CN111397843B - 一种可更换被测管件的层流测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可更换被测管件的层流测定装置，解决了现有层流实验中的被测管件无法更换导致测量数据单一、说服性差的问题。本发明包括循环水箱、输水干管和回流管，循环水箱通过引水管与离心泵的吸水口连接，离心泵的出水口与输水干管连接，输水干管上设有流量调节阀7和流量计8，输水干管的后端和回流管的前端均设有可拆卸的层流缓冲接头，两个层流缓冲接头之间连接有被测管件，被测管件的两端均设有环隙测压孔，被测管件上设有分别覆盖两端的环隙测压孔的环隙测压接头，环隙测压接头为三通结构，两个环隙测压接头连接有与被测管件成并联关系的引压管，引压管上设有压差传感器，回流管的后端与循环水箱连接。

Description

一种可更换被测管件的层流测定装置

技术领域

本发明涉及流体的系数测定领域，特别是指一种可更换被测管件的层流测定装置。

背景技术

层流是流体的一种流动状态。流体在管内流动时，其质点沿着与管轴平行的方向作平滑直线运动。此种流动称为层流或滞流，亦有称为直线流动的。流体的流速在管中心处最大，其近壁处最小。层流只出现在雷诺数Re(Re＝ρUL/μ)较小的情况中，即流体密度ρ、特征速度U和物体特征长度L都很小，或流体粘度μ很大的情况中。当Re超过某一临界雷诺数Recr时，层流因受扰动开始向不规则的湍流过渡，同时运动阻力急剧增大。对于圆管，Recr≈2000，这里特征速度是圆管横截面上的平均速度，特征长度是圆管内径。

管道阻力损失是指单位重量液体在管路中流动所消耗的机械能。常用米液柱表示。管道阻力损失与下列因素有关：管道越长，损失越大；管径越小，损失越大，流速越大，损失越大；物料粘度越大，损失越大；管道内壁粗糙度越大，损失越大。在管道设计和运行时，必须通过有效计算管道阻力损失，进而对泵的扬程进行合理选型，以保证流体在预设的工况下，平稳、安全、有效、合理的输送。

层流实验即是为了测量低流速下的被测管道的雷诺数和管道阻力损失系数，然而现有的层流实验设备存在以下问题：(1)由于流量调节放在后侧，很难保证入口压力的稳定性；(2)层流实验中所需的被测管件受连接缓冲头限制，无法进行更换或者采用其它管径对比实验，数据单一，说服性差；(3)现有的层流实验由于均采用高位稳流水箱进行流量调整，由于高度差的问题，流体在被测管道中本身即具有一定的压力，故难以确定在流体本身带压的情况下实验结果的准确性；(4)层流实验中常采用的环隙测压方法，因为环隙测压要求的加工较为复杂，需要焊接进行完成，所以常用于厚管壁和DN20以上的管件测量，对于薄壁管件或外径小的管件难以通过该方案实现；而且焊接取压常常导致被测管件变形，造成流体在经过变形管道区域时，容易被扰动，影响实验结果的准确性。

发明内容

为了解决背景技术中所存在的现有层流实验中的被测管件无法更换导致测量数据单一、说服性差的问题，本发明提出了一种可更换被测管件的层流测定装置。

本发明的技术方案是：一种可更换被测管件的层流测定装置，包括循环水箱、输水干管和回流管，循环水箱通过引水管与离心泵的吸水口连接，离心泵的出水口与输水干管连接，输水干管上设有流量调节阀7和流量计8，输水干管的后端和回流管的前端均设有可拆卸的层流缓冲接头，两个层流缓冲接头之间连接有被测管件，被测管件的两端均设有环隙测压孔，被测管件上设有分别覆盖两端的环隙测压孔的环隙测压接头，环隙测压接头为三通结构，两个环隙测压接头连接有与被测管件成并联关系的引压管，引压管上设有压差传感器，回流管的后端与循环水箱连接。

