CN113137379A - 用于低温泵综合性能评估的小型撬装闭式回路测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于低温泵综合性能评估的小型撬装闭式回路测试装置，包括测试回路、撬装箱体、绝热保温填充。所述的测试回路包括加压液氮储罐、过滤器、被测低温泵、低温可视化玻璃管、低温流量计、翅片盘管换热器、常压液氮储罐、低温流量调节阀、稳压孔板、加压气罐、高速摄像头、差压变送器；其中过滤器、测试低温泵、低温可视化玻璃管、低温流量计和高速摄像头由内箱进行隔离封装。所述的测试回路集成固定在所述的撬装箱体内，由环氧吊杆支撑固定悬挂于撬装箱体的上盖板内侧面。本发明系统节能环保，便于运输、操作简便安全，出口流体可视化，可满足宽压力范围、不同过冷度、气液两相等各类工况下小型低温泵的低温性能测试任务需求。

Description

用于低温泵综合性能评估的小型撬装闭式回路测试装置

技术领域

本发明涉及低温泵，尤其涉及一种用于低温泵综合性能评估的小型撬装闭式回路测试装置。

背景技术

随着低温技术的发展，低温流体泵的使用场合逐渐变多，研制一套可测试低温泵综合性能的整装测试装置可极大地方便泵的调试与优化。由于低温流体的饱和蒸汽压力随温度变化显著，因此在测试过程中要确保测试管路的低温环境。对于低温离心泵的性能测试，除常规离心泵的扬程、流量及效率的特性曲线测试外，随着泵入口压力的变化，泵内低温流体的空化特性测试以及泵入口含气率对于低温泵性能的影响研究也十分重要，因此测试系统需要可以调节泵入口处低温流体的压力以及含气率。

授权公告号CN103758744B的专利公开了一种新型低温泵试验台包括存储区、循环区、测试区及尾气处理区，测试区设置被测试泵，存储区通过管路连通至循环区，循环区连通被测试泵，形成测试回路。该系统将汽化后的低温介质通过循环罐顶部的冷凝器冷凝液化，提高了试验介质的循环利用率。但该系统在管路的绝热方面并无措施，低温流体在循环管路种漏热大，内部低温液体极易汽化，对低温液体泵的性能测试影响较大且该系统无法测量低温泵进出口的压力、温度等参数。

授权公告号CN105020150B的专利公开了一种过冷测试系统及低温离心泵测试系统，包括增压气瓶、敞口杜瓦、增压腔体、换热管盘及节流小孔。通过增压腔体可提高泵入口压力消除低温离心泵入口的汽蚀影响，该系统将增压腔体放置于敞口杜瓦中的低温液体液面之下保持低温环境。但泵体直接接触低温液体会导致漏热大，且在长时间的测试工况下，敞口杜瓦内低温液体消耗量大。同时敞口容器的设计使实验系统移动性小且不方便拆卸与更换被测试泵。

授权公告号CN107035675B的专利公开了一种真空绝热保护的小型低温液体泵性能测试系统，包括法兰盖板、真空罩、被测低温液体泵、真空泵、液氮储罐、敞口杜瓦瓶、进口管路和出口管路、压力传感器、温度传感器。其采用真空泵实现真空腔内的高真空条件，为被测低温液体泵提供绝热环境；法兰盖板被设置为不直接接触输送低温液体的管路，减少了管路对法兰盖板的漏热；通过对真空腔内外的管路分别包裹绝热材料，从而进一步减小漏热。但真空绝热技术方法对真空度要求高，对所有设备都要求气密性，实际操作复杂，并且该系统无法控制泵入口压力以及含气量，无法观察泵出口流体状态。

经过现有技术的检索发现，现有技术中的低温泵的性能测试系统存在漏热较大、系统不易拆卸、更换被测试泵的操作复杂等问题，并且缺乏低温泵综合性能评估功能如：测试泵进出口压力及温度、调节泵入口压力及含气率、泵出口流体可视化等。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺陷，提供一种采用新的绝热措施、方便替换内部管路部件、且泵入口压力可调节的用于低温泵综合性能评估的小型撬装式闭式回路测试装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于低温泵综合性能评估的小型撬装闭式回路测试装置，其特征在于，包括测试回路、撬装箱体、绝热保温填充。

所述的测试回路主要包括加压液氮储罐、过滤器、被测低温泵、低温可视化玻璃管、低温流量计、翅片盘管换热器、常压液氮储罐、低温流量调节阀、稳压孔板、加压气罐、高速摄像头、差压变送器。所述的过滤器、测试低温泵、低温可视化玻璃管、低温流量计和高速摄像头由内箱进行隔离封装。

