CN110559692A - 一种流体机械测试系统除气装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种流体机械测试系统除气装置，包括导叶、主管道、第一管道、隔板、排气箱、浮阀、第二管道和局部收缩管。所述第一管道安装在所述导叶下游，与所述主管道同心布置，且与所述排气箱相连，排气箱被所述隔板分隔成两部分，与所述局部收缩管通过所述第二管道相连；所述浮阀位于排气箱内部。当气液混合物通过导叶后，气泡主要集中在管道中间，随液体流入第一管道中，进入排气箱中，通过隔板和浮阀使气液分离，气体排到大气中，液体通过第二管道流入局部收缩管，进入主管道。本发明结构简单，设计合理，利用导叶以及排气箱，根据气液密度不同，实现除气的目的，且管道内压力不减小，实用性强，除气效果良好。

Description

一种流体机械测试系统除气装置

技术领域

本发明涉及一种除气装置，特别涉及一种流体机械测试系统除气装置。

背景技术

在管道运输液体的过程中，会存在大量气体。管道存气使运行阻力增大， 能耗增加，严重时还可直接或间接导致爆管。同时，管道存气可以造成压力 不稳，长期的压力震荡造成管道接口及管材疲劳,大大降低管道使用年限。综 上，管道存气不但会带来一定的经济损失，还存在安全隐患。

流体机械测试系统管道中存气，会诱发空化，形成强烈的振动和噪声， 加速了管道和阀门的机械磨损，同时振动造成紧固件松动，而且对管道及系 统可靠性造成一定损害，严重影响试验效果及操作环境，造成管道水压实验 失真，摩擦阻力的水头增大，使泵扬程提高，出水量减少，导致出水困难， 甚至终端不出水，更严重的可能会造成薄弱点的撕裂，直接威胁安全生产。

针对上述技术问题，本发明提供了一种流体机械测试系统除气装置。利 用导叶以及排气箱，根据气液密度不同，实现除气的目的，且不会减小管道 内压力，实用性强，除气效果良好。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种流体机械测试系统除气 装置，利用气液密度不同进行除气，效果良好。具体而言通过以下技术手段 实现上述技术目的。

一种流体机械测试系统除气装置，包括导叶、主管道、第一管道、隔板、 排气箱、浮阀、第二管道和局部收缩管；

所述主管道内安装有所述导叶，所述主管道与所述第一管道连通，所述 第一管道与所述主管道连通的一端设置在所述主管道内且位于所述导叶的下 游，且位于所述主管道内的所述第一管道与所述主管道同心设置，所述第一 管道的另一端与所述排气箱相连通，所述排气箱内设有所述隔板和所述浮阀， 所述隔板将所述排气箱分隔成两部分，所述排气箱通过所述第二管道与所述 局部收缩管相连通，所述局部收缩管与所述主管道相连通。

进一步，所述隔板位于所述排气箱接近中间部分，所述隔板的高度H₁为 所述排气箱高度H₂的三分之二，使得从所述第一管道流入所述排气箱内的气 液混合物静置，并由于重力作用使气液分离。

进一步的，所述隔板与所述排气箱底部为一体结构。

进一步，所述导叶给带气液流一个预旋，使其具有轴向速度，流过所述 导叶后，气液混合物中的气体集中在所述主管道中心部位。

进一步，所述局部收缩管的直径小于所述主管道的直径，所述第二管道 的直径小于所述局部收缩管的直径，使得液体流速增加，压强减小，保证所 述排气箱中的压强P₁大于所述局部收缩管处的压强P₂，保证所述排气箱中液 体顺利排出。

