CN215811528U

CN215811528U - 多用途环道式气液两相流动实验系统

Info

Publication number: CN215811528U
Application number: CN202122119028.5U
Authority: CN
Inventors: 赵梁; 陈勇刚; 贺元骅; 雷秋鸣; 杨月新; 王欣; 王延春; 黄江; 邓志彬; 汤海平; 詹婷雯
Original assignee: Civil Aviation Flight University of China
Current assignee: Civil Aviation Flight University of China
Priority date: 2021-09-03
Filing date: 2021-09-03
Publication date: 2022-02-11
Anticipated expiration: 2031-09-03

Abstract

本实用新型提供多用途环道式气液两相流动实验系统，实验供水系统包括不锈钢稳流水箱和汇管系统，不锈钢稳流水箱设有回水管、液位计；连接汇管系统；汇管系统上设有汇管DN40球阀、汇管DN100球阀；实验供气系统主要包括依次连接的空气压缩机、储气罐、空气干燥机、气体流量计与控制器；实验供水系统、实验供气系统与DN100实验管路连接，组成DN100水平管气液两相流实验系统；或者，实验供水系统、实验供气系统与DN40实验管路连接，组成DN40水平与垂直管气液两相流实验系统。本实用新型可以开展单相或两相流实验、不同管道布置的实验、不同管径的实验，实现多功能、多用途的目的。

Description

多用途环道式气液两相流动实验系统

技术领域

本实用新型属于气液两相流动实验技术领域，具体涉及一种多用途环道式气液两相流动实验系统。

背景技术

气液两相流动广泛存在于石油、化工、冶金、核动力等诸多工业领域，气液两相流动相关参数直接影响着系统控制和运行的稳定性，具体涉及到气液两相流流型、压降、含气率等。因此，有效掌握气液两相流动特性对工业生产具有重大意义。国内外普遍设计环道实验对气液两相流进行研究，实验结果可以对输油管道的设计和操作运行提供指导，并可针对性解决输送过程中出现的技术难题。目前，已建成的两相流实验装置多为管径小于90mm的中小型环道实验系统，与实际管路相比，中小管径实验系统所获得的实验结果无法反映出实际工业生产过程中所涉及到的大管径内真实的气液两流动状态。

因此，小管径管道实验研究对生产实际的指导作用被削弱，迫切需要开展大管径气液两相流环道实验更加真实地反映实际工况。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型提供一种多用途环道式气液两相流动实验系统，具有以下特点：

1)该实验装置可实现三种实验，具有多用途、多功能的特点。本实用新型转置可实现单相流或两相流实验，在只注入液体的情况下开展单相流实验，也可开启注气系统开展两相流实验；本实用新型转置可实现不同管道布置方式的实验，在DN40管道系统上分别设置了水平管试验段、垂直上升管试验段以及垂直下降管试验段；本实用新型转置可实现不同管径的实验，包括了DN40和DN100的双环道实验系统。

2)管道直径达到100mm属于大管径管道，此时管内的气液两相流流动状态有别于中小管径管道，因此小管径实验系统所获得的实验结果无法反映出实际工业生产过程中所涉及到的大管径内真实的气液两流动状态。针对目前气液两相流实验研究多为室内小型环道实验系统，本实用新型设计了一个DN100大管径环道式气液两相流动实验系统。

具体的技术方案为：

多用途环道式气液两相流动实验系统，包括实验供水系统、实验供气系统、DN100实验管路与DN40实验管路；

实验供水系统主要包括不锈钢稳流水箱和汇管系统，汇管系统包括四个汇管分别为第一汇管、第二汇管、第三汇管、第四汇管；第一汇管和第二汇管通过汇管撬装组成一组汇管组合，第三汇管、第四汇管通过汇管撬装组成另一组汇管组合；

