CN212454865U - 多相可控离心泵外特性及内部流动试验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种多相可控离心泵外特性及内部流动试验系统。在该系统中，动力系统为离心泵的稳定运行提供动力；管路系统构成液体、示踪粒子、固体颗粒的循环回路，并控制示踪粒子和固体颗粒的释放与收集；搅拌系统使得蓄水罐内的固体颗粒均匀分布；气体调控系统用于置换试验气体，调节气体流量，并在试验结束后对气体进行回收处理；数据采集分析系统用于电信号与图像信号的采集以及试验数据分析。采用本实用新型提供的一种多相可控离心泵外特性及内部流动试验系统，可对离心泵输送单相、气液两相、固液两相以及气固液三相介质情况下的性能进行试验，用于研究不同工况下的离心泵外特性和内部介质流动规律。

Description

多相可控离心泵外特性及内部流动试验系统

技术领域

本实用新型涉及一种多相可控离心泵外特性及内部流动试验系统，该试验系统主要用于输送单相或多相介质情况下离心泵外特性和内部流动规律的研究。

背景技术

离心泵作为通用机械应用广泛，由于结构复杂，其内部介质流动规律十分复杂。随着工作环境、运行工况和输送介质的改变，离心泵的性能也将发生变化。根据输送介质状态的不同，离心泵工作状态可分为单相、气液两相、固液两相、气固液三相。在实际生产中，离心泵的工作状态并非处于某一状态不变，有必要对多相工况下离心泵的性能进行研究。目前，离心泵试验系统要么只能进行单相离心泵试验，要么只能进行气液或固液两相状态下离心泵试验，无法满足输送介质状态可控的试验需要，迫切需要一套能够输送不同状态介质的离心泵试验系统。因此，开发一种多相可控离心泵外特性及内部流动试验系统就显得极为重要。

发明内容

为了能对离心泵输送多相介质时的性能开展试验，本实用新型设计一种多相可控离心泵外特性及内部流动试验系统。该试验系统能够对多种工况下的离心泵外特性进行试验，并可采用高速摄像机对离心泵内部流动进行拍摄。

本实用新型所采用的技术方案如下：

一种多相可控离心泵外特性及内部流动试验系统，其特征是：该系统包括蓄水罐A、蓄水罐B、动力系统、管路系统、搅拌系统、气体调控系统、数据采集分析系统；

所述蓄水罐A上部进口经抽水泵及管路与蓄水罐B下部K接口连通，将蓄水罐B中液体输送至蓄水罐A；蓄水罐A底部出口经抽水泵及管路与蓄水罐B下部J接口连通，将蓄水罐A中液体输送至蓄水罐B；蓄水罐A上部与蓄水罐B上部还通过气体互通管连通；

所述动力系统包括电机、联轴器、传动轴、机架和离心泵，离心泵的蜗壳由透明的有机玻璃制成，采用高速摄像机可对离心泵内部流动进行拍摄；

所述管路系统主要包括蓄水罐A和蓄水罐B间、蓄水罐B与离心泵间的主流道、流经示踪粒子收集箱和固体颗粒收集箱的分支流道；

所述搅拌系统主要包括磁力搅拌仪和磁力搅拌棒，磁力搅拌仪安装在蓄水罐B底部外侧，磁力搅拌棒放置在蓄水罐B底部；

所述气体调控系统主要包括气体回收罐、储气罐、缓冲罐以及与它们相连接的阀门和管道；气体回收罐顶部安装气体回收罐压力表，通过管道与蓄水罐B的A接口相连，管道上依次安装有回收罐进口阀、真空泵、球阀；储气罐顶部安装储气罐压力表，通过管道与蓄水罐B的B接口相连，管道上依次安装储气罐减压阀和储气罐出口调节阀；缓冲罐上方安装缓冲罐压力表，左侧进口通过管道与蓄水罐B的C接口相连，管道上依次安装气泵和缓冲罐进口阀，管道水平高度高于与蓄水罐B的D接口相连管道高度；缓冲罐右侧出口通过管道连接至离心泵前，管道上安装气体流量调节阀和气体流量传感器；

所述数据采集分析系统包括计算机单元和分别与之相连接的进口液体流量传感器、气体流量传感器、进口压力传感器、出口压力传感器、出口流量传感器、转速扭矩传感器，以及高速摄像机。

