本發(fā)明涉及水力機械輸送氣液兩相流體過程中性能的測試領域，尤其涉及一種泵氣液兩相混輸狀態(tài)下性能測試裝置。

背景技術：

泵類機械是重要的能量轉換裝置和流體輸送設備，也是石油化工、油氣輸送和核電等尖端科技領域的關鍵設備，而在工程實際運行中經(jīng)常會碰到泵送氣液兩相流的問題。在化工流程中的易揮發(fā)液體和在石油天然氣開采過程中的油氣混輸技術均是泵類機械產(chǎn)品典型的氣液兩相流工程應用。核電用泵系統(tǒng)在劇烈振動、過高管路壓力等突發(fā)事故時，可能會導致管道破裂，管路內(nèi)壓力迅速下降，輸送的冷卻劑發(fā)生汽化，造成流入核泵的冷卻劑不再是單一的液相，而是氣相和液相的混合物。綜上，實際工程中不斷提出泵送氣液兩相流體的問題，亟需發(fā)明一種控制準確的泵氣液混輸狀態(tài)模擬系統(tǒng)和性能測試裝置來開展研究。

模擬泵氣液兩相混輸狀態(tài)時最重要的是準確控制泵送流體的含氣率、氣泡的大小和兩相流的流層類型?，F(xiàn)有氣液混合器產(chǎn)品以及具備知識產(chǎn)權的相關授權專利均只注重于氣液混合的均勻性以及輸出流體的平穩(wěn)性，而忽略了輸出兩相流體中氣泡的大小和流層問題。如專利ZL201310282493.8和ZL201420501333.8只注重于氣體和水的混合問題，不能改變通入氣泡的大小和控制泵送兩相流體的流層，并且結構較復雜水阻較大，不適合在泵運行系統(tǒng)中應用。系統(tǒng)搭建后，氣液兩相流下泵的內(nèi)外特性的準確表征也是行業(yè)內(nèi)公認的解決難題。因此，進一步研制泵氣液兩相混輸狀態(tài)下性能測試裝置，是為研究水力機械內(nèi)部多相流動理論，提高水力機械設計水平所必須的。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術中存在不足，本發(fā)明提供了一種泵氣液兩相混輸狀態(tài)下性能測試裝置。

本發(fā)明是通過以下技術手段實現(xiàn)上述技術目的的。

一種泵氣液兩相混輸狀態(tài)下性測試裝置，其特征在于，包括液體輸送系統(tǒng)和氣體輸送系統(tǒng)；所述液體輸送系統(tǒng)包括通過管道依次連接的泵、氣液分離器、第一電磁流量計、液體節(jié)流閥、儲液罐、第一球閥、第二電磁流量計和氣液混合器；所述氣液混合器為錐形管狀，所述錐形管中間部位的外壁上設有螺紋孔；所述氣體輸送系統(tǒng)包括通過管道依次連接的壓縮機、第二球閥、空氣過濾器、第一調(diào)壓閥、油霧器、氣體節(jié)流閥、渦輪流量計、第二調(diào)壓閥和止回閥；所述止回閥出口通過螺紋孔與氣液混合器連接。

進一步，還包括計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與第一電磁流量計、第二電磁流量計和渦輪流量計連接。

進一步，所述氣液混合器的兩端為法蘭結構，通過法蘭連接在管路中。

進一步，所述氣液混合器上的螺紋孔的數(shù)量為4個、且圍繞錐形管均勻對稱分布。

進一步，所述止回閥出口設有氣體分流裝置，所述氣體分流裝置是一段“T”型管段，管段上有4段均勻分布的支管，所述支管與氣液混合器上的螺紋孔相連。

進一步，所述氣液混合器與氣體分流裝置之間設有進氣支管；所述進氣支管一端設有外螺紋，與氣液混合器上的螺紋孔連接，進氣支管內(nèi)部管道為變徑孔。

所述進氣支管設有外螺紋一端的側壁設有若干能與氣液混合器連通的通氣孔。

所述泵的出口設有壓力傳感器，用于檢測泵進出口的壓力，所述壓力傳感器與所述計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接。

本發(fā)明的有益效果在于：

1.本發(fā)明所述的泵氣液兩相混輸狀態(tài)下性能測試裝置和方法，可以真實模擬泵內(nèi)兩相流動時的運行情況，使測量結果真實可靠。

2.本發(fā)明所述的泵氣液兩相混輸狀態(tài)下性能測試裝置和方法，通過改變液體和氣體的流量在氣液混合器中得到不同含氣率的氣液混合流，測試離心泵在不同含氣率情況下的性能，有很好的實際工程意義。

3.本發(fā)明所述的泵氣液兩相混輸狀態(tài)下性能測試裝置和方法，能夠得到不同尺寸大小的氣泡，從而獲得不同的氣液混合流，裝置簡單，拆裝方便，成本低，易于制造。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述泵氣液兩相混輸狀態(tài)下性能測試裝置和方法的原理圖。

圖2為本發(fā)明所述氣液混合裝置的剖面圖。

圖3為本發(fā)明所述進氣支管的剖面圖。

圖4為本發(fā)明所述氣體分流裝置的剖面圖。

圖中：

1-泵；2-氣液分離器；3-第一電磁流量計；4-液體節(jié)流閥；5-儲液罐；6-第一球閥；7-第二電磁流量計；8-氣液混合器；9-壓縮機；10-第二球閥；11-過濾器；12-第一調(diào)壓閥；13-油霧器；14-氣體節(jié)流閥；15-渦輪流量計；16-第一調(diào)壓閥；17-止回閥；18-氣體分流裝置；19-進氣支管。

