一种用于模拟地下高温卤水环境的泵内部腐蚀磨损实验台的制作方法

本发明涉及一种特殊环境下泵内部磨损实验装置，用于模拟在高温高压卤水环境下泵内部运行时的腐蚀磨损情况。

背景技术：

地热能是来自地球深处的可再生热能，它起于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。地热能的储量巨大，大部分集中分布在构造板块边缘一带。随着化石能源的紧缺、环境压力的加大，地热能作为一种无污染的可再生清洁能源，地热发电成为产生电能的一种重要手段。地热发电是利用地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术。其基本原理与火力发电类似，也是根据能量转换原理，首先把地热能转换为机械能，再把机械能转换为电能。但是，由于工作介质不是单一的纯水，含有各种固体颗粒的工作介质会对机械及管路产生一定程度的磨损、磨蚀。

地热发电中，地热泵是发电过程中的重要设备，是整个发电系统的心脏，由于地热水中含有各种固体颗粒及化学成分，会对地热泵内部流道及叶片产生严重的磨损，进而降低发电效率，严重时出现设备故障，会造成巨大的经济损失。因此，就必须对水力机械的过流部件进行磨损试验，以便对过流部件的设计进行辅助的改造，延长其工作寿命，降低运行成本。

由于高温高压的工作环境和实验的特殊性，测试实验具有一定的危险性，且测试周期较长，实验必须在封闭系统中进行，试验用模型泵的材料选择及实验台安装都必须满足一定的要求。

目前，存在模拟地下高温卤水环境腐蚀磨损实验台存在以下问题：1)现存实验装置大多体积庞大，操作起来较为不便。2)现存实验装置使用功能单一，灵活性较低，实验精度较低，不能准确的模拟真实地下环境。

技术实现要素：

本发明针对现有实验装置存在的上述各种缺陷，提供了一种可用于高温卤水条件下泵内部磨损腐蚀的实验装置。

本实验装置包括第一外循环系统、第二外循环系统和内循环系统，第一外循环系统包括驱动电机、联轴器、测功仪、非接触型手持数字转速表、外循环泵、直角接头一、限流阀一、加热水塔、加热器、温度计、压力计、弹簧式蒸汽安全阀、固定用滚动轴承、数显静压液位计、循环管路、截止阀一。第二外循环系统包括含沙水箱、挡沙闸门、截止阀二、循环管路、直角接头二。内循环系统包括试验用模型泵屏蔽电机、试验用模型泵密封、滤网、试验用模型泵、限流阀二、超声波流量计、定期检查用阀门、循环管路。本装置可以实现高温、高压下不同流量的磨损、磨蚀实验。不仅能充分保证磨损实验的实验时间，而且实验装置安全可靠，可以较为准确的模拟高温高压的地热环境。

优选的，待测试验用模型泵采用立式潜水布置，模型泵屏蔽电机布置在管体外侧，试验用模型泵密封、出口管路和主轴同轴布置。

优选的，距离加热水塔底部120mm处安装5mm的十字架板，防止水塔中固体颗粒沉积堵塞底部出口。

优选的，外循环系统采用氟塑料夹板泵，流量设定为85m³/h，内循环系统试验用模型泵，流量设定为80m³/h，进行磨损磨蚀实验。

优选的，在加热水塔内壁安装4～6片厚度为5mm的挡流板，防止切向进入加热水塔 (17)的水在水塔内产生涡流。

优选的，试验用模型泵根据相似准则转化，相似比1：1，进口直径取值范围为110～150mm，轴径为40mm。

优选的，距离挡流板205mm处安放加热器，水塔外壁覆盖石棉保温层，第一外循环系统循环管路安装定期检测阀门，用于检测罐体内液体中固体颗粒的含量。

优选的，试验用模型泵叶轮、泵体、循环管路等使用316L不锈钢材料；外循环泵叶片采用氟塑料材料。

多循环管路的实验装置不仅可以提高实验的精度，还方便操作，结构简单，实验功能强大，很大程度的降低了实验的成本。同时，安全性高，对环境无危害。

附图说明

图1为一种用于模拟地下高温卤水环境的泵内部腐蚀磨损实验台的主视图(未包含含沙水箱)；

图2为一种用于模拟地下高温卤水环境的泵内部腐蚀磨损实验台的侧视图；

图3为一种用于模拟地下高温卤水环境的泵内部腐蚀磨损实验台的俯视图；

图中：驱动电机1、联轴器2、测功仪3、非接触型手持数字转速表4、外循环泵5、直角接头一6、直角接头二7、限流阀一8、温度计9、数显静压液位计10、压力计11、超声波流量计12、定期检查用阀门13、限流阀二14、加热器15、截止阀一16、加热水塔 17、内循环系统包括试验用模型泵屏蔽电机18、试验用模型泵密封19、滤网20、试验用模型泵21、弹簧式蒸汽安全阀22、截止阀二23、固定用滚动轴承24、含沙水箱25、挡沙闸门26、循环管路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见附图1-3：本实验装置包括第一外循环系统、第二外循环系统和内循环系统，第一外循环系统包括驱动电机1、联轴器2、测功仪3、非接触型手持数字转速表4、外循环泵5、直角接头一6、限流阀一8、加热水塔17、加热器15、温度计9、压力计11、弹簧式蒸汽安全阀22、固定用滚动轴承24、数显静压液位计10、截止阀一16、循环管路。第二外循环系统包括含沙水箱25、挡沙闸门26、截止阀二23、直角接头二7、循环管路。内循环系统包括试验用模型泵屏蔽电机18、试验用模型泵密封19、滤网20、试验用模型泵21、限流阀二14、超声波流量计12、定期检查用阀门13、循环管路。本装置可以实现高温、高压下不同流量的磨损、磨蚀实验。不仅能充分保证磨损实验的实验时间，而且实验装置安全可靠，可以较为准确的模拟高温高压的地热环境。