进一步，所述浮阀包括浮球和浮阀外壳，所述浮球设置在所述浮阀外壳 内，所述浮阀外壳的一端设有与所述第二管道连通的出口，所述浮阀外壳的 另一端设有与所述排气箱外界连通的出气口，且所述浮阀外壳的侧壁表面设 有多个通孔，使得气液均可通过，当所述排气箱内的液面高度低于H₃时，所 述浮球在重力作用下堵住出口，气体从上方出气口排出；当液面高于H₄时， 浮球在浮力作用下堵住出气口，液体从出口排出；当液面在H₃与H₄之间时， 气液均可排出。

进一步，为了保证带气液流通过导叶后，气体可以集中到管道中心位置， 所述导叶设计如下：所述主管道直径设为D₁，所述导叶内缘直径设为D₂，以 主管道中心为原点，以正方向为z轴正方向建立柱坐标，满足下列函数：

其中：

z—纵坐标，m；

L₁—叶片轴向长度，ρ为气液混合物密度，m；

v—气液混合物流速,m/s；

D₂＝k₁D₁

其中：

k₁为常数，取值为0～0.3。

进一步，为了保证液体中混有的绝大部分气体能进入第一管道中，且液 体不会过多流入其中，所述第一管道进口直径设为D₃，所述主管道直径设为 D₁，满足下列要求：

D₃＝k₂D₁

其中：

k₂为常数，取值为0.3～0.6。

进一步，为保证气液混合物从导叶中流出有一定静置时间，保证气体集 中在主管道中心部位，所述导叶与所述第一管道之间的距离设为L₂，所述导 叶的叶片轴向长度设为L₁，满足下列要求：

L₂＝k₃L₁

其中：

k₃为常数，取值为1～2。

进一步，为保证气液混合物有足够时间静置分离，排气箱的体积设为V, 满足下列条件：

V>0.5Q

其中，

Q—主管道内流量，m³/h。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的流体机械测试系统除气装置，通过在排气箱内设置隔板， 使气液混合物得到有效静置；通过设置浮阀，使气体从排气箱上方排出，液 体流入第二管道，气液彻底分离。

2.本发明所述的流体机械测试系统除气装置，通过在排气箱底部接入第 二管道，与主管道相连，使除完气之后的液体能继续利用，避免资源的浪费。

3.本发明所述的流体机械测试系统除气装置，通过给出了导叶的具体设 计，保证了带气液流通过导叶后，气体可以集中到管道中心位置。

4.本发明所述的流体机械测试系统除气装置，通过给出了第一管道进口 直径与主管道直径之间的相关关系，保证液体中混有的绝大部分气体能进入 第一管道中，最终排出。

5.本发明所述的流体机械测试系统除气装置，通过设计局部收缩管，保 证管内压强低于箱中压强，使从排气箱中流出的液体能顺利流出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述 中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是 本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动 的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明所述的流体机械测试系统除气装置主视图；

图2为本发明的导叶俯视图；

图3-图4为本发明的浮阀结构的原理示意图。

其中，图中附图标记对应为：1-导叶，2-主管道，3-第一管道，4-隔板， 5-排气箱，6-浮阀，7-第二管道，8-局部收缩管。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述， 显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提 下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

本实施例提供了一种流体机械测试系统除气装置，如图1所示，本实施 例的流体机械测试系统除气装置包括导叶1、主管道2、第一管道3、隔板4、 排气箱5、浮阀6、第二管道7和局部收缩管8。

所述主管道2内安装有所述导叶1，所述主管道2与所述第一管道3连通， 所述第一管道3与所述主管道2连通的一端设置在所述主管道2内且位于所 述导叶1的下游，所述第一管道3的另一端与所述排气箱5相连通，所述排 气箱5内设有隔板4和浮阀6，且所述排气箱5通过所述第二管道7与所述局 部收缩管8相连通，所述局部收缩管8与所述主管道2相连通。