所述的测试回路集成固定在所述的撬装箱体内，具体地是由环氧吊杆支撑固定并悬挂于撬装箱体的上盖板内侧面。所述的撬装箱体内填充绝热材料。

所述的高压液氮储罐为采用椭圆封头的不锈钢柱罐，顶部接有安全阀及排液阀，两者采用U型组合结构布置，其通过连接液氮杜瓦接头的液氮进液管路加注液氮，并由上方连接的加压气罐控制压力，在其气相区域连接一含低温气体调节阀的低温氮气进气管至泵入口处，可调节泵入口的含气量。

所述的高压液氮储罐内部含有的液位计，获取储罐内液位。

所述的高压液氮储罐中上部位设置有稳压孔板，回流到高压液氮储罐内的流体冲击稳压孔板中的挡板部分，再顺着稳压孔板上的节流孔流入储罐，使储罐内液面更加稳定，减少了波动扰流。

所述的常压液氮储罐采用采用椭圆封头的不锈钢柱罐，顶部接有安全阀及排液组合结构，该部分采用三支路管组合结构，第一条管路接安全阀，第二条管路为排气管路用于排气控压，接有压力表、低温截止阀和低温常开电磁阀，第三条管路为排液管路，用于排放常压液氮储罐内液体，顶部接螺帽堵头。

所述的常压液氮储罐内部设有液位计，且与进液管路上安置的低温电磁阀配合联动，根据液位情况补加液氮。

所述的加压气罐通过气动快速接头与外部氮气瓶相接，气罐上方连有气罐上球阀控制氮气充停、排气阀控制泄去多余气体，气罐下方连有气罐下球阀控制高压氮气进入高压液氮储罐。气罐上配有压力表45获取气罐内压力读数。

所述的撬装箱体通过上盖设置的两个漏斗口填充珠光砂绝热材料，所述的撬装箱体底部的抽真空口(含滤网)连接外部真空泵，在填充珠光砂的同时配合真空泵的开启，可使珠光砂填充的更加紧实，增强绝热效果。

所述的内箱含氮气进气管和排气管，氮气进气管通过气动快速接头与外部氮气瓶相接，排气管另一端接气动PU接头，两者配合可向内箱内充加氮气以排净空气(含水蒸气)，在低温状态下更好实现可视化。

所述的内箱外设置有环氧树脂挡板，用于将内箱门与外部珠光砂隔开，挡板内由聚氨酯泡沫塞进行填充绝热，可在开内箱门进行内部管路替换时省去珠光砂排空及充注过程。

所述的测试回路在泵前后设置测压孔，并用毛细管引出连接差压变送器测量泵前后压差，同时泵前后也安装压力传感器进行绝压测量。该装置在泵进出口、换热器进出口及真空绝热管口均设有温度传感器。

所述的温度传感器的安装方式采用管道嵌入铜块式。在管路内嵌入并焊接铜块，将封装温度计固定在铜块上进行测温。

所述的装置在高压液氮储罐出液管和常压液氮储罐进液管处设有波纹管结构，测试回路中的管路为波纹套管，利于装配和消除应力。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明采用了外箱珠光砂填充和内箱聚氨酯泡沫塞隔热的方式，保证了管路的绝热性能，对于内箱里的测试主管路零部件的替换，可通过抽出聚氨酯泡沫塞并打开内箱门完成操作。管路内多处采用了波纹管和VCR接头等连接设计，便于安装的同时可消除低温应力。

2、本发明将测试回路集成固定，并采用环氧吊杆支撑的方法悬挂于撬装箱体的上盖板内侧面，在装配过程中可直接从撬装箱体顶部由起吊器吊出，一体化的骨架设计使该装置更加稳定可靠，同时移动方便。

3、本发明的泵入口管路所接的高压液氮储罐由其顶部相连的加压氮气罐提供压力，可使罐内的液氮在温度不变的情况下达到过冷状态，过冷状态下的低温流体流经测试回路时更加不易发生汽化。并且根据加压气罐上的压力表及进气排气阀门可控制气罐的内压力，进而控制高压液氮罐内压力，可人工调节泵入口流体压力参数，测试不同进口压力下的泵性能情况。

4、本发明在泵测试管路入口处除液体管路外，还设置有低温气体管路。通过在高压储罐气相区域连接一含低温气体调节阀的氮气细管至泵入口处，可人为获得两相流入口条件。配合置于泵出口近端管路上的低温可视化玻璃管及高速摄像头，可观察泵出口流体状态，同时内箱上设计有氮气输入管路及排气管路，可用于排净内箱内的空气(含水蒸气)，确保在低温测试过程中，可视化管段无结霜现象，更好的观察介质流动状态。

