CN104198315B - 一种冲蚀试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冲蚀试验系统，包括设置在冲蚀试验室内的第一冲蚀试验平台、第二冲蚀试验平台、控制所述第一冲蚀试验平台和所述第二冲蚀试验平台的控制装置、以及采集所述第一冲蚀试验平台和所述第二冲蚀试验平台中流动物料信息的数据采集设备。第一冲蚀试验平台可用于进行冲蚀介质为液体或者气液两相流的冲蚀试验，第二冲蚀试验平台可用于进行冲蚀介质为固液混合物的冲蚀试验，可以根据冲蚀介质的类型，选择相应的冲蚀试验平台，对管道进行冲蚀试验。

Description

一种冲蚀试验系统

技术领域

本发明涉及一种冲蚀试验系统，尤其涉及一种能够适用于对液体、气体或者固液介质进行冲蚀试验的冲蚀试验系统。

背景技术

在研究冲蚀介质对管道的冲蚀影响时，一般采用冲蚀试验平台来模拟冲蚀介质对管道的冲蚀影响。

冲蚀试验平台的出发点就是模拟平台运行环境，实现高流速条件下冲蚀介质对管道的冲刷腐蚀，并通过改变流速、压力等参数，研究冲蚀机理和变化规律。研制的平台要满足高流速的冲蚀条件，要实现参数的可调、可控，同时平台本身还不能发生太大的腐蚀与磨损。

目前的冲蚀平台不能有效的模拟液体、气液和固液等冲蚀介质对管道的冲蚀影响。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种能够有效模拟冲蚀介质对管道的冲蚀影响的冲蚀试验系统。

本发明采用的技术方案如下：

一种冲蚀试验系统，其特征在于，包括：

设置在冲蚀试验室内的第一冲蚀试验平台、第二冲蚀试验平台、控制所述第一冲蚀试验平台和所述第二冲蚀试验平台的控制装置、以及采集所述第一冲蚀试验平台和所述第二冲蚀试验平台中流动物料信息的数据采集设备；

其中，所述第一冲蚀试验平台包括：

第一物料罐，用于容纳第一物料；

第一输出管道，与所述第一物料罐的出口连接；

第一输入管道，与所述第一物料罐的入口连接；

第一测试段，连接所述第一输出管道和所述第一输入管道，以形成第一物料流动管道；以及

第一分流管道，其一端与所述第一输出管道连接、另一端与所述第一物料罐的入口连接，可选择性地与所述第一输出管道相连通；

其中，所述第一输出管道包括第一输出主管道和与所述第一输出主管道连通的多个第一输出分管道，

所述第一输入管道包括与所述多个第一输出分管道相对应的多个第一输入分管道以及与所述多个第一输入分管道相连通的第一输入主管道，

在所述第一测试段上，可选择性安装一个或多个与所述多个第一输出分管道和所述多个第一输入分管道中的一个或多个连接的透明的第一测试管道；

所述第二冲蚀试验平台包括：

第二物料罐，用于容纳第二物料；

第二输出管道，与所述第二物料罐的出口连接；

第二输入管道，与所述第二物料罐的入口连接；

第二测试段，用于安置一个或多个透明的第二测试管道，所述一个或多个透明的第二测试管道与所述第二输出管道和第二物料管道构成所述第二物料流动的管道；以及

第二分流管道，其一端与所述第二输出管道连接、另一端与所述第二物料罐的入口连接，可选择性地与所述第二输出管道相连通；

其中，所述第一分流管道与所述第二分流管道通过分流连接管道可选择性地连通。

优选地，所述第一物料在所述第一物料罐、所述第一输出管道、所述第一测试管道、所述第二输入管道组成的通路中循环流动，其中，在所述第一输出主管道上，按照第一物料流动的方向，依次设置有阀门A₁、第一物料处理泵、电磁流量计B₁和阀门A₂，在所述多个第一输出分管道中的任何一个上设置有阀门A₃、电磁流量计B₂和压力表C₁；以及在所述多个第一输入分管道中的任何一个上设置有阀门A₄和压力表C₂，以及在所述第一输入主管道上设置有阀门A₅。

