CN217542332U - 一种高高原环境液体低压管道内空化过程的模拟实验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高高原环境液体低压管道内空化过程的模拟实验系统，所述模拟实验系统包括压力储水罐、真空泵、空化过程管段系统以及支撑平台；所述真空泵通过不锈钢气管与压力储水罐相连，所述不锈钢气管与压力储水罐之间还设置有耐震压力表Ⅱ，用于对压力储水罐内的压力进行监测，所述支撑平台位于空化过程管段系统的下部，并为空化过程管段系统提供支撑和固定。本实用新型能在低海拔地区常压条件下，提供了一种针对2438m～5000m的高高原低压环境中设备及管道内发生空化过程的模拟试验系统，能够对在高海拔低压条件下输液管道及设备内空化现象的形成、发展及溃灭提供合理、准确的理论依据。

Description

一种高高原环境液体低压管道内空化过程的模拟实验系统

技术领域

本实用新型涉及空化模拟试验技术领域，具体涉及一种高高原环境液体低压管道内空化过程的模拟实验系统。

背景技术

高高原机场环境具有低气压、昼夜温差大、辐射强等特点，这就对消防系统性能带来一定影响。目前，针对高高原机场的相关标准仍然按照一般机场进行规范，国内外尚未取得更适用于高高原环境的修订依据。我国拥有全球最多、海拔最高的高高原机场，因此有必要针对低压环境的消防管道系统的运行性能进行深入且全面的验证、研究。其中，高高原低压环境是否能够保证正常的水力传输、是否发生空化现象需要明确，如康定机场约-0.286个大气压(饱和蒸气压)，拉萨可达到-0.365个大气压，在此环境压力条件下，消防管道的空化数可达到约0.6～6.0，这意味着空化现象极易发生。空化一旦发生，可能会形成大量空泡，使泵效率降低、噪声增大和剧烈振动，含气率增大，甚至可能导致断流、叶片损坏——这正是导致高高原机场消防管道断流的原因之一。

目前没有针对高高原压力环境下设计的空化实验与数据采集装置，而具备高高原环境的低压管道系统一般需要在高高原当地进行搭建，因此做实验只能前往高高原实验室，效率低，浪费经费，且要求实验人员适应高高原低压缺氧环境，不利于长期的科研实验活动。

为了验证并详细研究高高原环境液体管道输送过程中所产生的空化现象，包括形成、发展和溃灭过程等，因此，亟需一种模拟实验系统能在常压环境实现管道压力可达到-0.4个大气压的空化机理进行研究实验。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种高高原环境液体低压管道内空化过程的模拟实验系统，在低海拔地区常压条件下，提供了一种可以对2438m～5000m的高高原低压环境中设备及管道内发生空化过程的模拟试验系统，能够对在高海拔低压条件下输液管道及设备内空化现象的形成、发展及溃灭提供合理、准确的理论依据，可以根据需求模拟不同海拔高原或高高原环境的压力条件，同时整个实验装置为封闭系统，实现了水路循环，解决了上述背景技术中提到的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种高高原环境液体低压管道内空化过程的模拟实验系统，所述模拟实验系统包括压力储水罐、真空泵、空化过程管段系统以及支撑平台；所述真空泵通过不锈钢气管与压力储水罐相连，所述不锈钢气管与压力储水罐之间还设置有耐震压力表Ⅱ，用于对压力储水罐内的压力进行监测，所述支撑平台位于空化过程管段系统的下部，并为空化过程管段系统提供支撑和固定。

优选的，所述的压力储水罐的顶部设置有用于压力储水罐注水的注水口以及用于接收空化过程管段系统回水、溢流水的回水口和溢流回水口，所述压力储水罐的侧面底部设置有管道进水口。

优选的，所述的压力储水罐的侧面还设置有用于对压力储水罐液位进行监测的液位计，当液位过高并达到溢流水位时，开启压力储水罐上设置的球阀Ⅱ，罐内多余的水便经过与球阀Ⅱ连接的溢流管Ⅱ排出。

优选的，所述空化过程管段系统包括水泵、管道补偿器、进水管、球阀I、手动调节阀、质量流量计、耐震压力表I、温度计、空化管、升降式止回阀以及回水管；所述水泵与管道进水口相连，实现空化过程管段系统与压力储水罐连通。

优选的，所述水泵抽取压力储水罐内的水流经管道补偿器和进水管，再经过三通的一个出口连接的球阀I、手动调节阀、质量流量计后到达空化管，从空化管流出后再经管道补偿器、球阀I、升降式止回阀到达回水管，并经由回水口流回压力储水罐。

