CN114609960A - 高压腔体内高速流动混相介质的液位动态控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了高压腔体内高速流动混相介质的液位动态控制方法,包括如下步骤:S1、搭建高压高速流动条件下的混相介质试验装置;S2、将介质输入端、压差传感器PH2以及高压气源与PLC控制系统连通,PLC控制系统连通控制介质输入端定量供应固液相介质,多相介质腔内的液位信号反馈给PLC控制系统;S3、根据要求动态调节多相介质腔内的液位高度;本发明可实现腔体内液面高度的动态控制;由于介质输入口以及介质输出口均设于液面上方,介质高速流动的状态下输入或输出介质亦不会使液面产生较大波动;受气压驱动,介质通过介质输出管自下而上逆向向外输出,最大限度的防止了液面产生波动,且可以最大限度地排除腔体内高密度的固相介质。
Description
技术领域
本发明涉及流体自动控制技术领域,具体是高压腔体内高速流动混相介质的液位动态控制方法。
背景技术
机械动密封被誉为流体机械的心脏,被广泛应用于工业,农业,国防建设等领域中,机械动密封的性能好坏直接影响着生产过程的效率、安全,因此,对机械动密封进行测试具有重要的意义。
混相介质高压机械动密封由于工况复杂,压力高且含高压气体,更需要的通过测试试验来加以验证;现有技术测试机械密封性能时,将介质输送管管口延伸至多相介质腔的混相介质的液面下方以输入介质,使多相介质腔内液面达到预定高度,需要调整液面高度时,再将介质从多相介质腔的底部向外排出,试验过程中混相介质是处于非流动状态的;但在混相介质高压高度流动的条件下,固相,液相和气相介质在有限的空间和管道内部流速较高,固相,液相和气相介质都有从高压向低压流、从进口向出口流动的趋势,并且受到的阻力各不相同,且固相,液相和气相介质受到相同的介质压力所产生的体积变化相差很大,因此试验过程液面会产生较大的波动,应用上述方法无法进行多相介质腔内的液面高度调节,因此如何在混相介质高压高速流动条件下的控制密封腔内的液面高度,一直是试验的重大难题,亟待解决。
发明内容
为了避免和克服现有技术中存在的技术问题,本发明提供了高压腔体内高速流动混相介质的液位动态控制方法。本发明实现在混相介质高压高速流动条件下,对密封腔内的液面高度的动态控制。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
高压腔体内高速流动混相介质的液位动态控制方法,包括如下步骤:
S1、搭建高压高速流动条件下的混相介质试验装置;
该试验装置包括壳体以及转动配合在壳体内腔中的转轴,壳体内腔中设有机械密封,以便在该内腔中分隔形成多相介质腔;多相介质腔内开设有高于混相介质液位高度的介质输入口以及介质输出口,介质输入端通过介质输入口向多相介质腔内持续输送固液相介质;多相介质腔内设置有介质输出管,介质输出管的管体入口延伸至多相介质腔底部,介质输出管的管体出口与介质输出口连通;高压气源与多相介质腔的腔体连通并维持多相介质腔内气压保持稳定,且高压气源的接入口高于混相介质的液位高度;多相介质腔内设置有压差传感器PH2以监控多相介质腔内的相对液位高度;
S2、将介质输入端、压差传感器PH2以及高压气源与PLC控制系统连通,PLC控制系统连通控制介质输入端定量供应固液相介质,多相介质腔内的液位信号反馈给PLC控制系统;
S3、根据要求动态调节多相介质腔内的液位高度:
需求液位高度降低时,PLC控制系统提高高压气源的气体输出压力;
需求液位高度升高时,PLC控制系统降低高压气源的气体输出压力。
作为本发明进一步的方案:介质自介质输出口流出后,依序经电磁阀D1002、悬液分离器、降压冷却器、节流阀V1003流回试验介质罐;所述介质输入端由两条介质管路组成:第一条介质管路处介质从试验介质罐流出经开关阀V4002、高压往复泵、高压蓄能器至与进液口连通的电磁阀D1001处,此外设有旁路支路经节流阀V1002返流至试验介质罐;第二条加固支路介质流出固液介质混合罐依序经开关阀V6003、计量泵、开关阀V6010后经电磁阀D1001连通至介质输入口处;高压气源的气体由高压空气压缩机排出后,依序经开关阀V5012、调节阀V3007及开关阀V2010进入多相介质腔的腔体内;
