一种研究液面高度对流体晃动运动影响的实验装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种相同载液量下，研究不同液面高度对流体晃动运动影响的实验装置，属于实验装置技术领域。
【背景技术】
[0002]在许多工业应用中都可以找到晃动现象，例如液化天然气(LNG)的搬运，FPSO的储液仓和槽罐车内流体晃动等。流体晃动是一种复杂的非线性的流体运动现象，它会使运输载体稳性降低，让储油罐内壁遭受巨大的冲击力，导致结构遭到破坏，流体泄漏。对于大型的FPSO-LNG船来说，储油罐更大更深，晃动也就越明显，直接威胁到船员的安全。但是测量流体晃动运动规律的实验装置并不多见，测量载液量体积相同情况下，液面高度对运动规律影响的实验装置更是至今未见报道。
【发明内容】
[0003]为解决上述问题，本发明提供一种载液量相同情况下，研究液面高度对流体运动的影响和对容置流体的储罐受压壁面压力影响的实验装置，可以测量晃动流体对冲击壁面的压力、运动中流体的波动情况，液面形状随时间的变化，通过测量可以确定晃动流体运动中随时间变化的液面，流体对固体壁面的可能最大冲击位置的压力。所述研究液面高度对流体晃动运动影响的实验装置，包括伺服电机、联轴器、轴承、带螺距的滚珠丝杠和滚珠丝杠螺母、能随滚珠丝杠水平运行的运动平台、压力传感器、位置传感器、LED信号系统、数据传送线和数据采集及处理系统；运动平台上设置透明储罐、数字摄像机；透明储罐安装在运动平台上，用于容置待检测流体并可在载液量体积相同的情况下，改变液面高度；数字摄像机与运动平台活动连接，位于透明储罐前侧，位置为:能够清楚地聚焦于透明储罐，随运动平台一起运动；所述带螺距的滚珠丝杠由一对轴承支撑，轴承分列于带螺距的滚珠丝杠两端，使带螺距的滚珠丝杠相对于地面水平；带螺距的滚珠丝杠左端通过联轴器与伺服电机联接；轴承上部设置LED信号系统；带螺距的滚珠丝杠上设置滚珠丝杠螺母，位于两轴承之间；滚珠丝杠螺母与运动平台固定连接；所述透明储罐底板长度大于储罐底面长度，底板四个角设置固定销子，透明储罐与运动平台通过固定销子可拆卸连接，透明储罐侧壁设置体积刻度；透明储罐至少一侧侧壁内表面设置压力传感器；透明储罐外底面设置位置传感器，监测储罐运动位置的变化，透明储罐底部与运动平台平行且不贴合，空隙足以容置位置传感器；透明储罐侧壁至少竖直设置一对插槽，通过在插槽中插入与插槽尺寸相适应的分隔板，可以将透明储罐分隔为不连通的独立空间；数字摄像机、压力传感器、位置传感器、LED信号系统，分别通过数据线与数据采集及处理系统连接；较佳的，所述插槽为一对，位于透明储罐横向侧壁中部，将透明储罐储液部分侧壁的长度缩短至原长度的一半，使待测流体在体积不变的情况下，液面升高一倍；较佳的，所述插槽为一对，位于透明储罐横向侧壁三分之一处，使待测流体在体积不变的情况下，液面可升高二倍；较佳的，透明储罐与运动方向对应的侧壁内表面设置压力传感器，测量侧壁在流体晃动时承受的压力大小，如运动平台向左侧运动，则压力传感器设置于左侧壁内表面，运动平台向右侧运动，则压力传感器设置于右侧壁内表面；所述透明储罐最好为有机玻璃材质，所述分隔板材质与透明储罐材质相同；所述透明储罐最好为长方体；所述位置传感器最好为近距离传感器，该传感器测量从储罐运动开始到结束中任意时刻的位移。运动平台的驱动由伺服电机和带螺距的滚珠丝杠及滚珠丝杠螺母完成，其中伺服电机可将不同输入电信号转换为电机轴上的角位移或角速度输出，通过联轴器带动带螺距的滚珠丝杠，而滚珠丝杠将可将旋转运动转换成线性运动，带动丝杠螺母和运动平台水平运动，流体在运动和晃动中压力随时变化；通过数据传送线将数据传送至数据采集及处理系统，完成数据采集、处理过程，得出结果。它反映了载有流体的各种储罐的运动情况。