附图说明

图1为本发明用于低温泵综合性能评估的小型撬装闭式回路测试装置第一实施例示意图；

图2为本发明绝热保温示意图；

图3为本发明稳压孔板俯视图；

图4为本发明加压气罐示意图；

图5为本发明常压液氮储罐的安全阀和排液排气阀组合结构28示意图；

图6为本发明提供的温度传感器固定结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。

先请参阅图1，图1为本发明用于低温泵综合性能评估的小型撬装闭式回路测试装置结构示意图；

本发明用于低温泵综合性能评估的小型撬装闭式回路测试装置，其括测试回路、撬装箱体29、绝热保温填充。

测试回路主要包括加压液氮储罐1、过滤器3、被测低温泵5、低温可视化玻璃管6、低温流量计7、翅片盘管换热器8、常压液氮储罐9、低温流量调节阀10、稳压孔板11、加压气罐13、高速摄像头23、差压变送器25。其中过滤器3、测试低温泵5、低温可视化玻璃管6、低温流量计7和高速摄像头23由内箱30进行隔离封装。

本实施例中，液氮杜瓦接头15外接液氮杜瓦，内连两条管路31、32分别给高压液氮储罐1和常压液氮储罐9加注液氮，两储罐中均含液位计读取液位信息，其中常压液氮储罐内液位计22含通讯功能，可与常压液氮储9进液管路32上的低温电磁阀16相配合及时补充储罐内因换热消耗的液氮。气动快速接头12外接氮气瓶，内接加压气罐13和内箱的氮气进气管19。如图4所示，加压气罐13上方连有气罐上球阀43控制氮气充停、气罐排气阀44控制泄去多余气体，气罐下方连有气罐下球阀46控制高压氮气进入高压液氮储罐，气罐上配有压力表45用于对气罐内压力读数并控制。两储罐均配置有安全阀及排放阀组合结构14、28。

使用本装置测试低温离心泵时，如图2所示将绝热活塞42插入并固定后，由外箱上盖板的漏斗40向箱体内部填充珠光砂，填充过程中用真空泵连接外箱上的真空抽口24使填充更加紧密，保证绝热效果。

关闭排液管26的上的第5阀门，其他液体管路保持畅通状态，由外接液氮杜瓦向两个液氮储罐中加注液氮至合适液位。开启内箱氮气进气管19上的第2阀门，关闭气罐下球阀46、气罐排气阀44及气罐上球阀43，通过外接氮气瓶向内箱注入氮气至排空内箱内空气。再关闭内箱氮气进气管19上的第2阀门，开启气罐上球阀43，使气罐内气体压力达到目标值后，打开气罐下球阀46，使高压气体进入高压液氮储罐1。开启测试泵，泵产生吸入力使高压液氮流入测试管路，经过泵提高一定压力及温度后进入换热器与常压液氮进行换热回到过冷状态后返回高压过冷液氮储罐1，回流先冲撞高压储罐内的稳压孔板11后从节流孔33内流入储罐。

测试前需先预冷一段时间后，待泵前后温度传感器采集的数据稳定低温后开始测试。泵的扬程可通过泵前后取压孔连接的差压变送器读取计算，流量通过涡轮流量计7进行测量。在测量泵的汽蚀余量曲线时先通过加压气罐13改变泵入口流体压力，通过泵前的压力传感器读取泵入口压力参数，进而结合扬程数据绘制曲线。在测试泵运送两相流能力实验中，可通过调节低温氮气进气管18上的低温气体调节阀控制泵入口处流体的含气量，并配合泵出口处的低温可视化玻璃管段16及高速摄像头23观察泵出口处流体状态。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于低温泵综合性能评估的小型撬装闭式回路测试装置，其特征在于，包括高压液氮储罐(1)、常压液氮储罐(9)、加压气罐(13)、撬装箱体(29)和内箱(30)，所述的高压液氮储罐(1)、常压液氮储罐(9)、加压气罐(13)和内箱(30)利用环氧吊杆悬挂在所述的撬装箱体(29)上盖板下方的撬装箱体内；

