CN208330730U - 液环泵内气液两相流可视化实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于液环泵性能检测技术领域，具体涉及一种液环泵内气液两相流可视化实验装置，包括底盘和控制中心，底盘上设有单出轴液环式真空泵，单出轴液环式真空泵上设有进气管路，进气管路上设有进气口，按照由靠近进气口到远离进气口的走向，进气管路上依次设置有第一真空表、孔板流量计、第二真空表、阀门甲、压力变送器和止回阀，孔板流量计通过流量计管路连接差压变送器；单出轴液环式真空泵上还设有排气管路，排气管路连通压力容器，压力容器上设有液位计和压力表。本实用新型可应用于多相流体动力学特征检测的科学实验，为新型液环泵开发提供了理论与技术基础。

Description

液环泵内气液两相流可视化实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种液环泵内气液两相流可视化实验装置，属于液环泵性能检测技术领域。

背景技术

液环真空泵是一种用来抽送气体的流体机械，也可用作压缩机，作压缩机时称为液环压缩机。工作过程中其内流动是具有自由分界面的气液两相流，泵内的液体工作介质起密封、传递能量及冷却等作用。由于泵的应用环境的苛刻性和内流动的复杂性，对于诸如液环泵一类的叶片式泵水力性能的优化研究是国内外水力机械领域的热点问题。

虽然国内外相关领域的研究者对液环泵的内部流动及性能分析已经做了大量的基础性工作，但由于多年来一直缺少一种对液环泵内部流场进行直接观察研究的可视化实验装置，对泵内二次流结构、自由分界面形状变化规律及其与泵的外特性间的关系等的深入分析缺少实用的检测实验手段，导致对叶轮及泵的壳体型线的优化设计难以进行更深入的研究。

实用新型内容

根据以上现有技术中的不足，本实用新型要解决的技术问题是：提供一种可用于多相流体动力学特征检测的液环泵内气液两相流可视化实验装置，为新型液环泵开发提供理论与技术基础。

本实用新型所述的液环泵内气液两相流可视化实验装置，包括底盘和控制中心，控制中心内设有流量计算仪；底盘上设有单出轴液环式真空泵，单出轴液环式真空泵由变频电机驱动，单出轴液环式真空泵上设有进气管路，进气管路上设有进气口，按照由靠近进气口到远离进气口的走向，进气管路上依次设置有第一真空表、孔板流量计、第二真空表、阀门甲、压力变送器和止回阀，孔板流量计通过流量计管路连接差压变送器；单出轴液环式真空泵上还设有排气管路，排气管路连通压力容器，压力容器上设有排气口、溢流口和排空口，排气口、溢流口和排空口分别由阀门乙、阀门丁和阀门丙控制开闭；压力容器上还设有液位计和压力表。

运行前，向单出轴液环式真空泵内注入一定量的工作液，启动变频电机，变频电机带动单出轴液环式真空泵，利用容积式泵的机理旋转作功，气体介质由进气口经孔板流量计、阀门甲和止回阀，进入泵腔，靠泵腔容积的变化实现吸气-压缩-排气的工作过程，气体介质从泵腔排出时挟带少量工作液，形成气液混合介质，经排气管路进入压力容器时，气液分离，液体介质在重力作用下落入压力容器底部，气体介质经阀门乙从排气口排出，止回阀可防止介质倒流。设于压力容器上的液位计显示压力容器的液位，压力容器的液位高于溢流口时，经阀门丁向外溢流，当压力容器内液体需要全部排空时，打开阀门丙，液体即可从排空口排出。工作过程中，差压变送器将采集到的信号传递给控制中心内的流量计算仪，通过计算输出并在控制中心显示屏上显示，由真空表、压力变送器检测到的信息传递给控制中心，真空度、抽气速率等性能参数在控制中心显示屏上显示。所述压力容器可作为单出轴液环式真空泵的气液分离器使用，当单出轴液环式真空泵作液环压缩机使用时，压力容器也可作为单出轴液环式缩机的压力存贮装置，具有“一器二用”的功能。单出轴液环式真空泵用作液环压缩机时，关闭压力容器上的所有阀门，气体介质进入压力容器后不断被压缩，设于压力容器上部的压力表显示压力容器内实时的压力。

所述的单出轴液环式真空泵包括泵轴、泵体、密封盖、后端泵盖和叶轮，泵体和密封盖均采用高分子透明材料丙烯酸塑料制成，后端泵盖上设有观察窗口。透过后端泵盖上的观察窗口及泵体、密封盖，能够从外部清晰方便的观察和拍摄液环泵内部流场的特征及变化情况，可贴近后端泵盖安置高速摄像装置，采用激光照射成像技术对泵体内流场变化进行分析研究。