不锈钢稳流水箱设有回水管、液位计；

不锈钢稳流水箱通过DN0节流球阀、Y型过滤器连接第一汇管；

第一汇管和第二汇管之间通过多级离心泵连接成环路；第二汇管上设有安全阀；

第二汇管依次通过水锤消除器、电动截止阀连接第三汇管；

第三汇管、第四汇管之间通过液体涡轮流量计连接成环路；

第四汇管上设有汇管DN40球阀、汇管DN100球阀；

实验供气系统主要包括依次连接的空气压缩机、储气罐、空气干燥机、气体流量计与控制器；

实验供水系统、实验供气系统与DN100实验管路连接，组成DN100水平管气液两相流实验系统；

或者，实验供水系统、实验供气系统与DN40实验管路连接，组成DN40水平与垂直管气液两相流实验系统。

DN100实验管路包括气液分离器，气液分离器上设有两个DN100管道补偿器，分别为第一DN100管道补偿器和第二DN100管道补偿器；第一DN100管道补偿器连接第一DN100不锈钢水管路，所述的第一DN100不锈钢水管路由多段DN100实验段替换管路通过DN100法兰盘依次连接，并安装在DN100管路支架上；第一DN100不锈钢水管路上还设有温度传感器、压力传感器；

第一DN100不锈钢水管路上设有注气管段；

还包括DN40不锈钢气管路，DN40不锈钢气管路上设有多个气管路DN40球阀，其中一个气管路DN40球阀连通在注气管段上；

第二DN100管道补偿器通过水管路DN100球阀连接第二DN100不锈钢水管路；

第一DN100不锈钢水管路和第四汇管上的汇管DN100球阀连接；

第二DN100不锈钢水管路和不锈钢稳流水箱上的回水管连接；

DN40不锈钢气管路与气体流量计与控制器连通。

DN40实验管路，包括DN40水平段不锈钢水管路、DN40不锈钢气管路、DN10不锈钢气管路；

DN40水平段不锈钢水管路固定安装在DN40管路支架上，DN40水平段不锈钢水管路上通过DN40法兰盘依次连接DN40水平实验段替换管路、两个三通球阀、水管DN40球阀；两个三通球阀之间通过DN40球阀相互连通，每个三通球阀还分别通过连接在DN40垂直实验段替换管路两端，DN40垂直实验段替换管路固定安装在垂直管支架上；

DN10不锈钢气管路上设有多个支路气管，每个支路气管上分别设有DN10球阀；其中两个DN10球阀分别与DN40水平段不锈钢水管路和DN40不锈钢气管路连接；

DN40水平段不锈钢水管路与第四汇管上的汇管DN40球阀连接；

DN40水平段不锈钢水管路的水管DN40球阀与不锈钢稳流水箱的液位计连接；

DN40不锈钢气管路与气体流量计与控制器连通。

本实用新型采用该套环道实验系统可以开展单相或两相流实验、不同管道布置的实验、不同管径的实验，即可实现多功能、多用途的目的，尽可能覆盖工业生产的变工况要求。采用DN100大管径环道式气液两相流动实验系统可以更真实地反映实际工况，对生产更具指导意义；DN100和DN40双环道实验系统共用一套供水、供气系统，并且均设计了实验件替换管路并通过法兰与主管道连接，方便拆卸以及更换不同的实验件，操作方便，提高了设备利用率；为了消除进出口效应对试验段内气液两流动的影响，分别在试验段前后设计了120D和65D直管延长段；稳流水箱用于水循环与存储，出流管口DN150，安装过滤器用于过滤水箱杂质，为保证管道系统扩展性以及泵的联合使用所需的管路设计，在水箱、泵、电动阀门、计量仪表之间各串联一个汇管，用以减小支路与旁通形成的流动阻力，泵与电动阀门之间安装水锤消除器，以避免动力设备和阀门启动或急停引起的水锤(水击)。

