(jì)、進(jìn)水調(diào)節(jié)閥、氣液混合裝置和 進(jìn)口測(cè)壓管，變頻累機(jī)組的進(jìn)口端經(jīng)進(jìn)口測(cè)壓管連接到氣液混合裝置的輸出口，氣液混合 裝置氣相輸入口連接進(jìn)氣管支路，氣液混合裝置的輸入口依次經(jīng)進(jìn)水調(diào)節(jié)閥、第一電磁流 量計(jì)、進(jìn)水截止閥連接到儲(chǔ)液罐罐底部的出口。
[0011] 所述的進(jìn)氣管支路包括空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥、轉(zhuǎn)子流量計(jì)和進(jìn)氣截止 閥，空氣壓縮機(jī)連接儲(chǔ)氣罐，儲(chǔ)氣罐依次經(jīng)進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥、轉(zhuǎn)子流量計(jì)和進(jìn)氣截止閥后連接到 氣液混合裝置的氣相輸入口；進(jìn)氣管支路通過(guò)進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥和轉(zhuǎn)子流量計(jì)之間形成反饋對(duì)進(jìn) 氣量進(jìn)行控制。
[0012] 所述的出口管路包括出口測(cè)壓管、測(cè)溫管、出口調(diào)節(jié)閥、氣液分離罐、第二電磁流 量計(jì)和出口截止閥，儲(chǔ)液罐罐中部的進(jìn)口依次經(jīng)出口截止閥、第二電磁流量計(jì)連接到氣液 分離罐，氣液分離罐經(jīng)出口調(diào)節(jié)閥與測(cè)溫管的一端連接，測(cè)溫管另一端經(jīng)出口測(cè)壓管與變 頻累機(jī)組的出口端相連。
[0013] 所述變頻累機(jī)組的離屯、累在轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，液體從儲(chǔ)液罐流出，通過(guò)出口調(diào)節(jié)閥調(diào) 節(jié)流量，然后通過(guò)進(jìn)氣管支路的進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)進(jìn)氣量，使氣體和液體在氣液混合裝置中 均勻混合，混合后的氣液兩相流體經(jīng)過(guò)離屯、累，在出口管路中的氣液分離罐中分離，氣體充 分排出，液體經(jīng)過(guò)出口管路回到儲(chǔ)液罐。
[0014] 所述的進(jìn)水調(diào)節(jié)閥和進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥均為手動(dòng)控制。
[0015] 二、一種離屯、累氣液兩相流性能測(cè)試方法:采用上述測(cè)試系統(tǒng)，采用W下方式分別 測(cè)量獲得揚(yáng)程和效率關(guān)系數(shù)據(jù)、流量振動(dòng)數(shù)據(jù)和氣液兩相流汽蝕性能數(shù)據(jù)：
[0016] A)對(duì)進(jìn)口測(cè)壓管和出口測(cè)壓管的壓力傳感器信號(hào)和變頻累機(jī)組扭矩儀的信號(hào)進(jìn) 行采集，通過(guò)W下公式得到離屯、累在不同含氣量的氣液兩相流下的揚(yáng)程和效率；
[0017] B)在變頻累機(jī)組的離屯、累蝸殼上安裝振動(dòng)加速度傳感器，通過(guò)調(diào)節(jié)不同的流量， 采集不同流量下振動(dòng)加速度傳感器的信號(hào)，經(jīng)分析處理得到該流量的振動(dòng)幅值曲線(xiàn)；
[0018] C)通過(guò)儲(chǔ)液罐上的真空累調(diào)節(jié)變頻累機(jī)組的離屯、累的入口壓力，然后對(duì)離屯、累進(jìn) 出口的進(jìn)口測(cè)壓管和出口測(cè)壓管上的壓力傳感器信號(hào)進(jìn)行采集，通過(guò)W下公式得到對(duì)應(yīng)的 累的汽蝕余量W及揚(yáng)程，進(jìn)而得到離屯、累在不同含氣量的氣液兩相流汽蝕性能曲線(xiàn)。
[0019] 所述步驟A)中在不同含氣量的氣液兩相流下的揚(yáng)程和效率采用W下方式計(jì)算得 到：
[0020] A.1)由進(jìn)水流量和進(jìn)氣流量采用W下公式計(jì)算獲得氣液兩相流總流量也：
[0021] Qm=qw+qg
[0022] 式中，Qw--進(jìn)水流量;Qg--進(jìn)氣流量；
[0023] A. 2)由氣液兩相流總流量也采用W下公式計(jì)算獲得混合后的密度Pm:
[0024] Pm = PwQw/Om+PgQg/Qm
[00巧]式中，Pw-一水密度，Pg--空氣密度；
[0026] A.3)由混合后的密度Pm采用W下公式計(jì)算獲得累的揚(yáng)程H:
[0027] H= (Pout-Pin )/Pmg+Ah
[002引式中，Pin--進(jìn)口壓力，Pcmt--出口壓力，Ah--進(jìn)出口壓力傳感器的高度位置 差，g--重力加速度；
[0029] A.4)由累的揚(yáng)程H采用W下公式計(jì)算獲得累的水力效率化：
[0030] rih=PmgQmH/(M?)
