一种煤化工专用控制阀流场测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及煤化工专用控制阀的检测设备，尤其是一种煤化工专用控制阀流场测 量系统。
【背景技术】
[0002] 随着我国生产力各方面的持续发展，能源需求与日俱增，尤其石油、天然气更是供 不应求。而我国是一个多煤缺油少气的国家，不论从市场角度还是国家能源安全角度，都需 要鼓励煤化工技术的高效利用。目前，我国的煤化工行业都面临着一个问题：煤化工核心技 术的自主创新不够。现在绝大部分的煤化工核心技术和装备均是从外国大量进口。随着我 国煤化工产业迅猛发展，外国能源巨头已经深度介入中国煤化工产业，所以，打破跨国公司 技术封锁，加快培育具有自主知识产权的煤化工核心技术，将是发展自主煤化工产业的根 本途径。
[0003] 在煤化工行业中，专用控制阀的应用场合十分广泛，包括煤粉（浆）在转化为气、 液、固等状态时的煤粉输送系统；对煤粉加工后所产生废水进行处理的废水（黑水）处理系 统；以及对加工过所剩余的废弃煤渣进行排放的废渣排渣系统等等，在这些环节中都需要 使用煤化工专用阀。但是由于煤化工控制阀工作环境的特殊性，加上控制阀的使用频率较 高，使得煤化工控制阀的使用寿命较低。
[0004] 造成煤化工专用控制阀寿命低的主要因素是由于阀内存在复杂的流场，其特点主 要是：（1)阀内流场为多相流流场；（2)阀内流体为高温、高压流体；（3)阀内流体存在腐蚀 性。所以，为了提高我国自主研发煤化工专用控制阀的核心竞争力，就需要对控制阀的产品 质量进行提升，进一步增强自主研发控制阀的产品稳定性，提高产品使用寿命。而为了实现 这个目标，有针对性的进行产品研发，需要对不同使用环境的控制阀的内部流场进行准确 测量。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种煤化工专用控制阀流场测量系统，能够实现对煤化工专 用控制阀内流场的精确测量，能够观察阀内流体分布状态、便于试验操作和处理。
[0006] 一种煤化工专用控制阀流场测量系统，其特别之处在于：包括用于模拟实际工作 状态下的控制阀内流场的流场模拟单元，为该流场模拟单元提供照明的光源单元，以及对 该流场模拟单元被测量区域进行拍摄的图像处理单元。
[0007] 其中流场模拟单元包括控制阀模型，该控制阀模型的入口通过入口管路与水泵的 出口连通，而该水泵的入口通过管道与流体储存箱的出口连通，该流体储存箱的进口则通 过管道与前述控制阀模型的出口连通。
[0008] 其中在流体储存箱内设有搅拌装置。
[0009] 其中控制阀模型是采用有机玻璃材料的与控制阀1 :1等比例仿制的模型。
[0010] 其中在控制阀模型上方安装有光源单元，而在控制阀模型前方设有高速摄像机。
[0011] 其中光源单元由组合透镜和激光发生器组成，该组合透镜置于激光发生器和控制 阀模型之间，从而使激光发生器发出的激光射线通过组合透镜形成均匀厚度的片光源。
[0012] 其中组合透镜由三只垂直排列的圆柱体形状凹透镜组成。
[0013] 其中组合透镜安装在控制阀模型上方的可移动支架上。
[0014] 其中图像处理单元包括安装在摄像控制机构上的高速高清摄像机。
[0015] 其中高速高清摄像机与内窥镜头连接，该内窥镜头伸入控制阀模型内部。
[0016] 其中还包括与高速高清摄像机连接的计算机后端处理装置，该计算机后端处理装 置采用计算机从而对采集到的图像信息进行后端处理、分析以便于得到流场测量结果。
[0017] 本发明的有益效果在于：（1)测量过程的操作和处理简单便捷、控制方式易操作、 适用范围广；(2)测量结果直观，可以清晰的反应煤化工专用控制阀内流场压力、速度矢 量、涡量的分布；（3)通过对测量结果的分析，结合Preston磨削经验公式，可以对控制阀内 易消耗磨损的区域进行预测，为控制阀表面的强化技术提供技术支持。
【附图说明】
[0018] 图1是本发明的逻辑原理框图；
[0019] 图2是本发明的流场模拟单元示意图；
[0020] 图3是本发明互相关运算流程图；
[0021] 图4是本发明的测量过程流程图。
【具体实施方式】
[0022] 如图1、2所示，本发明提供了一种煤化工专用控制阀流场测量系统，包括用于模 拟实际工作状态下的控制阀内流场的流场模拟单元，为该流场模拟单元提供照明的光源单 元，以及对该流场模拟单元被测量区域进行拍摄的图像处理单元。
[0023] 其中流场模拟单元包括控制阀模型，该控制阀模型的入口通过入口管路与水泵的 出口连通，而该水泵的入口通过管道与流体储存箱的出口连通，该流体储存箱的进口则通 过管道与前述控制阀模型的出口连通。其中在流体储存箱内设有搅拌装置。其中控制阀模 型是采用有机玻璃材料的与控制阀1 :1等比例仿制的模型。其中在控制阀模型上方安装有 光源单元，而在控制阀模型前方设有高速摄像机。
[0024] 其中光源单元由组合透镜和激光发生器组成，该组合透镜置于激光发生器和控制 阀模型之间，从而使激光发生器发出的激光射线通过组合透镜形成均匀厚度的片光源。其 中组合透镜由三只垂直排列的圆柱体形状凹透镜组成。其中组合透镜安装在控制阀模型上 方的可移动支架上。
