專(zhuān)利名稱(chēng)：環(huán)道式多相流光電圖像監(jiān)測(cè)沖蝕試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于管道多相流沖蝕過(guò)程的試驗(yàn)方法，具體的說(shuō)是涉及一種環(huán) 道式多相流光電圖像監(jiān)測(cè)沖蝕試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
管道多相流的研究是流體力學(xué)研究的國(guó)際研究熱點(diǎn)和難題，管道多相流動(dòng)涉及動(dòng) 量傳遞、傳熱、傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)等諸多關(guān)聯(lián)過(guò)程，管內(nèi)流體的流型、流速、壓強(qiáng)、溫度等物理參 數(shù)往往經(jīng)歷著一個(gè)時(shí)常變化的過(guò)程，對(duì)管內(nèi)各相介質(zhì)的相互作用、各相介質(zhì)與壁面間的相 互作用以及多重作用的研究更是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。特別在石化和工礦企業(yè)的裝置中，多相 流物料的管道輸送極為常見(jiàn)，復(fù)雜介質(zhì)的管道內(nèi)部汽-液-固流動(dòng)對(duì)設(shè)備運(yùn)行、壽命的影響 研究，對(duì)設(shè)備的腐蝕和防護(hù)及其重要。對(duì)管道內(nèi)部流體的沖蝕試驗(yàn)研究可分為三類(lèi)單相流、雙相流和多相流。單相流沖 蝕是由管道內(nèi)部流動(dòng)的單相腐蝕流體造成的，對(duì)其研究開(kāi)展較早，較雙相流和多相流沖蝕 研究簡(jiǎn)單；多相流沖蝕涉及汽、液、固等復(fù)雜介質(zhì)的配比和組成，其過(guò)程較復(fù)雜，在工業(yè)生產(chǎn) 中也最為常見(jiàn)，與工程生產(chǎn)實(shí)際關(guān)聯(lián)最為密切，但研究工作尚不夠深入。當(dāng)前最為普遍的沖蝕實(shí)驗(yàn)方法和設(shè)備是旋轉(zhuǎn)式實(shí)驗(yàn)法和管流實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)備 和工具要求較高。管道壁面的物理、化學(xué)變化過(guò)程是個(gè)沖刷和腐蝕相互協(xié)同作用的過(guò)程，同 時(shí)管道內(nèi)部存在高壓、高溫的工況，因此對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的承壓、耐溫條件具有嚴(yán)格要求。而大 部分傳統(tǒng)測(cè)試方法和設(shè)備在管道沖蝕實(shí)驗(yàn)中并不可行，而理論可行的實(shí)驗(yàn)方法和設(shè)備卻往 往價(jià)格高昂、風(fēng)險(xiǎn)大，效果也不明顯。旋轉(zhuǎn)式實(shí)驗(yàn)方法是通過(guò)管道中流體流速、流型的模擬，對(duì)沖蝕材料的工作情況進(jìn) 行循環(huán)沖刷，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、價(jià)格低、體積小等有點(diǎn)，是使用較為廣泛的方法；管流實(shí)驗(yàn)方法 更加貼近和符合實(shí)際管道流體流動(dòng)過(guò)程，采取模擬實(shí)際工程管系系統(tǒng)，配備齊全的控制、測(cè) 試系統(tǒng)，但是對(duì)設(shè)備的防漏、承壓、耐高溫等條件要求更為苛刻。管流實(shí)驗(yàn)方法直接模擬管 道沖蝕，直接控制管道多相流的流速、流態(tài)，其力學(xué)模型與工程實(shí)際最為貼近，因此實(shí)驗(yàn)結(jié) 果直接與工程應(yīng)用相關(guān)聯(lián)，更易于直觀解釋說(shuō)明實(shí)際管道多相流沖蝕過(guò)程。