CN114166641A - 文氏管反压性能测试装置以及测试方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及航空航天技术领域，尤其是涉及文氏管反压性能测试装置以及测试方法；文氏管反压性能测试装置包括增压单元、储存单元及文氏管测试单元；储存单元一端通过调节单元与增压单元连通；储存单元另一端与文氏管测试单元连通；文氏管测试单元包括多个串联排布的文氏管，相邻文氏管之间设置有文后压力传感器；靠近储存单元的文氏管前端设有文前压力传感器；本申请利用调节单元与文前压力传感器，保证文前输入压力能够快速、精准的调节至第一预设压力；文氏管测试单元采用多个文氏管串联调节的方式，能够保证文氏管测试单元的输出压力为第二预设压力，即本申请可以快速精准的测量各个工况下文氏管的临界压力，调节快速精准。

Description

文氏管反压性能测试装置以及测试方法

技术领域

本申请涉及航空航天技术领域，尤其是涉及一种文氏管反压性能测试装置以及测试方法。

背景技术

可调文氏管是一种通过调节开度，控制流量的调节阀，通常为圆形截面，通过可移动阀芯与收缩段、喉部、扩张段的相互配合，调节喉口的最小流通截面面积，从而达到调节流量的目的。

文氏管的压比P_r的定义为文氏管的出口静压与文氏管入口静压的比值，即为：

式中，P_out和P_in分别为文氏管的出口压力和入口压力。

临界压比是文氏管的一个十分重要的性能参数。在文氏管入口压力不变时，文氏管下游压力逐渐增高，即文氏管出口压力逐渐增高，压比逐渐增大，此时，尽管文氏管下游压力发生变化，管路中流量依旧基本稳定。这是由于文氏管喉部发生了汽蚀，喉部保持为工质的饱和蒸汽压力，流量仅仅取决于文氏管入口压力和喉部压力，由于入口压力和喉部压力未变，故流量不变。

当文氏管出口压力继续增加，文氏管喉部压力将不再是工质的饱和蒸汽压，此时流量将会迅速降低，管路流量会随下游压力波动而发生波动，使得流量发生显著变化的压比被称为临界压比。

换句话说，当压比低于临界压比时，管路流量保持稳定，不受下游压力影响。当压比高于临界压比时，管路流量与下游压力相关，受下游压力影响。获取准确的临界压比是一项十分重要的工作，因为这关乎文氏管能否有效隔绝下游压力波动，保证管路中的流量稳定。实际工作工程中，不同的文氏管入口压力，不同的文氏管开度具有不同的临界压比，为测量文氏管的临界压比，现有的测试系统是通过手动调节减压器以调节贮箱压力，从而调节文氏管入口压力；在文氏管的下游手动调节针阀的开度，从而调节文氏管出口压力。

然而上述获取文氏管的临界压比的操作一方面由于手动调节减压器和针阀，调节较为繁琐，尤其是需要测量不同上游压力，不同开度的临界压比时，工作量较大，手动操作繁琐；另一方面，由于减压器和针阀都是手动调节，控制精度不高，很难获取目标工况下的临界压比，只能得到一个目标工况附近的临界压比，存在一定误差。

发明内容

本申请的目的在于提供一种文氏管反压性能测试装置以及测试方法，以在一定程度上解决现有技术中手动调节减压器和针阀而带来的操作繁琐以及精度无法控制的技术问题。

本申请提供了一种文氏管反压性能测试装置，包括增压单元、储存单元以及文氏管测试单元；

所述储存单元的一端通过调节单元与所述增压单元连通；所述储存单元的另一端与所述文氏管测试单元连通；

所述文氏管测试单元包括多个串联排布的文氏管，相邻所述文氏管之间设置有文后压力传感器；靠近所述储存单元的所述文氏管前端设置有文前压力传感器；

所述调节单元以及所述文前压力传感器用于调控所述储存单元的输入压力，以使所述文氏管测试单元的输入压力为第一预设压力；

所述文后压力传感器以及远离所述增压单元的所述文氏管用于调节所述文氏管测试单元的输出压力，以使所述文氏管测试单元的输出压力为第二预设压力。

在上述技术方案中，进一步地，所述调节单元包括并联排布的第一调节管路和第二调节管路；所述第一调节管路与所述第二调节管路的一端分别与所述增压单元连通，且另一端分别与所述储存单元连通；