附图说明

图1为本实用新型的实验供水系统的结构示意图；

图2为本实用新型的实验供气系统的结构示意图；

图3为本实用新型的DN100实验管路的结构示意图；

图4为本实用新型的DN100水平管气液两相流实验系统的结构示意图；

图5为本实用新型的DN40实验管路的结构示意图；

图6为本实用新型的DN40水平与垂直管气液两相流实验系统的结构示意图。

具体实施方式

结合附图说明本实用新型的具体实施方式。

多用途环道式气液两相流动实验系统，本实用新型主要包括实验供水系统、实验供气系统、DN100实验管路与DN40实验管路；

其中，如图1所示，实验供水系统主要包括不锈钢稳流水箱1.1和和汇管系统，汇管系统包括四个汇管分别为第一汇管1.61、第二汇管1.62、第三汇管1.63、第四汇管1.64；第一汇管1.61和第二汇管1.62通过汇管撬装1.8组成一组汇管组合，第三汇管1.63、第四汇管1.64通过汇管撬装1.8组成另一组汇管组合；

不锈钢稳流水箱1.1设有回水管1.2、液位计1.5；

不锈钢稳流水箱1.1通过DN150节流球阀1.3、Y型过滤器1.4连接第一汇管1.61；

第一汇管1.61和第二汇管1.62之间通过多级离心泵1.7连接成环路；第二汇管1.62上设有安全阀1.9；

第二汇管1.62依次通过水锤消除器1.10、电动截止阀1.11连接第三汇管1.63；

第三汇管1.63、第四汇管1.64之间通过液体涡轮流量计1.12连接成环路；

第四汇管1.64上设有汇管DN40球阀1.13、汇管DN100球阀1.14；

如图2所示，实验供气系统主要包括依次连接的空气压缩机2.1、储气罐2.2、空气干燥机2.3、气体流量计与控制器2.4；

本实验系统中DN40环道实验系统与DN100环道实验系统共用一套供水和供气系统。

在实验供水系统中，不锈钢稳流水箱1.1储存有实验用水，经由DN150节流球阀1.3和Y型过滤器1.4进入汇管系统，用以消除流动阻力、减弱过流件造成的不稳定流动。并由多级离心泵1.7提供整个环道实验系统动力，将实验用水输送至下游，再经水锤消除器1.10和电动截止阀1.11到下级汇管，流经液体涡轮流量计1.12分别到汇管DN40球阀1.13和汇管DN100球阀1.14。

在实验供气系统中，空气压缩机2.1将空气进行压缩并输送至储气罐2.2，再经由空气干燥机2.3和气体流量计与控制器2.4进入下游不锈钢气管。关闭实验供气系统时可实现单相液体流动实验，开启实验供气系统时可实现气液两相流动实验。

如图3所示，DN100实验管路包括气液分离器3.11，气液分离器3.11上设有两个DN100管道补偿器，分别为第一DN100管道补偿器3.101和第二DN100管道补偿器3.102；第一DN100管道补偿器3.101连接第一DN100不锈钢水管路3.011，所述的第一DN100不锈钢水管路3.011由多段DN100实验段替换管路3.9通过DN100法兰盘3.8依次连接，并安装在DN100管路支架3.7上；第一DN100不锈钢水管路3.011上还设有温度传感器3.5、压力传感器3.6；