优选地，所述第二物料在所述第二物料罐、所述第二输出管道、所述第二测试管道、所述第二输入管道组成的通路中循环流动，其中，在所述第二输出管道上，按照第二物料流动的方向，依次设置有阀门D₁、第二物料处理泵、阀门D₂、电池流量计E₁。

优选地，所述第一物料罐和所述第二物料罐的出口还分别连接有第一排水管道和第二排水管道，所述第一排水管道和第二排水管道相连通。

优选地，在所述第二测试段上，还设置有与旁路测试管道，所述旁路测试管道与所述多个第二测试管道中的一个并列设置，与其他第二测试管道相连通，所述旁路测试管道上设置有旁路阀门、旁路流量计。

优选地，在所述第一物料输出主管道上还设置有缓冲罐，所述第一物料处理泵处理后的第一物料流入所述缓冲罐中。

优选地，所述第一分流管道上设置有第一分流阀门，所述第二分流管道上依次设置有两个第二分流阀门，且所述分流连接管道上设置有分流连接阀门。

优选地，所述第一物料包括液体和示踪粒子的混合物或者气体、液体与示踪粒子的混合物；所述第二物料包括液体和固体颗粒的混合物。

优选地，所述第一物料处理泵为螺杆泵，所述示踪粒子为Al₂O₃，所述数据采集设备包括数字相机和双脉冲激光器。

优选地，所述第二物料处理泵为渣浆泵，所述多个第二测试管道通过多个第二连接管道连接，所述多个第二测试管道和所述旁路测试管道的直径比所述第二输出管道的直径小。

根据本发明的冲蚀试验系统，可以根据冲蚀介质的类型来选择相应的冲蚀试验平台来模拟对管道的冲蚀试验。此外，也可以根据需要安装多个测试管道来获取多组冲蚀介质的冲蚀数据，能够更加准确的获得冲蚀介质对管道的冲蚀影响，获取管道在高流速介质中的冲刷腐蚀规律，以为实际运行中的管道维修和替换提供有价值的参考数据，适合较宽的试验工况范围和不同的试验选择。

附图说明

图1是本发明的的冲蚀试验系统整体结构示意图。

图2是本发明的冲蚀试验系统的第一冲蚀试验平台的结构示意图。

图3是本发明的冲蚀试验系统的第二冲蚀试验平台的结构示意图。

具体实施方式

以下，结合图1-3对本发明的冲蚀试验系统进行介绍。

如图1-3所示，本发明的冲蚀试验系统包括设置在冲蚀试验室内的第一冲蚀试验平台1和第二冲蚀试验平台2、控制第一冲蚀试验平台1和第二冲蚀试验平台2的控制装置3、以及采集第一冲蚀试验平台1和第二冲蚀试验平台2中流动物料信息的数据采集设备(未图示)。

控制装置3设置在冲蚀试验室的合适位置，用于控制第一冲蚀试验平台1中螺杆泵111(随后介绍)和第二冲蚀试验平台2的渣浆泵27(随后介绍)的启停、过载保护等。考虑到大功率变频器的尺寸以及信号干扰问题，可将变频器内置在控制装置内，其频率调节范围为5HZ-50HZ，以改变螺杆泵11或者渣浆泵27的转速从而达到流量调节的目的，用于管道流量粗调。除变频器外，也可利用设置在第一冲蚀试验平台1和第二冲蚀试验平台2上的球阀切换管道至不同流道，并用于管道流量微调，提供一个较宽的试验工况范围，供不同试验选择。

