一种为消除低温离心泵汽蚀现象的储液增压罐及测试方法与流程

本发明涉及低温技术领域，尤其涉及一种为消除低温离心泵汽蚀现象的储液增压罐及测试方法。

背景技术：

离心泵工作时，在叶轮中心区域产生真空形成低压而将液体吸上，真空区压强低于气体的饱和蒸汽压，被吸上的液体在真空区发生大量汽化产生气泡，发生汽蚀现象。当离心泵启动时，假定泵头内存有气体，由于气体密度很小，旋转后产生的离心力小，因而叶轮中心区所形成的低压不足以吸入液体，泵无自吸能力，发生气缚现象，这是大多数离心泵当介质为水时所遇到的问题，汽蚀时破裂的气泡产生的压力冲击波作用在金属上使泵内叶片形成疲劳而遭到破坏，同时产生噪音，气缚时气体聚集在叶轮进口处而无法获得泵性能。

由于低温流体(液氮、液氢、液氦)温度极低，饱和蒸汽压较低，汽化潜热不高的特殊性，低温离心泵中汽蚀与气缚现象是需要解决的主要问题。专业范围内采用提高装置汽蚀余量的方法解决汽蚀问题，水泵一般采用倒灌的方式，低温离心泵作为低温系统的动力部件，采用在泵的入口管前端设置流体增压的储液罐设备解决汽蚀和气缚问题是目前较为可行和有效的方式。

泵前设置储液增压管罐，将储液罐、管道及低温离心泵浸入低温流体中，对避免汽蚀，克服气缚，维持流体流态及过冷度是十分可靠的，但是，现有技术的这种方法存在如下问题：储液容量、流体波动、低温流体进液控制、低温储罐液面监测以及内部可承压的密封、制造成本高、加工周期较长等。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种控制低温流体波动，输送低温流体，监测低温储罐液面，制造成本低，具有一定承压能力的为消除低温离心泵汽蚀现象的储液增压罐及其测试方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种为消除低温离心泵汽蚀现象的储液增压罐，包括储气罐、储液罐、进液阀、浮球液位计，所述储液罐下部一侧设置有进口管道，进口管道上安装进液阀，储液罐下部另一侧设置有出口管道，出口管道通过泵前管道与低温离心泵连接，储液罐的内部设置整流挡板和浮球轨道挡板，在储液罐中设置浮球式液位计，用于监测储液罐内的液位，储液罐上部一侧通过毛细管与储气罐连通，储液罐上部另一侧设置有排空管道，排空管道上设有排空阀和安全阀，储液罐上还设有压力表，用于监测储液罐内的压力。

进一步地，所述进口管道、出口管道、进液阀、储液罐均浸没于低温流体之下。

进一步地，所述储气罐的进气口与增压气瓶连接，储气罐与增压气瓶连接的管道上设有阀门，储气罐在室温大气端，通过一定长度毛细管连接至储液罐，毛细管的液位用于气液两相平衡，调节低温离心泵内的压力波动。

进一步地，所述进液阀包括阀座和手动阀芯，阀座内部设有螺栓孔，螺栓孔的前端为椎面一，椎面一的前端为单侧孔，阀座上设有进液通孔；手动阀芯的前端为椎面二，椎面二与椎面一的锥面坡度相同，用于实现机械面密封，手动阀芯的后端为带外螺纹的丝杠，通过手动控制带外螺纹的丝杠与螺栓孔实现螺纹连接。

进一步地，所述进液通孔设置在椎面一与螺栓孔之间。

进一步地，所述带外螺纹的丝杠的上部设置于低温流体之上，便于手动开启或关闭。

进一步地，所述浮球液位计包括不锈钢空心球、换热细管、石英厚壁套管、套管安装法兰一、套管安装法兰二、安装丝杠及氟胶o圈；不锈钢空心球上焊接一定长度的不锈钢丝，不锈钢丝外部设有换热细管，换热细管用于连通石英厚壁套管与储液罐，换热细管的上端与套管安装法兰一连接，换热细管的下端与储液罐连接，套管安装法兰一的上部与石英厚壁套管的下部通过氟胶o圈密封连接，石英厚壁套管的上部通过氟胶o圈与套管安装法兰二密封连接，套管安装法兰一与套管安装法兰二通过安装丝杠连接。

进一步地，所述套管安装法兰一为通心结构，用于将换热细管与石英厚壁套管连通，套管安装法兰二为实心结构，用于将石英厚壁套管的上部封闭。

进一步地，所述储液罐是一个阻流元件，流量与压力之间遵循关系式：和其中，qv代表离心泵额定流量，p代表泵运行压力，v代表储液罐容积，s代表储液罐罐内压力波动量，一般取值为0.1％，代表泵出口流量波动，一般取值为1％。