[0031 ] 式中，M--軸扭矩，W--角速度；
[0032] A.5)由累的水力效率化采用W下公式計(jì)算獲得累的總效率n:
[0033]
[0034]
[003引 APd = 0.35Xl0-2xkp?3R5，k = 0.8~l
[0036] 式中：APd--葉輪圓盤(pán)摩擦損失功率，riv--容積損失，恥--水力損失，ns-- 比轉(zhuǎn)速，Q--流量，n--轉(zhuǎn)速，P--流體密度，R--葉輪半徑；
[0037] 所述步驟A)中累的汽蝕余量NPSH采用W下公式計(jì)算獲得：
[003引 NP甜=(Pin-Pv )/pmg+Ah-出
[0039] 式中，Hf-一累吸入口側(cè)全管阻力損失，Pin--進(jìn)口壓力，Pv--液體飽和蒸汽 壓，Pm--混合后的密度，g--重力加速度，A h--進(jìn)出口壓力傳感器的局度位置差。
[0040] 本發(fā)明中，電磁流量計(jì)安裝要求需要滿(mǎn)足前后預(yù)留十倍管徑的直管段。
[0041] 本發(fā)明中，進(jìn)出口都安裝了流量計(jì)，是為了測(cè)試進(jìn)出口流量進(jìn)行對(duì)比，并進(jìn)行校準(zhǔn) 和檢查氣液分離罐的分離效果。
[0042] 本發(fā)明中，可W通過(guò)進(jìn)氣管支路的進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥和轉(zhuǎn)子流量計(jì)之間形成反饋，對(duì)進(jìn) 氣量進(jìn)行控制，從而進(jìn)一步控制氣液兩相流中含氣率。
[0043] 本發(fā)明中，進(jìn)口管徑寬于出口管徑，出口管徑寬于進(jìn)氣管支路管徑。
[0044] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：
[0045] 本發(fā)明所述的一種離屯、累氣液兩相流性能測(cè)試系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于拆卸，可W對(duì) 離屯、累、軸流累、混流累等多種累進(jìn)行氣液兩相流性能測(cè)試。
【附圖說(shuō)明】
[0046] 圖1是本發(fā)明測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0047] 圖中：1一儲(chǔ)液罐，2-進(jìn)水截止閥，3-第一電磁流量計(jì)，4-進(jìn)水調(diào)節(jié)閥，5-氣液 混合裝置，6-進(jìn)口測(cè)壓管，7-變頻累機(jī)組，8-出口測(cè)壓管，9-進(jìn)氣截止閥，10-轉(zhuǎn)子流量 計(jì)，11-進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥，12-儲(chǔ)氣罐，13-空氣壓縮機(jī)，14-測(cè)溫管，15-出口調(diào)節(jié)閥，16-氣 液分罔罐，17-第二電磁流量計(jì)，18-出口截止閥，19-排氣閥，20-真至累。
【具體實(shí)施方式】
[0048] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0049] 如圖1所示，本發(fā)明的累測(cè)試系統(tǒng)為主要由儲(chǔ)液罐1、進(jìn)口管路、進(jìn)氣管支路、變頻 累機(jī)組7和出口管路組成的一個(gè)閉式循環(huán)回路，儲(chǔ)液罐1中部的進(jìn)口經(jīng)出口管路連接到變頻 累機(jī)組7的出口端，變頻累機(jī)組7的進(jìn)口端經(jīng)進(jìn)口管路連接到儲(chǔ)液罐1底部的出口，進(jìn)口管路 上還連接有進(jìn)氣管支路。
[0050] 儲(chǔ)液罐1上面連接兩個(gè)管，一個(gè)與有排氣閥19連接，可W排出多余的罐內(nèi)空氣；另 一個(gè)與真空累20連接，用于對(duì)罐內(nèi)液體抽真空。整個(gè)儲(chǔ)液罐1與外界空氣隔絕。
[0051] 儲(chǔ)液罐1通過(guò)進(jìn)口管路順序連接進(jìn)水截止閥2、第一電磁流量計(jì)3、手動(dòng)進(jìn)水調(diào)節(jié)閥 4、氣液混合裝置5,與變頻累機(jī)組7中的離屯、累進(jìn)口相連，其中進(jìn)口測(cè)壓管6連接在氣液混合 裝置5與離屯、累進(jìn)口之間，用于測(cè)試?yán)圻M(jìn)口壓力。整個(gè)進(jìn)口管路高度要求在儲(chǔ)液罐1水位W 下。
[0052] 進(jìn)氣管支路從空氣壓縮機(jī)13出口，通過(guò)管路順序連接儲(chǔ)氣罐12,進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥11、轉(zhuǎn) 子流量計(jì)10、進(jìn)氣截止閥9,最后和氣液混合裝置5的氣相進(jìn)口相連，可通過(guò)進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥11控 制進(jìn)氣量。