数据采集设备可为任何具有能够快速捕捉高清晰图像的电子设备，优选可采用同步器触发控制数字相机和双脉冲激光器。例如，相机型号可为：DM3-29M500，分辨率为6600×4400，最高连续采集帧频为2.4Hz，实际采集频率为1Hz；示踪粒子并没有特别限定，只要是具备示踪功能的粒子都可以，如可采用Al₂O₃，平均粒径可为3～5微米。

以下结合图2和图3对本发明的第一冲蚀试验平台1和第二冲蚀试验平台2进行详细介绍。

如图1所示，本发明的第一冲蚀试验平台1整体呈框架循环式结构，主要由管道和布置在管道上的阀门、流量计、压力表等构成。具体地，可主要包括用于盛装第一物料(以下称第一冲蚀介质)的第一物料罐11、与第一物料罐11的出口连接的第一输出管道和第一物料罐11的入口连接的第一输入管道，以及设置在第一输出管道和第一输入管道之间的第一测试段。

第一物料罐11的容积可根据实际试验情况来确定，例如，在实验室场地有限的情况下，例如场地为27m²、管流循环泵流量为60m³/h，则可考虑第一物料罐的计算容积为0.8m³，加上管道系统约容积0.2m³，装置总容积可为1m³。第一冲蚀试验平台1是可用于模拟液体或者气液与示踪粒子的混合物作为第一冲蚀介质的试验平台。在试验时，可将液体或者气液与示踪粒子按一定的比例进行混合。

第一输出管道为将来自第一物料罐11的第一冲蚀介质以一定的流速输送到第一测试段处，可形成为先平直后垂直向上一定高度，然后继续平直，再垂直向下一定高度后，平直再弯曲的形态(如图2所示)，当然并不限于此，只要能够尽量减少管道中的部件结合处的缝隙和液体流向的死角，减少管线振动的布置结构均可以。

第一输出管道包括第一输出主管道和与第一输出主管道连通的多个第一输出分管道。其中，在第一输出主管道上，沿第一冲蚀介质流动的方向依次布置有阀门A₁12、第一物料处理泵(可为螺杆泵111)、缓冲罐(未图示)、电磁流量计B₁14、阀门A₂15。其中，为避免产生噪音，螺杆泵111噪声应控制低于80dB，螺杆泵111的出口流量可通过控制装置3来根据试验情况来控制，其扬程可为20m。缓冲罐用以消除从螺杆泵111出来的第一冲蚀介质的压力脉动的影响，并消除旋涡流，使循环的第一冲蚀介质能够平稳地从第一物料罐11的出口到螺杆泵111的入口，与工业管道现场工况保持一致。阀门A₁12用于调节从第一物料罐11流出的第一冲蚀介质的流量，电磁流量计B₁14用以测量管道中流动的第一冲蚀介质的流速，测量精度可为±0.5％。在多个第一输出分管道中的任何一个上均设置有阀门A₃(16-19)、电磁流量计B₂110和压力表C₁(未图示)。压力表C₁为机械压力表，用于测量第一输出分管道中的冲蚀介质的压力。多个第一输出分管道用于提供不同的测试需求，可分别与第一测试段处的不同测试管道相连接。

第一输入管道，与第一物料罐11的入口连接，用于将第一测试段的第一冲蚀介质输送到第一物料罐11中。这样，第一冲蚀介质以第一物料罐11为中心，循环流动。第一输入管道包括与多个第一输出分管道相对应的多个第一输入分管道以及与多个第一输入分管道相连通的第一输入主管道。其中，在多个第一输入分管道中的任何一个上设置有阀门A₄114-117和压力表C₂(未图示)，以及在第一输入主管道上设置有阀门A₅118。阀门A₄、电磁流量计B₃、压力表C₂以及阀门A₅的作用与第一输出管道中的类似，此处省略介绍。图2示出了4个第一出口连接管道和第一入口连接管道。

