CN111638078B - 一种管道空化射流清洗器清洗性能测试装置 - Google Patents

一种管道空化射流清洗器清洗性能测试装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种管道空化射流清洗器清洗性能测试装置，通过采集振动加速度和振动噪声的方法来反应记录空化射流清洗器的清洗效果，使空化射流清洗器的清洗效果得以在实验室条件下进行精准的量化描述。可检测运输管道空化射流清洗器在清洗过程中，所产生的空化噪声和振动加速度来间接的定量的描述清洗器清洗性能的强弱。使得空化射流清洗器的清洗效果可在无待清洗对象的实验中被定量的测试。该清洗性能测试装置结构简单，操作便捷，且测试精度较高，可精确测试清洗器清洗性能；也可以通过在测试***中添加不同的溶质测试清洗器在不同工作状态下的清洗效果；且适用于任意运输管道空化射流清洗器清洗性能的测试，具有普适性。

Description

一种管道空化射流清洗器清洗性能测试装置
技术领域
本发明涉及输运管道防除垢技术领域，具体地说，涉及一种管道空化射流清洗器清洗性能测试装置。
背景技术
石油、泥浆及污水等输运管道由于输送流体本身的物理及化学属性导致的管道腐蚀和结垢现象使其使用寿命严重缩减。输运管道结垢后也会使管道内径减小、内壁粗糙度增加，从而增加运输沿程阻力，导致运输效率的下降，造成严重的能源耗费。为此人们花费了大量的人力物力来进行除垢工作。目前运输管道除垢方式主要分为化学除垢和物理除垢两种，但是化学方式中的化学药品会对环境造成严重污染，同时化学药品中的酸碱清洗液会加剧管道的腐蚀，降低管道的安全系数；物理清洗方法则相对安全且使用广泛，物理清洗方法中空化射流清洗效果来源于水与管道之间存在高速相对运动时产生的空化现象，其清洗效果显著，因此国内外学者提出了很多不同形式的空化射流清洗装置。
但是由于空化射流清洗应用在运输类管道中的背景特殊性，在设计空化射流清洗器时，其清洗性能在无待清洗对象的情况下难以定量的测试与衡量。现有的除垢效果测试方法多为针对某种除垢方法的除垢性能进行测试，在发明专利CN10145192A“一种超声空化除垢效果的测试装置”，该装置采用称重法，将试件放置在碱性溶液中在超声空化作用下，每隔一段时间对试件进行称重，该方法对超声空化除垢方法的效果进行了测试，但其未针对该类除垢器进行测试，存在测试空化清洗性能时需要提供结垢管道的缺陷；发明专利CN101520373A“一种对水力空化除垢效果的测试装置”，该测试装置对水力空化方法的效果进行了测试，但未针对除垢装置除垢效果进行测试，且存在测试清洗效果需提供结垢管道的缺陷。目前还没有针对于在不提供待清洁对象的情况下对除垢器除垢性能测试的测试方法。
发明内容
为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种管道空化射流清洗器清洗性能测试装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括水箱、循环管道、水温计、加热器、多级泵、截止阀、减振接头、电磁流量计、压强计、振动加速度传感器、实验测试段、观测段、振动噪声采集器、水箱支架和试验台，其特征在于所述水箱为圆筒形，上部为圆台状，顶部设有入水口，水箱固定在水箱支架上；循环管道从水箱底部通过法兰盘连接，且和上述各部件连接后与水箱入水口连接为***提供循环用水；
所述水温计位于水箱内用于测量水温，加热器安装在水箱底部用于调节水温，电磁流量计通过减振接头、法兰盘与截止阀相连接，用于记录流量数据；