本实用新型装置的进一步设计在于：

所述的试验系统中包括蓄水罐A和蓄水罐B；蓄水罐B正上方通过管道与外界相通，管道上安装气体置换阀，罐体上方安装蓄水罐压力表，罐底留有排水管道，管道上安装蓄水罐排水阀；蓄水罐B左侧下方设计两个管道接口，J接口通过管道与蓄水罐A底部相连，用于将蓄水罐A中的水输送到蓄水罐B中，J管道口安装滤网，管道上依次安装抽水泵球阀、蓄水罐A抽水泵、止回阀；K接口通过管道与蓄水罐A左侧上方相连，用于将蓄水罐B中的水输送到蓄水罐A中，K管道口安装滤网，管道上依次安装抽水泵球阀、蓄水罐B抽水泵、抽水泵调节阀；蓄水罐B左侧装有液位测量计，液位测量计下端高度高于蓄水罐B的J接口高度，液位测量计上端高于蓄水罐B的D接口高度；蓄水罐A顶部通过管道连接外界水源，管道上安装进水阀，蓄水罐A右侧通过气体互通管道与蓄水罐B左侧连接。

所述的管路系统中的离心泵进口管路水平布置，另一端与软管相连，进口管路上留有进气孔，进口管路长度不小于20倍管路直径；离心泵出口管路竖直布置，另一端与软管相连，出口管路长度不小于15倍管路直径；竖直软管另一端连接直管并与蓄水罐B的D接口相连接，管路上依次安装出口流量传感器、出口流量调节阀、固体颗粒流道切换阀、示踪粒子流道切换阀。

所述的进口流量传感器安装在与蓄水罐B的I接口相连的管道上，离心泵进口压力传感器安装在离心泵进口管道上，离心泵出口压力传感器安装在离心泵出口管道上，离心泵出口流量传感器安装在与蓄水罐B的D接口相连的管道上，气体流量传感器安装在连接气体缓冲罐与离心泵进口连接的管道上，转速扭矩传感器安装在电机）与离心泵之间的传动轴上。

该试验系统包括固体颗粒收集装置；固体颗粒收集箱上方通过管道与蓄水罐B的D接口连接的管道相连，管道上安装固体颗粒进口阀，管道连接位置在出口流量调节阀与固体颗粒流道切换阀之间；固体颗粒收集箱底部通过颗粒排放管道与蓄水罐B的G接口连接，管道上安装固体颗粒释放阀，管道水平高度高于蓄水罐B的I接口高度；固体颗粒收集箱左侧下方排水管道上与蓄水罐B的F接口相连，管道上安装固体颗粒收集箱排水阀；固体颗粒收集箱左侧上方抽水管道与蓄水罐B的H接口相连，上方管道内放置滤网，管道上依次安装有注水泵流量调节阀、注水泵、注水泵球阀；在固体颗粒收集箱内部左侧安装固体颗粒过滤网，滤网孔径小于固体颗粒直径，大于示踪粒子直径。

该试验系统包括示踪粒子收集装置；示踪粒子收集箱上方通过管道与蓄水罐B的D接口连接的管道相连，管道上安装示踪粒子进口阀，管道连接位置在固体颗粒流道切换阀和示踪粒子流道切换阀之间；示踪粒子收集箱左侧排水管道与蓄水罐B的E接口相连接，管道上安放示踪粒子收集箱排水阀；示踪粒子收集箱底部为示踪粒子排放管道，竖直安装并接入蓄水罐B的F接口所连管道，管道上安装示踪粒子释放阀；在示踪粒子收集箱内部左侧安装示踪粒子过滤网，滤网孔径小于示踪粒子直径。

本实用新型相比现有技术，该系统具有如下有益效果：

（1）本实用新型的试验系统功能齐全，可以进行多相情况下的离心泵试验，对外特性和内部流动都可以进行测量。本实用新型设计一种能够进行单相、气液两相、固液两相以及气固液三相四种工况下的离心泵外特性的全新系统，且能够进行内部流动可视化拍摄。

（2）本实用新型的试验系统安全环保，可对有毒有害介质进行试验，并对试验介质进行回收，系统无泄漏。试验系统具备固体颗粒、示踪粒子及试验气体的释放与回收功能，可以循环利用，且在试验前进行气密性检查，保证系统的密封性能，试验结束后可对试验介质进行回收处理，系统可进行离心泵输送有毒有害介质时的性能试验。

（3）本实用新型的试验系统集成度高，对于不同试验之间，部分功能通用，固体颗粒、示踪粒子及试验气体可以循环使用。加注和回收试验液体、试验气体、固体颗粒、示踪粒子等功能对于四种情况下离心泵性能试验通用。与现有的能够进行单相切换至气液两相工况的离心泵试验系统相比，本试验系统增设示踪粒子和气体回收装置，能够循环利用示踪粒子和试验气体。与现有的能够进行单相切换至固液两相工况的离心泵试验系统相比，本试验系统增设了示踪粒子与固体颗粒回收装置，能够在试验系统内部对示踪粒子与固体颗粒进行释放与回收。固液工况切换至气固液工况的功能为本试验系统所特有。

