CN108871988A - 一种研究压力对弯管磨损影响的实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及流体机械工程领域。目的是提供一种研究压力对弯管磨损影响的实验装置，该装置具有不改变回路流量，仅改变扬程的特点，以研究、认识压力弯管中固液两相流磨损的特点，为工业装置设计和计算提供理论指导依据。技术方案是：一种研究压力对弯管磨损影响的实验装置，包括通过管路依序连通形成循环回路的离心泵群组、调节阀、试验弯管以及水箱；所述管路上设置有流量计、压力计，所述压力计与试验弯管之间的管路中设置一颗粒释放装置，所述的试验弯管外部包罩着一可调节压力的密闭箱体，所述水箱上部配置有收集颗粒用的颗粒收集网。

Description

一种研究压力对弯管磨损影响的实验装置

技术领域

本发明涉及流体机械工程领域中固液两相流对过流部件磨损研究，尤其涉及一种固液两相流中压力变化对变曲率管道磨损的实验装置及方法，可以对固体颗粒进入实验管道后磨损进行研究。

背景技术

固液两相流动工况常见于石油、化工、水利、动力等领域中；流体机械内部过流部件及输运管道的固液两相磨损是现代工业生产中一种常见的磨损形式，它造成的工业危害和经济损失受到关注度越来越高。在固液两相运输生产中，流动的颗粒受到许多因素的制约，如湍流强度、重力、流体作用力、颗粒自身和与壁面之间的碰撞等，因此至今都没能很好的揭示固体颗粒的运动规律和磨损机理，因此非常有必要对固液两相流中磨损机理进行更加深入的研究，为固液两相流过流部件及输运管道冲蚀磨损的预测和预防提供理论依据。

在工业生产过程中常用弯管来实现流体的输运、热量和质量的传递等功能，如流体输送管道的转向、换热器和蒸汽动力的管道、离心式压缩机的流道等。弯管中的流体流动不同于一般直管中的流体流动，呈现出复杂的流动特性，固液两相流磨损在弯管处也更为剧烈。目前已经有许多研究者从不同角度研究了弯管中的固液两相流运动情况，但大多研究入手点都在集中在固相参数(浓度、直径、密度等)和液相的流动特性中的一些因素，并且已经有一些较为完善的预测磨损的模型；然而，目前对生产回路中的压力对磨损的影响研究较少，而且由于流体运动时的流速与压力的关联性，进行的实验也没有单独以压力为变量进行研究。由于很多管道在运输流体时承受较高压力，管壁会受到较大的内压作用，很容易造成某些不连续管道部位产生疲劳裂纹，使得固液两相磨损更容易发生。在深海采矿领域，运输管道不但承受很强的内压之外，还有因海水深度有强外压以及潮流的作用，管道应力变化多样，管内磨损机理更复杂。

因此，详细认识压力弯管中固液两相流磨损的特点，可以为一些工业装置设计和计算提供理论指导。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种研究压力对弯管磨损影响的实验装置，该装置具有不改变回路流量，仅改变扬程的特点，以研究、认识压力弯管中固液两相流磨损的特点，为工业装置设计和计算提供理论指导依据。

本发明提供的技术方案是：一种研究压力对弯管磨损影响的实验装置，包括通过管路依序连通形成循环回路的离心泵群组、调节阀、试验弯管以及水箱；所述管路上设置有流量计、压力计，所述压力计与试验弯管之间的管路中设置一颗粒释放装置，所述的试验弯管外部包罩着一可调节压力的密闭箱体，所述水箱上部配置有收集颗粒用的颗粒收集网。

