CN104564643B - 一种潜液泵空化试验台 - Google Patents
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Abstract
本发明属于流体力学实验领域，涉及一种潜液泵空化试验台，包括压力容器罐、潜液泵、真空泵、出口压力变送器、进口压力变送器、电磁流量计、真空表、液位计、泵TPA测试仪、电机变频器和计算机、进出口循环管路、进排水管路和抽真空管路；所述潜液泵固定安装在所述罐体里，所述出口压力变送器、进口压力变送器和流量计将流量数据采集压力数据和流量数据传送到所述泵TPA测试仪，所述计算机上的TPA测试系统采集信号获得杨程曲线数据，通过所述真空表的读数，确定初生空化压力，即可开始所述潜液泵的空化实验；本发明结构简单、安装方便、适用范围广、实验操作容易、精度较高，为潜液泵空化性能试验的进行提供了有效的手段，具有很强的实用价值。
Description
技术领域
本发明属于流体力学实验领域，尤其是一种潜液泵空化试验台。
背景技术
空化是指在液体流场的低压区域形成蒸汽空泡的过程，当液体内的压力在恒温下由于某种原因降低，然后达到某种状态，此时蒸汽空泡或者充满气体或蒸汽的空穴开始出现并生长，空泡或空穴的生长的爆炸性的，空化是以液体为介质的泵、水轮机、水泵水轮机以及螺旋桨等透平机械的两个特有流体力学问题之一。在医疗、水加工领域，可以利用空化进行结石破碎、机加工毛刺清除等工作。但是在水力机械内发生的空化过程都是有害的，包括空化会导致水力机械水力性能明显降低；空化会导致材料表面的破坏，同时伴随空化振动和空化噪声等；空化会影响流动的非定常特性或者动态响应特性。为了保证水力机械的正常运转，需要对其进行空化的预测与诊断，在泵的实际运行或者试验室中，借助于某些试验手段、测量仪器或者传感器获取相关的运行信号和信息，主要通过测量固态噪声和液态噪声、PIV技术或油膜法、频闪观测仪等可视化处理空化区域来判断空化的形态及空化破坏的可能性。
潜液泵主要由水泵与潜水电机组成，目前尚无针对潜液泵空化试验台的专利公布，现有的空化试验台主要针对普通离心泵的空化试验，无法对潜液泵进行空化的预测与诊断。因此，很有必要针对潜液泵这一特定类型泵提出一种可行的空化试验台。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于潜液泵空化空蚀性能与机理的试验研究的试验台。
本发明通过以下技术方案来实现：一种潜液泵空化试验台，包括计算机、电机变频器、真空泵、泵TPA测试仪、潜液泵、出口压力变送器、进口压力变送器、压力容器罐、真空表、电磁流量计；
所述压力容器罐包括罐体、罐盖、进出口循环管路、进排水管路和抽真空管路；所述罐体和所述罐盖通过法兰密封连接；所述罐盖设有第二通孔；所述第二通孔位于所述罐盖顶部，所述第二通孔上固定有凸台，所述凸台中间设有螺纹孔；所述真空表与所述凸台螺纹连接；
所述潜液泵包括潜液泵进口、潜液泵出口和潜水电机线缆，所述潜液泵固定安装在所述罐体的底部，所述罐盖还包括第二接头，所述潜水电机线缆一端与所述潜液泵连接，另一端通过所述第二接头与所述电机变频器连接；
所述罐体还包括第一通孔，所述罐盖还包括第三通孔，所述进出口循环管路的一端与所述潜液泵出口连接，另一端通过所述第三通孔与所述第一通孔连接，所述进出口循环管路安装有进出口调节阀门，所述罐盖还包括第一接头，所述进出口循环管路上还开有出口取压孔，所述罐体上还设有进口取压孔，所述出口压力变送器的一端通过所述第一接头与所述出口取压孔连接，另一端与所述泵TPA测试仪的输入端连接，所述进口压力变送器的一端与进口取压孔连接，另一端与所述TPA测试仪的输入端连接，所述泵TPA测试仪的输出端与所述计算机连接；
所述罐体的底部连接所述进排水管路；
所述罐盖还设有第四通孔，所述抽真空管路的一端与所述第四通孔连接，另一端与所述真空泵连接。
上述方案中，所述罐体所述还包括液位计，所述液位计一端开口与所述罐体罐身的上部连通，另一端开口与所述罐体罐身的下部连通。
上述方案中，所述罐体还包括撑脚，所述撑脚包括直角钢板和肋板，所述撑脚与所述罐体底部固定连接。
