CN114562466B - 一种叶片泵来流含气的空化性能测试系统 - Google Patents

一种叶片泵来流含气的空化性能测试系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种叶片泵来流含气的空化性能测试系统。主要由液体介质循环系统(主水箱、进口管路、混气装置、出口管路、排气水箱、回水管路)、供气系统(空气压缩机、气体稳压罐、进气管路)、泵段(叶片泵、电机)组成。主水箱的底部出口通过进口管路连接到叶片泵进口端，混气装置安装于进口管路，同时与进气管路相连，叶片泵的出口端连接出口管路，出口管路的出口悬于排气水箱敞口处，排气水箱底部的出口通过回水管路连接到主水箱上部。本发明形成了一个开式循环回路，可实现叶片泵来流含气条件下空化性能的测试，系统结构简单，操作方便，测试精度高。

Description

一种叶片泵来流含气的空化性能测试系统
技术领域
本发明属于泵性能测试领域，特别涉及一种叶片泵来流含气的空化性能测试系统。
背景技术
随着社会的不断发展、科技的不断进步，来流含气介质的输送广泛存在于污水处理、石油化工、食品加工等领域，叶片泵作为上述领域中常用的核心设备受到越来越多的关注。
来流含气介质输送过程中，由于输送的介质变得复杂，叶片泵的空化性能会发生明显变化，空化性能下降到一定程度后甚至影响整个输运系统的正常运行。
目前国内外对叶片泵空化性能的试验研究虽然已经较多，但主要针对的是来流为纯净液体介质时空化性能的研究，而对其在来流含气条件下空化性能的研究则很少。其难点在于叶片泵空化性能的研究需要借助真空泵形成储水罐中的真空度，无法控制来流中气体的含量。
因此建立结构简单、操作方便、测试精度较高的叶片泵来流含气的空化性能测试系统十分有必要。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明所要解决的技术问题是，在结构简单、操作方便、测试精度较高的测试系统上进行来流含气条件下叶片泵空化性能的测试。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供了一种叶片泵来流含气的空化性能测试系统：
所述的叶片泵测试系统为主要由主水箱、进口管路、进气管路、混气装置、出口管路、排气水箱、回水管路组成的一个开式循环回路，主水箱底部出口通过进口管路连接到叶片泵进口端，混气装置安装于进口管路距离叶片泵进口端6倍进口管路直径处，同时与进气管路相连，叶片泵出口端连接出口管路，出口管路伸入排气水箱进口，排气水箱底部的出口通过回水管路连接到主水箱上部，排气水箱放置于可调支架上。
所述的进口管路包括进口调节阀、电磁流量计、混气装置，混气装置的液相进口依次经过电磁流量计、进口调节阀连接到主水箱底部的出口，混气装置的气相进口连接进气管路，混气装置的出口连接到叶片泵进口端；进口管路直径与叶片泵进口端直径相同，进口管路长度大于10倍进口管路直径。
所述的进气管路包括空气压缩机、气体稳压罐、两个气体出口调节阀、两个气体稳压阀、两个转子式气体流量计和两个截止阀，空气压缩机连接到气体稳压罐中部的进口，气体稳压罐上部的出口连接三通的进口端，三通的两个出口端连接并联的管路，并联的两条管路均依次经过气体出口调节阀、稳压阀、转子式气体流量计、截止阀，连接到混气装置的气相进口；进气管路采用橡胶管，进气管路直径为进口管路直径的1/5。
所述的出口管路包括出口调节阀，将介质以喷洒方式引入排气水箱的出口管路经过出口调节阀连接到叶片泵出口端，出口管路直径与叶片泵出口端直径相同。
所述的回水管路包括回水阀门，排气水箱底部出口通过钢丝软管经回水阀门连接到主水箱上部。
所述的叶片泵动力输入端经过扭矩仪与电机连接，电机的转速通过调节变频器频率控制。
所述的混气装置为四通型带有均匀分布进气小孔的混气结构，在进口管路上开设均匀分布的小孔，小孔置于1.5倍进口管路直径的管道内，两个不同管径的管道通过焊接方式相连，在小管径管路外侧与大管径管路外侧形成空腔，在外侧管道上相互垂直的位置开设进气孔，在每个进气孔焊接四通管，四通管之间通过橡胶管连接；进气小孔为直径2mm的圆孔，两个小孔的轴向中心距为4mm，进气小孔数量为A×B，周向个数A与轴向个数B的计算公式为：
