CN109060288B - 一种开展内流两相流流致振动实验的测试管段装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种开展内流两相流流致振动实验的测试管段装置，包括实验基础台、测试管段主体和信号测试装置；所述实验基础台包括转盘、短臂连杆、长臂连杆和转轴，用于支撑测试管段主体，即透明钢化玻璃管和移动支架；所述信号测试装置，包括伽马射线测量仪、加速度传感器、压力表、纸带和可移动小车等，信号测试装置可根据测试需要安装在透明钢化玻璃管的相应位置。该装置主要是为研究管道内两相流流型与管道动力响应之间的相互关系而设计的，能够模拟不同支承条件下管内流型对管道动力响应的影响；改变管道旋转、前后摆动、左右摆动等不同状态，观察管内流型，获取不同两相流流态下管道的振动加速度、振动曲线和振动位移等。

Description

一种开展内流两相流流致振动实验的测试管段装置

技术领域

本发明涉及油气储运工程安全领域，可模拟不同两相流流型下的管道振动情况，以及管道内流体在旋转、前后摆动、左右摆动等不同条件下的流动情况，特别涉及一种可开展内流两相流流致振动的实验测试管段的装置。

背景技术

流致振动(Flow-induced Vibration，简称FIV)是由Blevins于1977年提出的专业术语，其定义是“在动态变化的水力作用下，结构的动力响应过程”。目前针对水平管道内流两相流的流致振动问题这一科学问题的理论研究较少，已经获得的实验研究结果表明，管道的振动剧烈程度与管内流型具有显著的相关性。并且，管道所受冲击力大小不仅与液流速度相关，还与液体流动时的波动频率高度相关。此外，管道的运动状态，与管内两相流流型的变化之间也具有显著的关联性。而现有试验平台受限于已有的结构形式，既难以控制和模拟不同的管内流型，也难以控制管道的动力响应状态从而分析其对内流流型的变化。因此，为进一步探究内流两相流与管道动力响应之间的相互关系，利用转盘、连杆、透明的钢化玻璃管、伽马射线测量仪、压力表、加速度传感器等设计了开展内流两相流流致振动实验测试管段的装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种开展内流两相流流致振动实验的测试管段装置，该装置主要是为研究管道内两相流流型与管道动力响应之间的相互关系设计的，能够模拟管道旋转、前后摆动、左右摆动等不同状态，观察管内流型，获取不同两相流流态下管道的振动加速度、振动曲线和振动位移等。

一种内流两相流流致振动实验测试管段装置，包括三个部分：

(1)实验基础台，包括1转盘、2短臂连杆、3长臂连杆、4转轴；

(2)测试管段主体，包括5透明钢化玻璃管、6阀门、7移动支架；

(3)信号测试装置，包括8伽马射线测试仪、9加速度传感器、10入口压力表、11出口压力表、12铅笔、13匀速运动的小车、14纸带和15胶带。

测试管段主体与染色水池，空气压缩机、离心泵、气液混合器结合使用，将混合之后的气液两相流输送至测试管段，改变6阀门的开度，调整管内气体与液体的流量，从而形成不同的流型。7移动支架上部为卡扣结构，可将5钢化玻璃管固定，并且，通过移动支架的位置可以模拟不同长度的悬空管段；1转盘静止可模拟不同流型变化对管道动力响应的影响；与2短臂连杆直接连接转动可模拟管道在旋转条件下对管内流型的影响；3长臂连杆与2短臂连杆连接后与1转盘连接使测试管段前后或左右运动，根据对心曲柄滑块机构原理，模拟管段在前后左右摆动条件下对管内流型的影响；根据自身需求，可设置不同测点，在测点位置安装8伽马射线测试仪测试截面含气率、9加速度传感器测试振动加速度、10压力表测试入口压力、11压力表测试出口压力、12铅笔、并在12铅笔下方放置13匀速运动的小车，带动14纸带运动，从而得出振动曲线，其中，12铅笔可由15胶带固定在5透明的钢化玻璃管上；

本发明采取以上技术方案，可以达到以下有益效果：

(1)通过改变6阀门的开度，可到达改变气液两相流流量的效果；

(2)7移动支架上部为卡扣结构，使得支架实现可拆卸、位置可调节功能，调节7移动支架的位置，从而模拟不同长度悬空管段；

(3)1转盘静止可模拟不同流型变化对管道动力响应的影响；

(4)1转盘与2短臂连杆直接连接，由发动机提供动力后转动，可模拟管道在旋转条件下对管内流型的影响；

(5)3长臂连杆与2短臂连杆连接后与1转盘连接，由发动机提供动力后转动，使得测试管段前后运动或左右运动，根据对心曲柄滑块机构原理，模拟管道在前后左右摆动条件下对管内流型的影响；

(6)利用15胶带绑定12铅笔，使其固定在5透明钢化玻璃管上，配合带动14纸带运动的13匀速运动的小车，得到管道振动曲线、振动位移等。

附图说明

图1与图2是本发明一种开展内流两相流流致振动实验的测试管段装置结构示意图。

图中：1转盘、2短臂连杆、3长臂连杆、4转轴、5透明钢化玻璃管、6阀门、7移动支架、8伽马射线测试仪、9加速度传感器、10入口压力表、11出口压力表、12铅笔、13匀速运动的小车、14纸带、15胶带。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

本发明为一种开展内流两相流流致振动实验的测试管段装置，包括1转盘、2短臂连杆、3长臂连杆、4转轴、5透明钢化玻璃管、6阀门、7移动支架、8伽马射线测试仪、9加速度传感器、10入口压力表、11出口压力表、12铅笔、13匀速运动的小车、14纸带和15胶带。