[0025] 其中图像处理单元包括安装在摄像控制机构上的高速高清摄像机。其中高速高清 摄像机与内窥镜头连接，该内窥镜头伸入流场模拟单元内部。其中还包括与高速高清摄像 机连接的计算机后端处理装置，该计算机后端处理装置采用计算机从而对采集到的图像信 息进行后端处理、分析以便于得到流场测量结果。该内窥镜其作用在于：能够进入控制阀内 部进行流场拍摄，以获得准确、真实的流场特性图像。该算机后端处理装置具体可采用安装 有WIN7操作系统的PC进行计算处理。
[0026] 本发明的煤化工专用控制阀流场测量系统中涉及了煤化工专用控制阀内流场的 显示和观测方法，通过对相似与模化理论的研宄，利用模化方法对煤化工专用控制阀流场 进行放大建模。模化方法是工程领域中一种重要的分析方法，该方法以相似理论为基础，当 所研宄对象比较复杂性或受到研宄条件的限制，靠常规试验、数学模拟等办法难以进行研 宄时，就需要采用模化方法来进行研宄。
[0027] 本发明中所涉及的煤化工专用控制阀内流场可以采用如下模化方法进行放大建 模。
[0028] 煤化工专用控制阀内流体是由煤粉、水、蒸汽组成的固、液、气多相流体，为了研宄 多相流在阀内对阀体的磨损机理，需要对多相流流场的运动规律进行研宄分析。
[0029] 根据相似理论，具备单值条件相似，且由单值条件中的物理量组成的相似准则对 应同类物理现象所衍生出来的现象必定相似。但是一旦模化的所有相似准则全部对应相 等，就等于试验和实际条件完全相同，等同于没有模化。因此，实际模化总是根据研宄对象 寻求主要的、对全局起决定性作用的因素，将次要的、起局部作用的因素忽略不计。
[0030] 为了简化分析，将气、液两相可近似视为连续相，而固相则视为离散相，这样就可 以把阀内流体简化为二相流来进行研宄。根据控制阀内流场的特征可知，流体为不可压缩 流体，故控制方程可以采用欧拉（Euler)多相流模型方程.欧拉模型的守恒方程由质量、动 量和能量守恒方程组成.以第i相为例：
[0031] i相的质量守恒方程为：
[0032]
【主权项】
1. 一种煤化工专用控制阀流场测量系统，其特征在于：包括用于模拟实际工作状态下 的控制阀内流场的流场模拟单元，为该流场模拟单元提供照明的光源单元，以及对该流场 模拟单元被测量区域进行拍摄的图像处理单元。
2. 如权利要求1所述的一种煤化工专用控制阀流场测量系统，其特征在于：其中流场 模拟单元包括控制阀模型（17)，该控制阀模型（17)的入口通过入口管路（18)与水泵（11) 的出口连通，而该水泵（11)的入口通过管道与流体储存箱（13)的出口连通，该流体储存箱 (13)的进口则通过管道与前述控制阀模型（17)的出口连通。
3. 如权利要求2所述的一种煤化工专用控制阀流场测量系统，其特征在于：其中在流 体储存箱（13)内设有搅拌装置（14)。
4. 如权利要求2所述的一种煤化工专用控制阀流场测量系统，其特征在于：其中控制 阀模型（17)是采用有机玻璃材料的与控制阀1 :1等比例仿制的模型。
5. 如权利要求2所述的一种煤化工专用控制阀流场测量系统，其特征在于：其中在控 制阀模型（17)上方安装有光源单元，而在控制阀模型（17)前方设有高速摄像机。
6. 如权利要求2所述的一种煤化工专用控制阀流场测量系统，其特征在于：其中光源 单元由组合透镜和激光发生器组成，该组合透镜置于激光发生器和控制阀模型（17)之间， 从而使激光发生器发出的激光射线通过组合透镜形成均匀厚度的片光源。
7. 如权利要求6所述的一种煤化工专用控制阀流场测量系统，其特征在于：其中组合 透镜由三只垂直排列的圆柱体形状凹透镜组成。
8. 如权利要求6所述的一种煤化工专用控制阀流场测量系统，其特征在于：其中组合 透镜安装在控制阀模型（17)上方的可移动支架上。
9. 如权利要求2所述的一种煤化工专用控制阀流场测量系统，其特征在于：其中图像 处理单元包括安装在摄像控制机构上的高速高清摄像机。
10. 如权利要求9所述的一种煤化工专用控制阀流场测量系统，其特征在于：其中高速 高清摄像机与内窥镜头连接，该内窥镜头伸入控制阀模型（17)内部。
11. 如权利要求9所述的一种煤化工专用控制阀流场测量系统，其特征在于：其中还包 括与高速高清摄像机连接的计算机后端处理装置，该计算机后端处理装置采用计算机从而 对采集到的图像信息进行后端处理、分析以便于得到流场测量结果。
【专利摘要】本发明涉及煤化工专用控制阀的检测设备，尤其是一种煤化工专用控制阀流场测量系统。其特点是：包括用于模拟实际工作状态下的控制阀内流场的流场模拟单元，为该流场模拟单元提供照明的光源单元，以及对该流场模拟单元被测量区域进行拍摄的图像处理单元。本发明的有益效果在于：(1)测量过程的操作和处理简单便捷、控制方式易操作、适用范围广；(2)测量结果直观，可以清晰的反应煤化工专用控制阀内流场压力、速度矢量、涡量的分布；(3)通过对测量结果的分析，结合Preston磨削经验公式，可以对控制阀内易消耗磨损的区域进行预测，为控制阀表面的强化技术提供技术支持。
【IPC分类】G01M13-00
【公开号】CN104776990
【申请号】CN201510165716
【发明人】马玉山, 李琛, 伍海
【申请人】吴忠仪表有限责任公司
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月9日