CN115452549A - 90度弯管的可调角度固液双相流冲蚀磨损实验台及装置 - Google Patents

90度弯管的可调角度固液双相流冲蚀磨损实验台及装置 Download PDF

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CN115452549A CN202210981779.4A CN202210981779A CN115452549A CN 115452549 A CN115452549 A CN 115452549A CN 202210981779 A CN202210981779 A CN 202210981779A CN 115452549 A CN115452549 A CN 115452549A
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邵雷童
刘浩楠
张俊秋
韩志武
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Abstract

本发明提出了一种90度弯管的可调角度固液双相流冲蚀磨损实验台及装置，属于冲蚀磨损实验领域，包括实验柜、弯管夹具、震动模拟装置和弯管角度调整装置；弯管夹具包括两个相隔角度90度的管道固定墩块并组合固定在弯管角度调整装置，弯管角度调整装置用于90度弯管的不同角度调整；震动模拟装置用于向角度调整装置传递震动；通过设置在实验柜上的挡流板对混合介质进行导流，从而使90度弯管中的混合介质流向实验柜下方储液区域内，通过设置在实验柜侧壁下部的混合介质出口对混合介质回收，以实现循环利用。本发明能够对90度弯管进行冲蚀试验，本发明试验台符合弯管实际工作条件，本发明实验装置设置了冲蚀介质的循环方法，可长时间运行。

Description

90度弯管的可调角度固液双相流冲蚀磨损实验台及装置
技术领域
本发明属于管道冲蚀磨损实验领域，特别是涉及一种适用于90度弯管的可调角度固液双相流冲蚀磨损实验台和实验装置。
背景技术
在水利、石油、天然气等运输过程中，管道运输是其中的重要方式，管道安全就成为了极其重要的事情。管道失效形式中冲蚀磨损占据了重要的一部分，其中管道在进行运输时最容易损坏的部位为弯头转向处，容易破坏弯管内表面，其中90度弯管在管道运输使用中范围最广，所以对于90度弯管的冲蚀研究就是一个极为重要的方向。
目前对于管道冲蚀磨损实验中所用到的实验设备比较稀少，尤其是对于可以实现90度弯管的实验模拟的实验装置更为稀少，且具有各种缺点：现有试验机大多没有对现实复杂情况的模拟，高压、震动、多角度冲蚀等多种情况，如一种应用于管状试件的多相流冲蚀磨损实验台，公告号CN110398433B，未对现实管道运行中受到的震动、压力进行模拟；一种固液两相冲蚀试验机，公告号CN211205998U，存在冲蚀角度没有精确固定等缺点。
发明内容
本发明的目的是提供了一种适用于90度弯管的可调角度固液双相流冲蚀磨损实验台和实验装置，能够对90度弯管进行冲蚀试验，本发明试验台符合弯管实际工作条件，本发明设置了冲蚀介质的循环方法，可长时间运行，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
本发明提出了一种适用于90度弯管的可调角度固液双相流冲蚀磨损实验台，其特征在于：包括实验柜、弯管夹具、震动模拟装置和弯管角度调整装置；所述实验柜分为上下两部分，弯管夹具、震动模拟装置和弯管角度调整装置设置在实验柜的上部分，实验柜的下部分为储液区域，实验柜的侧壁上部设有混合介质入口，混合介质入口的输入端与置于实验柜外部的输水管相连、混合介质入口的输出端与置于实验柜内部的硅胶软管相连；所述硅胶软管通过异径接头与待冲蚀实验的90度弯管连接；所述实验柜的侧壁下部开有混合介质出口，同时混合介质出口与实验柜外部的循环回收管道相接；所述弯管夹具包括管道固定墩块，管道固定墩块固定在弯管角度调整装置上，管道固定墩块的数量为两个，两个管道固定墩块间隔角度为90度，每个所述管道固定墩块中间具有楔形槽；所述弯管角度调整装置能够相对于所述实验柜转动且止停在不同角度上，并固定在停止时的状态，以使所述待冲蚀实验的90度弯管能够保持在预设的实验角度上；所述震动模拟装置固定在弯管角度调整装置上，震动模拟装置包括用于产生震动的震动马达，震动模拟装置用于向弯管角度调整装置传递震动。
