CN109908649B - 一种可模拟管路阻力特性的泵入口过滤装置及模拟方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可模拟管路阻力特性的泵入口过滤装置及模拟方法，所述装置包括两段管接头，各管接头连接有连接法兰，还包括滤网组件，所述滤网组件包括板环及滤网，所述滤网包括过滤网及底部支撑环，所述底部支撑环呈圆环状，所述过滤网的开口端连接在底部支撑环的内侧上，且板环上的中心孔作为两管接头之间连通的通道，在流体流动方向上，板环夹持在板环与下游管接头的端面之间，过滤网局部或全部位于下游的管接头内；还包括测压组件，所述测压组件用于测定滤网组件两侧的压差。所述过滤装置的结构设计不仅方便实现堵塞物清理，同时可实现管路阻力特性调节，且所述清理和调节可同步操作；所述模拟方法为所述阻力特性的调节方法。

Description

一种可模拟管路阻力特性的泵入口过滤装置及模拟方法
技术领域
本发明涉及流体管路技术领域，特别是涉及一种可模拟管路阻力特性的泵入口过滤装置及模拟方法。
背景技术
在流体管路实验装置建设过程中，由于焊接、检测等原因会引入杂质，这些杂质会对整个管线造成影响，如使得泵叶轮受到冲击损伤，甚至会影响回路运行安全，如为了保护泵的安全，有必要在泵前端安装过滤装置。另一方面，针对核领域的自然循环实验过程，一般要求过滤装置的流体阻力尽量低，以提高自然循环流量。
现有技术中，过滤装置为广泛使用的一种管件，其的使用多以稳定运行时杂质过滤为应用对象，故在调试过程中使用则易被堵住而影响整个管路的阻力特性，现有技术中的处理方式为在管路调试中，多次对过滤装置进行清洗，知道整个管路能够可靠运行。同时，现有过滤装置未考虑阻力问题，且难以评估其堵塞程度。
进一步优化现有过滤装置的结构设计，以使得流体管路调试更易完成，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
针对上述提出的进一步优化现有过滤装置的结构设计，以使得流体管路调试更易完成，是本领域技术人员亟待解决的技术问题，本发明提供了一种可模拟管路阻力特性的泵入口过滤装置及模拟方法。所述过滤装置的结构设计不仅方便实现堵塞物清理，同时可实现管路阻力特性调节，且所述清理和调节可同步操作；所述模拟方法为所述阻力特性的调节方法。
针对上述问题，本发明提供的一种可模拟管路阻力特性的泵入口过滤装置及模拟方法通过以下技术要点来解决问题：一种可模拟管路阻力特性的泵入口过滤装置，包括两段管接头，各管接头至少有一端上连接有连接法兰，两段管接头通过各自上的连接法兰法兰连接，还包括夹持在两管接头之间的滤网组件，所述滤网组件包括呈环状的板环及呈兜状的滤网，所述板环夹持在两管接头的连接端之间，所述滤网包括过滤网及底部支撑环，所述底部支撑环呈圆环状，所述过滤网的开口端连接在底部支撑环的内侧上，且板环上的中心孔作为两管接头之间连通的通道，所述底部支撑环的延伸方向沿着过滤网的周向方向，在流体流动方向上，底部支撑环夹持在板环与下游管接头的端面之间，过滤网局部或全部位于下游的管接头内；
还包括连接在管接头上的测压组件，所述测压组件用于测定滤网组件两侧的压差。
以上提供的过滤装置在具体使用时串联在相应的流体管路中，可同时应用于管路调试阶段及稳定运行阶段。设置为滤网组件中的过滤网呈兜状，这样，过滤网的过滤面积大，在使用时不易被完全堵塞影响管路设备安全；同时，设置为过滤网通过其开口端上的底部支撑环夹持在板环与下游管接头之间，过滤网拆卸和安装方便，由于其上有呈兜状的杂质容纳空间，故采用本过滤装置的管路易清理。同时结构简单，流阻很小，并能够根据实验要求调节阻力：本方案中，所述板环的中心孔作为连通两管接头的通道，同时板环夹持安装于本过滤装置上，通过更换具有不同中心孔孔径的板环，即可使得过滤装置的阻力系数或阻力特性发生变化，故板环本身作为一个阻力特性调节部件，免去了额外阻力件的安装，不仅节省了成本，由于滤网与板环在本过滤装置上的配合方式，使得清洗滤网和改变整个管路的阻力特性可同步操作，这样，可有效提高维护和调节本过滤装置的效率。