第一测试段e位于第一输出管道和第一输入管道之间，用于布置透明的第一测试管道以观察第一冲蚀介质流动规律。可根据实验要求在测试段e处选择性地安装第一测试管道，即多个第一输出分管道的任何一个与多个第一输入分管道的任何一个之间可通过一个第一测试管道连接，可以已知的密封形式将第一输出分管道、第一测试管道和第一输入管道进行密封连接。第一输出分管道、第一测试管道和第一输入管道中的第一冲蚀介质的流速可根据实际情况来设置为相同或不同。如果试验要考察流态突变时的流场形态，可对管道进行变径或在管道连接处设置急弯等结构来模拟流态变化。

在第一输出管道的最高位置处连接有一条起缓冲或者调试作用的管道(第一分流管道)，其上设置有第一分流阀门113且与第一物料罐11的入口连接，第一分流管道可选择性地与第一输出管道连通。当流经第一输出管道的第一冲蚀介质的流速较大时，可打开第一分流阀门113，第一输出管道的第一冲蚀介质中的一部分冲蚀介质通过第一分流管道分流到第一物料罐11中以降低第一冲蚀介质对管道的冲击作用，另外在启用第一冲蚀试验平台1之前，通过关闭阀门A₂和打开第一分流阀门113，可利用第一分流管道对螺杆泵111的性能进行测试。此外，在第一分流管道上还连接有一条设置有分流连接阀门112的回流连接管道，用于与第二冲蚀试验平台2连接。

第一冲蚀试验平台1的最高工作压力和工作压力可根据实际试验要求来确定，各管道的直径也可根据实际试验要求来确定，例如可通过冲蚀介质的流速来确定，当管内冲蚀介质流速为≤9m/s，管道直径可为DN50。管道采用无缝钢管，所有与第一冲蚀介质接触的管道、管件和阀门材质均为304。管道连接除阀门等采用法兰连接外，全部采用焊接，管法兰采用凹凸面带颈平焊钢制管法兰。

第一冲蚀试验平台1中的第一冲蚀介质的流动方向如图2中的箭头方向所示。

如图3所示，本发明的第二冲蚀试验平台2整体为框架循环式结构，主要由管道和布置在管道上的阀门、流量计、压力表等构成。具体地，可包括用于盛装第二物料(以下称第二冲蚀介质)的第二物料罐21、与第二物料罐21的出口连接的第二输出管道、与第二物料罐21的入口连接的第二输入管道，以及布置在第二输出管道和第二输入管道之间的第二测试段。

第二物料罐21的容积可根据实际试验情况来确定，例如，在实验室场地有限的情况下，例如场地为27m²、管流循环泵流量为60m³/h，则可考虑第二物料罐的计算容积为0.5m³，加上管道系统约容积0.2m³，装置总容积可为0.7m³。第二冲蚀试验平台2是可用于模拟固液混合物作为第二冲蚀介质的试验平台。在试验时，可将固体颗粒和液体按比例进行混合。

第二输出管道上，按照第二物料流动的方向，依次设置有阀门D₁28、第二物料处理泵27、阀门D₂211、电磁流量计E₁25，其可布置成先平直后垂直向上一定高度，然后平直曲折的结构。阀门D₁28用于将第二物料罐21中的第二冲蚀介质引入到第二物料处理泵27中进行搅拌，搅拌均匀后的物料通过进入第二输出管道中。第二物料处理泵27可为变频可调、离心式的渣浆泵，性能参数可为：40ZJ-19，15kw，流量8～35m³/h，扬程12.8-57.1m，电机转速1430-2930。电磁流量计E₁25用以测量管道中流动的第二冲蚀介质的流速，测量精度可为±0.5％。