进一步，所述弯管角度调整装置包括固定圆盘和固定连接在固定圆盘上的调整轴，所述调整轴包括曲轴部和设置在曲轴部两端的直轴部，曲轴部由位于中间的直轴段以及连接在直轴段两侧的曲轴段构成，且两曲轴段的结构一致，呈反向对称设置，所述曲轴部两端的直轴部共轴线，两直轴部的中轴线与固定圆盘的中轴线重合，同时两直轴部相互远离的一端均延伸出实验柜外，并在两直轴部置于实验柜外的一端均连接有定位圆盘，每个定位圆盘上开设有销轴孔，同时在实验柜上开设有销轴孔，固定销轴穿过相对应的定位圆盘上的销轴孔和实验柜上的销轴孔，将定位圆盘固定在实验柜。
进一步，所述弯管角度调整装置的固定圆盘上开设有用于螺栓连接的螺栓孔，震动模拟装置和管道固定墩块均通过螺栓孔和螺栓配合固定在固定圆盘上。
进一步，所述震动模拟装置由固定螺栓Ⅲ和一个震动马达组成，所述震动马达通过固定螺栓Ⅲ连接在弯管角度调整装置的固定圆盘上。
进一步，所述的适用于90度弯管的可调角度固液双相流冲蚀磨损实验台，还包括角度调整装置支撑架，所述角度调整装置支撑架有两组，两组角度调整装置支撑架对称设置，每个角度调整装置支撑架的底部与实验柜固定，顶部设有与弯管角度调整装置的直轴部相配合的圆弧形状凹槽，能够使弯管角度调整装置在角度调整装置支撑架上旋转，起到支撑作用。
进一步，在所述储液区域上方设有挡流板，且所述挡流板通过卡槽连接在实验柜上，所述挡流板向其下方的储液区域倾斜，所述挡流板能够随弯管角度调整装置的旋转将其安装到实验柜的不同位置，使得挡流板正对待冲蚀实验的90度弯管的出口。
进一步，每个定位圆盘上均布有十二个销轴孔，相邻销轴孔间隔30度。
进一步，所述弯管角度调整装置上连接有用于固定待冲蚀实验的90°弯管的管道卡子。
本发明还提出了一种适用于90度弯管的可调角度固液双相流冲蚀磨损实验装置，包括所述的适用于90度弯管的可调角度固液双相流冲蚀磨损实验台，还包括流出流量阀、加压泵、电机、搅拌辊、搅拌罐、流入流量阀、水泵、压力计和流量计，所述搅拌罐的出口通过输水主管道与混合介质入口连接，搅拌罐的入口通过循环回收管道与混合介质出口连接，所述流入流量阀、压力计和流量计安装在所述输水主管道上，所述水泵通过管道与搅拌罐连通；所述流出流量阀和加压泵安装在循环回收管道上；所述电机的输出端与搅拌辊连接；所述搅拌辊安装在搅拌罐上，并置于搅拌罐内部。
进一步，所述水泵与搅拌罐之间接入一支路管道，并在支路管道上安装有安全阀。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：
1、本发明针对管状试件，可实现固液双相流、多角度、不同管径管道冲蚀实验；且能模拟真实环境中的震动等工况环境，进一步可以通过调节流量阀来调节管道流体不同流速，调节加压泵功率大小来调节管道压力。
2、本发明提出的实验装置采用冲蚀介质循环方式，可以长时间、不间断的运行。
3、本发明提出的冲蚀磨损实验台中的弯管角度调整台简单易用，可快速调整对于90度弯管冲蚀磨损实验的角度。
4、本发明提出的冲蚀磨损实验台所使用的弯管夹具简单易拆、可方便实现对于不同管径管道的冲蚀磨损实验。
附图说明
图1为适用于90度弯管的可调角度固液双相流冲蚀磨损实验台整体结构示意图。
图2为适用于90度弯管的可调角度固液双相流冲蚀磨损实验台侧面剖视结构示意图。
图3为弯管夹具结构示意图。
图4为管道固定墩块的结构示意图；
图5为适用于90度弯管的可调角度固液双相流冲蚀磨损实验装置总体结构简图。