環(huán)道式多相流沖蝕實(shí)驗(yàn)采取了管流實(shí)驗(yàn)的思想，直接模擬工業(yè)管道多相流過(guò)程， 配置儲(chǔ)罐、循環(huán)泵、管道和控制閥等相關(guān)設(shè)備和儀器，對(duì)測(cè)試試件進(jìn)行循環(huán)沖蝕。對(duì)沖蝕管 道重點(diǎn)研究部位進(jìn)行監(jiān)視和測(cè)試，能夠直觀地表征管壁重點(diǎn)部位的物理、化學(xué)變化過(guò)程和 掌控管道內(nèi)部的流體流型、流態(tài)，對(duì)多相流的流體流速、相態(tài)等流體動(dòng)力學(xué)參數(shù)以及管束材 料的沖蝕臨界特性等的深入分析提供清晰、直接的數(shù)據(jù)信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種環(huán)道式多相流光電圖像監(jiān)測(cè)沖蝕試驗(yàn)裝置，可有效對(duì) 管道多相流的沖蝕過(guò)程進(jìn)行直觀地監(jiān)控、研究，對(duì)管道多相流的流體動(dòng)力學(xué)過(guò)程、化學(xué)、物 理等綜合復(fù)雜的變化過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控和分析。
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為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是1)環(huán)道式?jīng)_蝕試件管段由直管段和直管段通過(guò)模型沖蝕彎管聯(lián)接組成；模型沖 蝕彎管背部開(kāi)有測(cè)試孔，待測(cè)沖蝕試件經(jīng)橡膠墊圈與測(cè)試孔配合，安裝待測(cè)沖蝕試件后的 模型沖蝕彎管與開(kāi)測(cè)試孔前的彎管原形一致，固定擋板通過(guò)螺栓、緊固螺母加固待測(cè)沖蝕 試件、橡膠墊圈和模型沖蝕彎管之間的貼合程度；2)模型沖蝕彎管正內(nèi)側(cè)安裝監(jiān)測(cè)視窗，監(jiān)測(cè)視窗兩側(cè)的模型沖蝕彎管上對(duì)稱(chēng)安裝 照明窗口 ；監(jiān)測(cè)視窗與CCD鏡頭配合，對(duì)待測(cè)沖蝕試件進(jìn)行監(jiān)測(cè)；兩個(gè)照明窗口上的LED光 源經(jīng)過(guò)照明窗口照射至待測(cè)沖蝕試件監(jiān)測(cè)區(qū)域，運(yùn)用圖像處理分析系統(tǒng)監(jiān)測(cè)模型沖蝕彎管 內(nèi)部多相流的流動(dòng)、物理過(guò)程和待測(cè)沖蝕試件的腐蝕、形變。本發(fā)明具有的有益效果是通過(guò)對(duì)環(huán)道式多相流沖蝕過(guò)程進(jìn)行攝像監(jiān)測(cè)，研究多相流體在管道內(nèi)部的流型、 流態(tài)和物理、化學(xué)等復(fù)雜變化過(guò)程，能夠更好地研究管道多相流的流體動(dòng)力學(xué)過(guò)程、管道腐 蝕變化過(guò)程、工作狀態(tài)等；對(duì)管道多相流的監(jiān)測(cè)過(guò)程所需的光源由外接可調(diào)節(jié)的LED光源 提供，拆卸方便，攝像監(jiān)測(cè)效果可達(dá)到最優(yōu)化；沖蝕試件可靈活拆卸、安裝，可模擬不同材料 的沖蝕過(guò)程和腐蝕情況；裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、移動(dòng)方便，可以模擬不同工況下的多相流沖蝕過(guò) 程，尤其可對(duì)多相流中主要成分為氣相的沖蝕監(jiān)測(cè)效果最為明顯。