所述导叶1设计如图2所示，所述导叶1给带气液流一个预旋，使其具 有轴向速度，流过所述导叶1后，气液混合物中的气体集中在主管道2中心 部位。

所述排气箱5内设有所述隔板4，所述隔板4将所述排气箱5分隔成两部 分，且所述隔板4与从所述第一管道3流入所述排气箱5内的液体流出方向 相对。所述隔板4使得从所述第一管道3流入所述排气箱5内的气液混合物 静置，并由于重力作用使气液分离。

所述排气箱5内还设有浮阀6，如图1所示，所述浮阀6设置于所述排气 箱5内远离所述第一管道3的箱体部分内，如图3和图4所示，所述浮阀6 包括浮球a和浮阀外壳b两部分，所述浮球a设置在所述浮阀外壳b内，所述 浮阀外壳b的一端设有与所述第二管道7连通的出口，所述浮阀外壳b的另 一端设有与所述排气箱5外界连通的出气口，且所述浮阀外壳b的侧壁表面 设有多个通孔，使得气液均可通过。如图3所示，当排气箱5内的液面高度 低于H₃时，浮球a在重力作用下堵住所述出口，气体从上方的所述出气口排 出；如图4所示，当排气箱5内的液面高度高于H₄时，浮球a在浮力作用下 堵住所述出气口，液体从所述出口排出；而当液面高度在H₃与H₄之间时， 气液均可排出。

所述局部收缩管8的直径小于所述主管道2的直径，所述第二管道7的 直径小于所述局部收缩管8的直径，使得从所述排气箱5内流出的液体流速 增加，压强减小，保证所述排气箱5中的压强P₁大于所述局部收缩管8处的 压强P₂，从而保证排气箱5中的液体顺利排出。

作为一种实施方式，位于所述主管道2内的所述第一管道3的轴线与所 述主管道2的轴线重合，即位于所述主管道2内的所述第一管道3与所述主 管道2同心设置。

作为一种实施方式，所述隔板4位于所述排气箱5接近中间部分。在可 能的实施方式中，所述隔板4与所述排气箱5底部为一体结构。较佳的，本 实施例中，所述隔板4垂直于所述排气箱5的底部，且所述隔板4的高度H₁为所述排气箱5高度H₂的三分之二。

以一个闭式空化试验台为例，其主管道2的直径D₁为0.4m，导叶内缘直 径D₂满足下列要求：

D₂＝k₁D₁

其中：

k₁为常数，取值为0～0.3，这里取k₁＝0.2。

计算得出D₂＝0.08m

为了保证带气水流通过导叶1后，气体可以集中到主管道2的中心位置， 所述导叶1及主管道2设计如下：所述主管道直径设为D₁，所述导叶内缘直 径设为D₂，以主管道2的中心为原点，以正方向为z轴正方向建立柱坐标， 满足下列控制方程：

其中：

z—纵坐标，m；

L₁—叶片轴向长度，ρ为气液混合物密度，这里取 0.98*10³kg/m³,m；

v—气液混合物流速,这里取v＝10m/s，m/s。

计算得出，

为了保证液体中混有的绝大部分气体能进入第一管道3中，且液体不会 过多流入其中，所述第一管道3与主管道2连通的一端的进口直径D₃满足下 列要求：

D₃＝k₂D₁

其中：

k₂为常数，取值为0.3～0.6，这里取k₂＝0.4

计算得出D₃＝0.16m

为保证气液混合物从导叶1中流出有一定静置时间，保证气体集中在主 管道2中心部位，所述导叶1与所述第一管道3之间的距离L₂满足下列要求：

L₂＝k₃L₁

其中：

k₃为常数，取值为1～2，这里取k₃＝1.5

计算得出L₂＝0.6m

为保证气液混合物有足够时间静置分离，排气箱5的体积V满足下列条 件：

V>0.5Q

其中，

Q—主管道内流量，

计算得出V>0.628m³，取V＝0.7m³。

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 (10)

1.一种流体机械测试系统除气装置，其特征在于，包括导叶(1)、主管道(2)、第一管道(3)、隔板(4)、排气箱(5)、浮阀(6)、第二管道(7)和局部收缩管(8)；