所述第一调节管路上设置有电控减压器；

所述第二调节管路上靠近所述增压单元的一端设置有节流孔板，且靠近所述储存单元的一端设置有节流电磁阀。

在上述技术方案中，进一步地，还包括循环单元；所述循环单元包括循环管路，所述循环管路的一端与所述文氏管单元连通且另一端与所述储存单元连通；

所述循环管路上依次设置有主路电磁阀、电动泵、泵后压力传感器以及单向阀；

所述主路电磁阀靠近所述文氏管测试单元，所述单向阀靠近所述储存单元。

在上述技术方案中，进一步地，所述增压单元包括气瓶以及与所述气瓶连通的供气管路；

所述供气管路的另一端与所述调节单元连通；

所述供气管路上靠近所述气瓶设置有气瓶压力传感器，且靠近所述调节单元设置有供气电磁阀。

在上述技术方案中，进一步地，所述储存单元包括贮箱以及与所述贮箱连通的供液管路；

所述供液管路的另一端与所述文氏管测试单元连通；

所述贮箱的上设置有安全阀、泄放电磁阀、贮箱压力传感器以及加注泄压阀；

所述供液管路上依次设置有过滤器、电动球阀、前置手阀以及流量计；所述过滤器靠近所述贮箱，所述流量计靠近所述文氏管测试单元。

在上述技术方案中，进一步地，所述测试管路上还设置有缓冲罐；所述缓冲罐设置于相邻所述文氏管之间。

本申请还提供一种文氏管反压性能测试装置的测试方法，包括如下步骤：

设定参数：设定所述第一预设压力为P_in，获取实时文前压力为P_in'，设定所述第二预设压力为P_out，获取实时文后压力为P_out'；

调节文前压力偏差：利用比较器比较所述第一预设压力和所述实时文前压力，并获取得到第一压力差e₁；根据所述第一压力差调控所述调节单元，以使所述实时文前压力趋近于所述第一预设压力；

调节文后压力偏差：利用比较器比较所述第二预设压力和所述实时文后压力，并获取得到第二压力差e₂；根据所述第二压力差调控远离所述储存单元的所述文氏管，以使所述实时文后压力趋近于所述第二预设压力。

在上述技术方案中，进一步地，所述调节文前压力偏差步骤包括如下步骤：

当所述第一压力差满足-0.05×P_in＜e₁＜0.05×P_in时，关闭所述节流电磁阀和所述泄放电磁阀；根据当前时刻的第一压力差量e_1(k)、上一时刻的第一压力差量e_1(k-1)以及再上一时刻的第一压力差量e_1(k-2)利用公式(1)获取得到第一控制量增量ΔU_1(k)，根据ΔU_1(k)调控所述电控减压器的开度大小，以调控所述实时文前压力P_in'：

其中，T_s为采样时间，K_p为比例系数、K_i为积分系数以及K_d为微分系数；

当所述第一压力差0.05×P_in＜e₁时，关闭所述泄放电磁阀，打开所述节流电磁阀，通过所述调节单元向所述储存单元注入增压气，以增大所述实时文前压力P_in'；

当所述第一压力差e₁＜-0.05×P_in时，打开所述泄放电磁阀，关闭所述节流电磁阀，降低所述储存单元的压力，以减小所述实时文前压力P_in'。

在上述技术方案中，进一步地，所述调节文后压力偏差步骤包括如下步骤：

根据当前时刻的第二压力差量e_2(k)，上一时刻的第二压力差量e_2(k-1)以及再上一时刻的第一压力差量e_2(k-2)，利用公式(2)获取得到第二控制量增量ΔU_2(k)，根据所述U₂(k)调节远离所述储存单元的所述文氏管的开度，以调控所述实时文后压力为P_out'；

其中，T_s'为采样时间，K_p'为比例系数、K_i'为积分系数以及K_d'为微分系数。

在上述技术方案中，进一步地，所述调节文后压力偏差步骤之后还包括循环步骤，所述循环步骤包括如下步骤：

通过所述贮箱压力传感器获得实时贮箱压力P_tank；

设定经过所述电动泵后的目标压力为P_p，且P_p＝1.5×P_tank；

利用比较器获取所述实时贮箱压力P_tank与所述目标压力为P_p的第三压力偏差e₃；

利用公式(3)计算用于调整所述电动泵的转速的第三控制量增量ΔU_3(k)，且根据所述第三控制量ΔU_3(k)以使P_p＝1.5×P_tank：

ΔU_3(k)＝K_p”×e_3(k) (3)

其中，e_3(k)是当前时刻的所述第三压力偏差量，ΔU_3(k)为所述电动泵的转速的增量，K_p”比例系数。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请提供了一种文氏管反压性能测试装置，包括增压单元、储存单元以及文氏管测试单元；