在所述的高压液氮储罐(1)的中上部设有稳压孔板(11)，该稳压孔板(11)的四周设有节流孔(33)；在所述的高压液氮储罐(1)的顶部安装有第一安全阀及排液阀组合结构(14)和第一液位计(21)，该第一安全阀及排液阀组合结构(14)伸出所述的撬装箱体(29)的上盖板外，所述的第一液位计(21)深入所述的高压液氮储罐(1)内；所述的高压液氮储罐(1)的顶部通过第一液氮进液管路(31)连接所述的高压液氮储罐(1)上方的液氮杜瓦接头(15)再与加注液氮的液氮杜瓦瓶相连；在所述的高压液氮储罐(1)的上方连接所述的加压气罐(13)，所述的加压气罐(13)的上方的管路上依次设有排气阀(44)、气罐上球阀(43)、气动快速接头(12)，所述的气动快速接头(12)与氮气瓶相连，所述的气罐上球阀(43)控制氮气的充停，所述的排气阀(44)控制泄去多余气体，该加压气罐(13)的下方连有气罐下球阀(46)，控制进入所述的高压液氮储罐(1)的高压氮气，气罐上配有压力表(45)以获取气罐内压力读数，在所述的气动快速接头(12)与上球阀(43)之间的管路上安装有第2阀门的氮气进气管(19)深入所述的內箱(30)中；在所述的第一液氮进液管路(31)上的第1阀门与所述的液氮杜瓦接头(15)之间设有第二液氮进液管路(32)，该第二液氮进液管路(32)上依次安装有第3阀门、低温电磁阀(16)、进液管(17)与所述的常压液氮储罐(9)进液口相连通；在所述的高压液氮储罐(1)底安装有出液管(2)，该出液管(2)进入所述的內箱(30)，依次经过滤器(3)与测试管路(4)相连，该测试管路(4)依次经所述的被测低温泵(5)、低温可视化玻璃管(6)、低温流量计(7)输出，再经所述的常压液氮储罐(9)底的输入口与在所述的常压液氮储罐(9)内的翅片盘管换热器(8)的输入端相连，该翅片盘管换热器(8)的输出端的排液管(26)经排液管(26)穿过所述的撬装箱体(29)的上盖板输出，在所述的常压液氮储罐(9)的顶外与所述的撬装箱体(29)的上盖板之间的排液管(26)上设置第5阀门；

在所述的內箱(30)内正对所述的低温可视化玻璃管(6)设有高速摄像头(23)，在所述的撬装箱体(29)的上盖板外的差压变送器(25)与所述的被测低温泵(5)两端的测试管路(4)相连；在所述的內箱(30)之顶设有排气管(20)，在所述的高压液氮储罐(1)的顶部与所述的内箱(30)的测试管路(4)之间连接一含低温气体调节阀的低温氮气进气管(18)，所述的高压液氮储罐(1)内部含有第一液位计(21)；

在所述的常压液氮储罐(9)内设有第二液位计(22)，在所述的常压液氮储罐(9)之顶设有第二安全阀及排液组合结构(28)，该第二安全阀及排液组合结构(28)采用三支路管组合结构，第一条管路接安全阀(35)，第二条管路为排气管路用于排气控压，接有压力表(36)、低温截止阀(37)和低温常开电磁阀(38)，第三条管路为排液管路(39)，用于排放常压液氮储罐(9)内液体，顶部接螺帽堵头；

在所述的高压液氮储罐(1)的顶上还有一管路经低温流量调节阀(10)、第4阀门与所述的常压液氮储罐(9)与第5阀门之间的排液管(26)相连；

所述的过滤器(3)、测试低温泵(5)、低温可视化玻璃管(6)、低温流量计(7)和高速摄像头(23)隔离封装在所述的内箱(30)内，具体的隔离封装方式是：所述的内箱(30)外设置有环氧树脂挡板(41)，用于将所述的内箱(30)的门与外部珠光砂隔开，所述的环氧树脂挡板(41)内由聚氨酯泡沫塞(42)进行填充绝热；

在所述的撬装箱体(29)上的两对角设有两个漏斗口(40)，所述的撬装箱体(29)底部设有抽真空口(含滤网)(24)，该抽真空口与真空泵相连；所述的撬装箱体(29)内填充绝热材料珠光砂。

2.根据权利要求1所述的用于低温泵综合性能评估的小型撬装闭式回路测试装置，其特征在于，所述的高压液氮储罐(1)为采用椭圆封头的不锈钢柱罐。

3.根据权利要求1所述的用于低温泵综合性能评估的小型撬装闭式回路测试装置，其特征在于，所述的常压液氮储罐(9)采用椭圆封头的不锈钢柱罐。

4.根据权利要求1所述的用于低温泵综合性能评估的小型撬装闭式回路测试装置，其特征在于，所述的排气管(20)的出口端接气动PU接头。

5.根据权利要求1所述的测试回路，其特征在于，该装置在被测低温泵(5)的前后设置测压孔，并用毛细管引出连接所述的差压变送器(25)测量泵前后压差，同时泵前后也安装压力传感器进行绝压测量，该装置在被测低温泵(5)的进出口、压差换热器(25)的进出口及真空绝热管口均设有温度传感器，所述的温度传感器(50)的安装方式采用管道嵌入铜块式，在管路(48)内嵌入并焊接铜块(49)，将封装的温度传感器(50)固定在铜块(49)上进行测温。

6.根据权利要求1至5任一项所述的用于低温泵综合性能评估的小型撬装闭式回路测试装置，其特征在于，在高压液氮储罐(1)的出液管(2)和常压液氮储罐(9)的进液管(17)处设有波纹管结构，所述的测试回路(4)为波纹套管。

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