附图说明

下面结合附图和实例对本实用新型进一步说明:

图1为本实用新型系统结构示意图与管道分布图(也作摘要附图)；

图2为本实用新型管道接口图；

图中：1.蓄水罐A，2.进水阀，3.液位测量计，4.气体互通管，5.蓄水罐B，6.气体置换阀，7.蓄水罐压力表，8.缓冲罐进口阀，9.气泵，10.软管，11.软管，12.缓冲罐压力表，13.缓冲罐，14.储气罐出口调节阀，15.球阀，16.储气罐减压阀，17.气体流量调节阀，18.真空泵，19.储气罐，20.储气罐压力表，21.空气排放阀，22.回收罐进口阀，23.气体回收罐压力表，24.气体回收罐，25.计算机单元，26.出口压力传感器，27.示踪粒子收集箱排水阀，28.示踪粒子流道切换阀，29.示踪粒子过滤网，30.示踪粒子进口阀，31.示踪粒子收集箱，32.注水泵流量调节阀，33.固体颗粒流道切换阀，34.固体颗粒进口阀，35.出口流量调节阀，36.出口流量传感器，37.气体流量传感器，38.软管，39.电机，40.转速扭矩传感器，41.离心泵，42.进口压力传感器，43.固体颗粒收集箱，44.软管，45.固体颗粒释放阀，46.固体颗粒过滤网，47.固体颗粒收集箱排水阀，48.进口液体流量传感器，49.示踪粒子释放阀，50.注水泵，51.出水球阀，52.注水泵球阀，53.蓄水罐排水阀，54.磁力搅拌棒，55.磁力搅拌仪，56.滤网，57.滤网，58.抽水泵球阀，59.止回阀，60.蓄水罐A抽水泵，61.蓄水罐B抽水泵，62.抽水泵球阀，63.抽水泵调节阀，64.滤网。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步的描述：

实施例1：

在图1、图2中，本实用新型包括五个系统，分别为：动力系统、管路系统、搅拌系统、气体调控系统、数据采集分析系统。该试验系统能够进行不同工况下的离心泵外特性及内部流动试验。

在图1中，本试验系统的动力系统包括电机（39）、联轴器（未标出）、传动轴（未标出）机架（未画出）、离心泵（41）。电机（39）通过联轴器与离心泵（41）相连接，进行动力传递。通过螺栓连接将电机（39）与离心泵（41）固定在机架（未画出）上。离心泵（41）的蜗壳由透明的有机玻璃制成，采用高速摄像机可对其内部流动进行拍摄。

在图1中，本试验系统的管路系统构成了液体、固体颗粒、示踪粒子循环回路和气体的调控回路，满足不同情况下的离心泵试验要求。包括与蓄水罐B（5）上A、B、C、D、E、F、G、H、J、K、L接口相连的所有管路；蓄水罐B（5）A接口经直管、软管（11）、球阀（15）、真空泵（18）、回收罐进口阀（22）与气体回收罐（24）相连；蓄水罐B（5）B接口经直管、软管（10）、储气罐出口调节阀（14）、储气罐减压阀（16）与储气罐（17）相连；蓄水罐B（5）C接口经直管、缓冲罐进口阀（8）、气泵（9）、缓冲罐（13）、气体流量调节阀（17）、气体流量传感器（37）与离心泵（41）泵前管道相连；蓄水罐B（5）I接口经直管、出水球阀（51）、进口液体流量传感器（48）、软管（44）、进口压力传感器（42）与离心泵（41）进口管道相连；离心泵（41）出口管道经直管、出口压力传感器（26）、软管（38）、弯管、出口流量传感器（36）、出口流量调节阀（35）、固体颗粒流道切换阀（33）、示踪粒子流道切换阀（28）与蓄水罐B（5）D接口相连；蓄水罐B（5）E接口经直管、示踪粒子收集箱排水阀（27）与示踪粒子收集箱（31）相连；蓄水罐B（5）F接口经直管、示踪粒子释放阀（49）与示踪粒子收集箱（31）相连，经直管、固体颗粒收集箱排水阀（47）与固体颗粒收集箱（43）相连；蓄水罐B（5）G接口经直管、固体颗粒释放阀（45）与固体颗粒收集箱（43）相连；蓄水罐B（5）H接口经直管、注水泵球阀（52）、注水泵（50）、注水泵流量调节阀（32）与固体颗粒收集箱（43）相连；蓄水罐B（5）K接口经直管、滤网（56）、抽水泵球阀（58）、蓄水罐B抽水泵（61）、抽水泵调节阀（63）与蓄水罐A（1）相连；蓄水罐B（5）J接口经直管、滤网（57）、止回阀（59）、蓄水罐A抽水泵（60）、抽水泵球阀（62）与蓄水罐A（1）相连；蓄水罐B（5）L接口经气体互通管（4）与蓄水罐A（1）相连。

