CN116643076A - 一种气液两相流带电的产生、检测与循环控制系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种气液两相流带电的产生、检测与循环控制系统，属于高压绝缘技术领域。该系统包括储液箱、冷凝器和两相流带电和检测箱，两相流带电和检测箱，包括：箱体，所述箱体上分别设有入液管道和出液管道；两相流带电装置，所述两相流带电装置的一端与所述入液管道连接，所述两相流带电装置的另一端与所述出液管道连接，所述两相流带电装置能够使两相流带电；两相流检测装置，其设置于所述出液管道上，所述两相流检测装置能够检测两相流中的冲流电流；加热板，其设置于所述箱体的底部。实现了整个过程全部在一个箱体中完成，去除了两相流从放电箱到检测箱中间与管路的摩擦过程，使测量的两相流电流更为精确。
Description
技术领域
本申请涉及高压绝缘技术，更具体地说，涉及一种气液两相流带电的产生、检测与循环控制系统。
背景技术
相变冷却技术是应用低沸点介质在相变过程带走工作器件产生的多余热量的一种散热技术，其相变过程主要是气液相变或液固相变。目前在低压功率半导体器件和低压超算系统等领域中普遍使用的是气液相变进行冷却。但是由于相变介质以气液两相流状态与需要冷却的材料之间的相对运动，必然导致需要冷却的绝缘材料与两相流介质之间的摩擦带电；同时液体沸腾运动时，气泡与液体的界面(即气泡表面)也存在电荷。这两种电荷可能对设备绝缘带来潜在风险。
这一现象在变压器内部普遍存在，通常发生在变压器油与绝缘纸之间，称为油流带电现象。为了获得油流的带电量，需要设计专门的检测系统，实现对油流流速、温度、电压的控制，并在这些因素情况下进行带电量的准确测量。由于油流带电只存在液体一种相态，因此现有的检测方法更多的是形成液体循环流动，形成摩擦带电-电流测量-放电松弛的循环过程。但是两相流带电与油流带电存在以下区别：相态复杂，两相流需要形成沸腾，产生不同程度的沸腾状态，即不同大小和流速的气泡；检测困难，两相流电荷的收集测量必须临近带电系统，避免循环冷却导致相态变化。
发明内容
鉴于此，为了解决或改善上述现有技术中的不良现象，本申请提出了一种气液两相流带电的产生、检测与循环控制系统。
为了实现上述目的，一方面，本申请提供了一种两相流带电和检测箱，包括：箱体，所述箱体上分别设有入液管道和出液管道；两相流带电装置，所述两相流带电装置的一端与所述入液管道连接，所述两相流带电装置的另一端与所述出液管道连接，所述两相流带电装置能够使两相流带电；两相流检测装置，其设置于所述出液管道上，所述两相流检测装置能够检测两相流中的冲流电流；加热板，其设置于所述箱体的底部。
作为其他可以实现的形式中，所述两相流带电装置包括壳体和两块平板电极，所述壳体的上下两端分别与所述出液管道和所述入液管道连接，两块所述平板电极对称的设在所述壳体的两侧，其中一块平板电极的电压高于另外一块平板电极的电压。
作为其他可以实现的形式中，其中一块平板电极与直流电源连接，另外一块平板电极接地设置。
作为其他可以实现的形式中，所述壳体、出液管道和入液管道均为绝缘材料制作。
作为其他可以实现的形式中，所述两相流检测装置包括金属探头和微电流计，所述金属探头设在所述出液管道内，所述微电流计与所述金属探头连接。
作为其他可以实现的形式中，所述金属探头是金属网。
另一方面，本申请提供了一种气液两相流带电的产生、检测与循环控制系统，包括储液箱和冷凝器，包括如上任意一项所述的两相流带电和检测箱。
作为其他可以实现的形式中，所述储液箱与所述两相流带电和检测箱之间设有流量计。
作为其他可以实现的形式中，所述储液箱上设有温度计。
作为其他可以实现的形式中，所述储液箱全封闭式设计。
