CN101666702B - 流浆箱阶梯扩散器性能测试试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流浆箱阶梯扩散器性能测试试验装置。它包括储水箱、离心泵、电磁流量计、稳流箱、透明阶梯扩散器、透明水槽、PIV测试系统等，储水箱与第一球阀、第一可曲挠单球体橡胶接头、离心泵、变径法兰、电磁流量计、第二球阀、变径接头、稳流箱、第一压力表、透明阶梯扩散器、第二压力表、第二可曲挠单球体橡胶接头依次连接，透明阶梯扩散器、第二压力表、第二可曲挠单球体橡胶接头设于透明水槽内，第二可曲挠单球体橡胶接头与储水箱连接，在透明阶梯扩散器的对应处设有PIV测试系统，得到其轴截面流动的速度分布及阶扩处的空化情况等，进行阶梯扩散器布浆整流性能的判断和预测。

Description

流浆箱阶梯扩散器性能测试试验装置

技术领域

本发明涉及造纸机，尤其涉及一种流浆箱阶梯扩散器性能测试试验装置。

背景技术

流浆箱是造纸机的关键部件，是连结“流送”与“成型”两部分的枢纽。为使纸张横幅方向的定量分布均匀，匀度好，要求流浆箱内浆料均匀、稳定地分布，浆料中纤维不能絮聚。阶梯扩散器作为一种高效的布浆整流元件，对流浆箱内复杂流场的浆料流动状况起着至关重要的影响，因此，对阶梯扩散器的布浆整流性能进行研究是一直以来的热点和难点问题。

目前，国内外针对用于阶梯扩散器布浆整流性能的研究主要是通过计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，简称CFD)数值仿真，对内流场流速、压强、纤维分布以及微湍流效应进行研究。但数值仿真结论还不能直接用于阶梯扩散器的设计和改进，还应通过试验的检验。本发明采用透明有机玻璃制造阶梯扩散器，并搭建一套性能测试试验装置，采用粒子图像测速技术(ParticleImage Velocimetry，简称PIV)对透明阶梯扩散器进行二维流场测试，可以得到内流场流速分布，阶梯扩散器的压力降以及阶扩处空化的变化情况。阶梯扩散器内流场非常复杂，处于高度湍流状态，PIV技术对流场无干扰，可以获得流动的瞬时速度场，进行全场定量测量，是测量复杂流场的一种最先进的技术。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种流浆箱阶梯扩散器性能测试试验装置。

流浆箱阶梯扩散器性能测试试验装置包括储水箱、第一球阀、第一可曲挠单球体橡胶接头、变径法兰、离心泵、电磁流量计、第二球阀、变径接头、稳流箱、第一压力表、透明阶梯扩散器、透明水槽、第二压力表、第二可曲挠单球体橡胶接头、PIV测试系统，储水箱与第一球阀、第一可曲挠单球体橡胶接头、离心泵、变径法兰、电磁流量计、第二球阀、变径接头、稳流箱、第一压力表、透明阶梯扩散器、第二压力表、第二可曲挠单球体橡胶接头依次连接，透明阶梯扩散器、第二压力表、第二可曲挠单球体橡胶接头设于透明水槽内，第二可曲挠单球体橡胶接头与储水箱连接，在透明阶梯扩散器的对应处设有PIV测试系统。

所述的透明阶梯扩散器分为入口段、中间段和出口段，入口段管径为：8～20mm，入口段管长为入口段管径的4～5倍；中间段管径比入口段管径大4～6mm，中间段管长为中间段管径的4～5倍；出口段管径比中间段管径大4～6mm，出口段管长为出口段管径的4～5倍。所述的透明阶梯扩散器的入口段流速为6～25m/s。所述的稳流箱的斜对角设有开孔隔板，隔板开孔直径为5～10mm，开孔率30％～80％。所述的稳流箱的容积为每分钟最大体积流量的0.5～2倍。

本发明采用PIV技术对其中的透明阶梯扩散器进行流场测试，得到流动的速度分布及阶扩处的空化情况等，进行阶梯扩散器布浆整流性能的判断和预测，解决现在阶梯扩散器设计和改进缺乏理论依据的问题，弥补经验设计方法的不足。

附图说明

图1是流浆箱阶梯扩散器性能测试试验装置结构示意图；

图2是本发明的透明阶梯扩散器结构示意图；

图3是本发明的水槽结构示意图；

图4是本发明的稳流箱结构示意图；

图中：储水箱1、第一球阀2、第一可曲挠单球体橡胶接头3、变径法兰4、离心泵5、电磁流量计6、第二球阀7、变径接头8、稳流箱9、第一压力表10、透明阶梯扩散器11、透明水槽12、第二压力表13、第二可曲挠单球体橡胶接头14、PIV测试系统15。