所述储存单元的一端通过调节单元与所述增压单元连通；所述储存单元的另一端与所述文氏管测试单元连通；

所述文氏管测试单元包括多个串联排布的文氏管，相邻所述文氏管之间设置有文后压力传感器，所述测试管路靠近所述储存单元的一端设置有文前压力传感器；

所述调节单元以及所述文前压力传感器用于调控所述储存单元的输入压力，以使所述文氏管测试单元的输入压力为第一预设压力；

所述文后压力传感器以及远离所述增压单元的所述文氏管用于调节所述文氏管测试单元的输出压力，以使所述文氏管测试单元的输出压力为第二预设压力。

具体地，本申请利用调节单元与文前压力传感器的配合作用，保证文前输入压力能够快速、精准的调节至第一预设压力；与此同时，所述文氏管测试单元采用双文氏管串联调节的方式，在被测文氏管后设置有同等规格的辅助文氏管，辅助文氏管用于调节被测文氏管的出口压力，使得被测文氏管的输出压力调节精度更高，可以更加精准快速的调节被测文氏管输出压力为第二预设压力。即本申请可以快速精准的测量各个工况下(不同的文前压力和被测文氏管开度的情况)，被测文氏管的临界压力，相比于现有技术中手动调节减压器和针阀，调节不仅繁琐且无法保证控制精度而言，本申请测试过程简单快速，结果更加精准。

本申请还提供了一种文氏管反压性能测试装置的测试方法，包括如下步骤：

设定参数：设定所述第一预设压力为P_in，获取实时文前压力为P_in'，设定所述第二预设压力为P_out，获取实时文后压力为P_out'；

调节文前压力偏差：利用比较器比较所述第一预设压力和所述实时文前压力，并获取得到第一压力差e₁；根据所述第一压力差调控所述调节单元，以使所述实时文前压力趋近于所述第一预设压力；

调节文后压力偏差：利用比较器比较所述第二预设压力和所述实时文后压力，并获取得到第二压力差e₂；根据所述第二压力差调控远离所述储存单元的所述文氏管，以使所述实时文后压力趋近于所述第二预设压力。

具体地，采用压力闭环反馈调节文氏管的文前压力和文后压力，使得实时的文前压力和文后压力更加精准；通过第一预设压力为P_in和第一压力差e₁，反馈调节电控减压器4和节流电磁阀11，保证了文前压力的稳定准确；通过第二预设压力为P_out和第二压力差e₂，反馈调节辅助文氏管的开度，保证了文后压力的稳定准确。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，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为本申请实施例一提供的文氏管反压性能测试装置的结构示意图；

图2为本申请实施例二提供的文氏管反压性能测试装置的结构示意图；

图3为本申请实施例三提供的文氏管前压力反馈调控框图；

图4为本申请实施例三提供的文氏管后压力反馈调控框图；

图5为本申请实施例三提供的电动泵压力反馈调控示框图；

图6为本申请实施例三提供的文氏管反压性能测方法的整体流程框图。

附图标记：

1-气瓶；2-气瓶压力传感器；3-供气电磁阀；4-电控减压器；5-贮箱前置手阀；6-贮箱前置电磁阀；7-贮箱压力传感器；8-泄放电磁阀；9-安全阀；10-节流孔板；11-节流电磁阀；12-贮箱；13-加注泄出阀；14-过滤器；15-电动球阀；16-前置手阀；17-流量计；18-文前压力传感器；19-被测文氏管；20-缓冲器；21-文后压力传感器；22-辅助文氏管；23-主路电磁阀；24-电动泵；25-泵后压力传感器；26-单向阀；27-第一调节管路；28-第二调节管路；29-供气管路；30-供液管路；31-测试管路；32-循环管路；33-储存单元；34-增压单元；35-文氏管测试单元；36-调节单元。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和显示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。

基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例一

下面参照图1描述根据本申请一些实施例所述的一种文氏管反压性能测试装置。

在该实施例中所述文氏管反压性能测试装置，包括增压单元34、用于存储液体工质的储存单元33以及文氏管测试单元35；所述储存单元33的输入端通过调节单元36与存储有高压氮气的增压单元34连通，所述增压单元34能够向储存单元33增压；所述储存单元33的输出端与所述文氏管测试单元35连通，即储存单元33内的液体工质能够导向至文氏管测试单元35内。

具体地，将增压单元34作为增压气源向储存单元33增压，所述调节单元36能够快速准确地调控增压单元34向储存单元33输入的第一预设压力，确保储存单元33输出第一预设压力准确而又稳定，进而保证文氏管测试单元35的输入压力(这里面的输入压力可以理解为第一预设压力)的准确度。

更具体地，所述文氏管测试单元35包括测试管路31，所述测试管路31上串联排布有两个文氏管，分别为被测文氏管19和辅助文氏管22，其中，被测文氏管19靠近储存单元33，在测试管路31上且位于被测文氏管19的前端设置有文前压力传感器18，在被测文氏管19与辅助文氏管22之间设置有文后压力传感器21。

进一步地，文前压力传感器18用于检测被测文氏管19的入口压力，是求被测文氏管19临界压比的重要参数；为保证被测文氏管19入口压力的稳定，即文前压力的稳定，将文前压力传感器18的实时测量数值作为反馈量输入到PLC控制器内，以供PLC决策分析，讲实时的文前压力与第一预设压力对比，获取压力偏差量，从而实时调整调节单元36。