第二输出管道和第二物料输入管道之间为第二测试段。第二测试段上可根据实际情况来合理设置多个透明的第二测试管道，例如可布置为3个，图3中的第二测试管道b、a和c。此外，为了同时进行多组试验，还可以在第二测试管道a处并排设置一个第二测试管道，作为旁路测试管道d。可在旁路测试管道d上设置电动的旁路阀门26(如电磁闸板阀)和旁路电磁流量计4。可通过拆卸法兰短节来增加测试段的长度，测试段的安装位置可如图3所示，图3中的数值单位为毫米。这样，通过第二测试管道a和d，可以灵活的进行三通、弯管等特殊管件的试验要求。

在第二输出管道上连接有用于起缓冲和调试作用的第二分流管道。第二分流管道与第二物料罐21的入口相连接，其上设置有两个第二分流阀门22、212。第二分流管道与第一分流管道通过分流连接管道连接，在分流连接管道上设置有一个分流连接阀门23。第二分流阀门22和分流连接阀门23可为电磁闸板阀。

通过分流连接管道，在使用第一冲蚀试验平台1进行冲蚀试验时，通过打开阀门23，第一分流管道中的水就会在注入第一物料罐1的同时，流入到第二物料罐2中，以同时对第二冲蚀试验平台2进行冲洗，冲洗路线如图1的箭头方向所示。冲洗后的污水，通过连接在第二物料罐21底部出口的第二排水管道后流入第一排水管道进行排出。这样，第一冲蚀试验平台1和第二冲蚀试验平台2在入口和出口都共用管道，如此能够节约所需管道的数目，节约制造成本。

此外，由于第二冲蚀介质为固体颗粒和液体的混合物，流速大的情况下会具有强大的冲击力，因而为了获得清晰的第二冲蚀介质的流动规律以及减少冲蚀介质对整个循环回路的影响，第二输出管道和第二输入管道的冲蚀介质的流速可与第二测试管道中的冲蚀介质的流速的流速不同。这可使第二测试管道的直径比第二输出管道和第二输入管道的直径小来确定，例如可使第二输出管道和第二输入管道中的冲蚀介质的流速为0.7～1.5m/s，仅在测试段将流速提高到10～15m/s。

第二冲蚀试验平台2的最高工作压力和工作压力可根据实际试验要求来确定，各管道的直径也可根据实际试验要求来确定，例如可通过冲蚀介质的流速来确定，当管内冲蚀介质流速为≤1.5m/s，管道直径可为DN100。管道采用无缝钢管，所有与第二冲蚀介质接触的管道、管件和阀门材质均为304。管道连接除阀门等采用法兰连接外，全部采用焊接，管法兰采用凹凸面带颈平焊钢制管法兰。

第二冲蚀试验平台2中的冲蚀介质的流动方向如图3中的箭头方向所示。

在实际操作中，可根据试验情况来选择同时使用或者单独使用第一冲蚀试验平台1和第二冲蚀试验平台2。在试验过程中，可通过控制控制装置3来控制管道中的冲蚀介质的流量大小，同时将采集的流量数据在控制器的显示屏幕上进行显示。在启用试验平台后，激光束经调制扩束后呈片光源方式显示出试验段的流动图像。该图像被高速照相机记录后存入计算机。数据处理采用MicroVec软件系统中具有的预偏置技术，配合流速调整跨帧时间。该系统根据高斯拟合法和互相关计算使得系统误差可以减小到1％，基本保证了对高品质流场的高精度测量要求。(如果操作方法有更详细的，请补充)

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种冲蚀试验系统，其特征在于，包括：

设置在冲蚀试验室内的第一冲蚀试验平台、第二冲蚀试验平台、控制所述第一冲蚀试验平台和所述第二冲蚀试验平台的控制装置、以及采集所述第一冲蚀试验平台和所述第二冲蚀试验平台中流动物料信息的数据采集设备；

