气液两相流量精确调控装置及调控方法与流程

本发明涉及液体输送动力设备技术领域，特别是涉及了一种气液两相流量精确调控装置及调控方法。

背景技术：

离心泵作为航天热控流体回路系统的核心设备，为流体回路的工作提供循环驱动力。但是在实际应用中，很多介质含有气液两相混合物，离心泵两相流工况会影响离心泵工作性能，给泵正常运行和使用寿命带来一系列危害。实际工程应用的管道中存在气液混输，为了保证混输管道的正常运行，必须在泵入口安装气液混合装置，尽量使气液均匀入流。工程中存在很多气液两相的反应，气体和液体的混合通常是通过气液混合装置来实现的，以此来保证气体在液体中的分散以及两相间的混合效果。

现有气液混合装置中，喷头不易拆卸，一旦气体出口被堵住，则检测和维修都比较困难。由于喷头伸进气液混合腔，对流动也有一定的影响。在离心泵的气液两相流实验中，由于流量计的特性，难以准确的测出混合流体的流量，很多都是在混合前测的液体的流量，从而影响气液两相实验的可靠性。

技术实现要素：

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种气液两相流量精确调控装置及调控方法，可实现装置的维修便利性和提高气液两相实验的可靠性。

本发明采用的技术方案是：

一、一种气液两相流量精确调控装置：

所述的调控装置包括气体管道、液体管道、液体流量测定机构和气体流量测定机构；液体流量测定机构安装在液体管道上，液体管道法兰安装在液体管道入口端，气液混合腔出口法兰安装在液体管道出口端，气体管道入口端安装有气体管道法兰，气体管道出口端连接到液体管道中部，气体流量测定机构安装在气体管道上。

所述液体流量测定机构包括液体压力传感器、液体电磁流量计、液体流量调节阀和液体稳压腔体；液体压力传感器安装在液体稳压腔体上，呈环形的液体稳压腔体固定套装在靠近气体流量测定机构的液体管道中部，液体稳压腔体内部的环形腔和液体管道直接连通，液体稳压腔体液体流量调节阀安装在液体管道靠近入口端处，液体电磁流量计安装在液体管道中部。

所述气体流量测定机构包括气体流量调节阀、气体电磁流量计、气体压力传感器和气体稳压腔体；气体管道出口端向下直角弯折并连接伸入到气体稳压腔体内，气体流量调节阀安装在气体管道入口端处，气体电磁流量计安装在气体管道中部，气体稳压腔体固定套装在液体管道靠近出口端附近的外周围，气体稳压腔体内部的环形腔经沿圆周间隔均布的多个多孔喷头连通到液体管道，气体稳压腔体上安装有伸入到其内部环形腔的气体压力传感器。

所述多孔喷头包括柔性软管、第一快接接头、第二快接接头、喷孔和翼型直管，柔性软管一端经第二快接接头连接到气体稳压腔体，柔性软管另一端经第一快接接头连接到液体管道，柔性软管另一端与翼型直管连接，翼型直管伸入到液体管道内翼型直管穿过液体管道进入到气液混合腔，翼型直管上设有喷孔。多孔喷头易拆卸，检测和维修都比较方便。

在液体管道出口端附近的内腔形成气液混合腔，气体经气体管道进入气体稳压腔体内部的环形腔中，然后依次经柔性软管和翼型直管后进入到气液混合腔，液体从液体管道进入到气液混合腔。

所述多孔喷头上并列有三排喷孔，中间排的每个喷孔孔朝向与与液体管道轴线水平，两侧两排的每个喷孔孔朝向与液体管道轴线具有15度左右的夹角以提高气液混合腔中心的气液混合度。

所述多孔喷头安装在气体稳压腔体两侧，气体稳压腔体每侧各有四个多孔喷头，并且两侧的多孔喷头交错布置安装，减少后圈喷射的气体撞击前圈多孔喷头的翼型直管的几率，在保证有充分气体混合的前提下，提高混合气体的均匀度。

所述的翼型直管靠近液体管道中心的端部形状呈机翼状，翼型直管整体从圆管逐渐形变为机翼状扁平管，减少流体的流动损失。

所述气体管道的管内截面积、所有多孔喷头管内截面积之和以及所有喷孔的孔面积之和比为1:1:1，使得面积比下压力稳定。

二、一种气液两相流量精确调控方法：

采用上述装置，从气体管道入口端通入气体，气体经气体管道进入气体稳压腔体内部的环形腔中，然后依次经柔性软管和翼型直管后进入到气液混合腔，从液体管道入口端通入液体，液体经液体管道进入到气液混合腔；

通过液体稳压管上的液体压力传感器测定气液混合前液体的压力，根据气体稳压腔体上的气体压力传感器测定并调节气液混合前气体的压力，使得气体压力和液体压力相等，由于气液混合时气体不被压缩，根据气体电磁流量计和液体电磁流量计测定获得气体流量和液体流量，以气体电磁流量计和液体电磁流量计读数之和作为混合后的流量，通过液体流量调节阀和气体流量调节阀调节气体和液体的流量，从得到流量精确调控的混合流体。

由于气液混合时气体不被压缩，在气体压力和液体压力相等情况下，认为气体和液体是等体积混合。根据所需混合流体的气体体积分数，计算出气体和液体的流量，通过阀门调节气体和液体的流量得到所需的混合流体。本发明通过气体马赫数和气液压力相等的设置使得在气液输出时能够将两者流量直接相加，进而实现精确调节所需混合流体。