多相介质腔的介质输入口处布置流量传感器Q1及压力传感器P3,多相介质腔的介质输出口处布置流量传感器Q2;降压冷却器的介质出口端布置压力传感器P2及温度传感器T2;高压蓄能器的出口端布置压力传感器P1;调压阀V3007的出口端设置流量传感器Q3。
作为本发明再进一步的方案:沿转轴轴向,壳体内腔被机械密封分隔形成多相介质腔和用于平衡压力和起润滑作用的密封腔,且所述密封腔为两组且对称分布在多相介质腔的两端处;两组密封腔处均分别开设有相应的进油口和排油口,各进油口和排油口均通过液压回路连通高压油站。
作为本发明再进一步的方案:开关阀V5012与调节阀V3007之间的一段加气回路上布置有防逆流的单向阀V5020;多相介质腔处还布置出气口,该出气口通过开关阀V5011连接至排空口;所述加气回路还包括旁支气路,该旁支气路的一端连通进气口,另一端依序经开关阀V5009和电磁阀V3006后连通排空口;开关阀V5009的出口端布置压力传感器P4。
作为本发明再进一步的方案:所述悬液分离器的排杂口依序经开关阀V5014、除杂罐、开关阀V5013连通至排空口。
作为本发明再进一步的方案:所述降压冷却器的换热侧的进口经进水阀V4005与水源连通,换热侧的出口连通排空口。
作为本发明再进一步的方案:试验介质罐的出口端通过开关阀V4001连通排空口,试验介质罐还布置两组旁路进口,其中一组旁路进口经安全阀V4004与水源连通,另一组旁路进口通过节流阀V1002以及安全阀VS连通至排空口;试验介质罐处布置温度传感器T1和液位传感器PL1。
作为本发明再进一步的方案:固液介质混合罐的进水端通过开关阀V6002与水源连通,固液介质混合罐的排杂口通过开关阀V6001连通排空口;固液介质混合罐内还布置起搅拌功能的搅拌组件;固液介质混合罐处布置液位传感器PL2。
作为本发明再进一步的方案:变频电机作为动力源为转轴提供动力,变频电机的输出轴依序经扭矩传感器及挠性联轴器连接至转轴的输入端处。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、本发明将实验装置接入PLC变频器控制系统,通过压差传感器PH2获取多相介质腔内的实时液位高度,在混相介质高速流动的状态下,通过调节阀调节多相介质腔内的输入气体压力,上调或下调输入气体压力,受压力驱动,进入多相介质腔内的气体流量改变;气体在多相介质腔内的占比上升,固相液相介质的占比下降,多相介质腔内的液位降低;气体在多相介质腔内的占比下降,固相液相介质的占比上升,多相介质腔内的液位上升,以此可实现腔体内液面高度的动态控制;由于介质输入口以及介质输出口均设于液面上方,介质高速流动的状态下输入或输出介质亦不会使液面产生较大波动;受气压驱动,介质通过介质输出管自下而上逆向向外输出,最大限度的防止了液面产生波动,且可以最大限度地排除腔体内高密度的固相介质,防止高密度的固相介质在腔体内的累积,亦可以尽可能方便地将进出口管道布局在中间腔体顶部,便于试验台管接头,零部件的拆装,简化试验台驱动底座部分结构设计。
2、本发明实际操作时,气液固态可通过依次开启高压往复泵为多相介质腔输送液相模拟介质、开启搅拌组件以及计量泵为多相介质腔提供固相介质、开启高压空气压缩机为多相介质腔提供气相介质;三相介质在多相介质腔内汇合,其中相应的压力可通过控制变频电机和相应的调节阀进行控制,实现模拟介质压力的需要,使用极为灵活方便。
3、本发明采用变频电机作为动力源,因此可满足不同转速的试验需求;配合挠性联轴器,本发明的工作的可靠性及稳定性能得到有效保证;本发明同样适用于类似工况的机械密封的性能试验和可靠性试验。
附图说明
图1为本发明多相介质腔的截面示意图。
图2为本发明试验装置的结构示意图。
图中:
10、壳体;
11、多相介质腔;111、介质输入口;112、介质输出口;
113、介质输出管;114、高压气源;
12、密封腔;
20、转轴;
31、扭矩传感器;32、变频电机;33、挠性联轴器;
40、机械密封;
61、悬液分离器;61a、除杂罐;62、降压冷却器;63、试验介质罐;
64、高压往复泵;65、高压蓄能器;66、计量泵;
67、固液介质混合罐;67a、搅拌组件。