其中，所述第一冲蚀试验平台包括：

第一物料罐，用于容纳第一物料；

第一输出管道，与所述第一物料罐的出口连接；

第一输入管道，与所述第一物料罐的入口连接；

第一测试段，连接所述第一输出管道和所述第一输入管道，以形成第一物料流动管道；以及

第一分流管道，其一端与所述第一输出管道连接、另一端与所述第一物料罐的入口连接，可选择性地与所述第一输出管道相连通；

其中，所述第一输出管道包括第一输出主管道和与所述第一输出主管道连通的多个第一输出分管道，

所述第一输入管道包括与所述多个第一输出分管道相对应的多个第一输入分管道以及与所述多个第一输入分管道相连通的第一输入主管道，在所述第一测试段上，可选择性安装一个或多个与所述多个第一输出分管道和所述多个第一输入分管道中的一个或多个连接的透明的第一测试管道；

所述第二冲蚀试验平台包括：

第二物料罐，用于容纳第二物料；

第二输出管道，与所述第二物料罐的出口连接；

第二输入管道，与所述第二物料罐的入口连接；

第二测试段，用于安置一个或多个透明的第二测试管道，所述一个或多个透明的第二测试管道与所述第二输出管道和第二物料管道构成所述第二物料流动的管道；以及

第二分流管道，其一端与所述第二输出管道连接、另一端与所述第二物料罐的入口连接，可选择性地与所述第二输出管道相连通；

其中，所述第一分流管道与所述第二分流管道通过分流连接管道可选择性地连通；

所述第一分流管道上设置有第一分流阀门，所述第二分流管道上依次设置有两个第二分流阀门，且所述分流连接管道上设置有分流连接阀门。

2.根据权利要求1所述的冲蚀试验系统，其特征在于，所述第一物料在所述第一物料罐、所述第一输出管道、所述第一测试管道、所述第二输入管道组成的通路中循环流动，

其中，在所述第一输出主管道上，按照第一物料流动的方向，依次设置有阀门A₁、第一物料处理泵、电磁流量计B₁和阀门A₂，在所述多个第一输出分管道中的任何一个上设置有阀门A₃、电磁流量计B₂和压力表C₁；以及

在所述多个第一输入分管道中的任何一个上设置有阀门A₄和压力表C₂，以及在所述第一输入主管道上设置有阀门A₅。

3.根据权利要求1所述的冲蚀试验系统，其特征在于，所述第二物料在所述第二物料罐、所述第二输出管道、所述第二测试管道、所述第二输入管道组成的通路中循环流动，

其中，在所述第二输出管道上，按照第二物料流动的方向，依次设置有阀门D₁、第二物料处理泵、阀门D₂、电池流量计E₁。

4.根据权利要求1所述的冲蚀试验系统，其特征在于，所述第一物料罐和所述第二物料罐的出口还分别连接有第一排水管道和第二排水管道，所述第一排水管道和第二排水管道相连通。

5.根据权利要求3所述的冲蚀试验系统，其特征在于，在所述第二测试段上，还设置有旁路测试管道，所述旁路测试管道与所述多个第二测试管道中的一个并列设置，与其他第二测试管道相连通，所述旁路测试管道上设置有旁路阀门、旁路流量计。

6.根据权利要求2所述的冲蚀试验系统，其特征在于，在所述第一物料输出主管道上还设置有缓冲罐，所述第一物料处理泵处理后的第一物料流入所述缓冲罐中。

7.根据权利要求1至6任一项所述的冲蚀试验系统，其特征在于，所述第一物料包括液体和示踪粒子的混合物或者气体、液体与示踪粒子的混合物；所述第二物料包括液体和固体颗粒的混合物。

8.根据权利要求7所述的冲蚀试验系统，其特征在于，所述第一物料处理泵为螺杆泵，所述示踪粒子为Al₂O₃，所述数据采集设备包括数字相机和双脉冲激光器。

9.根据权利要求5所述的冲蚀试验系统，其特征在于，所述第二物料处理泵为渣浆泵，所述多个第二测试管道通过多个第二连接管道连接，所述多个第二测试管道和所述旁路测试管道的直径比所述第二输出管道的直径小。