[0053] 變頻累機(jī)組7的離屯、累出口通過(guò)出口管路順序連接出口調(diào)節(jié)閥15,氣液分離罐16， 第二電磁流量計(jì)17、出口截止閥18,然后與儲(chǔ)液罐1相連。其中測(cè)壓管和測(cè)溫管連接在離屯、 累出口和出口調(diào)節(jié)閥15之間，用于測(cè)試?yán)鄢隹趬毫蜏囟取?br>[0054] 變頻累機(jī)組7包括離屯、累、扭矩儀、高速變頻電機(jī)，中間用膜片聯(lián)軸器相連接，整個(gè) 機(jī)組都安裝在一塊底座上，保證設(shè)備的中屯、高在同一條水平線(xiàn)上。
[0055] 本發(fā)明的具體實(shí)施工作過(guò)程如下：
[0056] 先關(guān)閉進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥11和出口調(diào)節(jié)閥15，全開(kāi)進(jìn)水截止閥2和出口截止閥18。再運(yùn)行 空氣壓縮機(jī)13,將進(jìn)氣管路的壓力調(diào)節(jié)到設(shè)定要求，并保持穩(wěn)定。啟動(dòng)離屯、累，開(kāi)始手動(dòng)調(diào) 節(jié)出口調(diào)節(jié)閥15,將流量調(diào)節(jié)到設(shè)定流量。再手動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥11，讓氣體通入進(jìn)口管 路。
[0057] 調(diào)節(jié)進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥11，通入不同含氣量。此時(shí)，離屯、累的進(jìn)出口壓力會(huì)出現(xiàn)明顯的變 化，待穩(wěn)定后，對(duì)進(jìn)口測(cè)壓管6和出口測(cè)壓管8的壓力傳感器和變頻累機(jī)組7扭矩儀的信號(hào)進(jìn) 行采集，根據(jù)公式得到離屯、累在不同含氣量的氣液兩相流下?lián)P程和效率曲線(xiàn)；
[0058] 在離屯、累蝸殼上安裝振動(dòng)加速度傳感器，對(duì)蝸殼上進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)采集，即可得到 不同含氣量下的離屯、累振動(dòng)曲線(xiàn)。
[0059] 在每次調(diào)節(jié)到不同含氣量下，控制出口流量不變，啟動(dòng)與儲(chǔ)液罐相連的真空累20， 降低罐內(nèi)的真空度，從而累入口的壓力降低，直到累入口壓力下降到臨界壓力，并保持穩(wěn) 定。重復(fù)上述試驗(yàn)，得到不同含氣量下的離屯、累汽蝕性能曲線(xiàn)。
[0060] 具體實(shí)施的測(cè)試對(duì)象采用離屯、累，但不限于此，本發(fā)明可應(yīng)用于軸流累、混輸累等 多種累體的測(cè)試。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種離心栗氣液兩相流性能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述的栗測(cè)試系統(tǒng)為主要由儲(chǔ) 液罐（1 )、進(jìn)口管路、進(jìn)氣管支路、變頻栗機(jī)組(7)和出口管路組成的一個(gè)閉式循環(huán)回路，儲(chǔ) 液罐（1)中部的進(jìn)口經(jīng)出口管路連接到變頻栗機(jī)組(7)的出口端，變頻栗機(jī)組(7)的進(jìn)口端 經(jīng)進(jìn)口管路連接到儲(chǔ)液罐(1)底部的出口，進(jìn)口管路上還連接有進(jìn)氣管支路。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種離心栗氣液兩相流性能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述的儲(chǔ) 液罐(1)頂部連接有排氣閥（19)和真空栗(20)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種離心栗氣液兩相流性能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述的進(jìn) 口管路包括進(jìn)水截止閥（2)、第一電磁流量計(jì)(3)、進(jìn)水調(diào)節(jié)閥（4)、氣液混合裝置(5)和進(jìn)口 測(cè)壓管(6)，變頻栗機(jī)組(7)的進(jìn)口端經(jīng)進(jìn)口測(cè)壓管(6)連接到氣液混合裝置(5)的輸出口， 