进一步地，所述储液罐内部设置整流挡板和浮球轨道挡板，以减少测量误差，依据公式其中，d代表储液罐直径，得到满足缓液要求的整流挡板宽度；储液罐内部留有流体绕流空间，储液罐高度等于液面距离整流挡板顶端的高度和整流挡板的高度之和，液面距离整流挡板顶端高度由公式计算获得，计算液体在进入储液罐越过整流挡板之前的速度为其中，s整流挡板为整流挡板的面积。

一种为消除低温离心泵汽蚀现象的储液增压罐的测试方法，包括以下步骤：首先将进口管道、出口管道、进液阀、储液罐、低温离心泵均浸没于低温流体中；手动开启进液阀的手动阀芯，低温流体通过阀座上的进液通孔及单侧孔进入储液罐，经过整流挡板，由出口管道流出进入低温离心泵的泵前管道，向储气罐充气，直至低温离心泵的泵前流体压力上升而消除汽蚀现象，排空管道上的安全阀用来监测压力值，排空阀根据储液罐上压力表的数值，用于调节储液增压罐的压力。

相较于现有设备，本发明提供的储液增压罐具有如下优点：其一、提供一种新型的为消除低温离心泵汽蚀现象储液罐；其二、储液罐内有低温液位计，控制液面可视化，方便制造，成本低廉，易操作；其三、设计的低温流体进液阀控制低温流体进液开关，结构简单，方便制造，成本低廉，可靠性高。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的一种为消除低温离心泵汽蚀现象的储液增压罐结构示意图；

图2为本发明第二实施例提供的进液阀阀座剖面图；

图3为本发明第二实施例提供的进液阀阀座立体图；

图4为本发明第二实施例提供的进液阀手动阀芯结构示意图；

图5为本发明第三实施例提供的浮球液位计结构示意图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，有关本发明的相关设计内容，特点与作用，将可清楚呈现。

实施例1

请参照图1所示，本发明第一实施例提供一种为消除低温离心泵汽蚀现象的储液增压罐，包括：具有一定储液和耐压能力的储液罐113，其一侧设置有进口管道101，用于流体进液，进口管道101上安装进液阀200可控制低温流体流动，储液罐113的另一侧设置有出口管道102，流体可流出储液罐113，储液罐113内部设置整流挡板103和浮球轨道挡板104，以减少泵测量误差，整流挡板103和浮球轨道挡板104均与储液罐113焊接连接；在储液增压罐中设有用于增加流体压力的储气罐110，以及设有可视化窗口的浮球式液位计300，用于减少气缚现象，同时储液罐113上部设置有排空管道105。还包括储液罐113上的压力表114，排空管道105上的安全阀107和排空阀106。

为了保证储气量，储液罐113上部通过毛细铜管111连接一定体积的储气罐110，一定长度毛细铜管111和储气罐110至于常温大气中。

低温流体由进液阀200流经进口管道101进入储液罐113，绕流挡板103，由出口管道102流出，进入低温离心泵的泵前管道108，所述储液罐113、进液阀200、进口管道101、出口管道102、低温离心泵109均位于低温流体液面之下。

储气罐110提供一定气腔为储液罐113内低温流体增压，影响至出口管道102，进入离心泵泵前管道108，储液罐113内部产生的高压气通过安全阀107进行监控，通过排空阀106进行调节。

图1中虚线表示低温流体的液面，来自气瓶的减压管道连接至储气罐110，储气罐110在室温大气端，通过一定长度毛细铜管111连接至储液罐113，毛细管111的液位用于气液两相平衡，调节泵内压力波动。

可认为储液罐113是一个阻流元件，流量与压力之间遵循关系式为进行微分可得到气体空间的最小容积方程为其中，qv代表离心泵额定流量，p代表泵运行压力，v代表储液罐容积，s0代表储液罐罐内压力波动量，一般取值为0.1％，代表泵出口流量波动，一般取值为1％。

储液罐113内部设置整流挡板103和浮球轨道挡板104，以减少测量误差，根据设计原则，整流挡板103位于储液罐113直径1/3处，依据公式其中，d代表储液罐直径，得到满足缓液要求的整流挡板103宽度。储液罐113内部存在低温流体量是进行泵正常运行的必要条件，内部有一定尺寸的整流挡板103，留有流体绕流空间，储液罐113高度由液面距离整流挡板103顶端高度和整流挡板103高度组成，液面距离整流挡板103顶端高低由公式计算获得，计算液体在进入储液罐113越过整流挡板103之前的速度其中，s整流挡板为整流挡板103的面积，储液罐113的设计目的是提供液体增压及缓冲的空间从而消除低温离心泵的汽蚀，储液罐113为耐压圆筒可根据公式得到储液罐安全壁厚，同时，利用公式得到耐压容器的许用应力，其中，pc代表计算压力，di代表圆筒的内径，[σ]^t代表许用应力，f代表焊接头系数。