进一步地，被测文氏管19是本申请中待测试的文氏管，被测文氏管19可通过调整针锥位移，从而调整喉部节流面积，从而调整流量；本申请需要测定的是被测文氏管19在多个固定的上游压力下(即文前压力)，不同的文氏管开度下，所对应的临界压比；临界压力越大，表示被测文氏管19的反压性能愈佳。值得注意的是：同一文氏管开度下，不同的文前压力，对应的实际临界压比不同。同一文前压力，不同的文氏管开度，对应的实际临界压比也不用。

进一步地，文后压力传感器21能够实时监测文氏管出口的压力，是求得临界反压比的另一个重要参数；本申请为稳定、快速、精准地调节文氏管出口压力，在被测文氏管19的下游串联了同等规格的辅助文氏管22；文后压力传感器21的实时读数将被PLC采集，通过实时的文后压力与第二预设压力比较，得到文后压力的偏差，从而依据该偏差实时调整辅助文氏管22的开度。

进一步地，辅助文氏管22能够通过调整阀门开度，稳定快速地调整被测文氏管19的出口压力，保证被测文氏管19出口压力稳定于第二预设压力值。

进一步地，所述所述测试管路31上还设置有缓冲罐；所述缓冲罐设置于相邻所述文氏管之间；更进一步地，缓冲器20作为较小的压力容器罐，能够对液体工质起到缓冲作用，能够避免储存单元33瞬间开启和连通于储存单元33与文氏管测试单元35之间的管路的压力峰，使得该管路压力更加平稳。值得注意的是：本申请中将缓冲罐放在被测文氏管19之后，也能从一定程度保证被测文氏管19输出压力的稳定，避免过大的压力峰，起到压力缓冲作用。

综上，本申请利用调节单元36与文前压力传感器18的配合作用，保证文前输入压力能够快速、精准的调节至第一预设压力；与此同时，所述文氏管测试单元35采用双文氏管串联调节的方式，在被测文氏管19后设置有同等规格的辅助文氏管22，辅助文氏管22用于调节被测文氏管19的出口压力，使得被测文氏管19的输出压力调节精度更高，可以更加精准快速的调节被测文氏管19输出压力为第二预设压力。即本申请可以快速精准的测量各个工况下(不同的文前压力和被测文氏管19开度的情况)，被测文氏管19的临界压力，相比于现有技术中手动调节减压器和针阀，调节不仅繁琐且无法保证控制精度而言，本申请测试过程简单快速，结果更加精准。

在该实施例中，所述增压单元34包括气瓶1以及与所述气瓶1连通的供气管路29；所述供气管路29的另一端与所述调节单元36连通连通；所述供气管路29上靠近所述气瓶1设置有气瓶压力传感器2，且靠近所述调节单元36连通设置有供气电磁阀3。所述调节单元36包括并联排布的第一调节管路27和第二调节管路28；所述第一调节管路27与所述第二调节管路28的一端分别与所述供气管路29连通，且另一端分别与所述储存单元33连通；所述第一调节管路27上依次设置有电控减压器4、贮箱前置电磁阀6以及贮箱前置电磁阀6，其中电控减压器4靠近所述增压单元34；所述第二调节管路28上靠近所述增压单元34的一端设置有节流孔板10，且靠近所述储存单元33的一端设置有节流电磁阀11。所述储存单元33包括贮箱12以及与所述贮箱12连通的供液管路30；所述供液管路30的另一端与所述文氏管测试单元35连通；所述贮箱12的上设置有安全阀9、泄放电磁阀8、贮箱压力传感器7以及加注泄压阀；所述供液管路30上依次设置有过滤器14、电动球阀15、前置手阀16以及流量计17；所述过滤器14靠近所述贮箱12，所述流量计17靠近所述文氏管测试单元35。

具体地，气瓶1内存有高压氮气，高压氮气作为增压气源，给贮箱12增压，使得贮箱12保持一定压力。具体地，气瓶压力传感器2用于实时监测气瓶1的压力。

具体地，供气电磁阀3是供气管路29的总阀，用于控制供气管路29的开启。

具体地，电控减压器4作为可调节流元件，能够将气瓶1的高压降为贮箱12可用的压力并将高压气体通入贮箱12内，给贮箱12增压。

具体地，贮箱前置手阀5能够作为第一调节管路27的手动开关，控制贮箱12增压的开启和关闭，其是备用开关，当贮箱前置电磁阀6失效时则开启贮箱前置手阀5。

具体地，贮箱前置电磁阀6是第一调节管路27的电控开关。在试验前，需要开启贮箱前置电磁阀6，通过第一调节管路27向装有液体工质的贮箱12内送入高压气体，从而对贮箱12增压，随后维持在目标贮箱12压力，等待试验。在试验中，同样保证贮箱前置电磁阀6为开启的状态，通过电控减压器4的调节，源源不断地向贮箱12送气，保证贮箱12一直稳定在一定的压力范围内，避免贮箱12因液体工质的大量流出，气体空间增大，导致贮箱12压力大幅度下降。