通入气体的马赫数小于0.3，认为气体是不可压缩的。

本发明的有益效果是：

本发明装置方便维修，能够均匀的混合气体和液体，精确调控混合后流体的流量和气体液体的体积比，从而得到需要的混合流体，提高气液两相实验的可靠性。

附图说明

图1是本发明装置结构示意图；

图2是本发明装置结构主视图；

图3是本发明装置局部放大图；

图4是气液混合腔的剖面结构示意图；

图5是多孔喷头的轴向示意图。

图中：1、气体管道法兰，2、气体流量调节阀，3、气体电磁流量计，4、气体管道，5、气体压力传感器，6、液体压力传感器，7、液体电磁流量计，8、液体流量调节阀，9、液体管道法兰，10、液体管道，11、液体稳压腔体，12、气体稳压腔体，13、气液混合腔出口法兰，14、柔性软管，15、第一快接接头，16、第二快接接头，17、多孔喷头，18、气液混合腔，19、喷孔，20、翼型直管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

如图1所示，本发明装置包括气体管道4、液体管道10、液体流量测定机构和气体流量测定机构；液体流量测定机构安装在液体管道10上，液体管道法兰9安装在液体管道10入口端，气液混合腔出口法兰13安装在液体管道10出口端，气体管道4入口端安装有气体管道法兰1，气体管道4出口端连接到液体管道10中部，气体流量测定机构安装在气体管道4上。

如图1、图2和图3所示，液体流量测定机构包括液体压力传感器6、液体电磁流量计7、液体流量调节阀8和液体稳压腔体11；液体压力传感器6安装在液体稳压腔体11上，呈环形的液体稳压腔体11固定套装在靠近气体流量测定机构的液体管道10中部，液体稳压腔体11内部的环形腔和液体管道10直接连通，液体稳压腔体液体流量调节阀8安装在液体管道10靠近入口端处，液体电磁流量计7安装在液体管道10中部。

如图1、图2和图3所示，气体流量测定机构包括气体流量调节阀2、气体电磁流量计3、气体压力传感器5和气体稳压腔体12；气体管道4出口端向下直角弯折并连接伸入到气体稳压腔体12内，气体流量调节阀2安装在气体管道4入口端处，气体电磁流量计3安装在气体管道4中部，气体稳压腔体12固定套装在液体管道10靠近出口端附近的外周围，气体稳压腔体12内部的环形腔经沿圆周间隔均布的多个多孔喷头17连通到液体管道10，气体稳压腔体12上安装有伸入到其内部环形腔的气体压力传感器5。

如图3和图4所示，多孔喷头17包括柔性软管14、第一快接接头15、第二快接接头16、喷孔19和翼型直管20，柔性软管14一端经第二快接接头16连接到气体稳压腔体12，柔性软管14另一端经第一快接接头15连接到液体管道10，柔性软管14另一端与翼型直管20连接，翼型直管20伸入到液体管道10内翼型直管20穿过液体管道10进入到气液混合腔18，翼型直管20上设有喷孔19。

在液体管道10出口端附近的内腔形成气液混合腔18，气体经气体管道4进入气体稳压腔体12内部的环形腔中，然后依次经柔性软管14和翼型直管20后进入到气液混合腔18，液体从液体管道10进入到气液混合腔18。

如图5所示，多孔喷头17上并列有三排喷孔19，中间排的每个喷孔19孔朝向与与液体管道10轴线水平，两侧两排的每个喷孔19孔朝向与液体管道10轴线具有15度左右的夹角。

多孔喷头17安装在气体稳压腔体18两侧，气体稳压腔体18每侧各有四个多孔喷头17，并且两侧的多孔喷头17交错布置安装。并且如图4所示，两侧的多孔喷头17上的喷孔均朝向液体流出方向同侧布置。

翼型直管20靠近液体管道10中心的端部形状呈机翼状，翼型直管20整体从圆管逐渐形变为机翼状扁平管。

气体管道4的管内截面积、所有多孔喷头17管内截面积之和以及所有喷孔19的孔面积之和比为1:1:1。

本发明的流量精确调控过程如下：

工作时，从气体管道4入口端通入马赫数小于0.3的气体，气体经气体管道4进入气体稳压腔体12内部的环形腔中，然后依次经柔性软管14和翼型直管20后进入到气液混合腔18，气体从气体管道法兰1依次流经气体流量调节阀2、气体电磁流量计3、气体管道4、气体稳压腔体12及多孔喷头17。

从液体管道10入口端通入液体，液体经液体管道10进入到气液混合腔18，液体从液体管道法兰9依次流经液体流量调节阀8、液体管道10、液体电磁流量计7和液体稳压腔体11。

在气液混合腔18中，液体和气体充分混合，最后流出气液混合腔出口法兰13。

通过液体稳压管11上的液体压力传感器6测定气液混合前液体的压力，根据气体稳压腔体12上的气体压力传感器5测定并调节气液混合前气体的压力，使得气体压力和液体压力相等，由于气液混合时气体不被压缩，根据气体电磁流量计3和液体电磁流量计7测定获得气体流量和液体流量，以气体电磁流量计3和液体电磁流量计7读数之和作为混合后液体的流量，通过液体流量调节阀8和气体流量调节阀2调节气体和液体的流量，从得到流量精确调控的混合流体。