上述方案中，所述罐体还包括潜液泵安装底座，所述潜液泵安装底座为圆台形包括上圆环、斜立柱和下圆环，所述上圆环与所述下圆环通过所述斜立柱固定连接，所述上圆环与所述潜液泵进口固定连接，所述下圆环与所述罐体底部固定连接。
上述方案中，所述罐盖还包括罐盖吊环，所述罐盖吊环上部分为圆环，下部分为螺栓杆，所述罐盖吊环与所述凸台螺纹连接。
上述方案中，所述进出口循环管路还包括第一直角弯管，所述第一直角弯管与所述潜液泵进口连接，所述出口取压孔设置在所述第一直角弯管的水平管路段上，所述出口取压孔上焊接有连接接头。
上述方案中，所述进口取压孔与所述潜液泵进口在同一水平位置上。
上述方案中，所述进排水管路上还安装有放水阀门，所述放水阀门为放水快开阀门。
上述方案中，所述抽真空管路上还安装有抽真空阀门，所述抽真空阀门为快开阀门。
上述方案中，所述计算机安装有与所述泵TPA测试仪配套的TPA测试系统。
有益效果：与现有技术相比，本发明针对潜液泵设计了专用的空化试验台，可以用于潜液泵空化空蚀性能与机理的试验研究，所述潜液泵固定安装在所述罐体里，进行潜液泵空化性能试验；所述进出口循环管路调节所述潜液泵的流量，所述抽真空管路调节压力，所述出口压力变送器、进口压力变送器和流量计将流量数据采集压力数据和流量数据传送到所述泵TPA测试仪，所述计算机上的TPA测试系统采集信号获得杨程曲线数据，通过所述真空表的读数，确定初生空化压力，即可开始所述潜液泵的空化实验；本发明结构简单、安装方便、适用范围广、实验操作容易、精度较高，为潜液泵空化性能试验的进行提供了有效的手段，具有很强的实用价值。
附图说明
图1是潜液泵空化试验台示意图；
图2是图1所示潜液泵示意图。
图中：1计算机 2电机变频器 3真空泵 4泵TPA测试仪 5潜液泵 501进口 502出口503潜水电机线缆 601出口压力变送器 602进口压力变送器 7压力容器罐701罐体 7011第一通孔 702罐盖 7021第一接头 7022第二接头 7023第二通孔7024凸台 7025第三通孔7026第四通孔 703撑脚 7041上圆环 7042斜立柱7043下圆环 705罐盖吊环 7061第一直角弯管 7062第一罐盖直管 7063第二直角弯管 7064电磁流量计管段 7065罐体直管 7066第一连接管 7067第二连接管 7068出口调节阀门 7071第三直角弯管 7072放水阀门 7073直管段 7081第二罐盖直管7082第四直角弯管 7083第五直角弯管 7084抽真空阀门 7085真空泵连接管 709液位计 7101出口取压孔 7102出口取压管 711进口取压孔 712法兰 8真空表 9电磁流量计
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
一种潜液泵空化试验台，其特征在于，包括计算机1、电机变频器2、真空泵3、泵TPA测试仪4、潜液泵5、出口压力变送器601、进口压力变送器602、压力容器罐7、真空表8、电磁流量计9。
所述压力容器罐7包括罐体701、罐盖702、进出口循环管路、进排水管路和抽真空管路；所述罐体701和所述罐盖702通过法兰712密封连接。
所述压力容器罐7材质为不锈钢，所述罐体701的罐身为圆筒形，底部为球壳形，两部分焊接在一起，所述罐体701壁厚参照GB150-2011《压力容器》，负压最大为-0.1MPa，所述罐体701壁厚不包含腐蚀裕量为3mm，所述压力容器罐7正常实验工况下介质为水，故确定腐蚀裕量为1mm，同时考虑到焊接及结构设计，确定最终所述罐体701壁厚为5mm。
所述罐盖702，为球壳形，所述罐盖702厚度为5mm；所述法兰712为不锈钢对焊法兰，法兰型号依据所述罐体701和所述罐盖702的外径选择，所述罐体701和所述罐盖702的外径为900mm，最终确定法兰为GB/T 9115.1-2000凸面对焊钢制管法兰。