实施例2

请参照图2～4所示，本发明第二实施例一种为消除低温离心泵汽蚀现象的储液增压罐内设计一种低温进液阀200，现有的阀门在低温下容易产生变形与脆性，大多依靠国外购买，体积大，造价高，不易控制，设计一种进液阀200应用于此储液增压罐中。本储液增压罐中的进液阀200由阀座201和手动阀芯202两部分组成，其中，阀座201设计为不锈钢圆柱，内有单侧孔203、一定坡度锥面一204、一定孔深的螺栓孔205以及进液通孔206，手动阀芯202设计为带有一定坡度锥面二208，锥面二208与锥面一204坡度相同，实现机械面密封，同时设置有带外螺纹的丝杠207，通过手动控制带外螺纹的丝杠207与阀座201的螺栓孔205实现螺纹连接。进液阀200由阀座201和手动阀芯202两部分依靠锥面二208与锥面一204进行密封。带外螺纹的丝杠207顶端需要伸出液面以上，便于手动控制进液阀200的开启或关闭。

实施例3

请参照图5所示，本发明第三实施例提供一种为消除低温离心泵汽蚀现象的储液增压罐内设计一种液位监测装置，由于低温流体极易汽化，低温离心泵109与储液罐113浸在低温流体中，泵运行过程中与大气接触而使储液罐113内产生汽化气，设置液位监测装置监测储液罐113内液位，同时可排出汽化气。基于储液罐113体积小、浸于液氮、有液压、安装位置的特殊性，采用浮球式液位计300，包括浮球和可视化两部分，包括不锈钢空心球301、换热细管302、石英厚壁套管303、套管安装法兰一304、套管安装法兰二308、氟胶o圈307及安装丝杠305。其中，石英厚壁套管303作为浮球液位显示窗口，储液罐113上端面焊接一定长度换热细管302作为不锈钢丝306上下移动轨道，浮球采用不锈钢空心球301，浮球上端焊接一定长度不锈钢丝306，石英厚壁套管303在无液和满液时均可看到不锈钢丝306，用于观察不锈钢丝306的指示高度。为了保证储液罐113的密封性，石英厚壁套管303的两个密封端采用套管安装法兰一304和套管安装法兰二308两端均设计凹槽径向密封，在石英厚壁套管303两端的密封法兰相对的螺孔之间使用安装丝杆305栓接工艺预紧。为了增强装置在低温环境中机械强度稳定性，使用低温胶粘结的方式来解决非金属材料石英玻璃与不锈钢零件的安全连接问题。

储液罐113上方安装浮球液位计300，浮球液位计300内设不锈钢空心球301感应液位，石英厚壁套管303用于监测液位，消除低温离心泵109汽蚀。不锈钢空心球301上端与不锈钢丝306焊接，换热细管302下端与储液罐113上端焊接，换热细管302上端与套管安装法兰一304焊接，石英厚壁套管303的两端分别与套管安装法兰一304和套管安装法兰二308通过低温胶粘结连接，石英厚壁套管303的两端内部设有氟胶o圈307，起到密封作用；套管安装法兰二308为实心结构，用于将石英厚壁套管303的上端封闭堵死，套管安装法兰一304为空心结构，用于将换热细管302与石英厚壁套管303连通。

实施例4

请参照图1～5所示，本发明第四实施例提供一种为消除低温离心泵汽蚀现象的方法。进口管道101、进液阀200、储液罐113、出口管道102、低温离心泵109均处于低温流体中。手动调节带外螺纹的丝杠207，手动阀芯201开启，低温流体依次流经通孔206、单侧孔203、进口管道101进入储液罐113，保证储液罐113一定的液位，由于一定体积的储气罐110为储液罐113提供一定的气囊，用于调节储液罐13内的压力波动，低温流体流经整流挡板103，通过浮球液位计300监测储液罐113内的液位，由出口管道102流出进入低温流体泵的泵前管道108，开启阀门112向储气罐110充气，观察压力表114直至泵前流体压力上升而消除汽蚀现象，排空管道105上的安全阀107用来监测压力值，排空阀106用于调节储液增压罐的压力。低温流体汽化产生的气体通过排空管道105上排空阀106排出，压力表114显示储液罐113内气体的压力，由安全阀107进行保护，而保证设备的安全平稳运行。

以上所述，仅是本发明的具体实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述解释的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。