具体地，当文氏管测试单元35输入压力过高，即贮箱12压力过高时，此时需要泄放贮箱12中过多的气体，即打开泄放电磁阀8，做到快速降低贮箱12压力，也就是相应地快速降低文氏管测试单元35输入压力。

具体地，安全阀9能够保证贮箱12内的压力不超过限定值，如果贮箱12的压力超过限定值，则安全阀9打开，降低贮箱12压力，避免贮箱12内的压力因操作贮箱12减压器失误，而导致贮箱12压力过高发生爆炸等危险。

具体地，节流孔板10作为节流元件，能够控制气体流量，避免大量高压氮气瞬间流入贮箱12，导致贮箱12压力过高而触发安全阀9。本申请中当文氏管测试单元35的输入压力过低时，可通过节流孔板10快速给贮箱12加气，从而增加贮箱12压力，快速提高文氏管测试单元35的输入压力。

具体地，节流电磁阀11作为第二调节管路28的开关；当文氏管测试单元35的输入压力过低时，开启节流电磁阀11，快速给贮箱12充气，从而迅速提高文氏管测试单元35的输入压力；当文氏管测试单元35压力适中或者过大时，关闭节流电磁阀11。

综上，上述的气瓶1、气瓶压力传感器2、供气电磁阀3、电控减压器4、贮箱前置手阀5、贮箱前置电磁阀6、贮箱压力传感器7、泄放电磁阀8、安全阀9、节流孔板10、节流电磁阀11作为贮箱12增压的元件；一方面，能够保证贮箱12具有第一预设压力，也就是能够保证了被测文氏管19输入压力为第一预设压力；另一方面保证大量液体工质流出贮箱12时，贮箱12的第一预设压力能够稳定，也就是保证被测文氏管19输入压力稳定，不发生较大波动。

具体地，贮箱12作为压力容器，能够储存一定量的液体工质，并且能够承受一定压力，可以将液体工质顺利地挤入供液管路30内，当流量一定时，从贮箱12到被测文氏管19入口的压降也一定，贮箱12压力的稳定可以保证被测文氏管19输入压力的稳定。

具体地，加注泄出阀13一方面能够作为液体加注使用，通过该阀门向贮箱12加注液体工质；另一方面作为泄出阀，通过该阀门将贮箱12中的剩余的液体工质排出。

具体地，过滤器14能够过滤固体杂物，防止供液管路30堵塞。

具体地，电动球阀15能够作为贮箱12的封口，在试验开始前堵住贮箱12的液体，防止贮箱12液体流出。

具体地，流量计17能够检测供液管路30的实时流量；值得注意的是：流量的快速变化是临界反压的一个重要特征，即当压比逐渐增大，流量依旧不变，当压比增至临界压比和大于临界压比时，流量开始快速下降。流量快速下降的起始点和转折点所对应的压比即为临界压力。因此本申请需实时监测流量，并依旧流量的变化情况得到喉部汽蚀被破坏的时刻，从而获取临界汽蚀比。

实施例二

下面参照图2描述根据本申请一些实施例所述的一种文氏管反压性能测试装置。

在该实施例中，所述文氏管反压性能测试装置还包括循环单元；所述循环单元包括循环管路32，所述循环管路32的一端与测试管路31连通且另一端与所述贮箱12连通；所述循环管路32上依次设置有主路电磁阀23、电动泵24、泵后压力传感器25以及单向阀26；所述主路电磁阀23靠近所述辅助文氏管22，所述单向阀26靠近所述贮箱12。

具体地，贮箱压力传感器7能够监测贮箱12压力和作为电动泵24转速调整的信息来源；进一步地，贮箱压力传感器7能够实时显示贮箱12压力并被PLC控制器在线采集使用；更进一步地，贮箱压力传感器7的读数将会被乘以1.5倍，作为泵后压力传感器25的目标压力；当泵后压力传感器25示数小于贮箱12压力的1.5倍时，电动泵24转速会一直增加；当泵后压力传感器25示数大于贮箱12压力的1.5倍时，电动泵24转速会一直减小。通过不断调整，使得泵后压力稳定在贮箱12压力的1.5倍附近，从而保证泵可以将辅助文氏管22下游的流体泵入贮箱12，从而保证贮箱12内的工质可以循环使用。

具体地，主路电磁阀23能够控制循环管路32的开启和关闭，也就是控制文氏管反压性能测试庄主的开始和结束。

具体地，电动泵24能够给循环管路32内的工质增压，保证工质的压力大于贮箱12压力，完成工质在输送系统中的循环利用。

具体地，单向阀26能够防止贮箱12内的液体工质进入电动泵24内，保证液体工质只能经过电动泵24增压后流入贮箱12。

实施例三

下面参照图3-6描述根据本申请一些实施例所述的一种文氏管反压性能测试方法。

一种文氏管反压性能测试方法包括如下步骤：

步骤100：设定参数：设定所述第一预设压力为P_in，利用文前压力传感器18获取实时文前压力为P_in'，设定所述第二预设压力为P_out，利用文后压力传感器21获取实时文后压力为P_'；

out

步骤200：调节文前压力偏差：利用比较器比较所述第一预设压力和所述实时文前压力，并获取得到第一压力差e₁；根据所述第一压力差调控所述调节单元36，以使所述实时文前压力趋近于所述第一预设压力；