所述罐盖702设有第二通孔7023；所述第二通孔7023位于所述罐盖701顶部，所述第二通孔7023直径d＝2～6mm；所述第二通孔7023上固定有凸台7024，所述凸台7024中间设有螺纹孔；所述真空表8与所述凸台7024螺纹连接；所述罐盖702还包括罐盖吊环705，所述罐盖吊环705上部分为圆环，下部分为螺栓杆，所述罐盖吊环705与所述凸台7024螺纹连接，所述罐盖吊环705与所述真空表8共用所述凸台7024。
所述潜液泵5包括潜液泵进口501、潜液泵出口502和潜水电机线缆503，所述潜液泵5立式固定安装在所述罐体701的底部；所述罐盖702还包括第二接头7022，所述第二接头7022开设在所述罐盖702的1/2高处右边内外壁面，所述第二接头7022为橡胶软管；所述潜水电机线缆503一端与所述潜液泵5连接，另一端通过所述第二接头7022与所述电机变频器2连接，贯穿处必须进行封胶处理以保证气密性。
所述罐体701还包括第一通孔7011，所述罐盖702还包括第三通孔7025，所述进出口循环管路的一端与所述潜液泵出口502连接，另一端通过所述第三通孔7025与所述第一通孔7011连接，所述进出口循环管路安装有进出口调节阀门7068。
所述进出口循环管路还包括第一直角弯管7061、第一罐盖直管7062、第二直角弯管7063、电磁流量计管段7064、罐体直管7065、第一连接管7066和第二连接管7067；所述第一罐盖直管7062固定安装在所述罐盖702上，所述罐体直管7065焊接在所述罐体701上；所述第一直角弯管7061的一端与所述潜液泵出口502固定连接，另一端与所述第一连接管7066、所述第一罐盖直管7062、所述第二直角弯管7063、所述出口调节阀门7068、所述第二连接管7067、所述电磁流量计管段7064和所述罐体直管7065按顺序固定连接；所述电磁流量计9安装在所述电磁流量计管段7064上；所述进出口循环管路的管径与所述潜液泵出口502相同，所述第一连接管7066和第二连接管7067材质为金属软管，各管段通过不锈钢法兰连接。
所述罐盖702还包括第一接头7021，所述第一接头7021开设在所述罐盖702的1/2高处左边内外壁面，所述第一接头7021为橡胶软管；所述进出口循环管路上还开有出口取压孔7101，所述出口取压孔7101设置在所述第一直角弯管7061的水平管路段，具体位置设在所述潜液泵出口502法兰下游2D处，所述第一直角弯管7061的水平管路段长度应不小于4D，D为所述潜液泵出口502的直径；所述罐体701上还设有进口取压孔711，所述进口取压孔711与所述潜液泵进口501在同一水平位置上；所述出口取压孔7101和所述进口取压孔711直径d＝2～6mm或1/10管径，取两者中的较小值，取压孔深度L>1.25d；所述出口取压孔7101和所述进口取压孔711上焊接有连接接头；所述出口压力变送器601的输入端由橡胶软管连接到所述第一接头7021，并通过出口取压管7102与所述出口取压孔7101连接，所述出口取压管7102的一端与所述出口取压孔7101上的连接接头连接，另一端与所述第一接头7021连接，所述出口取压管7102为橡胶软管；所述出口压力变送器601的输出端通过信号线与所述泵TPA测试仪4的输入端连接；所述进口压力变送器602的输入端与进口取压孔711上的连接接头连接，输出端与所述TPA测试仪4的输入端连接，所述泵TPA测试仪4的输出端与所述计算机1连接；所述计算机1安装有与所述泵TPA测试仪4配套的TPA测试系统。
所述出口压力变送器601和所述进口压力变送器602与接头连接处用细铁丝扎紧保证气密性，所述出口压力变送器601和所述进口压力变送器602的输出端将压力信号转变为电信号。
所述进排水管路包括第三直角弯管7071、放水阀门7072和直管段7073，所述第三直角弯管7071的一端与所述罐体701底部固定连接，另一端与所述放水阀门7072和所述直管段7073按顺序固定连接；所述进排水管路管径与所述潜液泵出口502相同，所述放水阀门7072为放水快开阀门，各管段通过不锈钢法兰固定连接。
所述罐盖702还设有第四通孔7026，所述抽真空管路的一端与所述第四通孔7026连接，另一端与所述真空泵3连接。