圖1是本發(fā)明環(huán)道式?jīng)_蝕試件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的模型沖蝕彎管的結(jié)構(gòu)圖。圖3是圖2拆去固定擋板后的A-A截面視圖。圖4是本發(fā)明模型沖蝕彎管上背部測(cè)試孔的正視圖。圖5是本發(fā)明照明窗口和攝像窗口安裝示意圖。圖中1、直管段；2、直管段；3、待測(cè)沖蝕試件；4、模型沖蝕彎管；5、背部測(cè)試孔； 6、緊固螺母；7、橡膠墊圈；8、固定擋板；9、螺栓；10、監(jiān)測(cè)視窗；11、LED光源；12、照明窗口 ； 13、CCD 鏡頭。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示，為本發(fā)明環(huán)道式?jīng)_蝕試件結(jié)構(gòu)由直管段1和直 管段2通過(guò)模型沖蝕彎管4聯(lián)接組成，環(huán)道式?jīng)_蝕試件部分為耐腐蝕不銹鋼管材制作的管 道基體，管道基體模型根據(jù)相似理論和模型試驗(yàn)原理設(shè)計(jì)制作，直管段1和直管段2兩端采 用法蘭連接至管流實(shí)驗(yàn)管系，其特點(diǎn)是方便拆卸和搬移，建立多相流沖蝕實(shí)驗(yàn)過(guò)程時(shí)能減 少操作，簡(jiǎn)化管道多相流沖蝕過(guò)程模擬裝置的搭建過(guò)程；待測(cè)沖蝕試件3為在多相流沖蝕 過(guò)程中最易腐蝕破壞的關(guān)鍵部位，根據(jù)實(shí)際工程案例和理論計(jì)算對(duì)沖蝕破壞嚴(yán)重處進(jìn)行定 點(diǎn)并制作，并裝配至模型沖蝕彎管4上，在模型沖蝕彎管4內(nèi)側(cè)安裝監(jiān)測(cè)視窗10，對(duì)沖蝕試 件在管內(nèi)多相流中的工作過(guò)程、腐蝕狀況、流體狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。如圖2、圖3、圖4所示，模型沖蝕彎管4背部開(kāi)有測(cè)試孔5，測(cè)試孔5為與直管段 1、直管段2軸線(xiàn)成45°角度的橢圓環(huán)形截面，待測(cè)沖蝕試件3經(jīng)橡膠墊圈7與測(cè)試孔5配合，安裝待測(cè)沖蝕試件3后的模型沖蝕彎管4與開(kāi)測(cè)試孔5前的彎管原形一致，固定擋板8通過(guò)螺栓9、緊固螺母6加固待測(cè)沖蝕試件3、橡膠墊圈7和模型沖蝕彎管4之間的貼合程 度，保證承壓、耐溫和密封性。模型沖蝕彎管4正內(nèi)側(cè)安裝監(jiān)測(cè)視窗10，監(jiān)測(cè)視窗10兩側(cè)的模型沖蝕彎管4上對(duì) 稱(chēng)安裝照明窗口 12 ；監(jiān)測(cè)視窗10與CCD鏡頭13配合，對(duì)待測(cè)沖蝕試件3在管內(nèi)多相流流 動(dòng)過(guò)程和沖蝕試件的沖蝕形貌、腐蝕情況等進(jìn)行監(jiān)測(cè)；兩個(gè)照明窗口 12上可調(diào)亮度的LED 光源11經(jīng)過(guò)照明窗口 12穩(wěn)定照射至待測(cè)沖蝕試件3監(jiān)測(cè)區(qū)域，LED光源11的特點(diǎn)是可拆 卸、更替、亮度可連續(xù)調(diào)節(jié)，以求CXD攝像和監(jiān)測(cè)能夠達(dá)到最優(yōu)效果。如圖5所示，是本發(fā)明的照明窗口 12和監(jiān)測(cè)視窗10的安裝示意圖，LED光源11在 監(jiān)測(cè)視窗10的兩側(cè)分布，中心線(xiàn)成60°角度，集中照射至沖蝕試件5上；C⑶鏡頭13通過(guò) 在模型沖蝕彎管內(nèi)側(cè)的監(jiān)測(cè)視窗10對(duì)管道內(nèi)部多相流流體的流型、流態(tài)進(jìn)行拍攝、監(jiān)控。通過(guò)個(gè)人計(jì)算機(jī)或者工控機(jī)中的圖像處理分析系統(tǒng)對(duì)CXD鏡頭攝像的視頻信息 經(jīng)過(guò)視頻圖像采集軟件保存至存儲(chǔ)設(shè)備，并通過(guò)監(jiān)視器實(shí)時(shí)同步播放管內(nèi)多相流流動(dòng)和變 化過(guò)程；圖像分析處理軟件對(duì)儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)進(jìn)行視頻回放、圖像處理和信息分析，結(jié)果可對(duì)管 道多相流沖蝕的深入研究提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。上述具體實(shí)施方式