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,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1~2,本发明实施例中,高压腔体内高速流动混相介质的液位动态控制方法,包括如下步骤:
S1、搭建高压高速流动条件下的混相介质试验装置;
该试验装置包括固定在底座上的壳体10,壳体10内腔中设置有转轴20,转轴20通过轴承与壳体10回转配合。
变频电机32作为动力源为转轴20提供动力,变频电机32的输出轴依序经扭矩传感器31及挠性联轴器33连接至转轴20的输入端处。壳体20内沿转轴20轴向次序布置三组彼此独立的腔体,也即位于中部的多相介质腔11和位于多相介质腔11两端的两组起压力平衡和润滑功能的密封腔12。密封腔12和多相介质腔11之间通过机械密封40密封彼此。两组密封腔12处均分别开设有相应的进油口和排油口,各进油口和排油口均通过液压回路连通高压油站。
壳体10顶部开设有高于多相介质腔11内液面高度的介质输入口111以及介质输出口112,壳体10顶部还设有开口从而将高压气源114与多相介质腔11连通。如图1所示,多相介质腔11顶部以及底部设置有接口用于接入压差传感器PH2,从而监控多相介质腔11内的相对液位高度。高压空气压缩机压缩气体排出后,依序经开关阀V5012、调节阀V3007及开关阀V2010后,进入多相介质腔11的腔体内。
液相管路以及固相管路汇流后与介质输入口111连通。其中液相管路的介质从试验介质罐62流出,经开关阀V4002、高压往复泵64、高压蓄能器65至与进液口连通的电磁阀D1001处,此外设有旁路支路经节流阀V1002返流至试验介质罐63。固相管路的介质流出固液介质混合罐67依序经开关阀V6003、计量泵66、开关阀V6010后经电磁阀D1001连通至介质输入口111处。
多相介质腔11内还设置有管体入口延伸至液面底部的介质输出管113,介质输出管113的管体出口与介质输出口112连通。介质自介质输出管113离开多相介质腔11后,依序经电磁阀D1002、悬液分离器61、降压冷却器62以及节流阀V1003后,流回试验介质罐63。
多相介质腔11的介质输入口111处布置流量传感器Q1及压力传感器P3,多相介质腔11的介质输出口112处布置流量传感器Q2;降压冷却器62的介质出口端布置压力传感器P2及温度传感器T2;高压蓄能器65的出口端布置压力传感器P1;调压阀V3007的出口端设置流量传感器Q3。开关阀V5012与调节阀V3007之间的一段加气回路上布置有防逆流的单向阀V5020;多相介质腔11处还布置出气口,该出气口通过开关阀V5011连接至排空口;加气回路还包括旁支气路,该旁支气路的一端连通进气口,另一端依序经开关阀V5009和电磁阀V3006后连通排空口;开关阀V5009的出口端布置压力传感器P4。
悬液分离器61的排杂口依序经开关阀V5014、除杂罐61a、开关阀V5013连通至排空口。降压冷却器62的换热侧的进口经进水阀V4005与水源连通,换热侧的出口连通排空口。试验介质罐63的出口端通过开关阀V4001连通排空口,试验介质罐63还布置两组旁路进口,其中一组旁路进口经安全阀V4004与水源连通,另一组旁路进口通过节流阀V1002以及安全阀VS连通至排空口;试验介质罐63处布置温度传感器T1和液位传感器PL1。固液介质混合罐67的进水端通过开关阀V6002与水源连通,固液介质混合罐67的排杂口通过开关阀V6001连通排空口;固液介质混合罐67内还布置起搅拌功能的搅拌组件67a;固液介质混合罐67处布置液位传感器PL2。
带有高压蓄能器65的高压往复泵64将试验介质罐63内的试验介质,通过计量泵66将固液介质混合罐67中的固液介质,通过高压空气压缩机将带压空气,按比例在多相介质腔11内混合,以达到不同试验工况的模拟效果。固液介质混合罐67内可布置搅拌组件67a如搅拌轮等。混合固相比例依靠计量泵66后的开关阀V6010调节,液固压力靠电磁阀D1001调节,气相比例和压力依靠开关阀V5009、V5010和V5012进行调节。带压气液固混相介质可经悬液分离器61将固体分离,然后再经降压冷却器62将降压后的试验介质返回至试验介质罐63。悬液分离器61处布置除杂罐61a
S2、将高压往复泵64、计量泵66、压差传感器PH2以及高压气源114接入PLC变频器控制系统,由于PLC变频器控制系统为成熟的公知技术,因此不再赘述。
