模擬油氣管道氣液流動(dòng)水力脈沖的實(shí)驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型為模擬油氣管道氣液流動(dòng)水力脈沖的實(shí)驗(yàn)裝置，該實(shí)驗(yàn)裝置包括有實(shí)驗(yàn)管道系統(tǒng)、與實(shí)驗(yàn)管道系統(tǒng)連接的供氣系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、排水和排氣系統(tǒng)以及對(duì)實(shí)驗(yàn)管道系統(tǒng)進(jìn)行測量和數(shù)據(jù)采集的測量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；該實(shí)驗(yàn)管道系統(tǒng)包括有測試管道和與測試管道連接的水平管道，測試管道的進(jìn)口端連接有第一蝶閥，測試管道的出口端與水平管道連接，水平管道設(shè)置在一傾角調(diào)節(jié)架上；水平管道由多段管體串聯(lián)構(gòu)成，最后一段管體的末端構(gòu)成水平管道的封閉端，各管體之間分別連接有第二蝶閥；測量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括有設(shè)置在測試管道外側(cè)的第一高速攝像機(jī)；該實(shí)驗(yàn)裝置能夠模擬油氣管道氣液流動(dòng)水力脈沖的特性和壓力脈沖形成過程，研究和預(yù)測脈沖壓力的變化規(guī)律。
【專利說明】模擬油氣管道氣液流動(dòng)水力脈沖的實(shí)驗(yàn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型是關(guān)于一種油氣管道的實(shí)驗(yàn)裝置，是用于模擬油氣管道氣液流動(dòng)水力脈沖的特性和壓力脈沖形成過程的實(shí)驗(yàn)裝置，尤其涉及一種模擬油氣管道氣液流動(dòng)水力脈沖的實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]油氣管道的凸起位置可能存在氣囊，當(dāng)啟泵或者開閥時(shí)，會(huì)形成氣液兩相流動(dòng)，氣液流動(dòng)會(huì)引起管道內(nèi)壓力的脈沖，造成對(duì)管壁的連續(xù)沖擊，當(dāng)沖擊力超過管材的承壓能力時(shí)會(huì)造成管道爆裂。
[0003]起伏地形管道的水流沖擊氣囊給管道設(shè)計(jì)者和管道運(yùn)行管理者都帶來了難題。管道中含有氣體并且發(fā)生氣液兩相流動(dòng)并產(chǎn)生水力脈沖，會(huì)使管道壓力急劇升高從而對(duì)管路造成巨大的破壞。
[0004]氣液流動(dòng)實(shí)驗(yàn)管道作為氣液兩相流動(dòng)過程中管流特性、壓力升高規(guī)律等方面的主要實(shí)驗(yàn)研究手段，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)實(shí)際管道的設(shè)計(jì)和運(yùn)行操作具有很強(qiáng)的適用性和指導(dǎo)作用，一直是國內(nèi)外研究油氣管道氣液流動(dòng)水力脈沖的特性和壓力脈沖形成過程的的重要手段，但這些實(shí)驗(yàn)管道都不足以研究起伏地區(qū)的水流沖擊的特點(diǎn)，可以調(diào)控的背壓范圍太小，無法變化管路末端的傾角，無法模擬真實(shí)情況下傾斜向下的管道情況，也無法改變氣囊的位置和大小。
[0005]由此，本發(fā)明人憑借多年從事相關(guān)行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)與實(shí)踐，提出一種模擬油氣管道氣液流動(dòng)水力脈沖的實(shí)驗(yàn)裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的目的在于提供一種模擬油氣管道氣液流動(dòng)水力脈沖的實(shí)驗(yàn)裝置，以模擬油氣管道氣液流動(dòng)水力脈沖的特性和壓力脈沖形成的過程，并且研究和預(yù)測脈沖壓力的變化規(guī)律。
[0007]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種模擬油氣管道氣液流動(dòng)水力脈沖的實(shí)驗(yàn)裝置，所述模擬油氣管道氣液流動(dòng)水力脈沖的實(shí)驗(yàn)裝置包括有實(shí)驗(yàn)管道系統(tǒng)、與所述實(shí)驗(yàn)管道系統(tǒng)連接的供氣系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、排水和排氣系統(tǒng)以及對(duì)所述實(shí)驗(yàn)管道系統(tǒng)進(jìn)行測量和數(shù)據(jù)采集的測量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所述實(shí)驗(yàn)管道系統(tǒng)包括有測試管道和