步骤201：当第一压力差满足-0.05×P_in＜e₁＜0.05×P_in时，则表明当前第一压力差适中，实时文前压力为P_in'接近于第一预设压力为P_in，为实现对文前压力的更加精确的调节，关闭所述节流电磁阀11和所述泄放电磁阀8；根据当前时刻的第一压力差量e_1(k)、上一时刻的第一压力差量e_1(k-1)以及再上一时刻的第一压力差量e_1(k-2)利用公式(1)获取得到第一控制量增量ΔU_1(k)，根据ΔU_1(k)经过04AD模块转化为4-20mA模拟量，根据此模拟量调节电控减压器4的开度大小；进一步地，调节电控减压器4的开度大小，能够控制进入贮箱12的气体量，控制贮箱12的压力，进而实现对文前压力的精确调控。

其中，T_s为采样时间，K_p为比例系数、K_i为积分系数以及K_d为微分系数；

步骤202：当所述第一压力差0.05×P_in＜e₁时，表明此时的实时文前压力为P_in'过小，即贮箱12的压力过小，需要向贮箱12内通入大量气体，增大贮箱12的压力，因此，关闭所述泄放电磁阀8，打开所述节流电磁阀11，通过所述调节单元36(调节单元36内的第二调节管路28)向所述储存单元33注入增压气，以增大所述实时文前压力P_in'；

步骤203：当所述第一压力差e₁＜-0.05×P_in时，表明此时的实时文前压力为P_in'过大，即贮箱12压力过大，需要从贮箱12中泄放出部分气体，适当降低贮箱12压力；因此，打开所述泄放电磁阀8，关闭所述节流电磁阀11，降低所述储存单元33的压力，以减小所述实时文前压力P_in'。

步骤300：调节文后压力偏差：利用比较器比较所述第二预设压力和所述实时文后压力，并获取得到第二压力差e₂；根据所述第二压力差调控辅助文氏管22(以文氏管为两个为例进行阐述，靠近贮箱12为被测文氏管19，远离贮箱12为辅助文氏管22)，以使所述实时文后压力趋近于所述第二预设压力。

步骤301：根据当前时刻的第二压力差量e_2(k)，上一时刻的第二压力差量e_2(k-1)以及再上一时刻的第一压力差量e_2(k-2)，利用公式(2)获取得到第二控制量增量ΔU_2(k)，根据所述U₂(k)调节辅助文氏管22的开度(辅助文氏管22的开度由伺服电机驱动器控制，进一步地，将U₂(k)经过PLC控制器转化为高速脉冲输入给伺服电机驱动器)，以调控所述实时文后压力为P_out'；

其中，T_s'为采样时间，K_p'为比例系数、K_i'为积分系数以及K_d'为微分系数。

在该实施例中，为保证被测文氏管19下游的工质能够返回贮箱12，循环使用，需要电动泵24将工质增压，保证泵后压力(电动泵24后的压力)大于贮箱12压力，即泵后压力大于贮箱12压力，管路中的工质才能顺利进入贮箱12，完成循环利用。由于测试不同的工况的临界压比时，贮箱12压力不同，故需要实时反馈控制，保证泵后压力一直大于贮箱12压力。基于上述，需要实时反馈控制电动泵24转速，从而实时调整泵后压力，保证每个时刻泵后压力均大于贮箱12压力，工质可以顺利返回贮箱12。本申请在步骤300之后还包括步骤400：循环步骤；

步骤401：通过所述贮箱压力传感器7获得实时贮箱12压力P_tank；

步骤402：设定经过所述电动泵24后的目标压力为P_p，且P_p＝1.5×P_tank；

步骤403：利用比较器获取所述实时贮箱12压力P_tank与所述目标压力为P_p的第三压力偏差e₃；

步骤404：利用公式(3)计算用于调整所述电动泵24的转速的第三控制量增量ΔU_3(k)，且根据所述第三控制量ΔU_3(k)以使P_p＝1.5×P_tank：

U₃(k)＝K_p”×e₃(k) (3)

其中，e_3(k)是当前时刻的所述第三压力偏差量，ΔU_3(k)为所述电动泵的转速的增量，K_p”比例系数。

U₃(k)经过04AD模块转化为0-10V电压模拟量增量，0-10V对应电动泵24转速的0-100％。电压的改变量输入到电动泵24的控制器，从而改变电动泵24转速，继而改变泵后压力，将泵后压力逐步调整至P_p＝1.5×P_tank。

