CN109883872A - 一种固液两相流动的过流部件磨损实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种实验装置。目的是提供一种固液两相流动的过流部件磨损实验装置，该装置应能实现试验中的颗粒自动释放和回收利用。技术方案是：一种固液两相流动的过流部件磨损实验装置，其特征在于：该装置包括水罐与回收罐；所述水罐的水罐出口连通第一管道，第一管道通过第二管道连通水罐的第一进口，第一管道还通过第三管道连通回收罐的回收进口，回收罐的回收出口通过第四管道连通水罐的第二进口；所述第一管道上沿着混合液流动方向依次设置开关阀、颗粒定量释放器、加压离心泵、进口压力传感器、实验离心泵、出口压力传感器与流量计；所述第二管道上设有实验控制阀，第三管道上设有回收控制阀；所述回收罐的回收出口设有管道滤网。
Description
技术领域
本发明涉及一种实验装置，具体是一种固液两相流动的过流部件磨损实验装置,主要是针对流体颗粒的浓度和粒径对泵和管道的磨损程度研究。
背景技术
固液两相流动工况是实际生产中一种常见的工况，尤其是在石油、航天、化工、深海采矿等领域内更是一种基本研究工况。由于流体中固体颗粒的存在，流体机械内部过流部件的磨损是不可避免的，固液两相流动造成的磨损会造成泄露和泵性能的降低乃至失效，它造成的工业危害和经济损失受到越来越广泛的关注。
在针对过流部件的磨损与流体中固体颗粒浓度和大小的关联研究中，固液两相流试验台是其中一种重要实验手段。目前通过对实际问题的简化来搭建固液两相试验台进行实验，从而总结规律，对实际生产中遇到的问题提出解决方案和指导意见。而现有的试验台中主要存在两个问题：(1)试验中的颗粒难以回收运用；(2)需要人工手动对颗粒进行称重，然后再加到水中配置固液两相流体，不仅导致流体不够均匀，也浪费了宝贵的人力资源。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种固液两相流动的过流部件磨损实验装置，该装置应能实现试验中的颗粒自动释放和回收利用。
本发明的技术方案是：
一种固液两相流动的过流部件磨损实验装置，其特征在于：该装置包括水罐与回收罐；所述水罐的水罐出口连通第一管道，第一管道通过第二管道连通水罐的第一进口，第一管道还通过第三管道连通回收罐的回收进口，回收罐的回收出口通过第四管道连通水罐的第二进口；
所述第一管道上沿着混合液流动方向依次设置开关阀、颗粒定量释放器、加压离心泵、进口压力传感器、实验离心泵、出口压力传感器与流量计；所述第二管道上设有实验控制阀，第三管道上设有回收控制阀；所述回收罐的回收出口设有管道滤网。
所述实验离心泵进口的轴线与出口的轴线垂直布置；所述实验离心泵由第一电机驱动，加压离心泵由第二电机驱动，第一电机与第二电机为变频电机。
所述回收罐侧面设有罐门，回收罐的排泄口设有罐底滤网与排泄阀。
所述颗粒定量释放器包括竖直固定在第一管道上的进料管、插装在进料管上并且可沿着进料管竖直升降的料仓、安装在进料管上用于向上顶推料仓的弹簧；所述进料管连通第一管道，进料管上设有泄料槽口。
本发明的有益效果是：
本发明利用加压离心泵使固液两相混合液以一定压力和速度进入实验离心泵，然后测量实验泵的进出口压力和流量，再通过称重法或超声波测厚测量泵的各部件的磨损量，经过连续实验后得出规律，同时还可以将颗粒回收再利用，从而避免了浪费,并方便连续实验中各个工况中颗粒的更换。
附图说明
图1是本发明的连接关系示意图。
图2为本发明中颗粒定量释放器的立体结构示意图。
图3为本发明中颗粒定量释放器的主视结构示意图之一(停止释放颗粒时)。
图4为本发明中颗粒定量释放器的主视结构示意图之二(释放颗粒时)。
图5是本发明中回收回路的原理图。
图6是本发明中实验回路的原理图。
具体实施方式
以下结合说明书附图，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，一种固液两相流动的过流部件磨损实验装置，包括水罐9、回收罐15、开关阀7、颗粒定量释放器20、加压离心泵6、进口压力传感器4、实验离心泵3、出口压力传感器5、流量计12、实验控制阀14、回收控制阀11、排泄阀17、第一管道31、第二管道32、第三管道33、第四管道34。
所述水罐上分别设有水罐出口9.1、第一进口9.2、第二进口9.3与排水口9.4，水罐内部设有搅拌器8，水罐顶部设有水罐电机10用于驱动搅拌器运转。
所述回收罐上分别设有回收出口15.1、回收进口15.2与排泄口15.3，回收罐内腔底部为锥形(方便颗粒沉积)，回收罐的排泄口设有罐底滤网19与排泄阀17，回收罐侧面设有罐门16，回收出口设有管道滤网18。