有益效果
与现有技术相比，本申请的技术方案具有的优点是：
(1)本申请的技术方案的两相流带电和检测箱用于生成两相流并在出液管道处测量两相流中的冲流电流，通过加热板加热和施加直流电场的方式模拟换流器中的温度、电场环境，在出口处装设与微电流计相连的金属网测量冲流电流，使其检测更简单，还避免循环冷却导致相态变化；
(2)本申请的技术方案将两相流的产生、带电与检测装置结合，实现了整个过程全部在一个箱体中完成，去除了两相流从放电箱到检测箱中间与管路的摩擦过程，使测量的两相流电流更为精确；
(3)本申请的技术方案无需装设流速调节阀与循环阀，液流在进入两相流带电和检测箱体前呈现电中性，不需要装设放电松弛箱中和液流中的电荷；
(4)本申请的技术方案通过气体冷凝产生负压的方式实现两相流在装置内的循环，因此不需要额外装设流速调节阀和循环阀装置。
附图说明
图1是本申请的两相流带电和检测箱的结构示意图；
图2是本申请的两相流带电和检测箱的侧视示意图；
图3是本申请的气液两相流带电的产生、检测与循环控制系统的示意图。
图中主要附图标记说明：1、箱体；2、入液管道；3、出液管道；4、加热板；5、壳体；6、平板电极；7、直流电源；8、微电流计；9、金属网；10、储液箱；11、冷凝器；12、流量计。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
第一方面，本申请实施例提供了一种两相流带电和检测箱，用于产生冲流电流并模拟换流器中的温度、电场环境。
如图1-2所示，两相流带电和检测箱包括箱体1，箱体1的侧面接入入液管道2，入液管道2的上游连通储液箱10，入液管道2伸入箱体1的内部，与箱体1内部的两相带电装置连通，两相带电装置设置于箱体1内部的中间部位，两相带电装置通过施加直流电场的方式模拟换流器中电场环境，以使流经两相带电装置的两相流带电，两相流带电装置的顶端与出液管道3连接，出液管道3从箱体1的顶端穿出，带电的两相流从两相流带电装置经出液管道3流出箱体1。箱体1的底部还设置有加热板4，加热板4可以通过加热方式模拟换流器中的温度，同时还可以通过设定加热板4不同的温度，表现出两相流不同的沸腾状态。两相流检测装置设置在箱体1内部的出液管道3上，两相流检测装置可以检测刚出两相流带电装置的两相流中的冲流电流。该两相流带电和检测箱实现了两相流沸腾、带电、检测的整个过程全部在一个箱体1中完成，去除了两相流从放电箱到检测箱中间与管路的摩擦过程，使测量的两相流电流更为精确。
本实施例中，两相流带电装置包括壳体5和两块平板电极6，壳体5的上下两端分别与出液管道3和入液管道2连接，壳体5的中间是两相流带电区，两块平板电极6对称的安装在壳体5的两侧，两块平板电机的中间区域即为两相流带电区，两相流带电区内壁覆盖需要检测带电量的绝缘材料，两相流带电区外壁左右两侧紧贴有平板电极6，即平板电极6不与两相流直接接触。同时左侧平板电极6与直流电源7电连接，右侧平板电极6接地，形成左侧平板电极6的电势高，右侧平板电极6的电势低。
本实施例中，两相流带电装置的壳体5、出液管道3和入液管道2均用绝缘材料制作，以防止其他带电设备干扰。
本实施例中，两相流检测装置包括金属探头和微电流计8，金属探头设置在出液管道3内，与两相流直接接触，微电流计8设置在箱体1外侧，微电流计8与金属探头电连接，以此检测两相流中的冲流电流。
本实施例中，金属探头采用金属网9，金属网9覆盖出液管道3的整个内径，充分与两相流接触，避免冲流电流检测不准确。
第二方面，本实施例还提供了一种气液两相流带电的产生、检测与循环控制系统。