[0004]为便于叙述，将LED信号系统标记为前LED信号系统和后LED信号系统；使用时，将待检测流体染色后置于透明储罐，当透明储罐开始运动，前LED信号系统的闭合电路打开，并产生逻辑脉冲发送至与其连接的信号采集系统，同时前LED信号系统变亮，运动结束时，后LED信号系统打开，指示运动结束的时间和相应的逻辑脉冲被发送到数据采集处理系统，Labview软件被用于读取和记录随运动的测量时间和其他参数。
[0005]为直观观测液面的运动，流体和空气界面的运动使用一台数字摄像机记录，数字摄像机被安装在运动平台上随容器储罐一起运动，以记录整个界面区域和晃动期间待检测染色流体的分布。气液界面区域在晃动过程中被扫描，采集并传送到数据采集及处理系统对晃动的全幅图像进行处理，并通过专业软件Tracer测量晃动的液面高度。
[0006]通过在透明储罐侧壁的插槽中插入与插槽尺寸相适应的分隔板，可以将透明储罐分隔为不连通的独立空间；在载液量体积相同的情况下，通过在透明储罐横向中央或距离右侧侧壁三分之一位置处的插槽中插入分隔板，可以改变储罐储液部分侧壁的长度，从而可以改变透明储罐中流体的液面高度，重复上述操作可以分别测量无分隔板、不同位置分隔板，对应相应液面高度下流体的晃动运动。本发明的实验装置可以实现对载液量体积相同而液面高度不同的流体的晃动运动进行测量，便于研究液面高度对流体晃动运动规律和储液舱壁面的冲击影响。
[0007]有益效果
[0008]通过控制伺服电机的输入电压可调控电机转速和滚珠丝杠圆周速度，以及丝杠螺母和运动平台水平运动速度，可产生不同水平运动速度和流体的不同晃动程度，压力传感器可检测壁面流体冲击压力，位置传感器随时记录运动位移，LED信号系统能在运动开始和结束时产生逻辑脉冲指示运动时间和相应的逻辑脉冲被发送到数据采集系统，Labview软件被用于读取和记录随运动的测量时间和其他参数。流体和空气界面的运动通过数字摄像被扫描采集，通过专业软件测量晃动的液面高度情况。通过在透明储罐侧壁设置插槽，在插槽中插入与插槽尺寸相适应的分隔板，可以将透明储罐分隔为不连通的独立空间；在载液量体积相同的情况下，通过在透明储罐不同位置的插槽中插入分隔板，可以改变储罐储液部分的长度，从而改变透明储罐中流体的液面高度，可以分别测量同体积不同液面高度下流体的晃动运动。可以实现对载液量体积相同而液面高度不同的流体的晃动运动进行测量，便于研究液面高度对流体晃动运动规律和储罐壁面的冲击影响。对于测量运动容器中流体晃动的运动规律，监测生产具有实际的指导意义。
【附图说明】
[0009]图1为本发明研究液面高度对流体晃动运动影响的实验装置结构示意图；
[0010]图中1-伺服电机、2-联轴器、3-前LED信号系统、4-数据传送线、5-轴承、6-带螺距的滚珠丝杠、7-滚珠丝杠螺母、8-压力传感器、9-数字摄像机、10-位置传感器、11-运动平台、12-透明储罐、13-后LED信号系统、14-固定销子、15-插槽。
【具体实施方式】
[0011]下面通过具体的实施方案，并结合附图，进一步叙述本发明。除非特别说明，实施方式中未描述的技术手段均可以用本领域技术人员所公知的方式实现。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对实施方案中的测量装置及各部件尺寸、形状进行的各种修改、替换、改进，对各部件数量的增减、设置位置的改进也属于本发明的保护范围。此外，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
[0012]为了更好地理解本发明，对图中涉及的主要部位或部件进行了编号。相同的编号表示