所述第一管道同时连通第二管道与第三管道。所述水罐的水罐出口依次通过第一管道与第二管道连通水罐的第一进口，水罐的水罐出口还依次通过第一管道与第三管道连通回收罐的回收进口。所述回收罐的回收出口通过第四管道连通水罐的第二进口。
所述开关阀、颗粒定量释放器、加压离心泵、进口压力传感器、实验离心泵、出口压力传感器、流量计沿着混合液的流动方向依次设置在第一管道上。所述实验控制阀设置在第二管道上。所述回收控制阀设置在第三管道上。
所述实验离心泵进口3.1的轴线与出口3.2的轴线垂直布置。所述实验离心泵由第一电机1驱动(第一电机与实验离心泵之间设有联轴器2)，加压离心泵由第二电机24驱动。所述第一电机与第二电机为变频电机。
所述颗粒定量释放器包括进料管21、漏斗状的料仓22与弹簧23。所述进料管竖直固定在第一管道上，进料管的顶部封闭并且底部连通第一管道，进料管上设有轴向延伸的泄料槽口21.1。所述料仓插装在进料管上并且可沿着进料管竖直升降(进料管轴向穿过料仓)。所述弹簧设置在料仓底部并且安装在进料管上，弹簧用于向上顶推料仓。
所述颗粒定量释放器可使颗粒均匀地释放入第一管道中。所述颗粒定量释放器布置在加压离心泵的进口位置，并且进料管的泄料槽口高于第一管道一定高度，因此在本发明工作时液相不会从进料管漫出。
料仓中未放入颗粒时，料仓的底部位置高于泄料槽口的顶部位置(如图3所示)。将颗粒放入料仓后，在重力作用下料仓下降一定距离(如图4所示)，此时泄料槽口与料仓连通，料仓中的颗粒则通过泄料槽口落入第一管道中，当料仓中的颗粒不断减少时，料仓在弹簧的顶推下不断上升；当料仓中颗粒释放完时，料仓的底部与泄料槽口位置平齐，以此达到自动、均匀、定量地往管道中增加颗粒浓度的目的。每次进行泄料时的最大颗粒重量为k×l，k为弹簧阻尼系数，l为泄料槽口长度，通过选取不同弹性系数的弹簧可以控制每次释放的颗粒量。
本发明中，需要调节阀门的开闭切换成实验回路或回收回路，通过配比不同比例的水和固体颗粒来模拟不同浓度的固液两相混合液，利用由电机带动加压离心泵与实验离心泵为实验回路或回收回路提供动力。
实验回路如下：
如图6所示，打开实验控制阀(第二管道启用)，闭合回收控制阀(第三管道关闭)；加压离心泵将水罐中的固液两相混合液抽入管道中，再通过实验离心泵改变传输方向，最终回到水罐中；水罐中搅拌器可以保证流体中所含颗粒较均匀分布；通过调节第一电机转速和实验控制阀开度来调节实验回路特性，流量计与各压力传感器用于监测实验回路的流量和压力变化。
回收回路如下：
如图5所示，闭合实验控制阀(第二管道关闭)，打开回收控制阀(第三管道启用)；加压离心泵将水罐中的固液两相混合液抽入管道中，再通过实验离心泵改变传输方向，然后送入回收罐中，混合液的颗粒沉积在回收罐底部，上层清液通过第四管道回到水罐中，回收出口的管道滤网可以进一步进行过滤，这样就实现了固液分离；颗粒收集完成后，先打开排泄阀排出液相，罐底滤网将符合粒径要求的颗粒保留在回收罐内，再打开回收罐的罐门，将颗粒取出并循环利用。
实验中通常选用3mm直径的玻璃珠颗粒，因此将泄料槽口的宽度设置在5mm就能保证颗粒通过。实验时所用颗粒量应当远小于回收的容量。所述实验离心泵应便于拆卸，这样就能通过称重法或超声波测厚可以得出泵的各部件的磨损量。
Claims (4)
1.一种固液两相流动的过流部件磨损实验装置，其特征在于：该装置包括水罐(9)与回收罐(15)；所述水罐的水罐出口连通第一管道(31)，第一管道通过第二管道(32)连通水罐的第一进口，第一管道还通过第三管道(33)连通回收罐的回收进口，回收罐的回收出口通过第四管道(34)连通水罐的第二进口；
所述第一管道上沿着混合液流动方向依次设置开关阀(7)、颗粒定量释放器(20)、加压离心泵(6)、进口压力传感器(4)、实验离心泵(3)、出口压力传感器(5)与流量计(12)；所述第二管道上设有实验控制阀(14)，第三管道上设有回收控制阀(11)；所述回收罐的回收出口设有管道滤网(18)。
2.根据权利要求1所述的一种固液两相流动的过流部件磨损实验装置，其特征在于：所述实验离心泵进口的轴线与出口的轴线垂直布置；所述实验离心泵由第一电机(1)驱动，加压离心泵由第二电机(24)驱动，第一电机与第二电机为变频电机。
3.根据权利要求2所述的一种固液两相流动的过流部件磨损实验装置，其特征在于：所述回收罐侧面设有罐门(16)，回收罐的排泄口设有罐底滤网(19)与排泄阀(17)。
4.根据权利要求3所述的一种固液两相流动的过流部件磨损实验装置，其特征在于：所述颗粒定量释放器包括竖直固定在第一管道上的进料管(21)、插装在进料管上并且可沿着进料管竖直升降的料仓(22)、安装在进料管上用于向上顶推料仓的弹簧(23)；所述进料管连通第一管道，进料管上设有泄料槽口(21.1)。
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