所述密闭箱体外部分别开设有接通压缩机压力气体的进气口和配置有减压阀的出气口，以调节密闭箱体内的压力。

所述颗粒释放装置为竖直布置且通过控制阀连通管路的柱状容器，柱状容器的顶端设置有用于添加实验用固体颗粒的另一控制阀。

所述离心泵群组为若干配有离心泵组的管道通过串并联形成；包括连通水箱出口至调节阀的第一离心泵组、连通水箱出口至第一离心泵组中离心泵进口的第二离心泵组、连通第二离心泵组出口至第一离心泵组中离心泵进口的第三离心泵组以及连通第三离心泵组出口至第一离心泵组中离心泵进口的第四离心泵组；所述第一离心泵组、第二离心泵组、第三离心泵组、第四离心泵组均为由变频电机通过联轴节驱动的离心泵。

所述试验弯管通过连接法兰连通管路，试验弯管两端的连接法兰位于密闭箱体内且与密闭箱体的内壁保持一定的间距以利于作业。

所述第一离心泵组、第二离心泵组、第三离心泵组以及第四离心泵组的进口处分别安装有阀门。

所述第二离心泵组的出口连接一个三通，该三通的第二个接口连通第三离心泵组的进口，该三通的第三个接口与第一离心泵组的进口之间安装有阀门；

所述第三离心泵组的出口连接一个三通，该三通的第二个接口连通第四离心泵组的进口，该三通的第三个接口与第一离心泵组的进口之间安装有阀门。

本发明的有益效果是：通过调节变频电机转速和调节阀开度可以调节回路特性，流量计和压力计可分别检测回路流量和压力变化。实验弯管前面设置的颗粒释放装置，可使液相水和固相颗粒分别进入回路，提高实验设备使用寿命以及其他回路段流动参数影响；水箱上部设置的颗粒收集网收集颗粒，避免颗粒进入水箱，确保固液两相磨损只发生在颗粒释放装置和收集装置之间的实验段，避免颗粒对泵和阀门等部件造成磨损，影响实验系统稳定性和其他参数的变化。试验弯管外部设置的密闭箱体，可由压缩机提供气体输入，使得试验弯管承受均匀外压。

本发明可通过串联离心泵内部加压以及压缩机外部施压，研究压力对弯管固液两相流磨损的影响，从而详细认识压力弯管中固液两相流磨损的特点，为工业装置设计和计算提供理论指导依据。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

本发明采用单一变量法，只研究压力对固液两相运输管道磨损量的影响；本发明是基于相同特性离心泵串联不改变回路流量，仅改变扬程的原理进行。以下通过具体实施例进一步说明。

附图所示的研究压力对弯管磨损影响的实验装置，包括通过管路依序连通形成循环回路的离心泵群组、调节阀4、试验弯管12以及水箱15；所述管路上设置有流量计5、压力计6，所述压力计与试验弯管之间的管路中设置一颗粒释放装置8，所述的试验弯管外部包罩着一可调节压力的密闭箱体10，所述水箱上部配置有收集颗粒用的颗粒收集网16。

离心泵群组为若干配有离心泵组的管道通过串并联形成；每个离心泵组由变频电机通过联轴器驱动离心泵(例如第一离心泵组，由变频电机1通过联轴器2驱动离心泵3)，为整个回路提供动力；离心泵群组的出口设置调节阀4，用于调节流体流量和和回路压力；调节阀4后接流量计5和压力计6，用于检测管道中的流量和压力。在试验弯管12前面加设有颗粒释放装置，所述颗粒释放装置为竖直布置且通过控制阀连通管路的柱状容器，柱状容器的顶端设置有用于添加实验所用固体颗粒8，颗粒释放装置上下分别装有控制阀7；释放颗粒时，为防止泄压，关闭上面控制阀，只打开下面控制阀，添加颗粒时则相反。为方便拆卸检测磨损情况，试验弯管12通过连接法兰11与其他管道连接；在试验弯管的出口设有控制阀14，水箱15上方有颗粒收集网16(网孔径小于颗粒直径)，使固液两相分离，防止颗粒进入离心泵，影响其工作性能。试验弯管的外部罩有密闭箱体10，密闭箱体与管路焊接保持箱内密封；试验弯管12位于密闭箱体内，试验弯管两端的连接法兰与箱体内壁保持一定间距，作为安装和拆卸试验弯管的空间。箱体另外两侧开孔，留有进气口和出气口；进气口通过法兰连通压缩机9出口，为密封箱体10泵入气体，让试验弯管12受均匀外压；在出气口设置减压阀13，用于调节箱体压力，使得箱体压力保持稳定。