所述的变频电机通过挠性联轴器与单出轴液环式真空泵相连接。

优选的，所述的挠性联轴器为膜片联轴器，适用于泵类机械装置的轴系传动。

优选的，所述的阀门甲为法兰式蝶阀，法兰式蝶阀无论在低温和高温的情况下，均具有优良的密封性能。

优选的，所述的阀门乙为法兰式蝶阀。

优选的，所述的止回阀为浮球式止回阀。

优选的，所述的阀门丙为对夹球阀，结构简单、体积小、重量轻，具有良好的流体控制特性。

优选的，所述的阀门丁为对夹球阀。

优选的，所述的液位计为磁翻板液位计，磁翻板液位计可用于各种塔、罐、槽、球型容器和锅炉等设备的介质液位检测。

本实用新型与现有技术相比所具有的有益效果是：

(1)本实用新型所述的单出轴液环式真空泵的后端泵盖设有观察窗口，单出轴液环式真空泵的泵体、密封盖选用高分子透明材料-丙烯酸塑料加工制造，透过后端泵盖上的观察窗口及泵体、密封盖，能够从外部清晰方便的观察和拍摄液环泵内部流场的特征及变化情况，可贴近后端泵盖安置高速摄像装置，采用激光照射成像技术对泵内流场变化进行分析研究，解决了液环泵气液两相流(混输)研究平台的关键技术难题，为新型液环泵开发提供了理论与技术基础。

(2)本实用新型在进气管路上设置孔板流量计，通过差压变送器将采集到的信号传递给控制中心内的流量计算仪，通过计算输出并在控制中心显示屏上显示流量值，本实用新型还可实时提供泵运行中的真空度、抽气速率等性能参数，从而解决了液环泵内气液两相流可视化实验装置运行过程的孔板一体化测量技术问题，实现了实验台的自动化、集成化监控。

(3)本实用新型所述的压力容器“一器二用”，既可作为单出轴液环式真空泵的气水分离器，又可作为单出轴液环式压缩机的压力存贮装置，简化了结构，节约了原材料，减少了空间占用。

(4)所述单出轴液环式真空泵采用变频电机驱动，输出功率可根据液环真空泵的不同功率需求调节，实现了节能降耗。

综上所述，本实用新型可用于液环真空泵内气液两相流分析的教学和科学实验，可作为研究CFD计算流体力学技术与实验流体力学的科研手段，为改进、优化液环泵性能，从根本上提升泵的效率提供重要实验数据。可应用于多相流体动力学特征检测的科学实验，为新型液环泵开发提供了理论与技术基础。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图之一；

图2是图1的侧视图；

图3是本实用新型中单出轴液环式真空泵的结构示意图；

图4是图3的侧视图；

图中：1、进气口；2、进气管路；3、第一真空表；4、孔板流量计；5、流量计管路；6、第二真空表；7、阀门甲；8、压力变送器；9、阀门乙；10、排气口；11、压力容器；12、止回阀；13、单出轴液环式真空泵；14、阀门丙；15、挠性联轴器；16、防护罩；17、底盘；18、变频电机；19、差压变送器；20、溢流口；21、阀门丁；22、液位计；23、压力表；24、控制中心；25、立柱乙；26、排气管路；27、泵供水口；28、排空口；29、立柱甲；30、泵轴；31、泵体；32、密封盖；33、后端泵盖；34、叶轮；35、观察窗口；36、控制中心显示屏。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步描述：

如图1～4所示，本实用新型所述的液环泵内气液两相流可视化实验装置，包括底盘17和控制中心24，控制中心24内设有流量计算仪，控制中心24设置在立柱乙25上；底盘17上设有单出轴液环式真空泵13，单出轴液环式真空泵13由变频电机18驱动，单出轴液环式真空泵13上设有进气管路2，进气管路2上设有进气口1，按照由靠近进气口1到远离进气口1的走向，进气管路2上依次设置有第一真空表3、孔板流量计4、第二真空表6、阀门甲7(法兰式蝶阀)、压力变送器8和止回阀12(浮球式止回阀)，孔板流量计4通过流量计管路5连接差压变送器19，进气管路2由立柱甲29支撑，差压变送器19设置在立柱甲29上；单出轴液环式真空泵13上还设有排气管路26，排气管路26连通压力容器11，压力容器11上设有排气口10、溢流口20和排空口28，排气口10、溢流口20和排空口28分别由阀门乙9(法兰式蝶阀)、阀门丁21(对夹球阀)和阀门丙14(对夹球阀)控制开闭；压力容器11上还设有液位计22(磁翻板液位计)和压力表23。

单出轴液环式真空泵13包括泵轴30、泵体31、密封盖32、后端泵盖33和叶轮34，泵体31和密封盖32均采用高分子透明材料丙烯酸塑料制成，后端泵盖33上设有4个观察窗口35。透过后端泵盖33上的观察窗口35及泵体31、密封盖32，能够从外部清晰方便的观察和拍摄单出轴液环式真空泵13内部流场的特征及变化情况，可贴近后端泵盖33安置高速摄像装置，采用激光照射成像技术对泵体31内流场变化进行分析研究。

变频电机18通过挠性联轴器15(膜片联轴器)与单出轴液环式真空泵13相连接，固定于底盘17上的防护罩16罩住高速旋转的挠性联轴器15(膜片联轴器)，以保证运行安全。