同时，本方案中还包括测压组件，在本装置使用于流体管路上时，通过所述测压组件获得的压力降或压差值，可反映板环对整个管路的阻力特性的改变量，即通过监测滤网组件两侧的压差变化，给出了定量评估过滤装置堵塞程度和/或板环对管路阻力特性影响的评价方法，可用于管路建设阶段辅助管路串洗、在管路运行阶段实时监测，辅助判断管路中是否有异常、在相应管路用于模拟其他管路流体流通性能时，使得采用本方案的管路能够适用于不同的被模拟管路。
与现有的过滤装置相比，其主要的优点在于：可直接布置在泵入口处任意位置，流道路径较短，结构简易，因而流阻较低；过滤面积大，可一次性过滤并搜集大量杂质，不易在串洗时被大量铁屑等杂质堵塞，同时安装、拆卸及清理简便；可通过调节板环内径大小对本装置的流体流通阻力进行调节，以匹配实验中泵路阻力需求，免去了额外阻力件的安装，节省了成本；基于进出口压差测量，给出了评估过滤装置堵塞程度的方法，可指导回路串洗，并用于回路运行异常监测。
作为所述可模拟管路阻力特性的泵入口过滤装置进一步的技术方案：
如上所述，由于本方案在使用时，涉及到滤网的清洗和板环的更换，为减小连接法兰对以上操作的影响，设置为：各连接法兰均螺纹连接在对应管接头的外侧。采用本方案，在进行过滤网和板环的拆、装时，可通过转动连接法兰，使得两连接法兰相对运动以增大连接法兰之间的可操作空间。
为增大滤网在使用时的刚性，以使得其尽可能不影响本装置在使用时穿过其的流体的流动特性，设置为：所述滤网还包括支架及顶部支撑环，所述支架、顶部支撑环、底部支撑环三者固定连接，且顶部支撑环连接在过滤网的底端，支架呈笼状，所述支架作为过滤网侧面的刚性架体，所述顶部支撑环作为过滤网底部的刚性架体。
作为一种方便定位和密封的板环技术方案，设置为：所述板环呈透镜垫状，各管接头的连接端端面形状以及底部支撑环的端面形状均与板环的侧面形状匹配。
作为测压组件的具体实现形式，设置为：所述测压组件包括分别连接在不同管接头上的取压管以及连接在各取压管上的压力传感器。
作为一种使用寿命长的技术方案，所述板环、底部支撑环及过滤网的材质均为不锈钢。
作为一种方便通过过滤网收集流体管路中异物，以方便及时清理流体管路中异物的技术方案，设置为：所述管接头竖直安装，流体在管接头中的流动方向为由上至下，且过滤网的开口端朝上。
作为一种过滤面积大且方便拆、装的过滤网形式，所述过滤网的长度为L，且3D≤L≤5D，所述D为管接头的内径。
作为一种可有效过滤焊渣等的技术方案，所述过滤网上过滤孔的目数为90到120目。
同时，本方案还公开了一种可模拟管路阻力特性的模拟方法，包括以下步骤：
获K*和Km：
根据设置工况确定泵路管路上所需达到的阻力系数值K*，计算方法为：
Figure GDA0002942389520000041
上式中，ρ为流体密度，ΔPs为设计工况下压降设计值，A1为管接头的流体流通面积，Ws为设计工况下额定流量；
将板环内径设置为与管接头内径一致，在设计工况下通过测压组件测量相应泵路压降ΔPm及流量W1，则此时泵路阻力系数Km，且具体为：
Figure GDA0002942389520000051
获取阻力系数差Kk：Kk＝K*-Km；
所述Kk为调节板环内径后需要增加的阻力系数，依据Kk可计算得到板环应调整后的内径，具体计算方法如下：
Figure GDA0002942389520000052
Figure GDA0002942389520000053
Figure GDA0002942389520000054
Figure GDA0002942389520000055
其中，D0为板环的内径，A0为板环流通面积，L0为板环厚度，Γ为形状系数，λ为经验系数，Re为板环处雷诺数，μ为流体动力粘度。采用以上方案，通过获得的Kk值，可有效获得板环的内径值D0，同时通过以上过滤装置的结构设计，可方便的更换适用于被模拟管路的板环。
本发明具有以下有益效果：
以上提供的过滤装置在具体使用时串联在相应的流体管路中，可同时应用于管路调试阶段及稳定运行阶段。设置为滤网组件中的过滤网呈兜状，这样，过滤网的过滤面积大，在使用时不易被完全堵塞影响管路设备安全；同时，设置为过滤网通过其开口端上的底部支撑环夹持在板环与下游管接头之间，过滤网拆卸和安装方便，由于其上有呈兜状的杂质容纳空间，故采用本过滤装置的管路易清理。同时结构简单，流阻很小，并能够根据实验要求调节阻力：本方案中，所述板环的中心孔作为连通两管接头的通道，同时板环夹持安装于本过滤装置上，通过更换具有不同中心孔孔径的板环，即可使得过滤装置的阻力系数或阻力特性发生变化，故板环本身作为一个阻力特性调节部件，免去了额外阻力件的安装，不仅节省了成本，由于滤网与板环在本过滤装置上的配合方式，使得清洗滤网和改变整个管路的阻力特性可同步操作，这样，可有效提高维护和调节本过滤装置的效率。