與測試管道連接的水平管道，所述測試管道由透明有機(jī)玻璃管制成，該測試管道由進(jìn)口端向出口端的方向呈向下傾斜設(shè)置，所述測試管道的進(jìn)口端連接有第一蝶閥，測試管道的出口端與水平管道連接，所述水平管道設(shè)置在一傾角調(diào)節(jié)架上；所述水平管道由多段管體串聯(lián)構(gòu)成，最后一段管體的末端構(gòu)成水平管道的封閉端，所述各管體之間分別連接有第二蝶閥；所述供氣系統(tǒng)具有供氣管，所述供氣管的一端連接有空氣壓縮機(jī)，供氣管另一端與所述第一蝶閥相連；所述供水系統(tǒng)具有第一供水管，所述第一供水管的一端連接有儲(chǔ)水罐，第一供水管另一端并聯(lián)有第二供水管和第三供水管，該第二供水管連通到水平管道中的第一段管體，該第三供水管連通到水平管道中的最后一段管體；所述排水和排氣系統(tǒng)包括有儲(chǔ)水箱，水平管道中的各段管體分別設(shè)有帶閥門的排氣管，所述各排氣管連通至儲(chǔ)水箱，水平管道中前后兩段管體之外的中間各管體分別設(shè)有帶閥門的排水管；所述測量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括有設(shè)置在測試管道外側(cè)的第一高速攝像機(jī)，第一高速攝像機(jī)與一計(jì)算機(jī)相連接。
[0008]在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述水平管道中的各段管體由鋼管構(gòu)成。
[0009]在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述水平管道中位于中間的一段管體由透明有機(jī)玻璃管構(gòu)成并形成觀察管，對(duì)應(yīng)該段觀察管的外側(cè)設(shè)有第二高速攝像機(jī)，所述第二高速攝像機(jī)與所述計(jì)算機(jī)相連。
[0010]在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述水平管道中的最后一段管體由收球筒構(gòu)成。
[0011]在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述水平管道的前端和后端分別設(shè)有一壓力傳感器。
[0012]在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述第一供水管中依序設(shè)有液體過濾器、水泵和第一球閥；所述第二供水管和第三供水管中分別設(shè)有第二球閥和第三球閥。
[0013]在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述供氣系統(tǒng)中，在空氣壓縮機(jī)與所述第一蝶閥之間設(shè)有緩沖罐；在緩沖罐與第一蝶閥之間連接有壓力表和氣體過濾器。
[0014]在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述緩沖罐由一級(jí)緩沖罐和二級(jí)緩沖罐串聯(lián)構(gòu)成；在一級(jí)緩沖罐與二級(jí)緩沖罐之間設(shè)有截?cái)嚅y。
[0015]在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，在所述測試管道的進(jìn)口端設(shè)有放空球閥。
[0016]由上所述，本實(shí)用新型的模擬油氣管道氣液流動(dòng)水力脈沖的實(shí)驗(yàn)裝置，能夠模擬油氣管道氣液流動(dòng)水力脈沖的特性和壓力脈沖形成的過程，可以研究和預(yù)測脈沖壓力的變化規(guī)律；本裝置可以通過開閉不同管道上的閥門來切換實(shí)驗(yàn)流程，完成實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)；其結(jié)構(gòu)合理、設(shè)計(jì)巧妙、測量設(shè)備先進(jìn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]以下附圖僅旨在于對(duì)本實(shí)用新型做示意性說明和解釋，并不限定本實(shí)用新型的范圍。其中:
[0018]圖1:為本實(shí)用新型模擬油氣管道氣液流動(dòng)水力脈沖的實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0019]為了對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照【專利附圖】

【附圖說明】本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】。
[0020]如圖1所示，本實(shí)用新型提出一種模擬油氣管道氣液流動(dòng)水力脈沖的實(shí)驗(yàn)裝置100，所述模擬油氣管道氣液流動(dòng)水力脈沖的實(shí)驗(yàn)裝置100包括有實(shí)驗(yàn)管道系統(tǒng)1、與所述實(shí)驗(yàn)管道系統(tǒng)連接的供氣系統(tǒng)2、供水系統(tǒng)3、排水和排氣系統(tǒng)4以及對(duì)所述實(shí)驗(yàn)管道系統(tǒng)進(jìn)行測量和數(shù)據(jù)采集的測量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5 ；