外循环氟塑料泵5通过联轴器2经测功仪3和非接触型手持数字转速表4与电机1连接，外循环泵5出口经限流阀一8与加热水塔17相连，水塔底部出口经截止阀一16与外循环泵5的进口连接。

外循环氟塑料泵5的入口管路，通过直角接头二7与外循环管路的含沙水箱25出口连接，砂粒可通过氟塑料泵5进入加热水塔17，进行模型泵试验，外循环氟塑料泵5出口管路，通过直角接头一6与外循环管路的含沙水箱25顶部连接，用于调节加热水塔17内水位及压力。

温度计9、压力计11、弹簧式蒸汽安全阀22连接在加热水塔17顶部，距离挡流板205mm 处安放加热器15，并保证密封无泄漏，加热器数量为4-6个，在加热水塔17底部对称布置。石棉作为实验保温材料安装在加热水塔17的外壁。

数显静压液位计10安装在加热水塔17中上位置，确保水塔水位不会下降的过快。

在加热水塔内壁安装4～6片厚度为5mm的挡流板，防止切向进入加热水塔17的水在水塔内产生涡流。挡流板可以破坏形成的涡流，保持加热水塔17内相对平稳的试验环境。

试验用模型泵21根据相似准则转化，相似比1：1，进口直径取值范围为110～150mm，轴径为40mm。

外循环泵5的叶轮、叶片采用氟塑料材料，氟塑料材料具有抗酸碱、抗各种有机溶剂的特点，摩擦系数极低，可减少实验过程中含固体颗粒的卤水对泵叶轮的磨损，试验用模型泵叶轮、泵体、循环管路等使用316L不锈钢材料，316L不锈钢材料添加了Mo，耐点蚀性能优秀，在高温条件下强度性能优秀，可满足实验要求。

在第一外循环管路位置处安装定期检查阀门13，用于检测加热水塔内砂粒的含量。

含沙水箱尺寸为1100mm*2000mm*600mm，底部设计有10°坡度，在水箱出口附近垂直底部安装防砂闸门26，防止砂粒阻塞水箱出口。

待测试验用模型泵21采用立式潜水布置，屏蔽电机18布置在管体外侧，试验用模型泵密封19、滤网20、出口管路和主轴同轴布置。

距离加热水塔17底部120mm处安装5mm的十字架板，防止水塔中固体颗粒沉积堵塞底部出口，超声波流量计12安装在内循环系统试验用模型泵21出口。

本发明涉及的一种用于模拟地下高温卤水环境的泵内部腐蚀磨损实验装置的使用方法，包括以下步骤：

a.各实验装置按上述安装方式安装到指定位置。

b.关闭含砂水箱25进出口阀门，开启外循环氟塑料泵5，向加热水塔17中注入清水，通过数显静压液位计10、压力计11观测加热水塔内水位、压力。

c.待加热水塔17内水位、压力满足实验要求，开启内循环系统试验用模型泵21，待泵运行稳定后，调节流量计，使试验泵在设计工况下运行。

d.开启加热器15，对水塔内清水进行加热，观测水塔上方温度计，温度达到实验要求温度时，停止加热。

e.打开含沙水箱25出口处阀门，砂粒随水流进入加热水塔，模拟地热环境

f.运行一段时间后，打开定期检查阀门13，检查水塔内砂粒浓度是否达到实验要求，若已达到实验要求标准，关闭砂粒进口阀门。保证加热水塔内砂粒浓度恒定不变。

g.对内循环试验用模型泵21进行磨损磨蚀实验，在实验一段时间后，关闭设备，取出模型泵，查看磨损情况，用电子天秤称重，计算其磨损量。

本发明的可变参量

(1)速度：工作介质的流速可通过内循环系统试验泵出口阀门的开闭来控制，

(2)介质温度：整个实验装置工作介质的温度可通过加热水塔来调节，当温度低于实验所要求的温度时，利用加热器加热。

(3)固体颗粒的种类及浓度：用来进行磨损磨蚀实验的固体颗粒的种类及浓度可以通过第二外循环系统中水箱来改变。

(4)工作介质：通过改变水塔中介质，可进行不同实验介质的磨损磨蚀实验。

(5)试验泵叶片材质：更换不同材质叶片可进行旋转机械不同材料的磨损磨蚀实验。

本发明经实际操作，用于模拟地下高温卤水环境的泵内部腐蚀磨损实验台可实现在封闭环境下长时间测试材料为316L不锈钢的试验用模型泵在流度为30m/s，压力为20MPa，温度分别为70摄氏度、120摄氏度，不同浓度固体颗粒对叶片的磨损腐蚀。

上述实施方式是对本发明的说明，不是对本发明的限定，可以理解在不脱离本发明的。