优选的，所述空化管的前后管段均布置的有耐震压力表I和温度计，以实现对空化管进出口流体的压力和温度的测量。

优选的，所述质量流量计用于对液体质量流量的测量。

优选的，所述的空化过程管段系统还包括有安全阀和溢流管I；水泵抽取压力储水罐内的水流经管道补偿器和进水管，再经过三通的另一个出口连接的安全阀到达溢流管I，最终由溢流回水口流回压力储水罐。

优选的，所述的支撑平台包括有二层钢架平台、下沉坑、地面、排水孔、扶梯以及管道支撑架；

所述二层钢架平台架设在地面上，所述管道支撑架设置在二层钢架平台上，空化过程管段系统置于管道支撑架上，并由管道支撑架提供支撑并固定；

所述地面与二层钢架平台之间还设置有扶梯，可通过扶梯到达二层钢架平台；

所述下沉坑由地面向下凹陷设置，将压力储水罐设置于下沉坑内，降低整个模拟实验系统的高度；

所述下沉坑侧壁的底部设置有排水孔，通过排水孔可将下沉坑内的水进行排出。

优选的，所述的水泵设置在压力储水罐底部水平齐平位置；所述的空化管设置在压力储水罐顶部水平齐平位置。

本实用新型的有益效果是：

1)本实用新型一方面，通过在压力储水罐上加装气路管道和真空泵，通过真空泵抽取罐内空气，形成一定的真空度，模拟不同海拔高度下的大气压力；另一方面，将提供动力的水泵布置在压力储水罐底部齐平位置，而将实验研究管段部分升高布置，从而实现上下游一定的高程差，确保水泵的正常工作所需的压力环境；

2)本实用新型可实现在低海拔地区常压条件下开展高高原机场环境中低压液体管道空化过程的模拟实验研究，本实用新型能够对在高海拔低压条件下输液管道及设备(各类阀门、变径管、弯管、计量设备、过滤装置、喷管等)内空化现象的形成、发展及溃灭提供合理、准确的理论依据，可以根据需求模拟不同海拔高原或高高原环境的压力条件；

3)本实用新型可以实现高高原机场环境下不同液体流速(4～24m/s)所致空化现象的模拟实验研究，本实用新型最低压力可实现海拔5000米高高原机场压力环境，高于目前海拔最高机场(4411米)，可为更高海拔机场低压液体管道输送的应用提供依据。

附图说明

图1为本实用新型模拟实验系统结构示意图；

图2为压力储水罐及真空泵具体结构示意图；

图3为空化过程管段系统结构示意图；

图4为支撑平台结构示意图；

图中，11-水泵，12-管道补偿器，13-进水管，14-安全阀，15-溢流管I，16-球阀I，17-手动调节阀，18-质量流量计，19-耐震压力表I，110-温度计，111-空化管，112-升降式止回阀，113-回水管，21-管道进水口，22-真空泵，23-不锈钢气管，24-压力储水罐，25-液位计，26-回水口，27-溢流回水口，28-耐震压力表Ⅱ，29-注水口，210-球阀Ⅱ，211-溢流管Ⅱ，31-二层钢架平台，32-下沉坑，33-地面，34-排水孔，35-扶梯，36-管道支撑架。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-图4，本实用新型提供一种技术方案：一种高高原环境液体低压管道内空化过程的模拟实验系统，所述模拟实验系统如图1所示，具体包括压力储水罐24、真空泵22、空化过程管段系统以及支撑平台。

如图2所示，真空泵22通过不锈钢气管23与压力储水罐24相连，为了实现压力储水罐24内的低压环境，真空泵22通过不锈钢气管23将压力储水罐24内的空气抽出，所述不锈钢气管与压力储水罐之间还设置有耐震压力表Ⅱ28，用于对压力储水罐内的压力进行监测。

支撑平台位于空化过程管段系统的下部，并为空化过程管段系统提供支撑和固定。

进一步的，如图2所示，所述的压力储水罐24的顶部设置有用于压力储水罐注水的注水口29以及用于接收空化过程管段系统回水、溢流水的回水口26和溢流回水口27，所述压力储水罐的侧面底部设置有管道进水口21。

压力储水罐的侧面还设置有用于对压力储水罐液位进行监测的液位计25，当液位过高并达到溢流水位时，开启压力储水罐上设置的球阀Ⅱ210，罐内多余的水便经过与球阀Ⅱ连接的溢流管Ⅱ211排出。