所述主管道(2)内安装有所述导叶(1)，所述主管道(2)与所述第一管道(3)连通，所述第一管道(3)与所述主管道(2)连通的一端设置在所述主管道(2)内且位于所述导叶(1)的下游，且位于所述主管道(2)内的所述第一管道(3)与所述主管道(2)同心设置，所述第一管道(3)的另一端与所述排气箱(5)相连通，所述排气箱(5)内设有所述隔板(4)和所述浮阀(6)，所述隔板(4)将所述排气箱(5)分隔成两部分，所述排气箱(5)通过所述第二管道(7)与所述局部收缩管(8)相连通，所述局部收缩管(8)与所述主管道(2)相连通。

2.根据权利要求1所述的流体机械测试系统除气装置，其特征在于，所述隔板(4)位于所述排气箱(5)接近中间部分，所述隔板(4)的高度H₁为所述排气箱(5)高度H₂的三分之二，使得从所述第一管道(3)流入所述排气箱(5)内的气液混合物静置，并由于重力作用使气液分离。

3.根据权利要求2所述的流体机械测试系统除气装置，其特征在于，所述隔板(4)与所述排气箱(5)底部为一体结构。

4.根据权利要求1所述的流体机械测试系统除气装置，其特征在于，所述导叶(1)给带气液流一个预旋，使其具有轴向速度，流过所述导叶(1)后，气液混合物中的气体集中在所述主管道(2)中心部位。

5.根据权利要求1所述的流体机械测试系统除气装置，其特征在于，所述局部收缩管(8)的直径小于所述主管道(2)的直径，所述第二管道(7)的直径小于所述局部收缩管(8)的直径，使得液体流速增加，压强减小，保证所述排气箱(5)中的压强P₁大于所述局部收缩管(8)处的压强P₂，保证所述排气箱(5)中液体顺利排出。

6.根据权利要求1所述的流体机械测试系统除气装置，其特征在于，所述浮阀(6)包括浮球和浮阀外壳，所述浮球设置在所述浮阀外壳内，所述浮阀外壳的一端设有与所述第二管道(7)连通的出口，所述浮阀外壳的另一端设有与所述排气箱(5)外界连通的出气口，且所述浮阀外壳的侧壁表面设有多个通孔，使得气液均可通过，当所述排气箱(5)内的液面高度低于H₃时，所述浮球在重力作用下堵住出口，气体从上方出气口排出；当液面高于H₄时，浮球在浮力作用下堵住出气口，液体从出口排出；当液面在H₃与H₄之间时，气液均可排出。

7.根据权利要求4所述的流体机械测试系统除气装置，其特征在于，所述导叶(1)设计如下：所述主管道(2)直径设为D₁，所述导叶(1)内缘直径设为D₂，以主管道(2)中心为原点，以正方向为z轴正方向建立柱坐标，满足下列控制方程：

其中：

z—纵坐标；

L₁—叶片轴向长度；

v—气液混合物流速；

D₂＝k₁D₁

其中：

k₁为常数，取值为0～0.3。

8.根据权利要求1所述的流体机械测试系统除气装置，其特征在于，所述第一管道(3)进口直径设为D₃，所述主管道(2)直径设为D₁，满足下列要求：

D₃＝k₂D₁

其中：

k₂为常数，取值为0.3～0.6。

9.根据权利要求1所述的流体机械测试系统除气装置，其特征在于，所述导叶(1)与所述第一管道(3)之间的距离设为L₂，所述导叶(1)的叶片轴向长度设为L₁，满足下列要求：

L₂＝k₃L₁

其中：

k₃为常数，取值为1～2。

10.根据权利要求1所述的流体机械测试系统除气装置，其特征在于，所述排气箱(5)的体积设为V，满足下列条件：

V>0.5Q

其中，

Q—主管道内流量。