所述多级泵和水箱底部出水口通过循环管道法兰盘相连接，多级泵出水口与截止阀相连，截止阀用于更换配件时将水流截断，利于空化射流器的安装拆卸；压强计与电磁流量计螺纹连接，压强计用于显示管道内的压强，记录实验工况；实验测试段与压强计通过管道连接，用于安装空化射流清洗器，模拟空化射流的清洗过程，实验测试段中设有顶杆限定清洗器位置；振动加速度传感器安装在实验测试段管壁外侧，用于检测记录实时的空化振动数据；观测段与实验测试段的出口通过法兰盘相连接，观测段为有机玻璃圆管结构，用于观测空化效果及实验拍摄；振动噪声采集器安装在实验观测段下部的水槽内，用于检测记录空化产生的实时噪声数据；测试装置从截止阀到观测段吊装在试验台上；其清洗性能测试方法包括以下步骤:
步骤1.将待测试的空化射流清洗器放置在空化射流实验段中，将实验段进行密封处理；
步骤2.开启多级泵给实验***供水，使试验***产生连续循环稳定的水流；
步骤3.观察电磁流量计与压强计，调节电机转速控制***中所需的压强和流量，实验测试段测试的压强调节范围为50～250kPa，每次调节增加20kPa,流量随压强而变化；
步骤4.采集压强、流量的噪声数据和振动数据，并做记录；
步骤5.通过加热器加热水箱中的水温，从20℃加热至45℃，每增加5℃测量一次振动加速度和振动噪声数据，测试水温对于管道除垢效果的影响，通过振动加速度传感器和振动噪声采集器记录除垢器工作状态随温度的变化；
步骤6.在水箱中加入溶质NaHCO3,浓度变化区间为0.2克每升到1.0克每升，浓度每增加0.2克每升记录一次振动加速度数据和振动噪声数据，通过振动加速度传感器和振动噪声采集器来记录除垢器工作状态随溶质浓度的变化；
步骤7.更换***中的循环水，清洗***，在水箱中加入溶质NaCl，浓度变化区间从5克每升到25克每升，浓度每增加5克每升记录一次振动加速度数据和振动噪声数据，通过振动加速度传感器和振动噪声采集器来记录除垢器工作状态随溶质浓度的变化；
步骤8.更换***中的循环水，清洗***，在水箱中加入亲水SiO2，浓度变化区间从0.2克每升到1.0克每升，浓度每增加0.2克每升记录一次振动加速度数据和振动噪声数据，通过振动加速度传感器和振动噪声采集器来记录除垢器工作状态随溶质浓度的变化；
步骤9.更换***中的循环水，清洗***，在水箱中加入疏水SiO2，浓度变化区间从0.2克每升到0.8克每升，浓度每增加0.2克每升记录一次振动加速度数据和振动噪声数据，通过振动加速度传感器和振动噪声采集器来记录除垢器工作状态随溶质浓度的变化。
所述减振接头材质为橡胶。
有益效果
本发明提出的一种管道空化射流清洗器清洗性能测试装置，依据空化清洗过程中空化空蚀强度与空化噪声声压级和产生的振动强弱具有正相关关系，可检测运输管道空化射流清洗器在清洗过程中所产生的空化噪声和振动加速度来间接的定量的描述清洗器清洗性能的强弱。采用间接测试空化噪声声压级和产生的振动强弱的技术，解决其输运管道空化射流清洗器在无待清洗对象参与情况下的清洗性能测试的问题。
本发明清洗性能测试装置，通过采集振动加速度和振动噪声的方法来反应记录空化射流清洗器的清洗效果，使空化射流清洗器的清洗效果得以在实验室条件下间接地进行精准的量化描述；并且可根据振动加速度和振动噪声的强度来衡量清洗器性能的强弱，克服输运管道空化射流清洗器在无待清洗对象参与情况下的清洗性能测试的问题。该洗性能测试装置结构简单，操作便捷，且测试精度较高，可精确测试清洗器清洗性能。
本发明清洗性能测试装置，可通过在测试***中添加不同的溶质，来测试清洗器在不同工作状态下的清洗效果。适用于任意运输管道空化射流清洗器清洗性能的测试，具有普适性。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明一种管道空化射流清洗器清洗性能测试装置作进一步详细说明。