A＝0.5×Dj/d0
B＝0.2×Dj/d0
式中：Dj为进口管路直径，d0为单位直径，1mm。
所述的主水箱为密封式圆柱形水箱；
主水箱体积V主水箱的计算公式为：
V主水箱>Qd×tl
液体介质稳定所需的时间tl的计算公式为：
tl＝100×(ρgHd/p0)×(f变频/(f电源P))×Δt
水箱高度h主与水箱直径d主的关系式为：
h主水箱＝2d主水箱
式中：Qd为叶片泵的设计体积流量，Hd为叶片泵的设计扬程，ρ为介质密度，g为重力加速度，p0为一个大气压，f变频为变频器频率，f电源为电源频率，P为电机的次级对数，Δt为单位时间，1s。
所述的排气水箱为敞开式圆柱形水箱，其半径是主水箱半径的1.4倍，其高度为主水箱高度的1/2，通过改变可调节支架的高度可对排气水箱底部水平高度进行调节，使出口管道的出口位置距排气水箱中液面的高度h出口＝0.08×(Qd/A出口)×Δt，式中A出口为出口管道横截面积。
所述的空气压缩机排气量Q压缩机>a×Qd。
式中：叶片泵为离心泵时，a＝0.3；叶片泵为混流泵时，a＝0.5；叶片泵为轴流泵时，a＝0.8。
所述的气体稳压罐为密封式圆柱形气体罐：
稳压罐体积V稳压罐的计算公式为：
V稳压罐>b×Qd×tg
气体介质稳定所需的时间tg的计算公式为：
tg＝100×(p1/p0)×Δt
稳压罐高度h稳压罐与稳压罐直径d稳压罐的关系式为：
H稳压罐＝2d稳压罐
式中：叶片泵为离心泵时，b＝0.2；叶片泵为混流泵时，a＝0.4；叶片泵为轴流泵时，a＝0.6；p1为压缩机出口压力。
所述的两个转子式气体流量计，其中一个量程较大，其最大刻度为b×Qd，另一个量程较小，其最大刻度为大量程的最小刻度。
(三)有益效果
本发明中，混气装置安装于距离叶片泵进口端6倍进口管路直径处，以减小气体出口压力对叶片泵进口压力的影响。
本发明中，混气装置中有均匀分布的小孔，以保证气体与液体均匀混合。
本发明中，排气水箱底部出口通过钢丝软管经回水阀门连接到主水箱上部，以保证在不改变回水管路情况下，排气水箱在可调节支架上的高度可调节。
本发明中，两个并联的转子式气体流量计，其中一个量程较大，其最大刻度为b×Qd，满足试验要求，另一个量程较小，其最大刻度为大量程的最小刻度，以保证气体体积流量的精确控制。
本发明中，叶片泵进口压力的变化，通过调节进口调节阀门的开度控制，不需要真空泵的辅助，试验过程中可以更为精确地控制来流中的含气量，同时降低能耗。
因此，本发明所述的一种叶片泵来流含气的空化性能测试系统不仅结构简单、操作方便、可满足叶片泵来流含气条件下空化性能的测试，而且测量精度高、能耗低。
附图说明
图1为本发明所述的一种叶片泵来流含气的空化性能测试系统的结构示意图。
图2为本发明混气装置示意图。
图中：1.主水箱，2.进口调节阀，3.电磁流量计，4.叶片泵，5.扭矩仪，6.电机，7.出口调节阀，8.排气水箱，9.回水阀门，10.空气压缩机，11.气体稳压罐，12.气体出口调节阀，13.稳压阀，14.转子式气体流量计，15.截止阀，16.混气装置，17.可调节支架。
具体实施方式
为进一步阐明本发明的目的、内容和优点，下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图1所示，本发明的叶片泵测试系统为主水箱1、进口管路、进气管路、混气装置、出口管路、排气水箱8、回水管路组成的一个开式循环回路，主水箱1底部出口通过进口管路连接到叶片泵4进口端，混气装置安装于进口管路距离叶片泵进口端6倍进口管路直径处，同时与进气管路相连，叶片泵4出口端连接出口管路，出口管路伸入排气水箱8进口，排气水箱8底部的出口通过回水管路连接到主水箱1上部，排气水箱放置于可调节支架上。
主水箱1底部出口通过进口管路依次连接进口调节阀2、电磁流量计3、混气装置16，最后与叶片泵4进口端连接，进口管路直径与叶片泵进口直径相同，进口管路长度大于10倍进口管路直径。
空气压缩机10出口通过进气管路连接气体稳压罐11，气体稳压罐11出口端连接三通结构的进口端，两个出口端连接并联的进气管路，并联的两条管路分别依次连接气体出口调节阀12、稳压阀13、转子式气体流量计14、截止阀15，最后进气管路连接到混气装置16的气相进口端；进气管路采用橡胶管，进气管路直径为进口管路直径的1/5。