同时，本方案中还包括测压组件，在本装置使用于流体管路上时，通过所述测压组件获得的压力降或压差值，可反映板环对整个管路的阻力特性的改变量，即通过监测滤网组件两侧的压差变化，给出了定量评估过滤装置堵塞程度和/或板环对管路阻力特性影响的评价方法，可用于管路建设阶段辅助管路串洗、在管路运行阶段实时监测，辅助判断管路中是否有异常、在相应管路用于模拟其他管路流体流通性能时，使得采用本方案的管路能够适用于不同的被模拟管路。
与现有的过滤装置相比，其主要的优点在于：可直接布置在泵入口处任意位置，流道路径较短，结构简易，因而流阻较低；过滤面积大，可一次性过滤并搜集大量杂质，不易在串洗时被大量铁屑等杂质堵塞，同时安装、拆卸及清理简便；可通过调节板环内径大小对本装置的流体流通阻力进行调节，以匹配实验中泵路阻力需求，免去了额外阻力件的安装，节省了成本；基于进出口压差测量，给出了评估过滤装置堵塞程度的方法，可指导回路串洗，并用于回路运行异常监测。
采用以上方法，通过获得的Kk值，可有效获得板环的内径值D0，同时通过以上过滤装置的结构设计，可方便的更换适用于被模拟管路的板环。
附图说明
图1为本发明所述的一种可模拟管路阻力特性的泵入口过滤装置一个具体实施例的剖视图，该剖视图中，所示箭头方向即为流通穿过本装置的流动方向；
图2为本发明所述的一种可模拟管路阻力特性的泵入口过滤装置一个具体实施例中，反映板环与滤网在过滤装置使用状态下配合关系的示意图；
图3为本发明所述的一种可模拟管路阻力特性的泵入口过滤装置一个具体实施例中，反映滤网结构的侧视图。
图中标记分别为：1、测压组件，2、管接头，3、连接法兰，4、螺柱，5、螺母，6、滤网组件，7、板环，8、支架，9、过滤网，10、顶部支撑环，11、底部支撑环。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明不仅限于以下实施例：
实施例1：
如图1至图3所示，一种可模拟管路阻力特性的泵入口过滤装置，包括两段管接头2，各管接头2至少有一端上连接有连接法兰3，两段管接头2通过各自上的连接法兰3法兰连接，还包括夹持在两管接头2之间的滤网组件6，所述滤网组件6包括呈环状的板环7及呈兜状的滤网，所述板环7夹持在两管接头2的连接端之间，所述滤网包括过滤网9及底部支撑环11，所述底部支撑环11呈圆环状，所述过滤网9的开口端连接在底部支撑环11的内侧上，且板环7上的中心孔作为两管接头2之间连通的通道，所述底部支撑环的延伸方向沿着过滤网9的周向方向，在流体流动方向上，底部支撑环夹持在板环7与下游管接头2的端面之间，过滤网9局部或全部位于下游的管接头2内；
还包括连接在管接头上的测压组件1，所述测压组件1用于测定滤网组件6两侧的压差。
以上提供的过滤装置在具体使用时串联在相应的流体管路中，可同时应用于管路调试阶段及稳定运行阶段。设置为滤网组件6中的过滤网9呈兜状，这样，过滤网9的过滤面积大，在使用时不易被完全堵塞影响管路设备安全；同时，设置为过滤网9通过其开口端上的底部支撑环11夹持在板环7与下游管接头2之间，过滤网9拆卸和安装方便，由于其上有呈兜状的杂质容纳空间，故采用本过滤装置的管路易清理。同时结构简单，流阻很小，并能够根据实验要求调节阻力：本方案中，所述板环7的中心孔作为连通两管接头2的通道，同时板环7夹持安装于本过滤装置上，通过更换具有不同中心孔孔径的板环7，即可使得过滤装置的阻力系数或阻力特性发生变化，故板环7本身作为一个阻力特性调节部件，免去了额外阻力件的安装，不仅节省了成本，由于滤网与板环7在本过滤装置上的配合方式，使得清洗滤网和改变整个管路的阻力特性可同步操作，这样，可有效提高维护和调节本过滤装置的效率。