所述离心泵群组为若干配有离心泵组的管道通过串并联形成；离心泵群组中，第一离心泵组(由变频电机1通过联轴节2驱动的离心泵3)连通水箱出口至调节阀，第二离心泵组A连通水箱出口至第一离心泵组中离心泵进口，第三离心泵组B连通第二离心泵组出口至第一离心泵组中离心泵进口，第四离心泵组C连通第三离心泵组出口至第一离心泵组中离心泵进口；所述第一离心泵组、第二离心泵组、第三离心泵组、第四离心泵组均为由变频电机通过联轴节驱动的离心泵。

此外，为利于控制，所述第一离心泵组、第二离心泵组、第三离心泵组以及第四离心泵组的进口处分别安装有阀门；并且，所述第二离心泵组的出口连接一个三通，该三通的第二个接口连通第三离心泵组的进口，该三通的第三个接口与第一离心泵组的进口之间安装有阀门，该阀门在启用下一离心泵组(如第三离心泵组或第四离心泵组)时应关闭；所述第三离心泵组的出口连接一个三通，该三通的第二个接口连通第四离心泵组的进口，该三通的第三个接口与第一离心泵组的进口之间安装有阀门，该阀门在启用下一离心泵组(如第四离心泵组)时应关闭。

具体实验时，可根据实验工况点，调整决定离心泵群组中离心泵组的使用数量。

Claims (4)

1.一种研究压力对弯管磨损影响的实验装置，包括通过管路依序连通形成循环回路的离心泵群组、调节阀(4)、流量计(5)、压力计(6)、试验弯管(12)以及水箱(15)；所述压力计与试验弯管之间的管路中设置一颗粒释放装置(8)，所述的试验弯管外部包罩着一可调节压力的密闭箱体(10)，所述水箱上部配置有收集颗粒用的颗粒收集网(16)；

所述密闭箱体外部分别开设有接通压缩机(9)压力气体的进气口和配置有减压阀(13)的出气口，以调节密闭箱体内的压力；

所述颗粒释放装置为竖直布置且通过控制阀(7)连通管路的柱状容器，柱状容器的顶端设置有用于添加实验用固体颗粒的另一控制阀；

所述离心泵群组为若干配有离心泵组的管道通过串并联形成；包括连通水箱出口至调节阀的第一离心泵组、连通水箱出口至第一离心泵组中离心泵进口的第二离心泵组、连通第二离心泵组出口至第一离心泵组中离心泵进口的第三离心泵组以及连通第三离心泵组出口至第一离心泵组中离心泵进口的第四离心泵组；所述第一离心泵组、第二离心泵组、第三离心泵组、第四离心泵组均为由变频电机通过联轴节驱动的离心泵。

2.根据权利要求1所述的研究压力对弯管磨损影响的实验装置，其特征在于：所述试验弯管通过连接法兰(11)连通管路，试验弯管两端的连接法兰位于密闭箱体内且与密闭箱体的内壁保持一定的间距以利于作业。

3.根据权利要求2所述的研究压力对弯管磨损影响的实验装置，其特征在于：所述第一离心泵组、第二离心泵组、第三离心泵组以及第四离心泵组的进口处分别安装有阀门。

4.根据权利要求3所述的研究压力对弯管磨损影响的实验装置，其特征在于：所述第二离心泵组的出口连接一个三通，该三通的第二个接口连通第三离心泵组的进口，该三通的第三个接口与第一离心泵组的进口之间安装有阀门；

所述第三离心泵组的出口连接一个三通，该三通的第二个接口连通第四离心泵组的进口，该三通的第三个接口与第一离心泵组的进口之间安装有阀门。