所述抽真空管路包括第二罐盖直管7081、第四直角弯管7082、第五直角弯管7083、抽真空阀门7084和真空泵连接管7085，所述第二罐盖直管7081的一端固定在所述罐盖702上，另一端与所述第四直角弯管7082、所述抽真空阀门7084、所述第五直角弯管7083、所述真空泵连接管7085按顺序固定连接，所述真空泵连接管7085与所述真空泵3的入口连接，连接处用金属卡箍拧紧防止漏气；所述抽真空阀门7084为快开阀门，所述真空泵连接管7085的材质为PVC钢丝软管，所述抽真空管路管径根据真空泵3入口确定，各管段通过不锈钢法兰连接。
所述罐体701还包括液位计709，所述液位计709液位计竖直安装在所述罐体701上，安装前在所述罐体701上部和下部分别开孔，所述液位计709一端开口与所述罐体701罐体的上部开孔通过不锈钢连接法兰连接，另一端开口与所述罐体701的下部开孔通过不锈钢连接法兰连接，所述上部开孔尽量靠近所述罐体701的开口，所述下部开孔尽量靠近所述罐体701罐身下方的位置，所述液位计709的量程需大于所述罐体701储液最大高度。
所述罐体701还包括撑脚703，所述的撑脚703材质为不锈钢，钢材厚度为8mm，所述撑脚703包括直角钢板和肋板，所述撑脚703数量为3只均布焊接在与所述罐体701底部，与所述罐体701连接处圆弧处理，弧度与罐体底部弧度相同。
所述罐体701还包括潜液泵安装底座，所述潜液泵安装底座为圆台形包括上圆环7041、斜立柱7042和下圆环7043，所述上圆环7041与所述下圆环7043通过所述斜立柱7042固定连接，所述上圆环7041与所述潜液泵进口501通过法兰固定连接，所述下圆环7043与所述罐体(701)底部通过法兰固定连接。
所述真空泵3为一XD型旋片式真空泵，抽气速率为40m3/h，极限真空200Pa，所述真空泵3需通过地脚螺栓固定在地面上。
所述泵TPA测试仪4带有数显功能，可以直接读出压力跟流量的值，输入端通过信号线与所述出口压力变送器601、进口压力变送器602和电磁流量计9连接，接收压力和流量的电信号；输出端与所述计算机1连接，为配套TPA测试系统提供实时输入信号，便于后续处理。
所述真空表8型号为YZ-100BF型。
所述电磁流量计9型号为DKS-LDE智能一体式电磁流量计，所述电磁流量计9前、后直管段长为3～5D。
本发明的安装过程如下：
安装时，首先将所述潜液泵进口501通过螺栓固定安装在所述上圆环7041上，再依次在所述潜液泵出口502上安装第一直角弯管7061、第一连接管7066、出口取压管7102，将所述潜水电机线缆503从所述第二接头7022上穿过，所述第一连接管7066、出口取压管7102和潜水电机线缆503长度应足够长以保证方便安装所述潜液泵5。
安装所述罐盖702，吊装所述罐702时，将所述吊环705拧入所述凸台7024中的螺纹孔，所有法兰连接面均需加装橡胶垫片以保证气密性。
外部组件按图1所示依次安装。
本发明的操作过程如下：
实验时，通过所述进排水管路往所述罐体701内注水，通过观察所述液位计709读数确定注水液面高度；注水完成后关闭放水阀门7072，卸下所述吊环705，安装所述真空表8；打开所述出口调节阀门7068，调节所述变频器2到合适频率使所述潜液泵5达到额定转速，打开所述计算机1上的TPA测试系统采集信号获得杨程曲线，打开所述抽真空阀门7084，启动所述真空泵3开始抽真空，直到观察到杨程下降3％时关闭所述抽真空阀门7084，并关闭所述真空泵3，工程上一般认为杨程下降3％时开始发生空化，记录下所述真空表8的读数，确定初生空化压力，即可开始所述潜液泵的空化实验。
本发明结构简单、安装方便、适用范围广、实验操作容易、精度较高，为潜液泵空化性能试验的进行提供了有效的手段，具有很强的实用价值。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种潜液泵空化试验台，其特征在于，包括计算机(1)、电机变频器(2)、真空泵(3)、泵TPA测试仪(4)、潜液泵(5)、出口压力变送器(601)、进口压力变送器(602)、压力容器罐(7)、真空表(8)、电磁流量计(9)；