同时，本方案中还包括测压组件1，在本装置使用于流体管路上时，通过所述测压组件1获得的压力降或压差值，可反映板环7对整个管路的阻力特性的改变量，即通过监测滤网组件6两侧的压差变化，给出了定量评估过滤装置堵塞程度和/或板环7对管路阻力特性影响的评价方法，可用于管路建设阶段辅助管路串洗、在管路运行阶段实时监测，辅助判断管路中是否有异常、在相应管路用于模拟其他管路流体流通性能时，使得采用本方案的管路能够适用于不同的被模拟管路。
与现有的过滤装置相比，其主要的优点在于：可直接布置在泵入口处任意位置，流道路径较短，结构简易，因而流阻较低；过滤面积大，可一次性过滤并搜集大量杂质，不易在串洗时被大量铁屑等杂质堵塞，同时安装、拆卸及清理简便；可通过调节板环7内径大小对本装置的流体流通阻力进行调节，以匹配实验中泵路阻力需求，免去了额外阻力件的安装，节省了成本；基于进出口压差测量，给出了评估过滤装置堵塞程度的方法，可指导回路串洗，并用于回路运行异常监测。
优选的，针对连接法兰3之间的连接螺栓，可设置为各连接螺栓均采用为双头螺柱的螺柱4配合两颗螺母5的形式，以在管线承压范围内，使得板环7位置在管线内压力更大的情况下获得更好的密封可靠性。
实施例2：
本实施例在实施例1的基础上作进一步限定，如图1至图3所示，如上所述，由于本方案在使用时，涉及到滤网的清洗和板环7的更换，为减小连接法兰3对以上操作的影响，设置为：各连接法兰3均螺纹连接在对应管接头的外侧。采用本方案，在进行过滤网9和板环7的拆、装时，可通过转动连接法兰3，使得两连接法兰3相对运动以增大连接法兰3之间的可操作空间。
为增大滤网在使用时的刚性，以使得其尽可能不影响本装置在使用时穿过其的流体的流动特性，设置为：所述滤网还包括支架8及顶部支撑环10，所述支架8、顶部支撑环10、底部支撑环11三者固定连接，且顶部支撑环10连接在过滤网9的底端，支架8呈笼状，所述支架8作为过滤网9侧面的刚性架体，所述顶部支撑环10作为过滤网9底部的刚性架体。
作为一种方便定位和密封的板环7技术方案，设置为：所述板环7呈透镜垫状，各管接头的连接端端面形状以及底部支撑环11的端面形状均与板环7的侧面形状匹配。
作为测压组件1的具体实现形式，设置为：所述测压组件1包括分别连接在不同管接头2上的取压管以及连接在各取压管上的压力传感器。
作为一种使用寿命长的技术方案，所述板环7、底部支撑环11及过滤网9的材质均为不锈钢。
作为一种方便通过过滤网9收集流体管路中异物，以方便及时清理流体管路中异物的技术方案，设置为：所述管接头2竖直安装，流体在管接头2中的流动方向为由上至下，且过滤网9的开口端朝上。
作为一种过滤面积大且方便拆、装的过滤网9形式，所述过滤网9的长度为L，且3D≤L≤5D，所述D为管接头2的内径。
作为一种可有效过滤焊渣等的技术方案，所述过滤网9上过滤孔的目数为90到120目。
实施例3：
本实施例提供一种可模拟管路阻力特性的模拟方法，包括以下步骤：
获K*和Km：
根据设置工况确定泵路管路上所需达到的阻力系数值K*，计算方法为：
Figure GDA0002942389520000101
上式中，ρ为流体密度，ΔPs为设计工况下压降设计值，A1为管接头2的流体流通面积，Ws为设计工况下额定流量；
将板环7内径设置为与管接头内径一致，在设计工况下通过测压组件1测量相应泵路压降ΔPm及流量W1，则此时泵路阻力系数Km，且具体为：
Figure GDA0002942389520000102
获取阻力系数差Kk：Kk＝K*-Km；
所述Kk为调节板环7内径后需要增加的阻力系数，依据Kk可计算得到板环7应调整后的内径，具体计算方法如下：
Figure GDA0002942389520000111
Figure GDA0002942389520000112
Figure GDA0002942389520000113
Figure GDA0002942389520000114
其中，D0为板环7的内径，A0为板环7流通面积，L0为板环7厚度，Γ为形状系数，λ为经验系数，Re为板环7处雷诺数，μ为流体动力粘度。采用以上方案，通过获得的Kk值，可有效获得板环7的内径值D0，同时通过以上过滤装置的结构设计，可方便的更换适用于被模拟管路的板环7。
在具体实施时，将透镜垫内径尺寸调节为D0，在基准工况下测量泵路的压降Δpm，当Δpm与压降设计值Δps偏差在±5％以内即满足要求。当Δpm与泵路压降设计值Δps偏差在±5％以上时，微调开孔尺寸D0并重复测量，直至Δpm与Δps偏差在±5％以内。