测试管段中介质来源为染色的水、空气；提供设备为离心泵、空气压缩机和气液混合器。具体实施方式为：

(1)内流两相流流态变化对管道动力响应的影响实验

第一步，将三座7可移动支架支承放置在5透明钢化玻璃管1/4、1/2、3/4管长处，固定好测试管段主体。布置好高速摄像仪，使其与测试管段主体平行。在管道1/4、1/2、3/4处，布置好8伽马射线测试仪、9加速度传感器、12铅笔、13匀速运动的小车和14纸带；

第二步，设置6组不同的工况，具体如表1所示，其中气体流量范围为0-480m³/h，液体流量范围为0-50m³/h；

表1实验工况表

第三步，根据表1中的工况1，开启离心泵和空气压缩机，待流量及流态稳定后，打开高速摄像仪记录管内流动过程，打开8伽马射线测试仪、9加速度传感器和13可匀速运动的小车；

第四步，根据表1重复步骤三，直至完成工况2-6的实验；

第五步，根据实验测试结果，对比不同工况条件下，管道相同位置处的加速度和振幅，从而分析流态变化与管道振动之间的关系。

(2)管道支承条件变化对管道动力响应的影响实验

第一步，将三座7可移动支架支承放置在5透明钢化玻璃管1/4、1/2、3/4管长处，固定好测试管段主体。布置好高速摄像仪，使其与测试管段主体平行。在管道1/4、1/2、3/4处，布置好8伽马射线测试仪、9加速度传感器、12铅笔、13匀速运动的小车和14纸带；

第二步，选择表1中的工况1，开启离心泵和空气压缩机，待流量及流态稳定后，打开高速摄像仪记录管内流动过程，打开8伽马射线测试仪、9加速度传感器和13可匀速运动的小车；

第三步，将第一步中的三座7可移动支架支承改为两座，放置在透明钢化玻璃管的1/3和2/3处，其余均保持一致；

第四步，重复步骤二；

第五步，将第一步中的三座7可移动支架支承改为一座，放置在透明钢化玻璃管的1/2处，其余均保持一致；

第六步，重复步骤二；

第七步，根据实验测试结果，对比不同支承条件下，管道相同位置处的加速度和振幅，从而分析管道支承变化与管道振动之间的关系。

(3)管道动力响应对内流两相流流态变化影响的实验

第一步，将1转盘与2短臂连杆连接，打开发动机提供动力，由4转轴带动2短臂连杆360°旋转往复，从而使测试管段旋转，利用高速摄像机记录管测试点截面含气率、流型变化的情况；

第二步，调整发动机的转速，从而改变1转盘的转动速度，重复步骤一，得到旋转状态下不同振动程度下的流型变化情况；

第三步，将3长臂连杆与2短臂连杆连接后，另一端与1转盘连接，打开发动机提供动力，由4转轴带动2短臂连杆360°旋转往复，从而使3长臂连杆带动1转盘上的测试管段前后或左右运动，利用高速摄像机记录管测试点截面含气率、流型变化的情况；

第四步，调整发动机的转速，从而改变1转盘的转动速度，重复步骤三，得到左右或前后运动状态下不同振动程度下的流型变化情况；

第五步，对比管道旋转、前后或左右运动状态下的气液两相流的流动状态，分析管道响应动力对流态的变化影响。

实验测试结束。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种开展内流两相流流致振动实验的测试管段装置，由转盘(1)、短臂连杆(2)、长臂连杆(3)、转轴(4)、透明钢化玻璃管(5)、阀门(6)、移动支架(7)、伽马射线测试仪(8)、加速度传感器(9)、入口压力表(10)、出口压力表(11)、铅笔(12)、匀速运动的小车(13)、纸带(14)和胶带(15)组成；其特征在于：所述短臂连杆(2)与转轴(4)相连，所述转轴(4)位于转盘(1)的外侧；所述转盘(1)作为实验平台，在静止时可模拟不同流型变化对管道动力响应的影响；在运动时，将所述转盘(1)与短臂连杆(2)相连，由发动机提供动力后，可随转轴(4)转动，模拟管道在旋转条件下对管内流型的影响，或将所述转盘(1)与长臂连杆(3)相连，长臂连杆(3)与短臂连杆(2)连接，由发动机提供动力后，根据对心曲柄滑块机构原理，使得测试管段前后运动、左右运动，从而模拟管道在前后左右摆动条件下对管内流型的影响；使得转盘(1)前后运动或左右运动；转盘(1)支承着整个测试管段的主体装置，包括透明钢化玻璃管(5)及所述透明钢化玻璃管(5)的支承装置移动支架(7)，其中，移动支架(7)上部为卡扣结构，可将透明钢化玻璃管(5)固定；所述伽马射线测试仪(8)、加速度传感器(9)、铅笔(12)可根据测试需要安装在透明钢化玻璃管(5)相应的位置，其中，铅笔(12)由胶带(15)固定在透明钢化玻璃管(5)上，匀速运动的小车(13)与纸带(14)需放置在铅笔(12)的下方，通过匀速运动的小车(13)带动纸带(14)运动，可以得到测试管段的振动曲线；所述阀门(6)设置在透明钢化玻璃管(5)端部，通过改变所述阀门(6)的开度，可到达改变气液两相流流量的效果。

2.如权利要求1所述的一种开展内流两相流流致振动实验的测试管段装置，其特征在于：移动支架(7)上部为卡扣结构，使得支架实现可拆卸、位置可调节功能，调节移动支架(7)的位置，从而模拟不同长度悬空管段。

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