用來(lái)解釋說(shuō)明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的 精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種環(huán)道式多相流光電圖像監(jiān)測(cè)沖蝕試驗(yàn)裝置，其特征在于1)環(huán)道式?jīng)_蝕試件管段由直管段(1)和直管段(2)通過(guò)模型沖蝕彎管(4)聯(lián)接組成；模型沖蝕彎管(4)背部開(kāi)有測(cè)試孔(5)，待測(cè)沖蝕試件(3)經(jīng)橡膠墊圈(7)與測(cè)試孔(5)配合，安裝待測(cè)沖蝕試件(3)后的模型沖蝕彎管(4)與開(kāi)測(cè)試孔(5)前的彎管原形一致，固定擋板(8)通過(guò)螺栓(9)、緊固螺母(6)加固待測(cè)沖蝕試件(3)、橡膠墊圈(7)和模型沖蝕彎管(4)之間的貼合程度；2)模型沖蝕彎管(4)正內(nèi)側(cè)安裝監(jiān)測(cè)視窗(10)，監(jiān)測(cè)視窗(10)兩側(cè)的模型沖蝕彎管(4)上對(duì)稱(chēng)安裝照明窗口；監(jiān)測(cè)視窗(10)與CCD鏡頭(13)配合，對(duì)待測(cè)沖蝕試件(3)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；兩個(gè)照明窗口上的LED光源(11)經(jīng)過(guò)照明窗口(12)照射至待測(cè)沖蝕試件(3)監(jiān)測(cè)區(qū)域，運(yùn)用圖像處理分析系統(tǒng)監(jiān)測(cè)模型沖蝕彎管(4)內(nèi)部多相流的流動(dòng)、物理過(guò)程和待測(cè)沖蝕試件(3)的腐蝕、形變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種環(huán)道式多相流光電圖像監(jiān)測(cè)沖蝕試驗(yàn)裝置，其特征在 于所述的直管段(1)、直管段(2)的模型沖蝕彎管(4)的材質(zhì)均為耐腐蝕不銹鋼管材，直 管段(1)、直管段(2)分別通過(guò)法蘭與外接沖蝕試驗(yàn)管系聯(lián)接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種環(huán)道式多相流光電圖像監(jiān)測(cè)沖蝕試驗(yàn)裝置。包括環(huán)道式?jīng)_蝕試件部分、連續(xù)可調(diào)亮度LED光源、CCD圖像攝像監(jiān)測(cè)部分和圖像處理分析系統(tǒng)部分。管道多相流動(dòng)是一個(gè)涉及流體動(dòng)力學(xué)、腐蝕科學(xué)、傳熱學(xué)和物理化學(xué)等諸多學(xué)科的復(fù)雜過(guò)程，管內(nèi)復(fù)雜、苛刻的流動(dòng)工況是阻礙管道多相流測(cè)試研究的重要因素。利用數(shù)值計(jì)算結(jié)果和實(shí)際情況對(duì)比參照對(duì)管內(nèi)關(guān)鍵沖蝕部位進(jìn)行定點(diǎn)，在試驗(yàn)管道上開(kāi)孔制作監(jiān)測(cè)視窗對(duì)此關(guān)鍵沖蝕部位進(jìn)行監(jiān)控和研究，能夠?qū)軆?nèi)多相流流型、腐蝕狀態(tài)和管內(nèi)物理變化過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，有助于管內(nèi)多相流的復(fù)雜問(wèn)題的深入研究。
文檔編號(hào)G06T7/00GK101825543SQ201010140130
公開(kāi)日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2010年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月2日
發(fā)明者偶國(guó)富, 鄭智劍, 金浩哲, 陸戴, 黃軍輝 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)