可通过过滤装置进出口压差测量实施评估过滤装置堵塞程度，在装置建设阶段辅助回路串洗；在运行阶段实时监测，辅助判断回路中是否有异常。具体评估方法及步骤如下：
1)将过滤装置前后端设置的压力测点连接到压差传感器，输出压差值。
2)在回路建设完成后串洗阶段，该阶段由于焊接等原因杂质较多。刚启动泵时，测得压差值为ΔP1，连续运行泵若干时间后，综合考虑经济性及回路安全，定义当测得压差值ΔP2≥1.3ΔP1为堵塞阈值，此时拆卸滤网组件清理干净后装回。重新启泵，重复上述过程，直至泵连续运行时ΔP2始终小于1.3ΔP1，且一个小时内压差值偏差在2％以内，表明回路杂质已基本过滤干净。此时再次拆装并清洗滤网组件。
3)在运行阶段，稳定运行时测得压差值为ΔPw，当长期运行后测得压差值ΔPc＞1.05ΔPw，表明滤网内已搜集较多杂质，可清理滤网组件。此外，当运行过程中压差值在1分钟之内突然上升5％，则表明回路运行异常，有大量杂质产生。此时可关闭装置并拆卸清理滤网，即使检查并处理回路异常。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种可模拟管路阻力特性的泵入口过滤装置，包括两段管接头(2)，各管接头(2)至少有一端上连接有连接法兰(3)，两段管接头(2)通过各自上的连接法兰(3)法兰连接，还包括夹持在两管接头(2)之间的滤网组件(6)，其特征在于，所述滤网组件(6)包括呈环状的板环(7)及呈兜状的滤网，所述板环(7)夹持在两管接头(2)的连接端之间，所述滤网包括过滤网(9)及底部支撑环(11)，所述底部支撑环(11)呈圆环状，所述过滤网(9)的开口端连接在底部支撑环(11)的内侧上，且板环(7)上的中心孔作为两管接头(2)之间连通的通道，所述底部支撑环(11)的延伸方向沿着过滤网(9)的周向方向，在流体流动方向上，底部支撑环夹持在板环(7)与下游管接头(2)的端面之间，过滤网(9)局部或全部位于下游的管接头(2)内；
还包括连接在管接头 (2)上的测压组件(1)，所述测压组件用于测定滤网组件(6)两侧的压差；
各连接法兰(3)均螺纹连接在对应管接头 (2)的外侧；
所述滤网还包括支架(8)及顶部支撑环(10)，所述支架(8)、顶部支撑环(10)、底部支撑环(11)三者固定连接，且顶部支撑环(10)连接在过滤网(9)的底端，支架(8)呈笼状，所述支架(8)作为过滤网(9)侧面的刚性架体，所述顶部支撑环(10)作为过滤网(9)底部的刚性架体。
2.根据权利要求1所述的一种可模拟管路阻力特性的泵入口过滤装置，其特征在于，所述板环(7)呈透镜垫状，各管接头 (2)的连接端端面形状以及底部支撑环(11)的端面形状均与板环(7)的侧面形状匹配。
3.根据权利要求1所述的一种可模拟管路阻力特性的泵入口过滤装置，其特征在于，所述测压组件(1)包括分别连接在不同管接头(2)上的取压管以及连接在各取压管上的压力传感器。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种可模拟管路阻力特性的泵入口过滤装置，其特征在于，所述板环(7)、底部支撑环(11)及 过滤网(9)的材质均为不锈钢。
5.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种可模拟管路阻力特性的泵入口过滤装置，其特征在于，所述管接头(2)竖直安装，流体在管接头(2)中的流动方向为由上至下，且过滤网(9)的开口端朝上。
6.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种可模拟管路阻力特性的泵入口过滤装置，其特征在于，所述过滤网(9)的长度为L，且3D≤L≤5D，所述D为管接头(2)的内径。
7.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种可模拟管路阻力特性的泵入口过滤装置，其特征在于，所述过滤网(9)上过滤孔的目数为90到120目。
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