PLC变频器控制系统带有转速反馈,以驱动高压往复泵64以及计量泵66保持固相、液相介质的压力以及流量稳定。系统控制进入、流出多相介质腔11的固液相介质压流和流量的稳定。
S3、根据要求动态调节多相介质腔11内的液位高度:
通过压差传感器PH2获取多相介质腔11内的实时液位高度,当需求液位降低时,通过调节阀V3007调节多相介质腔11内的输入气体压力,上调输入气体压力0.05~0.1Mpa,受压力驱动,进入多相介质腔11内的气体流量加大,气体在多相介质腔11内的占比上升,固相液相介质的占比下降,多相介质腔11内的液位降低;气体压力的上调量与相对液位的下降量成正比。
当需求液位上升时,通过调节阀V3007调节多相介质腔11内的输入气体压力,下调输入气体压力0.05~0.1Mpa,受压力驱动,进入多相介质腔11内的气体流量减小,气体在多相介质腔11内的占比下降,固相液相介质的占比上升,多相介质腔11内的液位上升;气体压力的下调量与相对液位的上升量成正比。
以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理,但是,需要指出的是,在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制,不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外,上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用,而非限制,上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。
本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的,可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇,指“包括但不限于”,且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”,且可与其互换使用,除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”,且可与其互换使用。
还需要指出的是,在本申请的装置、设备和方法中,各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。
提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的,并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此,本申请不意图被限制到在此示出的方面,而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外,此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例,但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。
Claims (9)
1.高压腔体内高速流动混相介质的液位动态控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、搭建高压高速流动条件下的混相介质试验装置;
该试验装置包括壳体(10)以及转动配合在壳体(10)内腔中的转轴(20),壳体(10)内腔中设有机械密封(40),以便在该内腔中分隔形成多相介质腔(11);多相介质腔(11)内开设有高于混相介质液位高度的介质输入口(111)以及介质输出口(112),介质输入端通过介质输入口(111)向多相介质腔(11)内持续输送固液相介质;多相介质腔(11)内设置有介质输出管(113),介质输出管(113)的管体入口延伸至多相介质腔(11)底部,介质输出管(113)的管体出口与介质输出口(112)连通;高压气源(114)与多相介质腔(11)的腔体连通并维持多相介质腔(11)内气压保持稳定,且高压气源(114)的接入口高于混相介质的液位高度;多相介质腔(11)内设置有压差传感器PH2以监控多相介质腔(11)内的相对液位高度;
