一种泵气液两相混输状态下性能测试装置的制作方法

本发明涉及水力机械输送气液两相流体过程中性能的测试领域，尤其涉及一种泵气液两相混输状态下性能测试装置。

背景技术：

泵类机械是重要的能量转换装置和流体输送设备，也是石油化工、油气输送和核电等尖端科技领域的关键设备，而在工程实际运行中经常会碰到泵送气液两相流的问题。在化工流程中的易挥发液体和在石油天然气开采过程中的油气混输技术均是泵类机械产品典型的气液两相流工程应用。核电用泵系统在剧烈振动、过高管路压力等突发事故时，可能会导致管道破裂，管路内压力迅速下降，输送的冷却剂发生汽化，造成流入核泵的冷却剂不再是单一的液相，而是气相和液相的混合物。综上，实际工程中不断提出泵送气液两相流体的问题，亟需发明一种控制准确的泵气液混输状态模拟系统和性能测试装置来开展研究。

模拟泵气液两相混输状态时最重要的是准确控制泵送流体的含气率、气泡的大小和两相流的流层类型。现有气液混合器产品以及具备知识产权的相关授权专利均只注重于气液混合的均匀性以及输出流体的平稳性，而忽略了输出两相流体中气泡的大小和流层问题。如专利ZL201310282493.8和ZL201420501333.8只注重于气体和水的混合问题，不能改变通入气泡的大小和控制泵送两相流体的流层，并且结构较复杂水阻较大，不适合在泵运行系统中应用。系统搭建后，气液两相流下泵的内外特性的准确表征也是行业内公认的解决难题。因此，进一步研制泵气液两相混输状态下性能测试装置，是为研究水力机械内部多相流动理论，提高水力机械设计水平所必须的。

技术实现要素：

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种泵气液两相混输状态下性能测试装置。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种泵气液两相混输状态下性测试装置，其特征在于，包括液体输送系统和气体输送系统；所述液体输送系统包括通过管道依次连接的泵、气液分离器、第一电磁流量计、液体节流阀、储液罐、第一球阀、第二电磁流量计和气液混合器；所述气液混合器为锥形管状，所述锥形管中间部位的外壁上设有螺纹孔；所述气体输送系统包括通过管道依次连接的压缩机、第二球阀、空气过滤器、第一调压阀、油雾器、气体节流阀、涡轮流量计、第二调压阀和止回阀；所述止回阀出口通过螺纹孔与气液混合器连接。

进一步，还包括计算机数据采集系统，所述计算机数据采集系统与第一电磁流量计、第二电磁流量计和涡轮流量计连接。

进一步，所述气液混合器的两端为法兰结构，通过法兰连接在管路中。

进一步，所述气液混合器上的螺纹孔的数量为4个、且围绕锥形管均匀对称分布。

进一步，所述止回阀出口设有气体分流装置，所述气体分流装置是一段“T”型管段，管段上有4段均匀分布的支管，所述支管与气液混合器上的螺纹孔相连。

进一步，所述气液混合器与气体分流装置之间设有进气支管；所述进气支管一端设有外螺纹，与气液混合器上的螺纹孔连接，进气支管内部管道为变径孔。

所述进气支管设有外螺纹一端的侧壁设有若干能与气液混合器连通的通气孔。

所述泵的出口设有压力传感器，用于检测泵进出口的压力，所述压力传感器与所述计算机数据采集系统连接。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的泵气液两相混输状态下性能测试装置和方法，可以真实模拟泵内两相流动时的运行情况，使测量结果真实可靠。

2.本发明所述的泵气液两相混输状态下性能测试装置和方法，通过改变液体和气体的流量在气液混合器中得到不同含气率的气液混合流，测试离心泵在不同含气率情况下的性能，有很好的实际工程意义。