在图1中，蓄水罐B（5）、蓄水罐B（5）I接口所连出水管道、离心泵（41）、调节阀、固体颗粒过滤网（46）、固体颗粒收集箱（43）以及固体颗粒收集箱上方的收集箱进水管道、左侧与蓄水罐B（5）H、F接口相连的收集箱注水管道和排水管道、下方与蓄水罐B（5）G接口相连的固体颗粒释放管道、注水泵（50）组成固体颗粒释放与回收系统，其中注水泵（50）用于将收集箱中注满水，保证收集箱内固体颗粒完全释放。蓄水罐B（5）、蓄水罐B（5）I接口所连出水管道、离心泵（41）、调节阀、示踪粒子过滤网（29）、示踪粒子收集箱（31）以及收集箱上方的进水管道、左侧与蓄水罐B（5）E接口相连的排水管道、下方与蓄水罐B（5）F接口相连的示踪粒子释放管道组成示踪粒子释放与回收系统。

在图1中，本试验系统的搅拌系统对罐内介质进行搅拌，保证固体颗粒在罐内液体中分布均匀。主要包括磁力搅拌仪（55）和磁力搅拌棒（54），磁力搅拌仪安装在蓄水罐B（5）底部外侧，磁力搅拌棒（54）放置在蓄水罐B（5）底部。

在图1中，本试验系统的气体调控系统能够置换罐内空气，并对试验所需气体进行释放与回收处理，最终达到气体的循环利用。主要包括气体回收罐（24）、储气罐（19）、缓冲罐（13）以及与它们相连接的阀门和管道；气体回收罐（24）顶部安装气体回收罐压力表（23），通过管道与蓄水罐B（5）A接口相连，管道上依次安装有回收罐进口阀（22）、真空泵（18）、球阀（15）；储气罐（19）顶部安装储气罐压力表（20），通过管道与蓄水罐B（5）B接口相连，管道上依次安装储气罐减压阀（16）和储气罐出口调节阀（14）；缓冲罐（13）上方安装缓冲罐压力表（12），左侧进口通过管道与蓄水罐B（5）C接口相连，管道上依次安装气泵（9）和缓冲罐进口阀（8），管道水平高度高于与蓄水罐B（5）D接口相连管道高度；缓冲罐（13）右侧出口通过管道连接至离心泵（41）前，管道上安装气体流量调节阀（17）和气体流量传感器（37）。

在图1中，本试验系统的数据采集分析系统用于采集外特性试验数据与内部流动图像，对不同工况下离心泵外特性与内部介质流动展开研究。包括计算机单元（25）和分别与之相连接的进口液体流量传感器（48）、气体流量传感器（37）、进口压力传感器（42）、出口压力传感器（26）、出口流量传感器（36）、转速扭矩传感器（40）。进口流量传感器（48）用于测量离心泵（41）进口流量，气体流量传感器（37）用于测量试验中气体流量，进口压力传感器（42）和出口压力传感器（26）分别测量离心泵（41）进、出口压力，出口流量传感器（36）用于测量离心泵（41）出口混合介质的流量，转速扭矩传感器（40）用于测量离心泵（41）的转速和扭矩。

该装置适用于多种情况下离心泵试验，包括适用单相、气液两相、固液两相、气固液三相的离心泵外特性及内部流动试验，以及它们的交互试验。

实施例二：

单相情况下的离心泵外特性及内部流动试验步骤如下：

步骤1：加注液体，向蓄水罐B（5）投放试验所需示踪粒子；

1.1）打开蓄水罐A（1）上方的进水阀（2），连接外界水源；

1.2）打开蓄水罐A（1）下方的抽水泵球阀（62）、止回阀（59），开启蓄水罐A抽水泵（60），将蓄水罐A（1）里的水输送至蓄水罐B（5）中，观察液位测量计（3），直至蓄水罐B（5）的液位达到试验要求；