如图3所示，该系统包括储液箱10、冷凝器11以及上述第一方面的两相流带电和检测箱。储液箱10与两相流带电和检测箱上的入液管道2连接，冷凝器11与两相流带电和检测箱上的出液管道3连接，冷凝器11又与储液箱10连。两相流带电和检测箱用于生成两相流并在出口处测量两相流中的冲流电流，冷凝器11主要用于冷却两相流，使其恢复为单相液流的状态。由冷凝器11箱体1、两相流管道、冷凝水管道、循环泵组成。冷凝水管道嵌套于两相流管道内部，管道以螺旋状布置于冷凝器11内部。储液箱10用于储存经冷凝器11冷却后的液体，储液箱10采取闭式设计，储液箱10箱体1和储液箱10箱盖之间密封连接，储液箱10通过连接口与测温计相连。该系统通过气体冷凝产生负压(两相流沸腾产生的高压)的方式实现两相流在装置内的循环，因此不需要额外装设流速调节阀和循环法装置；同时该系统无需装设流速调节阀与循环阀，液流在进入两相流带电和检测箱体1前呈现电中性，不需要装设放电松弛箱中和液流中的电荷。
本实施例中，储液箱10与两相流带电和检测箱之间设有流量计12，可以通过观察流量计12判断两相流的沸腾装置，当两相流放电箱中气泡生成速度稳定时，开启与平板电极6相连的直流电源7，观察微电流计8数值变化。
使用流程：
首先开启两相流带电和检测箱底部加热板4，同时开启冷凝器11，观察两相流带电和检测箱中的沸腾情况，通过观察储液相处的温度计与流量计12，调节加热板4与冷凝器11功率直至流量计12速度恒定。当两相流放电箱中气泡生成速度稳定时，开启与平板电极6相连的直流电源7，观察微电流计8数值变化。
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，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (10)
1.一种两相流带电和检测箱，其特征在于，包括：
箱体，所述箱体上分别设有入液管道和出液管道；
两相流带电装置，所述两相流带电装置的一端与所述入液管道连接，所述两相流带电装置的另一端与所述出液管道连接，所述两相流带电装置能够使两相流带电；
两相流检测装置，其设置于所述出液管道上，所述两相流检测装置能够检测两相流中的冲流电流；
加热板，其设置于所述箱体的底部。
2.根据权利要求1所述的两相流带电和检测箱，其特征在于，所述两相流带电装置包括壳体和两块平板电极，所述壳体的上下两端分别与所述出液管道和所述入液管道连接，两块所述平板电极对称的设在所述壳体的两侧，其中一块平板电极的电压高于另外一块平板电极的电压。
3.根据权利要求2所述的两相流带电和检测箱，其特征在于，其中一块平板电极与直流电源连接，另外一块平板电极接地设置。
4.根据权利要求2所述的两相流带电和检测箱，其特征在于，所述壳体、出液管道和入液管道均为绝缘材料制作。
5.根据权利要求1所述的两相流带电和检测箱，其特征在于，所述两相流检测装置包括金属探头和微电流计，所述金属探头设在所述出液管道内，所述微电流计与所述金属探头连接。
6.根据权利要求5所述的两相流带电和检测箱，其特征在于，所述金属探头是金属网。
7.一种气液两相流带电的产生、检测与循环控制系统，包括储液箱和冷凝器，其特征在于，包括如权利要求1至6任意一项所述的两相流带电和检测箱。
8.根据权利要求7所述的气液两相流带电的产生、检测与循环控制系统，其特征在于，所述储液箱与所述两相流带电和检测箱之间设有流量计。
9.根据权利要求7所述的气液两相流带电的产生、检测与循环控制系统，其特征在于，所述储液箱上设有温度计。
10.根据权利要求7所述的气液两相流带电的产生、检测与循环控制系统，其特征在于，所述储液箱全封闭式设计。
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