综上，采用压力闭环反馈调节文氏管的文前压力和文后压力，使得实时的文前压力和文后压力更加精准；通过第一预设压力为P_in和第一压力差e₁，反馈调节电控减压器4和节流电磁阀11，保证了文前压力的稳定准确；通过第二预设压力为P_out和第二压力差e₂，反馈调节辅助文氏管22的开度，保证了文后压力的稳定准确；换句话说本申请通过文前压力反馈控制回路、文后压力反馈控制回路、泵后压力反馈控制回路，使得文前压力、文后压力以及泵后压力更加稳定，能够准确可靠的获取临界汽蚀比并完成工质在输送系统的循环利用。

实际的实验过程如下：

试验之前：需要对贮箱12增压加注以及管路充填。

具体地，贮箱12加注：通过贮箱12加注泄出阀13向贮箱12加注一定量的液体工质，进一步地，利用抽吸泵将工质泵入贮箱12内。

具体地，管路充填用于防止有部分气体积存于管路内；进一步地，开启供气电磁阀3、贮箱前置手阀5、电动球阀15以及前置手阀16，关闭泄放电磁阀8、节流电磁阀11以及主路电磁阀23；进一步地，假设文前压力(第一预设压力)为较低压力，比如设定文前压力P_in＝1MPa，然后开启文前反馈压力反馈控制回路，PLC控制器通过泄放电磁阀8的开闭、节流电磁阀11的开闭以及电控减压器4的开度，逐步调整文前压力；待文前压力稳定至1MPa后，开启主路电磁阀23，手动开启泵后压力循环控制回路；待到泵后压力稳定为1.5×P_tank，即表明管路内(供液管路30、测试管路31以及玄幻管路)工质充填完毕；液路充填完毕后，关闭泵后压力循环控制回路和电动泵24，即可进行如下的反压性能测试试验。

反压性能测试试验：首先，确定需要测量的工况，如文氏管输入压力为2MPa，确定阀门各个开度下所对应的临界汽蚀比；然后，设定文前压力(第一预设压力为P_in)P_in＝2MPa；最后，启动试验，试验过程如下：

T0时刻，开启主路电磁阀23和电动泵24，启动文前压力反馈回路，启动文后压力反馈回路，启动泵后压力反馈回路。值得注意的是：文后压力反馈回路中第二预设压力为P_out是逐级变化的，初始P_out＝0.1*P_in，即临界压比为0.1。除此之外，被测文氏管19的阀门开度也是逐级变化的，初始开度K＝10％。

T0+△T时刻，设定P_out＝0.1*P_in+0.01*P_in。

T0+2*△T时刻，设定P_out＝0.1*P_in+2*0.01*P_in。

T0+3*△T时刻，设定P_out＝0.1*P_in+3*0.01*P_in。

每隔△T时刻，压比增加0.01，即1％，文后压力的设定值P_out增加0.01*P_in。

直至T0+85*△T时刻，设定P_out＝0.1*P_in+85*0.01*P_in＝0.95*P_in。压比变化从10％到95％，这是因为临界压比通常都在50％至85％的区间内，反压性能测试试验所测得的压比中已经包含临界压比的状态点了。

T0+86*△T时刻，试验结束。

观察流量时间曲线，寻找流量突变的时刻Tx，寻找时刻Tx所对应的文后压力P_out(Tx)，获取得到临界压比Pr如下：

由上，文前P_in＝2MPa，被测可调文氏管开度K＝10％工况的临界压比已经获取。

接着，调整被测文氏管19开度K＝20％，重复上述步骤，获取文前P_in＝2MPa，被测可调文氏管开度K＝20％工况的临界压比。

然后，逐级调整文氏管的阀门开度，获取得到文前P_in＝2MPa，K＝10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％的临界压比。至此，文前P_in＝2MPa，对应各个可调文氏管开度情况下的临界压力均可测得。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种文氏管反压性能测试装置，其特征在于，包括增压单元、储存单元以及文氏管测试单元；

所述储存单元的一端通过调节单元与所述增压单元连通；所述储存单元的另一端与所述文氏管测试单元连通；

所述文氏管测试单元包括多个串联排布的文氏管，相邻所述文氏管之间设置有文后压力传感器；靠近所述储存单元的所述文氏管前端设置有文前压力传感器；

所述调节单元以及所述文前压力传感器用于调控所述储存单元的输入压力，以使所述文氏管测试单元的输入压力为第一预设压力；

所述文后压力传感器以及远离所述增压单元的所述文氏管用于调节所述文氏管测试单元的输出压力，以使所述文氏管测试单元的输出压力为第二预设压力。

2.根据权利要求1所述的一种文氏管反压性能测试装置，其特征在于，所述调节单元包括并联排布的第一调节管路和第二调节管路；所述第一调节管路与所述第二调节管路的一端分别与所述增压单元连通，且另一端分别与所述储存单元连通；