所述压力容器罐(7)包括罐体(701)、罐盖(702)、进出口循环管路、进排水管路和抽真空管路；所述罐体(701)和所述罐盖(702)通过法兰(712)密封连接；所述罐盖(702)设有第二通孔(7023)；所述第二通孔(7023)位于所述罐盖(702)顶部，所述第二通孔(7023)上固定有凸台(7024)，所述凸台(7024)中间设有螺纹孔；所述真空表(8)与所述凸台(7024)螺纹连接；
所述潜液泵(5)包括潜液泵进口(501)、潜液泵出口(502)和潜水电机线缆(503)，所述潜液泵(5)固定安装在所述罐体(701)的底部，所述罐盖(702)还包括第二接头(7022)，所述潜水电机线缆(503)一端与所述潜液泵(5)连接，另一端通过所述第二接头(7022)与所述电机变频器(2)连接；
所述罐体(701)还包括第一通孔(7011)，所述罐盖(702)还包括第三通孔(7025)，所述进出口循环管路的一端与所述潜液泵出口(502)连接，另一端通过所述第三通孔(7025)与所述第一通孔(7011)连接，所述进出口循环管路安装有进出口调节阀门(7068)，所述罐盖(702)还包括第一接头(7021)，所述进出口循环管路上还开有出口取压孔(7101)，所述罐体(701)上还设有进口取压孔(711)，所述出口压力变送器(601)的一端通过所述第一接头(7021)与所述出口取压孔(7101)连接，另一端与所述泵TPA测试仪(4)的输入端连接，所述进口压力变送器(602)的一端与进口取压孔(711)连接，另一端与所述泵TPA测试仪(4)的输入端连接，所述泵TPA测试仪(4)的输出端与所述计算机(1)连接；
所述罐体(701)的底部连接所述进排水管路；
所述罐盖(702)还设有第四通孔(7026)，所述抽真空管路的一端与所述第四通孔(7026)连接，另一端与所述真空泵(3)连接；
所述罐体(701)还包括潜液泵安装底座，所述潜液泵安装底座为圆台形包括上圆环(7041)、斜立柱(7042)和下圆环(7043)，所述上圆环(7041)与所述下圆环(7043)通过所述斜立柱(7042)固定连接，所述上圆环(7041)与所述潜液泵进口(501)固定连接，所述下圆环(7043)与所述罐体(701)底部固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种潜液泵空化试验台，其特征在于，所述罐体(701)还包括液位计(709)，所述液位计(709)一端开口与所述罐体(701)罐身的上部连通，另一端开口与所述罐体(701)罐身的下部连通。
3.根据权利要求1所述的一种潜液泵空化试验台，其特征在于，所述罐体(701)还包括撑脚(703)，所述撑脚(703)包括直角钢板和肋板，所述撑脚(703)与所述罐体(701)底部固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种潜液泵空化试验台，其特征在于，所述罐盖(702)还包括罐盖吊环(705)，所述罐盖吊环(705)上部分为圆环，下部分为螺栓杆，所述罐盖吊环(705)与所述凸台(7024)螺纹连接。
5.根据权利要求1所述的一种潜液泵空化试验台，其特征在于，所述进出口循环管路还包括第一直角弯管(7061)，所述第一直角弯管(7061)与所述潜液泵进口(501)连接，所述出口取压孔(7101)设置在所述第一直角弯管(7061)的水平管路段上，所述出口取压孔(7101)上焊接有连接接头。
6.根据权利要求1所述的一种潜液泵空化试验台，其特征在于，所述进口取压孔(711)与所述潜液泵进口(501)在同一水平位置上。
7.根据权利要求1所述的一种潜液泵空化试验台，其特征在于，所述进排水管路上还安装有放水阀门(7072)，所述放水阀门(7072)为放水快开阀门。
8.根据权利要求1所述的一种潜液泵空化试验台，其特征在于，所述抽真空管路上还安装有抽真空阀门(7084)，所述抽真空阀门(7084)为快开阀门。
9.根据权利要求1所述的一种潜液泵空化试验台，其特征在于，所述计算机(1)安装有与所述泵TPA测试仪(4)配套的TPA测试系统。
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