进一步的，如图3所示，所述空化过程管段系统包括水泵11、管道补偿器12、进水管13、球阀I16、手动调节阀17、质量流量计18、耐震压力表I19、温度计110、空化管111、升降式止回阀112以及回水管113；所述水泵11与管道进水口21相连，实现空化过程管段系统与压力储水罐24连通。

水泵11抽取压力储水罐24内的水流经管道补偿器12和进水管13，再经过三通的一个出口(进入空化过程管道主路)连接的球阀I16、手动调节阀17、质量流量计18后到达空化管111，从空化管111流出后再经管道补偿器12、球阀I16、升降式止回阀112到达回水管113，并经由回水口26流回压力储水罐24。

升降式止回阀112用于阻止下游逆压的液体回流至实验段。

球阀用于管路上游和下游液体的流动的开启和截断，所述手动调节阀用于手动调节管路压力，从而达到实验段环境压力的调节。

进一步的，所述空化管111的前后管段均布置的有耐震压力表I19和温度计110，以实现对空化管111进出口流体的压力和温度的测量。

质量流量计18用于对液体质量流量的测量；管道补偿器可以满足不同长度试验件的实验研究。

进一步的，如图3所示，所述的空化过程管段系统还包括有安全阀14和溢流管I15；水泵11抽取压力储水罐24内的水流经管道补偿器12和进水管13，再经过三通的另一个出口连接的安全阀14到达溢流管I15，最终由溢流回水口27流回压力储水罐24。

安全阀14用于保护管道因水击等不稳定流动产生的瞬态高压极限；溢流管用于防止水箱满液后升压。

进一步的，如图4所示，所述的支撑平台包括有二层钢架平台31、下沉坑32、地面33、排水孔34、扶梯35以及管道支撑架36。

二层钢架平台31架设在地面33上，所述管道支撑架36设置在二层钢架平台31上，空化过程管段系统置于管道支撑架36上，并由管道支撑架提供支撑并固定；

所述地面与二层钢架平台之间还设置有扶梯35，实验人员可通过扶梯到达二层钢架平台。

另外，为了降低实验系统的整体高度，本系统还设计了一个下沉坑32，所述下沉坑32由地面向下凹陷设置，具体的向下凹陷0.3-0.5米，将压力储水罐24设置于下沉坑32内，有利于降低整个模拟实验系统的高度。

压力储水罐24内的储水可通过底部阀门排放到下沉坑32内，以及溢流管Ⅱ211的排水也能直接排放到下沉坑32内，

进一步的，下沉坑32侧壁的底部设置有排水孔34，通过排水孔可将下沉坑内的水进行排出。

所述的水泵11设置在压力储水罐24底部水平齐平位置；所述的空化管111设置在压力储水罐24顶部水平齐平位置。从而将空化过程实验研究管段部分升高布置，从而实现上下游一定的高程差，确保水泵的正常工作所需的压力环境。

采用本实用新型模拟实验系统进行实验的具体操作步骤如下：

(1)关闭实验系统中的所有阀门，打开阀门210，通过注水口29注入自来水，将压力储水罐24灌水至2.5～3.0米液位高度，其中空化实验时保证液位高度大于2.5米，以此为潜水泵提供稳定的静压；

(2)关闭阀门210，保证密闭水箱密闭性，打开气管路上的球阀阀门，启动真空泵22；

(3)当达到指定压力，关闭气管路球阀，停止真空泵；

(4)开启球阀16，启动水泵11，设定水泵流量；

(5)调节调压阀，至空化实验段压力达到指定值；

(6)停泵，关闭所有阀门，缓慢开启阀门210，保持小开度。

压力储水罐24在高高原空化模拟实验中充当压力容器(负压)，主要作用是储水、真空泵低压和为潜水泵提供0.25～3.0个静压力，保证水泵的正常工作。水泵11将压力储水罐24中的水送到空化过程研究实验管段中，高速流动的水会在空化管111中产生空化现象，形成水蒸气。空化后带气泡的水经回水管路流回水箱，在水箱气液自动分离后，真空泵将水箱中的空气抽离，形成真空环境。

本实用新型可实现在低海拔地区常压条件下开展高高原机场环境中低压液体管道空化过程的模拟实验研究，本实用新型能够对在高海拔低压条件下输液管道及设备(各类阀门、变径管、弯管、计量设备、过滤装置、喷管等)内空化现象的形成、发展及溃灭提供合理、准确的理论依据，可以根据需求模拟不同海拔高原或高高原环境的压力条件。