1.3）关闭抽水泵球阀（62）、止回阀（59），关停蓄水罐A抽水泵（60）；

1.4）打开蓄水罐B（5）顶部的气体置换阀（6），通过管道将试验中所需示踪粒子投放进去，投放完毕，关闭气体置换阀（6）；

步骤2：调节管道系统；

2.1）打开磁力搅拌仪（55），将罐内示踪粒子搅拌均匀；

2.2）打开出水球阀（51）、出口流量调节阀（35）、固体颗粒流道切换阀（33）、示踪粒子收集箱球阀（30）、示踪粒子释放阀（49）；

步骤3：试验工况调节；

3.1）打开数据采集分析系统中的所有传感器（48、42、26、36、40）与高速摄像机（未画出），确保正常运行；

3.2）调节电机（39）的转速至试验所需转速；

3.3）观察管路系统中的出口流量传感器（36），缓慢调节出口流量调节阀（35），将流量调节至试验所需流量；

3.4）关闭室内光源，开启冷光源（未画出），调节高速摄像机（未画出）位置与参数；

步骤4：待系统运行稳定后，采集所有传感器上的信号，传输至计算机单元（25），对离心泵外特性进行测量；

步骤5：使用高速摄像机（未画出）对单相流动状态下离心泵内部流动进行拍摄，记录试验数据；

步骤6：试验结束对示踪粒子进行回收；

6.1）打开示踪粒子收集箱排水阀（27），缓慢关闭示踪粒子释放阀（49）；

6.2）观察离心泵（41）内流动情况，直至示踪粒子收集完毕，关停电机（39）、磁力搅拌仪（55）；

步骤7：打开蓄水罐排水阀（53），将蓄水罐B（5）内水排干净；

步骤8：将阀恢复初始状态，整理现场，试验结束。

实施例三：

气液两相情况下离心泵外特性及内部流动试验步骤如下：

步骤1：加注液体，排出罐内残余空气，加注试验气体；

1.1）打开蓄水罐A（1）上方的进水阀（2），连接外界水源；

1.2）打开蓄水罐A（1）下方的抽水泵球阀（62）、止回阀（59），开启蓄水罐A抽水泵（60），将蓄水罐A（1）里的水输送至蓄水罐B（5）中，观察液位测量计（3），直至蓄水罐B（5）的液位达到试验要求；

1.3）关闭抽水泵球阀（62）、止回阀（59），关停蓄水罐A抽水泵（60）；

1.4）打开球阀（15）、空气排放阀（21），开启真空泵（18），排出罐内残余空气；

1.5）关闭球阀（15）、空气排放阀（21），关停真空泵（18）；

1.6）缓慢打开储气罐减压阀（16）和储气罐出口调节阀（14），将气体通入蓄水罐B（5）内，直至蓄水罐压力表（7）达到一定值，关闭储气罐减压阀（16）和储气罐出口调节阀（14）；

步骤2：调节管道系统，打开出水球阀（51）、出口流量调节阀（35）、固体颗粒流道切换阀（33）、示踪粒子流道切换阀（28）；

步骤3：试验工况调节；

3.1）打开数据采集分析系统中的所有传感器（48、37、42、26、36、40）与高速摄像机（未画出），确保正常运行；

3.2）调节电机（39）的转速至试验所需转速；

3.3）观察管路系统中的出口流量传感器（36），缓慢调节出口流量调节阀（35），将流量调节至试验所需流量；

3.4）关闭室内光源，开启冷光源（未画出），调节高速摄像机（未画出）位置与参数；

3.5）缓慢打开缓冲罐进口阀（8），开启气泵（9），观察缓冲罐压力表（12），缓慢打开气体流量调节阀（17），观察气体流量传感器（37）读数，调节气体流量至试验值；

步骤4：待系统运行稳定后，采集所有传感器上的信号，传输至计算机单元（25），对离心泵外特性进行测量；

步骤5：使用高速摄像机（未画出）对气液两相流动状态下离心泵内部流动进行拍摄，记录试验数据；

步骤6：回收试验气体；

6.1）关停电机（39）、气泵（9）；

6.2）打开回收罐进口阀（22）、球阀（15），开启真空泵（18），观察气体回收罐压力表（23）及蓄水罐压力表（7）；

6.3）收集完毕，关闭回收罐进口阀（22）、球阀（15），关停真空泵（18）；

步骤7：关停电机（39），打开蓄水罐排水阀（53），将蓄水罐B（5）内水排干净；

步骤8：将阀恢复初始状态，整理现场，试验结束。

实施例四：

固液两相情况下离心泵外特性及内部流动试验步骤如下：

步骤1：加注液体，向蓄水罐B（5）投放试验所需示踪粒子和固体颗粒；

1.1）打开蓄水罐A（1）上方的进水阀（2），连接外界水源；

1.2）打开蓄水罐A（1）下方的抽水泵球阀（62）、止回阀（59），开启蓄水罐A抽水泵（60），将蓄水罐A（1）里的水输送至蓄水罐B（5）中，观察液位测量计（3），直至蓄水罐B（5）的液位达到试验要求；