图中各标记如下：1-柜体盖，2-混合介质入口，3-管道固定墩块，4-弯管角度调整装置，5-固定螺栓Ⅰ，6-垂直框架，7-混合介质出口，8-硅胶软管，9-管道卡子，10-固定螺栓Ⅱ，11-挡流板，12-水平框架，13-储液区域，14-固定螺栓Ⅲ，15-震动马达，16-固定圆盘，17-角度调整装置支撑架，18-卡槽，19-实验弯管，20-固定销轴，21-定位圆盘，22-流出流量阀，23-加压泵，24-电机，25-搅拌辊，26-搅拌罐，27-安全阀，28-流入流量阀，29-水泵，30-压力计，31-流量计，32-柜体。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
请参阅图1、图2、图3和图4，一种90度弯管的可调角度固液双相流冲蚀磨损实验台，包括实验柜、弯管夹具、震动模拟装置和弯管角度调整装置4。
所述实验柜包括柜体盖1和柜体32，柜体盖1盖设在柜体32的顶部，柜体32包括框架主体和围设在框架主体四周的围板，围板由透明有机玻璃制成，方便观察实验柜内部情况，围板以及柜体盖1上均设有用于固定挡流板11的卡槽18；框架主体对实验柜起到固定支撑作用，框架主体由垂直框架6和水平框架12组成，垂直框架6与水平框架12相互垂直，水平框架12处于垂直框架6中部位置，水平框架12将垂直框架6分为上下两部分，弯管夹具、震动模拟装置和弯管角度调整装置设置在柜体32的上部分，柜体32的下部分为储液区域13，柜体32的侧壁上部设有混合介质入口2，混合介质入口2的输入端与置于实验柜外部的输水管相连、混合介质入口2的输出端与置于实验柜内部的硅胶软管8相连；所述硅胶软管8通过异径接头与实验弯管19(即待冲蚀实验的90°弯管)连接，通过硅胶软管8的弹性实现异径接头的更换。所述挡流板11通过卡槽18连接在实验柜上，所述挡流板11可以随弯管角度调整装置4的旋转安装到实验柜的不同位置，使实验弯管19不同角度流出的混合介质流向储液区域13，由于实验弯管19的角度调整不同，导致混合介质从实验弯管19流出角度不同，所以需要用挡流板11进行导流，防止冲蚀介质飞溅。所述储液区域13位于实验柜下半部分，主要用于暂时存储实验弯管19流出的固液双相冲蚀介质。所述实验柜的侧壁下部开有混合介质出口7，同时混合介质出口7与实验柜外部的循环回收管道相接，实现混合介质的回收利用。
所述弯管夹具包括管道固定墩块3，管道固定墩块3的数量为两个，两个管道固定墩块3间隔角度为90度，两个管道固定墩块3通过四个固定螺栓Ⅰ5组合固定在弯管角度调整装置4上，每个所述管道固定墩块3中间具有楔形槽；楔形槽结构稳定，适用性广，通过楔形槽来限制实验弯管19的自由度，可以方便实现对于不同直径实验弯管19的更换，每个管道固定墩块3上通过两个固定螺栓Ⅱ10配合管道卡子9来卡紧实验弯管19(即待冲蚀实验的90度弯管)。
所述弯管角度调整装置4能够相对于所述实验柜转动从而带动固定在其上的实验弯管19同步转动进而实现实验弯管19的不同角度调整，并且弯管角度调整装置4能够止停在不同角度上，以使所述实验弯管19能够保持在预设的实验角度上；进一步，所述弯管角度调整装置4包括固定圆盘16和固定连接在固定圆盘16上的调整轴，所述调整轴包括曲轴部和设置在曲轴部两端的直轴部，曲轴部由位于中间的直轴段以及连接在直轴段两侧的曲轴段构成，且两曲轴段的结构一致，呈反向对称设置，所述曲轴部两端的直轴部共轴线，两直轴部的中轴线与固定圆盘的中轴线重合，同时两直轴部相互远离的一端均延伸出实验柜外，并在两直轴部置于实验柜外的一端均连接有定位圆盘21，每个定位圆盘21上开设有销轴孔，同时在实验柜上开设有销轴孔，固定销轴20穿过相对应的定位圆盘21上的销轴孔和实验柜上的销轴孔，将定位圆盘21固定在实验柜。弯管角度调整装置4的结构并不限制于此，只要能够实现相对于所述实验柜转动，并且可以止停在不同角度即可。将弯管角度调整装置4调整好所需角度，在相对应的定位圆盘21和实验柜上的销轴孔之间均布插入固定销轴20，通过固定销轴20、定位圆盘21的销轴孔以及实验柜上的销轴孔配合保证所需角度。