本实用新型可以实现高高原机场环境下不同液体流速(4～24m/s)所致空化现象的模拟实验研究，本实用新型最低压力可实现海拔5000米高高原机场压力环境，高于目前海拔最高机场(4411米)，可为更高海拔机场低压液体管道输送的应用提供依据。

尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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,凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高高原环境液体低压管道内空化过程的模拟实验系统，其特征在于，所述模拟实验系统包括压力储水罐(24)、真空泵(22)、空化过程管段系统以及支撑平台；所述真空泵(22)通过不锈钢气管(23)与压力储水罐(24)相连，所述不锈钢气管与压力储水罐之间还设置有耐震压力表Ⅱ(28)，用于对压力储水罐内的压力进行监测，所述支撑平台位于空化过程管段系统的下部，并为空化过程管段系统提供支撑和固定。

2.根据权利要求1所述的高高原环境液体低压管道内空化过程的模拟实验系统，其特征在于：所述的压力储水罐(24)的顶部设置有用于压力储水罐注水的注水口(29)以及用于接收空化过程管段系统回水、溢流水的回水口(26)和溢流回水口(27)，所述压力储水罐的侧面底部设置有管道进水口(21)。

3.根据权利要求1或2所述的高高原环境液体低压管道内空化过程的模拟实验系统，其特征在于：所述的压力储水罐的侧面还设置有用于对压力储水罐液位进行监测的液位计(25)，当液位过高并达到溢流水位时，开启压力储水罐上设置的球阀Ⅱ(210)，罐内多余的水便经过与球阀Ⅱ连接的溢流管Ⅱ(211)排出。

4.根据权利要求1所述的高高原环境液体低压管道内空化过程的模拟实验系统，其特征在于：所述空化过程管段系统包括水泵(11)、管道补偿器(12)、进水管(13)、球阀I(16)、手动调节阀(17)、质量流量计(18)、耐震压力表I(19)、温度计(110)、空化管(111)、升降式止回阀(112)以及回水管(113)；所述水泵(11)与管道进水口(21)相连，实现空化过程管段系统与压力储水罐(24)连通。

5.根据权利要求4所述的高高原环境液体低压管道内空化过程的模拟实验系统，其特征在于：所述水泵(11)抽取压力储水罐(24)内的水流经管道补偿器(12)和进水管(13)，再经过三通的一个出口连接的球阀I(16)、手动调节阀(17)、质量流量计(18)后到达空化管(111)，从空化管(111)流出后再经管道补偿器(12)、球阀I(16)、升降式止回阀(112)到达回水管(113)，并经由回水口(26)流回压力储水罐(24)。

6.根据权利要求5所述的高高原环境液体低压管道内空化过程的模拟实验系统，其特征在于：所述空化管(111)的前后管段均布置的有耐震压力表I(19)和温度计(110)，以实现对空化管(111)进出口流体的压力和温度的测量。

7.根据权利要求1或4所述的高高原环境液体低压管道内空化过程的模拟实验系统，其特征在于：所述的空化过程管段系统还包括有安全阀(14)和溢流管I(15)；水泵(11)抽取压力储水罐(24)内的水流经管道补偿器(12)和进水管(13)，再经过三通的另一个出口连接的安全阀(14)到达溢流管I(15)，最终由溢流回水口(27)流回压力储水罐(24)。

8.根据权利要求1所述的高高原环境液体低压管道内空化过程的模拟实验系统，其特征在于：所述的支撑平台包括有二层钢架平台(31)、下沉坑(32)、地面(33)、排水孔(34)、扶梯(35)以及管道支撑架(36)；

所述二层钢架平台(31)架设在地面(33)上，所述管道支撑架(36)设置在二层钢架平台(31)上，空化过程管段系统置于管道支撑架(36)上，并由管道支撑架提供支撑并固定；

所述地面与二层钢架平台之间还设置有扶梯(35)，可通过扶梯到达二层钢架平台；

所述下沉坑(32)由地面向下凹陷设置，将压力储水罐(24)设置于下沉坑(32)内，降低整个模拟实验系统的高度；

所述下沉坑(32)侧壁的底部设置有排水孔(34)，通过排水孔可将下沉坑内的水进行排出。

9.根据权利要求4所述的高高原环境液体低压管道内空化过程的模拟实验系统，其特征在于：所述的水泵(11)设置在压力储水罐(24)底部水平齐平位置；所述的空化管(111)设置在压力储水罐(24)顶部水平齐平位置。

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