具體實施方式

下面結合附圖以及具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。

如圖1所示，本發(fā)明所述的泵氣液兩相混輸狀態(tài)下性能測試裝置，包括液體輸送系統(tǒng)和氣體輸送系統(tǒng)；所述液體輸送系統(tǒng)包括通過管道依次連接的泵1、氣液分離器2、第一電磁流量計3、液體節(jié)流閥4、儲液罐5、第一球閥6、第二電磁流量計7和氣液混合器8；所述氣液混合器8為錐形管狀，所述錐形管中間部位的外壁上設有螺紋孔20，所述氣液混合器8的兩端還可以為法蘭結構，通過法蘭連接在管路中。所述氣體輸送系統(tǒng)包括通過管道依次連接的壓縮機9、第二球閥10、空氣過濾器11、第一調(diào)壓閥12、油霧器13、氣體節(jié)流閥14、渦輪流量計15、第二調(diào)壓閥16和止回閥17；所述止回閥出口通過螺紋孔20與氣液混合器8連接，將液體輸送系統(tǒng)和氣體輸送系統(tǒng)相連接。渦輪流量計15前后連接第一調(diào)壓閥12和第二調(diào)壓閥16用來保證進入渦輪流量計的氣體在恒定壓力，防止氣液混合器內(nèi)壓力波動太大影響渦輪流量計讀數(shù)。止回閥17是為了防止液體管路壓力過大導致液體進入氣體管路。

通過調(diào)節(jié)液體輸送管路的液體節(jié)流閥4來控制流通管路中的液體流量，并通過第一電磁流量計3和第二電磁流量計7測量液體輸送管道內(nèi)液體流量數(shù)值，即第一電磁流量計3用來測量經(jīng)過氣液分離器2之后液體流量數(shù)值，第二電磁流量計7測量進入氣液混合器8前液體流量數(shù)值；調(diào)節(jié)氣體輸送管路的氣體節(jié)流閥14來控制流通管路中的氣體流量，并通過渦輪流量計15測量氣體輸送管道內(nèi)氣體流量數(shù)值。通過控制進入氣液混合器8中的液體和氣體，從而來獲得不同含氣率的氣液混合流，從而進行不同含氣率下泵1的性能測試實驗。

為了與自動化對接該裝置還包括計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與第一電磁流量計3、第二電磁流量計7和渦輪流量計15連接，通過計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄流量數(shù)據(jù)。

為了達到進入氣液混合器8的氣體分布均勻且流速一致，如圖2和圖4所示，所述氣液混合器8錐形管中間位置上均勻對稱分布4個螺紋孔20，通過4個進氣支管19分別進入4個螺紋孔20。所述止回閥17出口設有氣體分流裝置18，所述氣體分流裝置18是一段“T”型管段，管段上有4段均勻分布的支管，支管的氣體流量相同，4個支管分別通過氣體管理連接4個進氣支管19。

為了達到液體和氣體最佳混合流，結合圖3所示，所述螺紋孔20與止回閥17之間設有進氣支管19；所述進氣支管19一端設有外螺紋，與氣液混合器8上的螺紋孔20連接，進氣支管19中間設有變徑孔，可以根據(jù)實驗需要選擇不同大小的變經(jīng)口的進氣支管19，從而產(chǎn)生大小不一的氣泡。

為了方便實驗，在實驗過程中不需要經(jīng)常更換進氣支管19，所述進氣支管19設有外螺紋一端的側壁設有若干通氣孔，若干通氣氣孔可以根據(jù)實驗要求大小相等或者不一致。通過控制進氣支管19的外螺紋插入氣液混合器8的螺紋孔20的長度不同，控制進氣支管19進入氣液混合器8通氣孔數(shù)量，從而得到不同的氣液混合流。

為了繪制更全面的泵1的特征曲線圖，在所述泵1就出口設有壓力傳感器，所述壓力傳感器與所述計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，用于記錄檢測泵進出口的壓力數(shù)值。

一種泵氣液兩相混輸狀態(tài)下性測試方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：先將泵1和壓縮機9與電源連接，檢查電路是否連接正確。

S2：關閉第一球閥6，將儲液罐5中灌入充足水；然后關閉液體節(jié)流閥4并打開第一球閥6，啟動離心泵運行1-2分鐘，然后通過控制液體節(jié)流閥4的開度調(diào)節(jié)管路中液體的流量，讀取第一電磁流量計3和第二電磁流量計7顯示數(shù)值，并對比顯示數(shù)值，當兩個電磁流量計示數(shù)穩(wěn)定且大致一致時記錄讀數(shù)，同時在計算機上采集泵進出口壓力傳感器的數(shù)值。

S3：關閉氣體節(jié)流閥14，啟動壓縮機9，通過第一調(diào)壓閥12調(diào)整設定壓力，當壓力值穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)氣體節(jié)流閥14使渦輪流量計15顯示值與設定值相同，即讀取渦輪流量計15顯示數(shù)值得到氣體流量。

S4：調(diào)節(jié)液體節(jié)流閥4和氣體節(jié)流閥14來控制得到不同含氣率的氣液混合流，液體和氣體流入氣液混合器8混合均勻，用計算機記錄不同氣液混合比經(jīng)過泵1進出口的壓力和流量的數(shù)據(jù)，繪制泵1的特征曲線圖。

所述實施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不背離本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領域技術人員能夠做出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。