所述第一调节管路上设置有电控减压器；

所述第二调节管路上靠近所述增压单元的一端设置有节流孔板，且靠近所述储存单元的一端设置有节流电磁阀。

3.根据权利要求2所述的一种文氏管反压性能测试装置，其特征在于，还包括循环单元；

所述循环单元包括循环管路，所述循环管路的一端与所述文氏管测试单元连通且另一端与所述储存单元连通；

所述循环管路上依次设置有主路电磁阀、电动泵、泵后压力传感器以及单向阀；

所述主路电磁阀靠近所述文氏管测试单元，所述单向阀靠近所述储存单元。

4.根据权利要求1所述的一种文氏管反压性能测试装置，其特征在于，所述增压单元包括气瓶以及与所述气瓶连通的供气管路；

所述供气管路的另一端与所述调节单元连通；

所述供气管路上靠近所述气瓶设置有气瓶压力传感器，且靠近所述调节单元设置有供气电磁阀。

5.根据权利要求3所述的一种文氏管反压性能测试装置，其特征在于，所述储存单元包括贮箱以及与所述贮箱连通的供液管路；

所述供液管路的另一端与所述文氏管测试单元连通；

所述贮箱的上设置有安全阀、泄放电磁阀、贮箱压力传感器以及加注泄压阀；

所述供液管路上依次设置有过滤器、电动球阀、前置手阀以及流量计；所述过滤器靠近所述贮箱，所述流量计靠近所述文氏管测试单元。

6.根据权利要求1所述的一种文氏管反压性能测试装置，其特征在于，所述文氏管测试单元还包括缓冲罐；

所述缓冲罐设置于相邻所述文氏管之间。

7.一种根据权利要求5所述的文氏管反压性能测试装置的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

设定参数：设定所述第一预设压力为P_in，获取实时文前压力为P_in'，设定所述第二预设压力为P_out，获取实时文后压力为P_out'；

调节文前压力偏差：利用比较器比较所述第一预设压力和所述实时文前压力，并获取得到第一压力差e₁；根据所述第一压力差调控所述调节单元，以使所述实时文前压力趋近于所述第一预设压力；

调节文后压力偏差：利用比较器比较所述第二预设压力和所述实时文后压力，并获取得到第二压力差e₂；根据所述第二压力差调控远离所述储存单元的所述文氏管，以使所述实时文后压力趋近于所述第二预设压力。

8.根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于，所述调节文前压力偏差步骤包括如下步骤：

当所述第一压力差满足-0.05×P_in＜e₁＜0.05×P_in时，关闭所述节流电磁阀和所述泄放电磁阀；根据当前时刻的第一压力差量e_1(k)、上一时刻的第一压力差量e_1(k-1)以及再上一时刻的第一压力差量e_1(k-2)利用公式(1)获取得到第一控制量增量ΔU_1(k)，根据ΔU_1(k)调控所述电控减压器的开度大小，以调控所述实时文前压力P_in'：

其中，T_s为采样时间，K_p为比例系数、K_i为积分系数以及K_d为微分系数；

当所述第一压力差0.05×P_in＜e₁时，关闭所述泄放电磁阀，打开所述节流电磁阀，通过所述调节单元向所述储存单元注入增压气，以增大所述实时文前压力P_in'；

当所述第一压力差e₁＜-0.05×P_in时，打开所述泄放电磁阀，关闭所述节流电磁阀，降低所述储存单元的压力，以减小所述实时文前压力P_in'。

9.根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于，所述调节文后压力偏差步骤包括如下步骤：

根据当前时刻的第二压力差量e_2(k)，上一时刻的第二压力差量e_2(k-1)以及再上一时刻的第一压力差量e_2(k-2)，利用公式(2)获取得到第二控制量增量ΔU_2(k)，根据所述U₂(k)调节远离所述储存单元的所述文氏管的开度，以调控所述实时文后压力为P_out'；

其中，T_s'为采样时间，K_p'为比例系数、K_i'为积分系数以及K_d'为微分系数。

10.根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于，所述调节文后压力偏差步骤之后还包括循环步骤，所述循环步骤包括如下步骤：

通过所述贮箱压力传感器获得实时贮箱压力P_tank；

设定经过所述电动泵后的目标压力为P_p，且P_p＝1.5×P_tank；

利用比较器获取所述实时贮箱压力P_tank与所述目标压力为P_p的第三压力偏差e₃；

利用公式(3)计算用于调整所述电动泵的转速的第三控制量增量ΔU_3(k)，且根据所述第三控制量增量ΔU_3(k)以使P_p＝1.5×P_tank：

ΔU_3(k)＝K_p”×e_3(k) (3)

其中，e_3(k)是当前时刻的所述第三压力偏差量，ΔU_3(k)为所述电动泵的转速的增量，K_p”比例系数。

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