1.3）关闭抽水泵球阀（62）、止回阀（59），关停蓄水罐A抽水泵（60）；

1.4）打开蓄水罐B（5）顶部的气体置换阀（6），通过管道将试验中所需示踪粒子和固体颗粒投放进蓄水罐B（5），投放完毕，关闭气体置换阀（6）；

步骤2：调节管道系统；

2.1）打开磁力搅拌仪（55），将罐内固体颗粒与示踪粒子搅拌均匀；

2.2）打开出水球阀（51）、出口流量调节阀（35）、固体颗粒流道切换阀（33）、示踪粒子流道切换阀（28）；

步骤3：试验工况调节；

3.1）打开数据采集分析系统中的所有传感器（48、42、26、36、40）与高速摄像机（未画出），确保正常运行；

3.2）调节电机（39）的转速至试验所需转速；

3.3）观察管路系统中的出口流量传感器（36），缓慢调节出口流量调节阀（35），将流量调节至试验所需流量；

3.4）关闭室内光源，开启冷光源（未画出），调节高速摄像机（未画出）位置与参数；

步骤4：待系统运行稳定后，采集所有传感器上的信号，传输至计算机单元（25），对离心泵外特性进行测量；

步骤5：使用高速摄像机（未画出）对固液两相流动状态下离心泵内部流动进行拍摄，记录试验数据；

步骤6：调节固相体积分率，测量离心泵外特性和内部流动；

6.1）打开抽水泵球阀（58）和抽水泵调节阀（63），开启蓄水罐B抽水泵（61）；

6.2）观察液位测量计（3），使得蓄水罐B（5）内液位达到所需高度，从而实现改变固相体积分率的目的；

6.3）关闭抽水泵球阀（58）和抽水泵调节阀（63），关停蓄水罐B抽水泵（61）；

6.4）重复3.4）、3.5）、步骤4、步骤5，对离心泵外特性和内部流动进行测量；

步骤7：试验结束后对固体颗粒进行回收；

7.1）打开固体颗粒进口阀（34）、固体颗粒收集箱排水阀（47），关闭固体颗粒流道切换阀（33）；

7.2）观察离心泵（41）内流动情况，直至固体颗粒收集完毕；

7.3）打开固体颗粒流道切换阀（33），关闭固体颗粒收集箱进口阀（34）、固体颗粒收集箱排水阀（47）；

步骤8：试验结束后对示踪粒子进行回收；

8.1）关闭示踪粒子流道切换阀（28）、打开示踪粒子进口阀（30）、示踪粒子收集箱排水阀（27）；

8.2）观察离心泵（41）内流动情况，直至示踪粒子收集完毕；

8.3）当收集完毕后，关停电机（39）、磁力搅拌仪（55）；

步骤9：打开蓄水罐排水阀（53），将蓄水罐B（5）内水排干净；

步骤10：将阀恢复初始状态，整理现场，试验结束。

实施例五：

气固液三相情况下离心泵外特性及内部流动试验步骤如下：

步骤1：加注液体，向蓄水罐B（5）投放试验所需固体颗粒，排出罐内残余空气，加注试验气体；

1.1）打开蓄水罐A（1）上方的进水阀（2），连接外界水源；

1.2）打开蓄水罐A（1）下方的抽水泵球阀（62）、止回阀（59），开启蓄水罐A抽水泵（60），将蓄水罐A（1）里的水输送至蓄水罐B（5）中，观察液位测量计（3），直至蓄水罐B（5）的液位达到试验要求；

1.3）关闭抽水泵球阀（62）、止回阀（59），关停蓄水罐A抽水泵（60）；

1.4）打开蓄水罐B（5）顶部的气体置换阀（6），通过管道将试验中所需固体颗粒投放进蓄水罐B（5），投放完毕，关闭气体置换阀（6）；

1.5）打开球阀（15）、空气排放阀（21），开启真空泵（18），排出罐内残余空气；

1.6）关闭球阀（15）、空气排放阀（21），关停真空泵（18）；

1.7）缓慢打开储气罐减压阀（16）和储气罐出口调节阀（14），将试验气体通入蓄水罐B（5）内，直至蓄水罐压力表（7）达到一定值，关闭储气罐减压阀（16）和储气罐出口调节阀（14）；

步骤2：调节管道系统；

2.1）打开磁力搅拌仪（55），将罐内固体颗粒搅拌均匀；

2.2）打开出水球阀（51）、出口流量调节阀（35）、固体颗粒流道切换阀（33）、示踪粒子流道切换阀（28）；

步骤3：试验工况调节；

3.1）打开数据采集分析系统中的所有传感器（48、37、42、26、36、40）与高速摄像机（未画出），确保正常运行；

3.2）调节电机（39）的转速至试验所需转速；

3.3）观察管路系统中的出口流量传感器（36），缓慢调节出口流量调节阀（35），将流量调节至试验所需流量；

3.4）缓慢打开缓冲罐进口阀（8），开启气泵（9），观察缓冲罐压力表（12），缓慢打开气体流量调节阀（17），观察气体流量传感器（37）读数，调节气体流量至试验值；