所述定位圆盘21的数量为两个，分别固定在弯管角度调整装置4两端的直轴部上，定位圆盘21上均布有十二个销轴孔，相邻销轴孔间隔30度，三个固定销轴20与定位圆盘21上的销轴孔和实验柜的围板上的销轴孔配合，将弯管角度调整装置4调整好所需角度，在相对应的定位圆盘21和实验柜上的销轴孔之间均布插入三个固定销轴20，通过固定销轴20、定位圆盘21上的十二个销轴孔以及实验柜的围板上的十二个销轴孔配合保证所需角度，定位圆盘21与实验柜每相对转过一个销轴孔时对应弯管角度调整装置4旋转30度，总计十二个销轴孔可实现弯管角度调整装置4十二个角度的调整。
所述硅胶软管8为异径接头，通过管道卡箍连接混合介质入口2与实验弯管19，防止出现漏液。
所述震动模拟装置由固定螺栓Ⅲ14和一个震动马达15组成，震动马达15通过固定螺栓Ⅲ14连接在弯管角度调整装置4中的固定圆盘16上，震动马达15由电流驱动产生一定频率的震动，从而对弯管冲蚀实验产生影响。
所述角度调整装置支撑架17有两组，两组角度调整装置支撑架17对称设置，每个角度调整装置支撑架17的底部与实验柜的水平框架12固定，顶部设置有与弯管角度调整装置4的直轴部相配合的圆弧形状凹槽，能够使弯管角度调整装置4在角度调整装置支撑架17上旋转，起到支撑作用。
如图5所示，一种带有适用于90度弯管的可调角度固液双相流冲蚀磨损实验台的实验装置，包括上述适用于90度弯管的可调角度固液双相流冲蚀磨损实验台，还包括流出流量阀22、加压泵23、电机24、搅拌辊25、搅拌罐26、流入流量阀28、水泵29、压力计30和流量计31，所述搅拌罐26的出口通过输水主管道与混合介质入口2连接，搅拌罐26的入口通过循环回收管道与混合介质出口7连接，所述流入流量阀28、压力计30和流量计31安装在所述输水主管道上，所述水泵29通过管道与搅拌罐26连通；所述流出流量阀22和加压泵23安装在循环回收管道上；所述电机24的输出端与搅拌辊25连接；所述搅拌辊25安装在搅拌罐26上，并置于搅拌罐26内部。所述水泵29与搅拌罐26之间接入一支路管道，并在支路管道上安装有安全阀27。
本发明对液固两相冲蚀实验流程：
实验前，将固、液两种实验介质加入搅拌罐26中经过电机24驱动搅拌辊25搅拌均匀；将实验弯管19固定在管道固定墩块3上；启动震动马达15，震动马达15产生震动，调整好震动频率；将弯管角度调整装置4调整好角度，在相对应的定位圆盘21和实验柜上的销轴孔之间均布插入三个固定销轴20，通过固定销轴20、定位圆盘21的销轴孔以及实验柜的围板上的销轴孔配合保证所需角度。输水主管道上接入搅拌罐26，然后接入水泵29(动力装置)、输入流量阀28，再接入压力表30、流量表31，通过输入流量阀28的调节可以改变管道流速，实现实验装置调节管道流速大小的功能。水泵29与搅拌罐26之间接入一支路管道，支路管道上安装有安全阀27，防止水压过大造成安全问题。实验前打开所有阀门，经过水泵29驱动使混合好的冲蚀介质从搅拌罐26中抽出流经实验弯管19，从实验弯管19中流出的冲蚀介质经过挡流板11导流后流入实验柜的储液区域13，实验所用冲蚀介质从实验柜的储液区域13流出，依次经流出流量阀22流出再经加压泵23牵引流回搅拌罐26，同时加压泵23在需要对管道进行加压实验时可以调节管道压力，实现在不同压力条件下的管道实验。
经验证，本发明90度弯管的可调角度固液双相流冲蚀磨损实验台及实验装置可以对实验弯管19进行模拟真实环境中压力、震动对于弯管影响的冲蚀试验；本设计针对90度弯管，可实现固液双相流、多角度、不同管径、不同流速的管道冲蚀实验；本实验装置采用冲蚀介质可循环方式，可以长时间、不间断的运行；本实验装置所采用的弯管角度调整装置4简单易拆，可快速调整对于90度弯管冲蚀磨损实验的角度；本实验设备所使用的夹具可快速拆卸、以方便实现对于不同管径管道的冲蚀磨损实验。