氣液混合裝置(5)氣相輸入口連接進(jìn)氣管支路，氣液混合裝置(5)的輸入口依次經(jīng)進(jìn)水調(diào)節(jié) 閥(4)、第一電磁流量計(jì)(3)、進(jìn)水截止閥（2)連接到儲(chǔ)液罐(1)罐底部的出口； 所述的進(jìn)氣管支路包括空氣壓縮機(jī)（13)、儲(chǔ)氣罐（12)、進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥（11)、轉(zhuǎn)子流量計(jì) (10) 和進(jìn)氣截止閥（9)，空氣壓縮機(jī)（13)連接儲(chǔ)氣罐（12)，儲(chǔ)氣罐（12)依次經(jīng)進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥 (11) 、轉(zhuǎn)子流量計(jì)（10)和進(jìn)氣截止閥（9)后連接到氣液混合裝置(5)的氣相輸入口；進(jìn)氣管 支路通過(guò)進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥（11)和轉(zhuǎn)子流量計(jì)（10)之間形成反饋對(duì)進(jìn)氣量進(jìn)行控制； 所述的出口管路包括出口測(cè)壓管(8)、測(cè)溫管（14)、出口調(diào)節(jié)閥（15)、氣液分離罐（16)、 第二電磁流量計(jì)（17)和出口截止閥（18 )，儲(chǔ)液罐（1)罐中部的進(jìn)口依次經(jīng)出口截止閥（18)、 第二電磁流量計(jì)（17)連接到氣液分離罐（16)，氣液分離罐(16)經(jīng)出口調(diào)節(jié)閥（15)與測(cè)溫管 (14)的一端連接，測(cè)溫管（14)另一端經(jīng)出口測(cè)壓管(8)與變頻栗機(jī)組(7)的出口端相連。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種離心栗氣液兩相流性能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述變頻 栗機(jī)組(7)的離心栗在轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，液體從儲(chǔ)液罐（1)流出，通過(guò)出口調(diào)節(jié)閥（15)調(diào)節(jié)流量， 然后通過(guò)進(jìn)氣管支路的進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥（11)調(diào)節(jié)進(jìn)氣量，使氣體和液體在氣液混合裝置(5)中 均勻混合，混合后的氣液兩相流體經(jīng)過(guò)離心栗，在出口管路中的氣液分離罐(16)中分離，氣 體充分排出，液體經(jīng)過(guò)出口管路回到儲(chǔ)液罐(1)。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種離心栗氣液兩相流性能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述的進(jìn) 水調(diào)節(jié)閥(4)和進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥（11)均為手動(dòng)控制。6. -種離心栗氣液兩相流性能測(cè)試方法，其特征在于:采用權(quán)利要求1~5任一所述的 的測(cè)試系統(tǒng)，采用以下方式進(jìn)行性能測(cè)試： A) 對(duì)進(jìn)口測(cè)壓管(6)和出口測(cè)壓管(8)的壓力傳感器信號(hào)和變頻栗機(jī)組(7)扭矩儀的信 號(hào)進(jìn)行采集，處理得到離心栗在不同含氣量的氣液兩相流下的揚(yáng)程和效率； B) 在變頻栗機(jī)組(7)的離心栗蝸殼上安裝振動(dòng)加速度傳感器，通過(guò)調(diào)節(jié)不同的流量，采 集不同流量下振動(dòng)加速度傳感器的信號(hào)，經(jīng)分析處理得到該流量的振動(dòng)幅值曲線(xiàn)； C) 通過(guò)儲(chǔ)液罐（1)上的真空栗(20)調(diào)節(jié)變頻栗機(jī)組(7)的離心栗的入口壓力，然后對(duì)離 心栗進(jìn)出口的進(jìn)口測(cè)壓管(6)和出口測(cè)壓管(7)上的壓力傳感器信號(hào)進(jìn)行采集，處理得到對(duì) 應(yīng)的栗的汽蝕余量以及揚(yáng)程，進(jìn)而得到離心栗在不同含氣量的氣液兩相流汽蝕性能曲線(xiàn)。
【文檔編號(hào)】F04D15/00GK105909536SQ201610304930
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年5月10日
【發(fā)明人】崔寶玲, 陳杰
【申請(qǐng)人】浙江理工大學(xué)