3.5）关闭室内光源，开启冷光源（未画出），调节高速摄像机（未画出）位置与参数；

步骤4：待系统运行稳定后，采集所有传感器上的信号，传输至计算机单元（25），对离心泵外特性进行测量；

步骤5：使用高速摄像机（未画出）对气固液三相流动状态下离心泵内部流动进行拍摄，记录试验数据；

步骤6：调节固相体积分率及气相体积分率，测量离心泵外特性和内部流动，固相体积分率的调节方法同固液两相情况下离心泵外特性及内部流动试验中步骤6，气相体积分率通过气体流量调节阀（17）进行调节；

步骤7：试验结束后对固体颗粒进行回收，回收方法同固液两相情况下离心泵外特性及内部流动试验中步骤7；

步骤8：回收试验气体，回收方法同气液两相情况下离心泵外特性及内部流动试验中步骤6；

步骤9：关停电机（39）、磁力搅拌仪（55），打开蓄水罐排水阀（53），将蓄水罐B（5）内水排干净；

步骤10：将阀恢复初始状态，整理现场，试验结束。

实施例六：

上述试验系统的多相可控离心泵外特性及内部流动试验方法包含单相、气液两相、固液两相以及气固液三相四种情况间的交互试验。

单相情况切换至固液情况下的离心泵外特性及内部流动试验步骤如下：

步骤1：单相试验采集完离心泵外特性及内部流动数据之后，调整液位并释放固体颗粒；

1.1）打开蓄水罐A（1）下方的抽水泵球阀（62）、止回阀（59），开启蓄水罐A抽水泵（60），将蓄水罐A（1）里的水输送至蓄水罐B（5）中，观察液位测量计（3），直至蓄水罐B（5）的液位达到试验要求；

1.2）打开注水泵球阀（52）、注水泵流量调节阀（32）、固体颗粒收集箱释放阀（45），开启注水泵（50），待固体颗粒完全释放后，关闭以上阀与泵；

步骤2：进行固液两相情况下的离心泵外特性及内部流动试验，操作方法与固液两相情况下的离心泵外特性及内部流动试验中步骤2-10一致。

单相情况切换至气液情况下的离心泵外特性及内部流动试验步骤如下：

步骤1：单相试验采集完离心泵外特性及内部流动数据并回收完示踪粒子之后，排出罐内残余空气，加注试验气体；

1.1）打开球阀（15）、空气排放阀（21），开启真空泵（18），排出罐内残余空气；

1.2）关闭球阀（15）、空气排放阀（21），关停真空泵（18）；

1.3）缓慢打开储气罐减压阀（16）和储气罐出口调节阀（14），将气体通入蓄水罐B（5）内，直至蓄水罐压力表（7）达到一定值，关闭储气罐减压阀（16）和储气罐出口调节阀（14）；

步骤2：进行气液两相情况下的离心泵外特性及内部流动试验，操作方法与气液两相情况下的离心泵外特性及内部流动试验中步骤2-8一致。

固液情况切换至气固液情况下的离心泵外特性及内部流动试验步骤如下：

步骤1：固液试验采集完离心泵外特性及内部流动数据并回收完示踪粒子之后，调整液位、释放固体颗粒，排出罐内残余空气，并加注试验气体；

1.1）打开蓄水罐A（1）下方的抽水泵球阀（62）、止回阀（59），开启蓄水罐A抽水泵（60），将蓄水罐A（1）里的水输送至蓄水罐B（5）中，观察液位测量计（3），直至蓄水罐B（5）的液位达到试验要求；

1.2）打开注水泵球阀（52）、注水泵流量调节阀（32）、固体颗粒收集箱释放阀（45），开启注水泵（50），待固体颗粒完全释放后，关闭以上阀与泵；

1.3）打开球阀（15）、空气排放阀（21），开启真空泵（18），排出罐内残余空气；

1.4）关闭球阀（15）、空气排放阀（21），关停真空泵（18）；

1.5）缓慢打开储气罐减压阀（16）和储气罐出口调节阀（14），将气体通入蓄水罐B（5）内，直至蓄水罐压力表（7）达到一定值，关闭储气罐减压阀（16）和储气罐出口调节阀（14）；