所述输水干管的前部设有用于泄压稳流的旁路调节支管，旁路调节支管上设有旁路调节阀，流量调节阀和流量计位于旁路调节支管和输水干管的连接节点之后。

所述被测管件的两端均周向等距设有3～4个环隙测压孔。

所述层流缓冲接头包括层流缓冲接头和用于紧固密封的卡套接头；层流缓冲接头包括缓冲过渡段和接头管，缓冲过渡段的一端与输水干管或回流管通过水管接头I连接，缓冲过渡段的另一端与等径直筒结构的接头管，缓冲过渡段的内部通道为向接头管方向渐进缩小结构，接头管的内径与被测管件的内径、接头管的外径与被测管件的外径均相等；卡套接头包括一个管套，被测管件插设在管套的一端内部，被测管件和管套之间、管套和输水干管或回流管之间各设置一个用于密封的卡套I，管套的两端各设一个用于压紧卡套I的卡套压紧头I。

所述层流缓冲接头包括直流段，直流段的一端与输水干管或回流管通过水管接头连接，直流段的另一端与缓冲过渡段为一体成型密封连接，直流段的内部通道为等径直筒结构。

所述管套的两端设有外螺纹I，卡套压紧头I为环形结构，卡套压紧头I的内壁上设有与管套的外螺纹I配合的内螺纹I。

所述卡套I为渐进缩小的中空圆台结构，卡套I的最小内径等于被测管件的外径。

所述环隙测压接头包括作为主体的三通，三通的左右两个端头处设有外螺纹II，三通的左端头和右端头上均设有用于密封的卡套II和用于压紧卡套II的卡套压紧头II，三通的内壁与被测管件之间的间隙通过卡套II密封形成环隙测压空间，卡套压紧头II的内侧设有与外螺纹II配合的内螺纹II，三通的上端头内设有与环隙测压空间连通的外引压孔，三通的上端头上设有用于连接引压管的水管接头II。

所述三通的内壁中部向外扩形成剖面为椭圆形状的环隙腔，环隙腔与外引压孔连通。

所述卡套II为渐进缩小的中空圆台结构，卡套II的最小内径等于被测管件的外径。

本发明的优点：(1)流量调节功能放在实验流程前端，而后端的阻力只与管径、管长、管路粗糙度有关，而这些都是固定的，并且因流量与压力呈正比例关系，故维持稳定的流量即能保证被测管件入口处的压力稳定，降低了扰动因素的影响；(2)在输水干管的前部连接旁通管路，用于对流量调节前的流体进行降压稳流，使流体经多流量调节后，可以更快的进入层流状态；(3)采用带有层流缓冲功能的层流缓冲接头，避免从输水干管进入被测管件后的流体，因进入被测管件的入口突然变小，使得流体在入口处发生撞击，形成紊流，影响实验效果；(3)层流缓冲接头的端部设计有快速连接被测管件的卡套接头，可快速更换等径的被测管件；(4)通过更换整个层流缓冲接头，可实现从DN1～DN20多种不同规格管径的快速更换，使得装置能够测定多种管径的层流数据，所得层流数据对比性强、数据具有较强的说服力；(5)对于层流容易受扰动的精密测压需采用单截面四点平均法，可获得稳定的压力值，同时环隙腔起到阻尼的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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他的附图。

图1为本发明的系统示意图；

图2为图1中的环隙测压接头的结构示意图；

图3为图1中的层流缓冲接头的结构示意图。

图中，1、循环水箱，2、引水管，3、离心泵，4、输水干管，5、旁路调节支管，6、旁路调节阀，7、流量调节阀，8、流量计，9、层流缓冲接头，901、层流缓冲管，902、直流段，903、缓冲过渡段，904、接头管，905、管套，906、卡套压紧头I，907、卡套I，10、被测管件，1001、环隙测压孔，11、环隙测压接头，1101、三通，1102、环隙腔，1103、外引压孔，1104、水管接头，1105、卡套II，1106、卡套压紧头II，12、引压管，13、压差传感器，14、回流管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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付出创造性劳动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1：一种可更换被测管件的层流测定装置，如图1所示，包括循环水箱1、输水干管4和回流管14，循环水箱1通过引水管2与离心泵3的吸水口连接，离心泵3的出水口与输水干管4连接，输水干管4的前部设有用于泄压稳流的旁路调节支管5，旁路调节支管5上设有旁路调节阀6，输水干管4的中部设有流量调节阀7和流量计8，流量调节阀7和流量计8位于旁路调节支管5和输水干管4的连接节点之后。在输水干管4的前部连接旁路调节支管5，用于对流量调节前的流体进行降压稳流，使流体经多流量调节后，可以更快的进入层流状态。输水干管4的后端和回流管14的前端均设有可拆卸的层流缓冲接头9，两个层流缓冲接头9之间连接有被测管件10。