第一DN100不锈钢水管路3.011上设有注气管段3.3；

还包括DN40不锈钢气管路3.2，DN40不锈钢气管路3.2上设有多个气管路DN40球阀3.4，其中一个气管路DN40球阀3.4连通在注气管段3.3上；

如图4所示，第二DN100管道补偿器3.102通过水管路DN100球阀3.12连接第二DN100不锈钢水管路3.012；

第一DN100不锈钢水管路3.011和第四汇管1.64上的汇管DN100球阀1.14连接；

第二DN100不锈钢水管路3.012和不锈钢稳流水箱1.1上的回水管1.2连接；

DN40不锈钢气管路3.2与气体流量计与控制器2.4连通；

对于DN100水平管气液两相流实验系统，水由汇管DN100球阀1.14进入到DN100不锈钢水管路3.011，再依次经过注气管段3.3、温度传感器3.5、压力传感器3.6，下游分别设置了三个DN100实验段替换管路3.9，接着经过第一DN100管道补偿器3.101到气液分离器3.11，再次经由第二管道补偿器3.102、水管路DN100球阀3.12、第二DN100不锈钢水管路3.012回到回水管1.2，最终形成DN100水平管气液两相流实验环道回路系统。

另外，经由实验供气系统中气体流量计与控制器2.4出来的压缩空气进入DN40不锈钢气管路3.2，并在DN40不锈钢气管路3.2上分别设置了4个气管路DN40球阀3.4，分别控制4个不同位置进气口的空气注入情况。

如图5所示，DN40实验管路，包括DN40水平段不锈钢水管路4.1、DN40不锈钢气管路4.2、DN10不锈钢气管路4.3；

DN40水平段不锈钢水管路4.1固定安装在DN40管路支架4.5上，DN40水平段不锈钢水管路4.1上通过DN40法兰盘4.7依次连接DN40水平实验段替换管路4.6、两个三通球阀4.8、水管DN40球阀4.12；两个三通球阀4.8之间通过DN40球阀4.9相互连通，每个三通球阀4.8还分别通过连接在DN40垂直实验段替换管路4.10两端，DN40垂直实验段替换管路4.10固定安装在垂直管支架4.11上；

DN10不锈钢气管路4.3上设有多个支路气管，每个支路气管上分别设有DN10球阀4.4；其中两个DN10球阀4.4分别与DN40水平段不锈钢水管路4.1和DN40不锈钢气管路4.2连接；

如图6所示，DN40水平段不锈钢水管路4.1与第四汇管1.64上的汇管DN40球阀1.13连接；

DN40水平段不锈钢水管路4.1的水管DN40球阀4.12与不锈钢稳流水箱1.1的液位计1.5连接；

DN40不锈钢气管路4.2与气体流量计与控制器2.4连通。

对于DN40水平与垂直管气液两相流实验系统，水由供水系统的汇管DN40球阀1.13进入到DN40水平段不锈钢水管路4.1，水管路上设置了两个DN40水平实验段替换管路4.6，并可经由两个三通球阀4.8和水管DN40球阀4.12到供水系统中的液位计1.5再回到不锈钢稳流水箱1.1；当进行垂直管实验时，由三通球阀4.8进入到DN40垂直实验段替换管路4.10，接液位计1.5回到不锈钢稳流水箱1.1，最终形成DN40水平与垂直管气液两相流实验环道回路系统。

另外，经由实验供气系统中气体流量计与控制器2.4出来的压缩空气进入DN40不锈钢气管路4.2，再分流进入到DN10不锈钢气管路4.3，并在DN10不锈钢气管路上设置了3个DN10球阀4.4，分别控制3个不同位置进气口的空气注入情况。

Claims

1.多用途环道式气液两相流动实验系统，其特征在于，包括实验供水系统、实验供气系统、DN100实验管路与DN40实验管路；

实验供水系统主要包括不锈钢稳流水箱(1.1)和汇管系统，

不锈钢稳流水箱(1.1)设有回水管(1.2)、液位计(1.5)；

不锈钢稳流水箱(1.1)通过DN150节流球阀(1.3)、Y型过滤器(1.4)连接汇管系统；

汇管系统末端设有汇管DN40球阀(1.13)、汇管DN100球阀(1.14)；

实验供气系统主要包括依次连接的空气压缩机(2.1)、储气罐(2.2)、空气干燥机(2.3)、气体流量计与控制器(2.4)；

2.根据权利要求1所述的多用途环道式气液两相流动实验系统，其特征在于，所述的汇管系统包括四个汇管，四个汇管分别为第一汇管(1.61)、第二汇管(1.62)、第三汇管(1.63)、第四汇管(1.64)；第一汇管(1.61)和第二汇管(1.62)通过汇管撬装(1.8)组成一组汇管组合，第三汇管(1.63)、第四汇管(1.64)通过汇管撬装(1.8)组成另一组汇管组合；