具体实施方式

如图1所示，流浆箱阶梯扩散器性能测试试验装置包括储水箱1、第一球阀2、第一可曲挠单球体橡胶接头3、变径法兰4、离心泵5、电磁流量计6、第二球阀7、变径接头8、稳流箱9、第一压力表10、透明阶梯扩散器11、透明水槽12、第二压力表13、第二可曲挠单球体橡胶接头14、PIV测试系统15，储水箱1与第一球阀2、第一可曲挠单球体橡胶接头3、离心泵5、变径法兰4、电磁流量计6、第二球阀7、变径接头8、稳流箱9、第一压力表10、透明阶梯扩散器11、第二压力表13、第二可曲挠单球体橡胶接头14依次连接，透明阶梯扩散器11、第二压力表13、第二可曲挠单球体橡胶接头14设于透明水槽12内，第二可曲挠单球体橡胶接头14与储水箱1连接，在透明阶梯扩散器11的对应处设有PIV测试系统15。

如图2所示，所述的透明阶梯扩散器11由有机玻璃管粘结制成，各管段之间以及圆管与法兰的连接方式采用粘接，选用无挥发性或者少挥发性的胶水，避免结合面产生气泡；有机玻璃管内径粗糙度为Ra 0.8，需承受0.35MPa压力。所述的透明阶梯扩散器11分为入口段、中间段和出口段，入口段管径为：8～20mm，入口段管长为入口段管径的4～5倍；中间段管径比入口段管径大4～6mm，中间段管长为中间段管径的4～5倍；出口段管径比中间段管径大4～6mm，出口段管长为出口段管径的4～5倍。所述的透明阶梯扩散器11的入口段流速为6～25m/s。

如图3所示，透明水槽12由有机玻璃管、有机玻璃板粘结制成，选用无挥发性或者少挥发性的胶水，避免结合面产生气泡。

如图4所示，稳流箱9的斜对角设有开孔隔板，隔板开孔直径为5～10mm，开孔率30％～80％。所述的稳流箱9的容积为每分钟最大体积流量的0.5～2倍。为稳流箱结构示意图。

本发明用于流浆箱内阶梯扩散器性能测试的试验装置，整体结构为循环水路，通过离心泵5将储水箱1中的浆料泵入管路中，再经球阀7调节流量后进入稳流箱9，消除气泡后稳定的浆料流经阶梯扩散器11进行整流，最后返回储水箱1；设置的第一可曲挠单球体橡胶接头3起到平衡管路安装误差的作用，第二可曲挠单球体橡胶接头14起到平衡部件加工误差的作用；电磁流量计6测试系统流量；第一压力表10测试流入阶梯扩散器前浆料的压力，第二压力表13测试流出阶梯扩散器后浆料的压力；同样由有机玻璃制作的透明水槽12内充满水，进行阶梯扩散器的折射率匹配，使用PIV测试系统15进行透明阶梯扩散器管段的性能测试；在水路中均匀散播跟随性、反光性良好且比重与流体相当的示踪粒子，一对激光脉冲以很短的时间间隔照亮阶梯扩散器轴截面流场，示踪例子散射片状激光，逐渐开大阀门，等电磁流量计读数依次达到不同的流量，用CCD相机对流动状况进行记录，同时记录两个压力表的读数；使用Davis软件对PIV底片进行后处理，得到二维流场速度分布。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种流浆箱阶梯扩散器性能测试试验装置，其特征在于包括储水箱(1)、第一球阀(2)、第一可曲挠单球体橡胶接头(3)、变径法兰(4)、离心泵(5)、电磁流量计(6)、第二球阀(7)、变径接头(8)、稳流箱(9)、第一压力表(10)、透明阶梯扩散器(11)、透明水槽(12)、第二压力表(13)、第二可曲挠单球体橡胶接头(14)、PIV测试系统(15)，储水箱(1)出口与第一球阀(2)、第一可曲挠单球体橡胶接头(3)、离心泵(5)、变径法兰(4)、电磁流量计(6)、第二球阀(7)、变径接头(8)、稳流箱(9)、第一压力表(10)、透明阶梯扩散器(11)、第二压力表(13)、第二可曲挠单球体橡胶接头(14)顺次连接，透明阶梯扩散器(11)、第二压力表(13)、第二可曲挠单球体橡胶接头(14)设于透明水槽(12)内，第二可曲挠单球体橡胶接头(14)与储水箱(1)入口连接，在透明阶梯扩散器(11)的对应处设有PIV测试系统(15)。

2.根据权利要求1所述的一种流浆箱阶梯扩散器性能测试试验装置，其特征在于所述的透明阶梯扩散器(11)分为入口段、中间段和出口段，入口段管径为：8～20mm，入口段管长为入口段管径的4～5倍；中间段管径比入口段管径大4～6mm，中间段管长为中间段管径的4～5倍；出口段管径比中间段管径大4～6mm，出口段管长为出口段管径的4～5倍。

3.根据权利要求1所述的一种流浆箱阶梯扩散器性能测试试验装置，其特征在于所述的透明阶梯扩散器(11)的入口段流速为6～25m/s。

4.根据权利要求1所述的一种流浆箱阶梯扩散器性能测试试验装置，其特征在于所述的稳流箱(9)的斜对角设有开孔隔板，隔板开孔直径为5～10mm，开孔率30％～80％。

5.根据权利要求1所述的一种流浆箱阶梯扩散器性能测试试验装置，其特征在于所述的稳流箱(9)的容积为每分钟最大体积流量的0.5～2倍。

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