如图3所示，层流缓冲接头9包括层流缓冲管901和用于紧固密封的卡套接头；层流缓冲管901包括直流段902、缓冲过渡段903和接头管904，直流段902的一端与输水干管4或回流管14通过水管接头连接，直流段902的另一端与缓冲过渡段903为一体成型密封连接，直流段902的内部通道为等径直筒结构。缓冲过渡段903的另一端与等径直筒结构的接头管904，缓冲过渡段903的内部通道为向接头管904方向渐进缩小结构，采用渐进缩小结构的稳过渡段903，避免从输水干管进入被测管件后的流体，因进入被测管件的入口突然变小，使得流体在入口处发生撞击，形成紊流，影响实验效果。接头管904的内径与被测管件10的内径、接头管904的外径与被测管件10的外径均相等；避免流体从接头管904进入被测管件10内时，因入口大小的变化，产生紊流，影响实验效果；更换被测管件10时，层流缓冲接头9和被测管件10同时更换。卡套接头包括一个管套905，被测管件10插设在管套905的一端内部，被测管件10和管套905之间、管套905和输水干管4或回流管14之间各设置一个用于密封的卡套I907，管套905的两端各设一个用于压紧卡套I907的卡套压紧头I906。管套905的两端设有外螺纹I，卡套压紧头I906为环形结构，卡套压紧头I906的内壁上设有与管套905的外螺纹I配合的内螺纹I；卡套I907为渐进缩小的中空圆台结构，卡套I907的最小内径等于被测管件10的外径。

被测管件10的两端均均周向等距设有4个环隙测压孔1001(也可以设置三个环隙测压孔1001)，对于层流容易受扰动的精密被测管件采用单截面四点平均法，可获得稳定的压力值。被测管件10上设有分别覆盖两端的环隙测压孔1001的环隙测压接头11。如图2所示，环隙测压接头11包括作为主体的三通1101，三通1101的左右两个端头处设有外螺纹II，三通1101的左端头和右端头上均设有用于密封的卡套II1105和用于压紧卡套II1105的卡套压紧头II1106，卡套压紧头II1106的内侧设有与外螺纹II配合的内螺纹II，三通1101的内壁与被测管件10之间的间隙通过卡套II1105密封形成环隙测压空间，三通1101的内壁中部向外扩形成剖面为椭圆形状的环隙腔1102，三通1101的上端头内设有与环隙腔1102连通的外引压孔1103，环隙腔1102一是为被引压流体提供暂存空间，二是放大引压流体的缓存空间，缓冲效果更好，也就是对被引压流体起到阻尼作用，减少被引压流体的波动性。三通1101的上端头上设有用于连接引压管12的水管接头II1104。

两个环隙测压接头11之间连接的引压管12与被测管件10成并联关系，引压管12上设有压差传感器13，回流管14的后端与循环水箱1连接。通过压力传感器13测量出被测管件10的两个被测节点之间的压差之后，根据公式换算，然后通过更换被测管件10；得出的多组数据进行对比、平均，即可得出管道阻力损失系数，以及雷诺数。

其中，当更换等径的被测管件10时，直接通过拆装卡套接头，进行更换等径的被测管件10；当需要更换不同管径的被测管件10时，需要同时把层流缓冲接头9和被测管件10一起更换，因为不同管径的被测管件10所需要的层流缓冲接头9的缓冲过渡段903轴向长度是不同的，具体关系为：缓冲过渡段903轴向长度大约等于40倍的被测管件10内径长度。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (9)