S2、将介质输入端、压差传感器PH2以及高压气源(114)与PLC控制系统连通,PLC控制系统连通控制介质输入端定量供应固液相介质,多相介质腔(11)内的液位信号反馈给PLC控制系统;
S3、根据要求动态调节多相介质腔(11)内的液位高度:
需求液位高度降低时,PLC控制系统提高高压气源(114)的气体输出压力;
需求液位高度升高时,PLC控制系统降低高压气源(114)的气体输出压力。
2.根据权利要求1所述的高压腔体内高速流动混相介质的液位动态控制方法,其特征在于,介质自介质输出口(112)流出后,依序经电磁阀D1002、悬液分离器(61)、降压冷却器(62)、节流阀V1003流回试验介质罐(63);所述介质输入端由两条介质管路组成:第一条介质管路处介质从试验介质罐(63)流出经开关阀V4002、高压往复泵(64)、高压蓄能器(65)至与进液口连通的电磁阀D1001处,此外设有旁路支路经节流阀V1002返流至试验介质罐(63);第二条加固支路介质流出固液介质混合罐(67)依序经开关阀V6003、计量泵(66)、开关阀V6010后经电磁阀D1001连通至介质输入口(111)处;高压气源(114)的气体由高压空气压缩机排出后,依序经开关阀V5012、调节阀V3007及开关阀V2010进入多相介质腔(11)的腔体内;
多相介质腔(11)的介质输入口(111)处布置流量传感器Q1及压力传感器P3,多相介质腔(11)的介质输出口(112)处布置流量传感器Q2;降压冷却器(62)的介质出口端布置压力传感器P2及温度传感器T2;高压蓄能器(65)的出口端布置压力传感器P1;调压阀V3007的出口端设置流量传感器Q3。
3.根据权利要求2所述的高压腔体内高速流动混相介质的液位动态控制方法,其特征在于,沿转轴(20)轴向,壳体(10)内腔被机械密封(40)分隔形成多相介质腔(11)和用于平衡压力和起润滑作用的密封腔(12),且所述密封腔(12)为两组且对称分布在多相介质腔(11)的两端处;两组密封腔(12)处均分别开设有相应的进油口和排油口,各进油口和排油口均通过液压回路连通高压油站。
4.根据权利要求2或3所述的高压腔体内高速流动混相介质的液位动态控制方法,其特征在于,开关阀V5012与调节阀V3007之间的一段加气回路上布置有防逆流的单向阀V5020;多相介质腔(11)处还布置出气口,该出气口通过开关阀V5011连接至排空口;所述加气回路还包括旁支气路,该旁支气路的一端连通进气口,另一端依序经开关阀V5009和电磁阀V3006后连通排空口;开关阀V5009的出口端布置压力传感器P4。
5.根据权利要求2或3所述的高压腔体内高速流动混相介质的液位动态控制方法,其特征在于,所述悬液分离器(61)的排杂口依序经开关阀V5014、除杂罐(61a)、开关阀V5013连通至排空口。
6.根据权利要求2或3所述的高压腔体内高速流动混相介质的液位动态控制方法,其特征在于,所述降压冷却器(62)的换热侧的进口经进水阀V4005与水源连通,换热侧的出口连通排空口。
7.根据权利要求2或3所述的高压腔体内高速流动混相介质的液位动态控制方法,其特征在于,试验介质罐(63)的出口端通过开关阀V4001连通排空口,试验介质罐(63)还布置两组旁路进口,其中一组旁路进口经安全阀V4004与水源连通,另一组旁路进口通过节流阀V1002以及安全阀VS连通至排空口;试验介质罐(63)处布置温度传感器T1和液位传感器PL1。
8.根据权利要求2或3所述的高压腔体内高速流动混相介质的液位动态控制方法,其特征在于,固液介质混合罐(67)的进水端通过开关阀V6002与水源连通,固液介质混合罐(67)的排杂口通过开关阀V6001连通排空口;固液介质混合罐(67)内还布置起搅拌功能的搅拌组件(67a);固液介质混合罐(67)处布置液位传感器PL2。
9.根据权利要求1~3中任意一项所述的高压腔体内高速流动混相介质的液位动态控制方法,其特征在于,变频电机(32)作为动力源为转轴(20)提供动力,变频电机(32)的输出轴依序经扭矩传感器(31)及挠性联轴器(33)连接至转轴(20)的输入端处。
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