3.本发明所述的泵气液两相混输状态下性能测试装置和方法，能够得到不同尺寸大小的气泡，从而获得不同的气液混合流，装置简单，拆装方便，成本低，易于制造。

附图说明

图1为本发明所述泵气液两相混输状态下性能测试装置和方法的原理图。

图2为本发明所述气液混合装置的剖面图。

图3为本发明所述进气支管的剖面图。

图4为本发明所述气体分流装置的剖面图。

图中：

1-泵；2-气液分离器；3-第一电磁流量计；4-液体节流阀；5-储液罐；6-第一球阀；7-第二电磁流量计；8-气液混合器；9-压缩机；10-第二球阀；11-过滤器；12-第一调压阀；13-油雾器；14-气体节流阀；15-涡轮流量计；16-第一调压阀；17-止回阀；18-气体分流装置；19-进气支管。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，本发明所述的泵气液两相混输状态下性能测试装置，包括液体输送系统和气体输送系统；所述液体输送系统包括通过管道依次连接的泵1、气液分离器2、第一电磁流量计3、液体节流阀4、储液罐5、第一球阀6、第二电磁流量计7和气液混合器8；所述气液混合器8为锥形管状，所述锥形管中间部位的外壁上设有螺纹孔20，所述气液混合器8的两端还可以为法兰结构，通过法兰连接在管路中。所述气体输送系统包括通过管道依次连接的压缩机9、第二球阀10、空气过滤器11、第一调压阀12、油雾器13、气体节流阀14、涡轮流量计15、第二调压阀16和止回阀17；所述止回阀出口通过螺纹孔20与气液混合器8连接，将液体输送系统和气体输送系统相连接。涡轮流量计15前后连接第一调压阀12和第二调压阀16用来保证进入涡轮流量计的气体在恒定压力，防止气液混合器内压力波动太大影响涡轮流量计读数。止回阀17是为了防止液体管路压力过大导致液体进入气体管路。

通过调节液体输送管路的液体节流阀4来控制流通管路中的液体流量，并通过第一电磁流量计3和第二电磁流量计7测量液体输送管道内液体流量数值，即第一电磁流量计3用来测量经过气液分离器2之后液体流量数值，第二电磁流量计7测量进入气液混合器8前液体流量数值；调节气体输送管路的气体节流阀14来控制流通管路中的气体流量，并通过涡轮流量计15测量气体输送管道内气体流量数值。通过控制进入气液混合器8中的液体和气体，从而来获得不同含气率的气液混合流，从而进行不同含气率下泵1的性能测试实验。

为了与自动化对接该装置还包括计算机数据采集系统，所述计算机数据采集系统与第一电磁流量计3、第二电磁流量计7和涡轮流量计15连接，通过计算机数据采集系统记录流量数据。

为了达到进入气液混合器8的气体分布均匀且流速一致，如图2和图4所示，所述气液混合器8锥形管中间位置上均匀对称分布4个螺纹孔20，通过4个进气支管19分别进入4个螺纹孔20。所述止回阀17出口设有气体分流装置18，所述气体分流装置18是一段“T”型管段，管段上有4段均匀分布的支管，支管的气体流量相同，4个支管分别通过气体管理连接4个进气支管19。

为了达到液体和气体最佳混合流，结合图3所示，所述螺纹孔20与止回阀17之间设有进气支管19；所述进气支管19一端设有外螺纹，与气液混合器8上的螺纹孔20连接，进气支管19中间设有变径孔，可以根据实验需要选择不同大小的变经口的进气支管19，从而产生大小不一的气泡。

为了方便实验，在实验过程中不需要经常更换进气支管19，所述进气支管19设有外螺纹一端的侧壁设有若干通气孔，若干通气气孔可以根据实验要求大小相等或者不一致。通过控制进气支管19的外螺纹插入气液混合器8的螺纹孔20的长度不同，控制进气支管19进入气液混合器8通气孔数量，从而得到不同的气液混合流。

为了绘制更全面的泵1的特征曲线图，在所述泵1就出口设有压力传感器，所述压力传感器与所述计算机数据采集系统连接，用于记录检测泵进出口的压力数值。

一种泵气液两相混输状态下性测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：先将泵1和压缩机9与电源连接，检查电路是否连接正确。

S2：关闭第一球阀6，将储液罐5中灌入充足水；然后关闭液体节流阀4并打开第一球阀6，启动离心泵运行1-2分钟，然后通过控制液体节流阀4的开度调节管路中液体的流量，读取第一电磁流量计3和第二电磁流量计7显示数值，并对比显示数值，当两个电磁流量计示数稳定且大致一致时记录读数，同时在计算机上采集泵进出口压力传感器的数值。

S3：关闭气体节流阀14，启动压缩机9，通过第一调压阀12调整设定压力，当压力值稳定后，调节气体节流阀14使涡轮流量计15显示值与设定值相同，即读取涡轮流量计15显示数值得到气体流量。

S4：调节液体节流阀4和气体节流阀14来控制得到不同含气率的气液混合流，液体和气体流入气液混合器8混合均匀，用计算机记录不同气液混合比经过泵1进出口的压力和流量的数据，绘制泵1的特征曲线图。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。