1.一种可更换被测管件的层流测定装置，其特征在于：包括循环水箱(1)、输水干管(4)和回流管(14)，循环水箱(1)通过引水管(2)与离心泵(3)的吸水口连接，离心泵(3)的出水口与输水干管(4)连接，输水干管(4)上设有流量调节阀(7)和流量计(8)，输水干管(4)的后端和回流管(14)的前端均设有可拆卸的层流缓冲接头(9)，层流缓冲接头(9)包括层流缓冲管(901)和用于紧固密封的卡套接头；层流缓冲管(901)包括缓冲过渡段(903)和接头管(904)，缓冲过渡段(903)的一端与输水干管(4)或回流管(14)通过水管接头I连接，缓冲过渡段(903)的另一端与等径直筒结构的接头管(904)，缓冲过渡段(903)的内部通道为向接头管(904)方向渐进缩小结构，接头管(904)的内径与被测管件(10)的内径、接头管(904)的外径与被测管件(10)的外径均相等；卡套接头包括一个管套(905)，被测管件(10)插设在管套(905)的一端内部，被测管件(10)和管套(905)之间、管套(905)和输水干管(4)或回流管(14)之间各设置一个用于密封的卡套I(907)，管套(905)的两端各设一个用于压紧卡套I(907)的卡套压紧头I(906)；两个层流缓冲接头(9)之间连接有被测管件(10)，被测管件(10)的两端均设有环隙测压孔(1001)，被测管件(10)上设有分别覆盖两端的环隙测压孔(1001)的环隙测压接头(11)，环隙测压接头(11)为三通结构，两个环隙测压接头(11)连接有与被测管件(10)成并联关系的引压管(12)，引压管(12)上设有压差传感器(13)，回流管(14)的后端与循环水箱(1)连接。

2.如权利要求1所述的一种可更换被测管件的层流测定装置，其特征在于：输水干管(4)的前部设有用于泄压稳流的旁路调节支管(5)，旁路调节支管(5)上设有旁路调节阀(6)，流量调节阀(7)和流量计(8)位于旁路调节支管(5)和输水干管(4)的连接节点之后。

3.如权利要求1所述的一种可更换被测管件的层流测定装置，其特征在于：被测管件(10)的两端均周向等距设有3～4个环隙测压孔(1001)。

4.如权利要求1所述的一种可更换被测管件的层流测定装置，其特征在于：层流缓冲管(901)包括直流段(902)，直流段(902)的一端与输水干管(4)或回流管(14)通过水管接头连接，直流段(902)的另一端与缓冲过渡段(903)为一体成型密封连接，直流段(902)的内部通道为等径直筒结构。

5.如权利要求4所述的一种可更换被测管件的层流测定装置，其特征在于：管套(905)的两端设有外螺纹I，卡套压紧头I(906)为环形结构，卡套压紧头I(906)的内壁上设有与管套(905)的外螺纹I配合的内螺纹I。

6.如权利要求5所述的一种可更换被测管件的层流测定装置，其特征在于：卡套I(907)为渐进缩小的中空圆台结构，卡套I(907)的最小内径等于被测管件(10)的外径。

7.如权利要求1或2或3所述的一种可更换被测管件的层流测定装置，其特征在于：环隙测压接头(11)包括作为主体的三通(1101)，三通(1101)的左右两个端头处设有外螺纹II，三通(1101)的左端头和右端头上均设有用于密封的卡套II(1105)和用于压紧卡套II(1105)的卡套压紧头II(1106)，卡套压紧头II(1106)的内侧设有与外螺纹II配合的内螺纹II，三通(1101)的内壁与被测管件(10)之间的间隙通过卡套II(1105)密封形成环隙测压空间，三通(1101)的上端头内设有与环隙测压空间连通的外引压孔(1103)，三通(1101)的上端头上设有用于连接引压管(12)的水管接头II(1104)。

8.如权利要求7所述的一种可更换被测管件的层流测定装置，其特征在于：三通(1101)的内壁中部向外扩形成剖面为椭圆形状的环隙腔(1102)，环隙腔(1102)与外引压孔(1103)连通。

9.如权利要求8所述的一种可更换被测管件的层流测定装置，其特征在于：卡套II(1105)为渐进缩小的中空圆台结构，卡套II(1105)的最小内径等于被测管件(10)的外径。

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