第一汇管(1.61)和第二汇管(1.62)之间通过多级离心泵(1.7)连接成环路；第二汇管(1.62)上设有安全阀(1.9)；

第二汇管(1.62)依次通过水锤消除器(1.10)、电动截止阀(1.11)连接第三汇管(1.63)；

第三汇管(1.63)、第四汇管(1.64)之间通过液体涡轮流量计(1.12)连接成环路；

第四汇管(1.64)上设有汇管DN40球阀(1.13)、汇管DN100球阀(1.14)。

3.根据权利要求1或2所述的多用途环道式气液两相流动实验系统，其特征在于，所述的DN100实验管路包括气液分离器(3.11)，气液分离器(3.11)上设有两个DN100管道补偿器，分别为第一DN100管道补偿器(3.101)和第二DN100管道补偿器(3.102)；第一DN100管道补偿器(3.101)连接第一DN100不锈钢水管路(3.011)，所述的第一DN100不锈钢水管路(3.011)由多段DN100实验段替换管路(3.9)通过DN100法兰盘(3.8)依次连接，并安装在DN100管路支架(3.7)上；第一DN100不锈钢水管路(3.011)上还设有温度传感器(3.5)、压力传感器(3.6)；

第一DN100不锈钢水管路(3.011)上设有注气管段(3.3)；

还包括DN40不锈钢气管路(3.2)，DN40不锈钢气管路(3.2)上设有多个气管路DN40球阀(3.4)，其中一个气管路DN40球阀(3.4)连通在注气管段(3.3)上；

第二DN100管道补偿器(3.102)通过水管路DN100球阀(3.12)连接第二DN100不锈钢水管路(3.012)；

第一DN100不锈钢水管路(3.011)和第四汇管(1.64)上的汇管DN100球阀(1.14)连接；

第二DN100不锈钢水管路(3.012)和不锈钢稳流水箱(1.1)上的回水管(1.2)连接；

DN40不锈钢气管路(3.2)与气体流量计与控制器(2.4)连通。

4.根据权利要求1或2所述的多用途环道式气液两相流动实验系统，其特征在于，所述的DN40实验管路，包括DN40水平段不锈钢水管路(4.1)、DN40不锈钢气管路(4.2)、DN10不锈钢气管路(4.3)；

DN40水平段不锈钢水管路(4.1)固定安装在DN40管路支架(4.5)上，DN40水平段不锈钢水管路(4.1)上通过DN40法兰盘(4.7)依次连接DN40水平实验段替换管路(4.6)、两个三通球阀(4.8)、水管DN40球阀(4.12)；两个三通球阀(4.8)之间通过DN40球阀(4.9)相互连通，每个三通球阀(4.8)还分别通过连接在DN40垂直实验段替换管路(4.10)两端，DN40垂直实验段替换管路(4.10)固定安装在垂直管支架(4.11)上；

DN10不锈钢气管路(4.3)上设有多个支路气管，每个支路气管上分别设有DN10球阀(4.4)；其中两个DN10球阀(4.4)分别与DN40水平段不锈钢水管路(4.1)和DN40不锈钢气管路(4.2)连接；

DN40水平段不锈钢水管路(4.1)与第四汇管(1.64)上的汇管DN40球阀(1.13)连接；

DN40水平段不锈钢水管路(4.1)的水管DN40球阀(4.12)与不锈钢稳流水箱(1.1)的液位计(1.5)连接；

DN40不锈钢气管路(4.2)与气体流量计与控制器(2.4)连通。