[0021]所述實(shí)驗(yàn)管道系統(tǒng)I包括有測試管道11和與測試管道11連接的水平管道12，所述測試管道11由透明有機(jī)玻璃管制成，該測試管道11由進(jìn)口端111向出口端112的方向呈向下傾斜設(shè)置，所述測試管道11的進(jìn)口端111連接有第一蝶閥6，所述測試管道的進(jìn)口端Ill設(shè)有放空球閥1111，測試管道11的出口端112通過一橡膠軟管與水平管道12連接，所述水平管道12設(shè)置在一傾角調(diào)節(jié)架(圖中未示出)上，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要通過傾角調(diào)節(jié)架將所述水平管道12調(diào)整至規(guī)定傾斜角度(所述傾角調(diào)節(jié)架的調(diào)整角度范圍為30°、20°、10°、5°、0°、-5°等五個(gè)傾角)；所述水平管道12由多段管體串聯(lián)構(gòu)成，具體地，在本實(shí)施方式中，所述水平管道12由五段管體121、122、123、124和125串聯(lián)構(gòu)成，最后一段管體125的末端構(gòu)成水平管道12的封閉端，所述各管體之間分別連接有第二蝶閥126、127、128和129 ；
[0022]供氣系統(tǒng)2用于向?qū)嶒?yàn)管道系統(tǒng)I提供穩(wěn)定壓力的氣體；所述供氣系統(tǒng)2具有供氣管21，所述供氣管21的一端連接有空氣壓縮機(jī)22 (空氣壓縮機(jī)用于將外界氣體壓縮輸入供氣管內(nèi))，供氣管21另一端與所述第一蝶閥6相連，在空氣壓縮機(jī)22與所述第一蝶閥6之間設(shè)有緩沖罐23 ;在緩沖罐23與第一蝶閥6之間連接有壓力表24和氣體過濾器25 ；
[0023]供水系統(tǒng)3用于向?qū)嶒?yàn)管道系統(tǒng)I提供液相流體；所述供水系統(tǒng)3具有第一供水管31，所述第一供水管31的一端連接有儲(chǔ)水罐34，第一供水管31另一端并聯(lián)有第二供水管32和第三供水管33，該第二供水管32連通到水平管道中的第一段管體121，該第三供水管23連通到水平管道中的最后一段管體125，所述第一供水管31中依序設(shè)有液體過濾器35、水泵36和第一球閥37，液體過濾器35用于過濾儲(chǔ)水罐34內(nèi)液體中的雜質(zhì)；所述第二供水管32和第三供水管33中分別設(shè)有第二球閥321和第三球閥331，可以控制水平管道中的液段和氣段的位置；
[0024]排水和排氣系統(tǒng)4用于實(shí)驗(yàn)管道系統(tǒng)I中流體的排放；所述排水和排氣系統(tǒng)4包括有儲(chǔ)水箱41，水平管道12中的各段管體分別設(shè)有帶閥門的排氣管42、43、44、45和46，所述各排氣管連通至儲(chǔ)水箱41，前后兩段管體121和125之外的中間各管體分別設(shè)有帶閥門的排水管47、48和49 ;所述測量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5包括有設(shè)置在測試管道11外側(cè)的第一高速攝像機(jī)51,第一高速攝像機(jī)51與一計(jì)算機(jī)52相連接。
[0025]進(jìn)一步，在本實(shí)施方式中，所述水平管道12中的各段管體可由鋼管構(gòu)成；在完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)之后，所述水平管道12中位于中間的一段管體可由透明有機(jī)玻璃管替代并形成相應(yīng)的觀察管，此時(shí)，對(duì)應(yīng)該段觀察管的外側(cè)可設(shè)置第二高速攝像機(jī)53，所述第二高速攝像機(jī)53也與計(jì)算機(jī)52相連。
[0026]如圖1所示，在本實(shí)施方式中，所述水平管道12中的最后一段管體125可由一收球筒替代。
[0027]所述水平管道12中的前段管體121和后段管體125上分別設(shè)有一壓力傳感器1211 和 1251。
[0028]進(jìn)一步，在本實(shí)施方式中，所述緩沖罐23可由三個(gè)一級(jí)緩沖罐231、232、233和一個(gè)二級(jí)緩沖罐234串聯(lián)構(gòu)成；在一級(jí)緩沖罐與二級(jí)緩沖罐之間設(shè)有截?cái)嚅y26。
[0029]利用該模擬油氣管道氣液流動(dòng)水力脈沖的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)的過程如下:
[0030]首先，關(guān)閉實(shí)驗(yàn)管道系統(tǒng)I的第一蝶閥6，打開放空閥門1111 ;開啟供氣系統(tǒng)2的空氣壓縮機(jī)22，外界空氣通過空氣壓縮機(jī)22被壓入一級(jí)緩沖罐231、232、233，打開二級(jí)緩沖罐234前的截?cái)嚅y26，一級(jí)緩沖罐231、232、233中的壓縮氣體進(jìn)入二級(jí)緩沖罐234內(nèi)，調(diào)整二級(jí)緩沖罐234前的截?cái)嚅y26以控制達(dá)到實(shí)驗(yàn)預(yù)定壓力值；接著，關(guān)閉排氣管42、43、44、45和46上的閥門，關(guān)閉排水管47、48和49上的閥門，開啟供水系統(tǒng)3的水泵36，儲(chǔ)水罐34內(nèi)的液體在液體過濾器35內(nèi)過濾后，經(jīng)水泵36泵入供水管31內(nèi)，而后流入實(shí)驗(yàn)管道系統(tǒng)I的水平管道12中，并控制其達(dá)到測試管道的預(yù)定液面；通過控制開閉水平管道上的相應(yīng)的第二蝶閥126、127、128、129和調(diào)整排水管47、48、49上的閥門，以達(dá)到調(diào)整氣段和液段的長度和位置，通過閉合氣段兩端的第二蝶閥來保持氣段；供水完畢后，關(guān)閉放空閥1111，打開氣段所對(duì)應(yīng)的排氣管的閥門；打開測試管道11上端的第一蝶閥6，壓力穩(wěn)定后，同時(shí)打開兩個(gè)氣段間的第二蝶閥，讓液段沖擊氣段。
[0031]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方式，該模擬油氣管道氣液流動(dòng)水力脈沖的實(shí)驗(yàn)裝置可以選擇多個(gè)第二蝶閥中的任何兩個(gè)進(jìn)行調(diào)整，以形成儲(chǔ)氣段。
[0032]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方式，該模擬油氣管道氣液流動(dòng)水力脈沖的實(shí)驗(yàn)裝置可以通過傾角調(diào)節(jié)架來調(diào)節(jié)水平管道的末端傾角。
[0033]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方式，在使用較低背壓，確保安全的情況下，可以將儲(chǔ)氣管道的鋼管替換為透明有機(jī)玻璃管作為觀察管，采用高速攝像機(jī)進(jìn)行拍攝。
[0034]本實(shí)用新型的模擬油氣管道氣液流動(dòng)水力脈沖的實(shí)驗(yàn)裝置，能夠模擬油氣管道氣液流動(dòng)水力脈沖的特性和壓力脈沖形成的過程，可以研究和預(yù)測脈沖壓力的變化規(guī)律；可以通過開閉不同管道上的閥門來切換實(shí)驗(yàn)流程，完成實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。該實(shí)驗(yàn)裝置具有以下優(yōu)
點(diǎn)[0035]I)結(jié)構(gòu)合理:本實(shí)用新型的供水系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、排氣和排水系統(tǒng)與實(shí)驗(yàn)管道系統(tǒng)之間銜接緊湊，充分利用實(shí)驗(yàn)室有限空間，供水系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、排氣和排水系統(tǒng)之間切換方便且各測量設(shè)備滿足儀表的安裝要求。
[0036]2)設(shè)計(jì)巧妙:本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)管道系統(tǒng)中的水平管道巧妙的使用了多段管體和多個(gè)第二蝶閥的組合，以達(dá)到控制氣段和液段的位置和長短；實(shí)驗(yàn)管道系統(tǒng)的水平管道設(shè)置在一傾角調(diào)節(jié)架上，可以調(diào)節(jié)末端傾角。供水系統(tǒng)與之配合，從末端注水，可以排凈指定管道的氣體。
[0037]3)測量設(shè)備先進(jìn):本實(shí)用新型在實(shí)驗(yàn)管道系統(tǒng)中安裝了高精度的壓力傳感器，有效降低了實(shí)驗(yàn)誤差，在水平管道的觀察管上采用高速攝像機(jī)進(jìn)行拍攝，可以直接撲捉流型變化，為研究提供了更為充足的實(shí)驗(yàn)支持；另外，壓力傳感器和高速攝像機(jī)通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)終端相連，避免了人工操作誤差，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化。