本实用新型的工作过程或工作原理是：

运行前，通过泵供水口27向单出轴液环式真空泵13内注入一定量的工作液，启动变频电机18，通过挠性联轴器15(膜片联轴器)带动由泵轴30和叶轮34组成的转子部件旋转，叶轮34的叶片将工作液抛向泵体31的内壁形成液环，利用容积式泵的机理旋转作功，气体介质由进气口1经孔板流量计4、阀门甲7(法兰式蝶阀)、止回阀12(浮球式止回阀)，进入泵腔，靠泵腔容积的变化实现吸气-压缩-排气的工作过程，气体介质从泵腔排出时挟带少量工作液，形成气液混合介质，经排气管路26进入压力容器11时，气液分离，液体介质在重力作用下落入压力容器11底部，气体介质经阀门乙9(法兰式蝶阀)从排气口10排出，止回阀12(浮球式止回阀)可防止介质倒流。设于压力容器11上的液位计22(磁翻板液位计)显示压力容器11的液位，压力容器11的液位高于溢流口20时，经阀门丁21(对夹球阀)向外溢流，当压力容器11内液体需要全部排空时，打开阀门丙14(对夹球阀)，液体即可从排空口28排出。工作过程中，差压变送器19将采集到的信号传递给控制中心24内的流量计算仪，通过计算输出并在控制中心显示屏36上显示，由第一真空表3、第二真空表6、压力变送器8检测到的信息传递给控制中心24，真空度、抽气速率等性能参数在控制中心显示屏36上显示。固定于底盘17上的防护罩16罩住高速旋转的挠性联轴器15(膜片联轴器)，以保证运行安全。工作过程中，工作液要及时注入，以补充消耗。

所述压力容器11可作为单出轴液环式真空泵13的气液分离器使用，当单出轴液环式真空泵13作压缩机使用时，压力容器11也可作为单出轴液环式压缩机的压力存贮装置，具有“一器二用”的功能。当单出轴液环式真空泵13用作压缩机时，关闭压力容器11上的所有阀门(即阀门乙9-法兰式蝶阀、阀门丙14-对夹球阀和阀门丁21-对夹球阀)，气体介质进入压力容器11后不断被压缩，设于压力容器11上部的压力表23显示压力容器11内的实时压力。

通过以上原理来实现液环泵的性能及液环泵内气液两相流的监测。

Claims (10)

1.一种液环泵内气液两相流可视化实验装置，其特征在于：包括底盘(17)和控制中心(24)，控制中心(24)内设有流量计算仪；底盘(17)上设有单出轴液环式真空泵(13)，单出轴液环式真空泵(13)由变频电机(18)驱动，单出轴液环式真空泵(13)上设有进气管路(2)，进气管路(2)上设有进气口(1)，按照由靠近进气口(1)到远离进气口(1)的走向，进气管路(2)上依次设置有第一真空表(3)、孔板流量计(4)、第二真空表(6)、阀门甲(7)、压力变送器(8)和止回阀(12)，孔板流量计(4)通过流量计管路(5)连接差压变送器(19)；单出轴液环式真空泵(13)上还设有排气管路(26)，排气管路(26)连通压力容器(11)，压力容器(11)上设有排气口(10)、溢流口(20)和排空口(28)，排气口(10)、溢流口(20)和排空口(28)分别由阀门乙(9)、阀门丁(21)和阀门丙(14)控制开闭；压力容器(11)上还设有液位计(22)和压力表(23)。

2.根据权利要求1所述的液环泵内气液两相流可视化实验装置，其特征在于：所述的单出轴液环式真空泵(13)包括泵轴(30)、泵体(31)、密封盖(32)、后端泵盖(33)和叶轮(34)，泵体(31)和密封盖(32)均采用高分子透明材料丙烯酸塑料制成，后端泵盖(33)上设有观察窗口(35)。

3.根据权利要求1所述的液环泵内气液两相流可视化实验装置，其特征在于：所述的变频电机(18)通过挠性联轴器(15)与单出轴液环式真空泵(13)相连接。

4.根据权利要求3所述的液环泵内气液两相流可视化实验装置，其特征在于：所述的挠性联轴器(15)为膜片联轴器。

5.根据权利要求1所述的液环泵内气液两相流可视化实验装置，其特征在于：所述的阀门甲(7)为法兰式蝶阀。

6.根据权利要求1所述的液环泵内气液两相流可视化实验装置，其特征在于：所述的阀门乙(9)为法兰式蝶阀。

7.根据权利要求1所述的液环泵内气液两相流可视化实验装置，其特征在于：所述的止回阀(12)为浮球式止回阀。

8.根据权利要求1所述的液环泵内气液两相流可视化实验装置，其特征在于：所述的阀门丙(14)为对夹球阀。

9.根据权利要求1所述的液环泵内气液两相流可视化实验装置，其特征在于：所述的阀门丁(21)为对夹球阀。

10.根据权利要求1所述的液环泵内气液两相流可视化实验装置，其特征在于：所述的液位计(22)为磁翻板液位计。