如图2所示，混气装置16为四通型带有均匀分布进气小孔的混气结构，在进口管路上开设均匀分布的小孔，小孔置于1.5倍进口管路直径的管道内，两个不同管径的管道通过焊接方式相连，在小管径管路外侧与大管径管路外侧形成空腔，在外侧管道上相互垂直的位置开设进气孔，在每个进气孔焊接四通管，四通管之间通过橡胶管连接；进气小孔为直径2mm的圆孔，两个小孔的轴向中心距为4mm，进气小孔数量为A×B，周向个数A与轴向个数B的计算公式为：
A＝0.5×Dj/d0
B＝0.2×Dj/d0
式中：Dj为进口管路直径，d0为单位直径，1mm。
叶片泵4出口端通过出口管路连接出口调节阀7，最后出口管路伸入排气水箱8的进口；叶片泵4动力输入端通过联轴器经过扭矩仪5与电机6连接，电机6的转速通过调节变频器频率控制，叶片泵4、电机6安装于固定的底座上，保证其中心高与进口管路中心高一致。
排气水箱8底部出口通过钢丝软管经回水阀门9，最后连接到主水箱1上部。
主水箱1为密封式圆柱形水箱；
主水箱体积V主水箱的计算公式为：
V主水箱>Qd×tl
液体介质稳定所需的时间tl的计算公式为：
tl＝100×(ρgHd/p0)×(f变频/(f电源P))×Δt
水箱高度h主与水箱直径d主的关系式为：
h主水箱＝2d主水箱
式中：Qd为叶片泵的设计体积流量，Hd为叶片泵的设计扬程，ρ为介质密度，g为重力加速度，p0为一个大气压，f变频为变频器频率，f电源为电源频率，P为电机的次级对数，Δt为单位时间，1s。
排气水箱8为敞开式圆柱形水箱，其半径是主水箱1半径的1.4倍，其高度为主水箱1高度的1/2，通过改变可调节支架17的高度可对排气水箱8底部水平高度进行调节，使出口管道的出口位置距排气水箱(8)中液面的高度h出口＝0.08×(Qd/A出口)×Δt，式中A出口为出口管道横截面积。
空气压缩机10排气量Q压缩机>a×Qd。
式中：叶片泵为离心泵时，a＝0.3；叶片泵为混流泵时，a＝0.5；叶片泵为轴流泵时，a＝0.8。
气体稳压罐11为密封式圆柱形气体罐：
稳压罐体积V稳压罐的计算公式为：
V稳压罐>b×Qd×tg
气体介质稳定所需的时间tg的计算公式为：
tg＝100×(p1/p0)×Δt
稳压罐高度h稳压罐与稳压罐直径d稳压罐的关系式为：
H稳压罐＝2d稳压罐
式中：叶片泵为离心泵时，b＝0.2；叶片泵为混流泵时，a＝0.4；叶片泵为轴流泵时，a＝0.6；p1为压缩机出口压力。
两个转子式气体流量计14，其中一个量程较大，其最大刻度为b×Qd，另一个量程较小，其最大刻度为大量程的最小刻度
本发明的具体实施工作过程如下：
根据需要测试的叶片泵进口端直径，确定进口管路直径、加工混气装置；根据需要测试的叶片泵设计扬程、设计体积流量及运行转速，确定主水箱的最小体积及对应的水箱直径、高度尺寸；根据主水箱的外形尺寸、叶片泵的设计体积流量，确定排气水箱的外形尺寸及安放高度；在明确叶片泵类型的基础上预估试验过程中需要的最大气体体积流量，从而确定空气压缩机所需的排量；根据叶片泵的类型、设计体积流量及压缩机出口压力确定气体稳压罐的最小体积及对应稳压罐的直径、高度尺寸；根据试验过程中预估的最大气体体积，确定量程较大的转子式气体流量计的量程范围，继而确定量程较小的转子式气体流量计的量程范围；根据叶片泵进、出口端的直径确定进、出口管道直径及管道中阀门的规格。在完成上述部件的选型后即可完成叶片泵来流含气空化性能测试试验台主体的搭建，试验前排气水箱的水位应高于主水箱的高度，根据排气水箱中水位的高度及叶片泵设计体积流量、出口直径确定排气水箱底部高度，并调节可调节支架的高度。
由此本发明实现了叶片泵来流含气条件下空化性能的测试，并最大程度上保证了其结构简单、操作方便、测试精度较高的特点。

Claims (3)

1.一种叶片泵来流含气的空化性能测试系统，其特征在于：所述的测试系统为主要由主水箱(1)、进口管路、进气管路、混气装置(16)、出口管路、排气水箱(8)、回水管路组成的一个开式循环回路，主水箱(1)底部出口通过进口管路连接到叶片泵(4)进口端，混气装置(16)安装于进口管路距离叶片泵(4)进口端6倍进口管路直径处，同时与进气管路相连，叶片泵(4)出口端连接出口管路，出口管路出口悬于排气水箱(8)敞口处，排气水箱(8)底部的出口通过回水管路连接到主水箱(1)上部，排气水箱(8)放置于可调节支架(17)上；