[0038]以上所述僅為本實(shí)用新型示意性的【具體實(shí)施方式】，并非用以限定本實(shí)用新型的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種模擬油氣管道氣液流動(dòng)水力脈沖的實(shí)驗(yàn)裝置,所述模擬油氣管道氣液流動(dòng)水力脈沖的實(shí)驗(yàn)裝置包括有實(shí)驗(yàn)管道系統(tǒng)、與所述實(shí)驗(yàn)管道系統(tǒng)連接的供氣系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、排水和排氣系統(tǒng)以及對(duì)所述實(shí)驗(yàn)管道系統(tǒng)進(jìn)行測量和數(shù)據(jù)采集的測量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；其特征在于:所述實(shí)驗(yàn)管道系統(tǒng)包括有測試管道和與測試管道連接的水平管道，所述測試管道由透明有機(jī)玻璃管制成，該測試管道由進(jìn)口端向出口端的方向呈向下傾斜設(shè)置，所述測試管道的進(jìn)口端連接有第一蝶閥，測試管道的出口端與水平管道連接，所述水平管道設(shè)置在一傾角調(diào)節(jié)架上；所述水平管道由多段管體串聯(lián)構(gòu)成，最后一段管體的末端構(gòu)成水平管道的封閉端，所述各管體之間分別連接有第二蝶閥；所述供氣系統(tǒng)具有供氣管，所述供氣管的一端連接有空氣壓縮機(jī)，供氣管另一端與所述第一蝶閥相連；所述供水系統(tǒng)具有第一供水管，所述第一供水管的一端連接有儲(chǔ)水罐，第一供水管另一端并聯(lián)有第二供水管和第三供水管，該第二供水管連通到水平管道中的第一段管體，該第三供水管連通到水平管道中的最后一段管體；所述排水和排氣系統(tǒng)包括有儲(chǔ)水箱，水平管道中的各段管體分別設(shè)有帶閥門的排氣管，所述各排氣管連通至儲(chǔ)水箱，水平管道中前后兩段管體之外的中間各管體分別設(shè)有帶閥門的排水管；所述測量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括有設(shè)置在測試管道外側(cè)的第一高速攝像機(jī)，第一高速攝像機(jī)與一計(jì)算機(jī)相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的模擬油氣管道氣液流動(dòng)水力脈沖的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述水平管道中的各段管體由鋼管構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的模擬油氣管道氣液流動(dòng)水力脈沖的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述水平管道中位于中間的一段管體由透明有機(jī)玻璃管構(gòu)成并形成觀察管，對(duì)應(yīng)該段觀察管的外側(cè)設(shè)有第二高速攝像機(jī)，所述第二高速攝像機(jī)與所述計(jì)算機(jī)相連。
4.如權(quán)利要求1所述的模擬油氣管道氣液流動(dòng)水力脈沖的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述水平管道中的最后一段管體由收球筒構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1所述的模擬油氣管道氣液流動(dòng)水力脈沖的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述水平管道的前端和后端分別設(shè)有一壓力傳感器。
6.如權(quán)利要求1所述的模擬油氣管道氣液流動(dòng)水力脈沖的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述第一供水管中依序設(shè)有液體過濾器、水泵和第一球閥；所述第二供水管和第三供水管中分別設(shè)有第二球閥和第三球閥。
7.如權(quán)利要求1所述的模擬油氣管道氣液流動(dòng)水力脈沖的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述供氣系統(tǒng)中，在空氣壓縮機(jī)與所述第一蝶閥之間設(shè)有緩沖罐；在緩沖罐與第一蝶閥之間連接有壓力表和氣體過濾器。
8.如權(quán)利要求7所述的模擬油氣管道氣液流動(dòng)水力脈沖的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述緩沖罐由一級(jí)緩沖罐和二級(jí)緩沖罐串聯(lián)構(gòu)成；在一級(jí)緩沖罐與二級(jí)緩沖罐之間設(shè)有截?cái)嚅y。
9.如權(quán)利要求1所述的模擬油氣管道氣液流動(dòng)水力脈沖的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:在所述測試管道的進(jìn)口端設(shè)有放空球閥。
【文檔編號(hào)】G01M10/00GK203719875SQ201420076130
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年2月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月21日
【發(fā)明者】吳海浩, 鄧濤, 宮敬, 于達(dá), 周軍, 李金乘 申請(qǐng)人:中國石油大學(xué)(北京)