最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于90度弯管的可调角度固液双相流冲蚀磨损实验台，其特征在于：包括实验柜、弯管夹具、震动模拟装置和弯管角度调整装置；所述实验柜分为上下两部分，弯管夹具、震动模拟装置和弯管角度调整装置设置在实验柜的上部分，实验柜的下部分为储液区域，实验柜的侧壁上部设有混合介质入口，混合介质入口的输入端与置于实验柜外部的输水管相连、混合介质入口的输出端与置于实验柜内部的硅胶软管相连；所述硅胶软管通过异径接头与待冲蚀实验的90度弯管连接；所述实验柜的侧壁下部开有混合介质出口，同时混合介质出口与实验柜外部的循环回收管道相接；所述弯管夹具包括管道固定墩块，管道固定墩块固定在弯管角度调整装置上，管道固定墩块的数量为两个，两个管道固定墩块间隔角度为90度，每个所述管道固定墩块中间具有楔形槽；所述弯管角度调整装置能够相对于所述实验柜转动且止停在不同角度上，并固定在停止时的状态，以使所述待冲蚀实验的90度弯管能够保持在预设的实验角度上；所述震动模拟装置固定在弯管角度调整装置上，震动模拟装置包括用于产生震动的震动马达。
2.根据权利要求1所述的适用于90度弯管的可调角度固液双相流冲蚀磨损实验台，其特征在于：所述弯管角度调整装置包括固定圆盘和固定连接在固定圆盘上的调整轴，所述调整轴包括曲轴部和设置在曲轴部两端的直轴部，曲轴部由位于中间的直轴段以及连接在直轴段两侧的曲轴段构成，且两曲轴段的结构一致，呈反向对称设置，所述曲轴部两端的直轴部共轴线，两直轴部的中轴线与固定圆盘的中轴线重合，同时两直轴部相互远离的一端均延伸出实验柜外，并在两直轴部置于实验柜外的一端均连接有定位圆盘，每个定位圆盘上开设有销轴孔，同时在实验柜上开设有销轴孔，固定销轴穿过相对应的定位圆盘上的销轴孔和实验柜上的销轴孔，将定位圆盘固定在实验柜。
3.根据权利要求2所述的适用于90度弯管的可调角度固液双相流冲蚀磨损实验台，其特征在于：所述弯管角度调整装置的固定圆盘上开设有用于螺栓连接的螺栓孔，震动模拟装置和管道固定墩块均通过螺栓孔和螺栓配合固定在固定圆盘上。
4.根据权利要求2所述的适用于90度弯管的可调角度固液双相流冲蚀磨损实验台，其特征在于：所述震动模拟装置由固定螺栓Ⅲ和震动马达组成，所述震动马达通过固定螺栓Ⅲ连接在弯管角度调整装置的固定圆盘上。
5.根据权利要求2所述的适用于90度弯管的可调角度固液双相流冲蚀磨损实验台，其特征在于：还包括角度调整装置支撑架，所述角度调整装置支撑架有两组，两组角度调整装置支撑架对称设置，每个角度调整装置支撑架的底部与实验柜固定，顶部设有与弯管角度调整装置的直轴部相配合的圆弧形状凹槽。
6.根据权利要求1所述的适用于90度弯管的可调角度固液双相流冲蚀磨损实验台，其特征在于：在所述储液区域上方设有挡流板，且所述挡流板通过卡槽连接在实验柜上，所述挡流板向其下方的储液区域倾斜，所述挡流板能够安装到实验柜的不同位置，使得挡流板正对待冲蚀实验的90度弯管的出口。
7.根据权利要求2所述的适用于90度弯管的可调角度固液双相流冲蚀磨损实验台，其特征在于：每个定位圆盘上均布有十二个销轴孔，相邻销轴孔间隔30度。
8.根据权利要求1所述的适用于90度弯管的可调角度固液双相流冲蚀磨损实验台，其特征在于：所述弯管角度调整装置上连接有用于固定待冲蚀实验的90°弯管的管道卡子。
9.一种适用于90度弯管的可调角度固液双相流冲蚀磨损实验装置，其特征在于：包括权利要求1至8中任意一项所述的适用于90度弯管的可调角度固液双相流冲蚀磨损实验台，还包括流出流量阀、加压泵、电机、搅拌辊、搅拌罐、流入流量阀、水泵、压力计和流量计，所述搅拌罐的出口通过输水主管道与混合介质入口连接，搅拌罐的入口通过循环回收管道与混合介质出口连接，所述流入流量阀、压力计和流量计安装在所述输水主管道上，所述水泵通过管道与搅拌罐连通；所述流出流量阀和加压泵安装在循环回收管道上；所述电机的输出端与搅拌辊连接；所述搅拌辊安装在搅拌罐上，并置于搅拌罐内部。
10.根据权利要求9所述的适用于90度弯管的可调角度固液双相流冲蚀磨损实验装置，其特征在于：所述水泵与搅拌罐之间接入一支路管道，并在支路管道上安装有安全阀。
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