所述的进口管路包括进口调节阀(2)、电磁流量计(3)、混气装置(16)，混气装置(16)的液相进口依次经过电磁流量计(3)、进口调节阀(2)连接到主水箱(1)底部的出口，混气装置(16)的气相进口连接进气管路，混气装置(16)的出口连接到叶片泵(4)进口端；进口管路直径与叶片泵(4)进口端直径相同，进口管路长度大于10倍进口管路直径；
所述的进气管路包括空气压缩机(10)、气体稳压罐(11)、两个气体出口调节阀(12)、两个气体稳压阀(13)、两个转子式气体流量计(14)和两个截止阀(15)，空气压缩机(10)连接到气体稳压罐(11)中部的进口，气体稳压罐(11)上部的出口连接三通的进口端，三通的两个出口端连接并联的管路，并联的两条管路均依次经过气体出口调节阀(12)、稳压阀(13)、转子式气体流量计(14)、截止阀(15)，连接到混气装置(16)的气相进口；进气管路采用橡胶管，进气管路直径为进口管路直径的1/5；
所述的出口管路包括出口调节阀(7)，将介质以喷洒方式引入排气水箱(8)的出口管路经过出口调节阀(7)连接到叶片泵(4)出口端，出口管路直径与叶片泵(4)出口端直径相同；
所述的回水管路包括回水阀门(9)，排气水箱(8)底部出口通过钢丝软管经回水阀门(9)连接到主水箱(1)上部；
所述的叶片泵(4)动力输入端经过扭矩仪(5)与电机(6)连接，电机(6)的转速通过调节变频器频率控制；
所述的主水箱(1)为密封式圆柱形水箱；
主水箱体积V主水箱的计算公式为：
V主水箱>Qd×tl
液体介质稳定所需的时间tl的计算公式为：
tl＝100×(ρgHd/p0)×(f变频/(f电源P))×Δt
水箱高度h主与水箱直径d主的关系式为：
h主水箱＝2d主水箱
式中：Qd为叶片泵设计体积流量，Hd为叶片泵的设计扬程，ρ为介质密度，g为重力加速度，p0为一个大气压，f变频为变频器频率，f电源为电源频率，P为电机的次级对数，Δt为单位时间，取值为1s；
所述的排气水箱(8)为敞开式圆柱形水箱，其半径是主水箱(1)半径的1.4倍，其高度为主水箱(1)高度的1/2，通过改变可调节支架(17)的高度可对排气水箱(8)底部水平高度进行调节，使出口管道的出口位置距排气水箱(8)中液面的高度h出口＝0.08×(Qd/A出口)×Δt，式中A出口为出口管道横截面积。
2.根据权利要求1所述的一种叶片泵来流含气的空化性能测试系统，其特征在于：所述的混气装置(16)为四通型带有均匀分布进气小孔的混气结构，在进口管路上开设均匀分布的小孔，小孔置于1.5倍进口管路直径的管道内，两个不同管径的管道通过焊接方式相连，在小管径管路外侧与大管径管路外侧形成空腔，在外侧管道上相互垂直的位置开设进气孔，在每个进气孔焊接四通管，四通管之间通过橡胶管连接；进气小孔为直径2mm的圆孔，两个小孔的轴向中心距为4mm，进气小孔数量为A×B，周向个数A与轴向个数B的计算公式为：
A＝0.5×Dj/d0
B＝0.2×Dj/d0
式中：Dj为进口管路直径，d0为单位直径，取值为1mm。
3.根据权利要求2所述的一种叶片泵来流含气的空化性能测试系统，其特征在于：所述的空气压缩机(10)排气量Q压缩机>a×Qd；
式中：叶片泵为离心泵时，a＝0.3；叶片泵为混流泵时，a＝0.5；叶片泵为轴流泵时，a＝0.8；
所述的气体稳压罐(11)为密封式圆柱形气体罐：
稳压罐体积V稳压罐的计算公式为：
V稳压罐>b×Qd×tg
气体介质稳定所需的时间tg的计算公式为：
tg＝100×(p1/p0)×Δt
稳压罐高度h稳压罐与稳压罐直径d稳压罐的关系式为：
H稳压罐＝2d稳压罐
式中：叶片泵为离心泵时，b＝0.2；叶片泵为混流泵时，a＝0.4；叶片泵为轴流泵时，a＝0.6；p1为压缩机出口压力；
所述的两个转子式气体流量计(14)，其中一个量程较大，其最大刻度为b×Qd，另一个量程较小，其最大刻度为大量程的最小刻度。
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