步骤2：进行气固液三相情况下的离心泵外特性及内部流动试验，操作方法与气固液三相情况下的离心泵外特性及内部流动试验中步骤2-10一致。

Claims (4)

1.一种多相可控离心泵外特性及内部流动试验系统，其特征是：该系统包括蓄水罐A（1）、蓄水罐B（5）、动力系统、管路系统、搅拌系统、气体调控系统、数据采集分析系统；

所述蓄水罐A（1）上部进口经抽水泵及管路与蓄水罐B（5）下部K接口连通，将蓄水罐B（5）中液体输送至蓄水罐A（1）；蓄水罐A（1）底部出口经抽水泵及管路与蓄水罐B（5）下部J接口连通，将蓄水罐A（1）中液体输送至蓄水罐B（5）；蓄水罐A（1）上部与蓄水罐B（5）上部还通过气体互通管连通；

所述动力系统包括电机（39）、联轴器、传动轴、机架和离心泵（41）和高速摄像机，离心泵（41）的蜗壳由透明的有机玻璃制成，采用高速摄像机可对离心泵内部进行拍摄；

所述管路系统主要包括蓄水罐A（1）与蓄水罐B（5）之间、蓄水罐B（5）与离心泵（41）间的主流道、流经示踪粒子收集箱（31）和固体颗粒收集箱（43）的分支流道；

所述搅拌系统主要包括磁力搅拌仪（55）和磁力搅拌棒（54），磁力搅拌仪（55）安装在蓄水罐B（5）底部外侧，磁力搅拌棒（54）放置在蓄水罐B（5）底部；

所述气体调控系统主要包括气体回收罐（24）、储气罐（19）、缓冲罐（13）以及与它们相连接的阀门和管道；气体回收罐（24）通过管道与蓄水罐B（5）A接口相连，用于回收蓄水罐A（1）和B（5）中气体；储气罐（19）通过管道与蓄水罐B（5）B接口相连，用于储存气体；缓冲罐（13）的进口和出口分别连接蓄水罐B（5）上方的C接口和下方的I接口；

所述数据采集分析系统包括计算机单元（25）和分别与之相连接的进口液体流量传感器（48）、气体流量传感器（37）、进口压力传感器（42）、出口压力传感器（26）、出口流量传感器（36）、转速扭矩传感器（40），以及高速摄像机。

2.根据权利要求1所述的多相可控离心泵外特性及内部流动试验系统，其特征是：该试验系统包括示踪粒子收集装置；示踪粒子收集箱（31）上方通过管道与蓄水罐B（5）D接口连接的管道相连，管道上安装示踪粒子进口阀（30）；示踪粒子收集箱（31）左侧排水管道与蓄水罐B（5）E接口相连接，管道上安放示踪粒子收集箱排水阀（27）；示踪粒子收集箱（31）底部为示踪粒子排放管道，竖直安装并接入蓄水罐B（5）F接口所连管道，管道上安装示踪粒子释放阀（49）；在示踪粒子收集箱（31）内部左侧安装示踪粒子过滤网（29），滤网孔径小于示踪粒子直径。

3.根据权利要求1或2所述的多相可控离心泵外特性及内部流动试验系统，其特征是：该试验系统包括固体颗粒收集装置；固体颗粒收集箱（43）上方通过管道与蓄水罐B（5）D接口连接的管道相连，管道上安装固体颗粒进口阀（34）；固体颗粒收集箱（43）底部颗粒排放管道与蓄水罐B（5）G接口连接，管道上安装固体颗粒释放阀（45）；固体颗粒收集箱（43）左侧下方排水管道与蓄水罐B（5）F接口相连，管道上安装固体颗粒收集箱排水阀（47）；固体颗粒收集箱（43）左侧上方抽水管道与蓄水罐B（5）H接口相连，管道内放置滤网（64），管道上依次安装有注水泵流量调节阀（32）、注水泵（50）、注水泵球阀（52）；在固体颗粒收集箱（43）内部左侧安装固体颗粒过滤网（46），滤网孔径小于固体颗粒直径，大于示踪粒子直径。

4.根据权利要求1所述的多相可控离心泵外特性及内部流动试验系统，其特征是：进口液体流量传感器（48）安装在与蓄水罐B（5）I接口相连的管道上，离心泵进口压力传感器（42）安装在离心泵（41）进口管道上，离心泵出口压力传感器（26）安装在离心泵（41）出口管道上，离心泵出口流量传感器（36）安装在与蓄水罐B（5）D接口相连的管道上，气体流量传感器（37）安装在连接气体缓冲罐（13）与离心泵（41）进口连接的管道上，转速扭矩传感器（40）安装在电机（39）与离心泵（41）之间的传动轴上。

Images