图1为本发明管道空化射流清洗器清洗性能测试装置轴测图。
图2为1000kpa时不同水温下的除垢性能随温度地变化规律图。
图3为1000kpa时不同水温下的除垢性能随振动频率的变化规律图。
图4a、图4b为NaCl含量与总噪声声压级和总振动加速度级的关系曲线图。
图中
1.水箱 2.循环管道 3.水温计 4.加热器 5.水箱支架 6.多级泵 7.截止阀 8.减振接头 9.电磁流量计 10.压强计 11.振动加速度传感器 12.实验测试段 13.观测段 14.振动噪声采集器 15.试验台
具体实施方式
本实施例是一种管道空化射流清洗器清洗性能测试装置。
参阅图1、图2、图3、图4a、图4b，本实施例管道空化射流清洗器清洗性能测试装置，由水箱1、循环管路2、水温计3、加热器4、多级泵6、截止阀7、减振接头8、电磁流量计9、压强计10、振动加速度采集器11、实验测试段12、观测段13、振动噪声采集器14、水箱支架5和试验台15组成；其中，水箱1为圆筒形，上部为圆台状，顶部设有入水口，水箱固定在水箱支架5上。循环管道2从水箱1底部通过法兰盘连接；且与上述各部件连接后与水箱1入水口连接为***提供循环用水。水温计3位于水箱内用于测量水温；加热器4安装在水箱底部用于调节水温；电磁流量计9通过连接法兰与减振接头8的出口相连，用于记录流量数据。本实施例中循环管道2直径为100mm水管；水温计3连接在水箱上2/3部位处，水温量程为0℃-100℃。加热器4位于水箱1底部距离200mm处。
多级泵6固定在水箱1一侧位于水箱支架5和试验台15之间；多级泵6和水箱1底部出水口通过循环管道2法兰盘相连接，多级泵6出水口与截止阀7相连，截止阀7用于更换配件时将水流截断，利于空化射流器的安装拆卸。压强计10与电磁流量计9螺纹连接，压强计用于显示管道内的压强，记录实验工况。实验测试段12与压强计10通过连接管道连接；用于安装空化射流清洗器，模拟空化射流的清洗过程。实验测试段12中设有顶杆限定清洗器位置；振动加速度传感器11安装在实验测试段12管壁外侧，用于检测记录实时的空化振动数据；观测段13与实验测试段12的出口通过连接法兰相连，观测段13为有机玻璃圆管结构，用于观测空化效果及实验拍摄。振动噪声采集器14安装在实验观测段的下部的水槽内，用于检测记录空化产生的实时噪声数据。
测试装置从截止阀7到观测段13部分通过软绳吊装在试验台15上；其清洗性能测试方法包括以下步骤:
(1)开启多级泵，用清水对***进行清洗；
(2)将需要测试的运输管道用空化射流清洗器装入实验段12中，用顶杆将其固定在实验段中使其随水流不会向前运动；打开截止阀7，让水流在水箱中的自然水压下充满测试***，待测试***中充入水流且水流不再流入***的时候，打开多级泵6给***中充水，在***中形成水循环，通过调节多级泵6的转速来调节输入水流的流速和空化射流清洗器两端的压差，通过观察电磁流量计9和压强计10来记录压强和流量参数。待***中的水流稳定后，开始记录振动加速度传感器11和振动噪声采集器14采集的数据。
(3)通过加热器4对水箱1中的水进行加热，观察水温计3，从初始水温加热到45℃，每5℃进行一次振动噪声和振动加速度参数采集。
(4)关闭多级泵6停止水流循环，待水温冷却至室温之后，在水箱1中加入溶质NaHCO3,浓度变化区间从0.2克每升到1.0克每升，重复第一步，浓度每增加0.2克每升记录一次振动加速度数据和振动噪声数据，通过振动加速度传感器11和振动噪声采集器14来记录除垢器工作状态随溶质浓度的变化。
(5)测试完相应的数据之后，将水箱中水排空，用清水清洗水箱后在水箱中加满水，在水箱1中加入溶质NaCl，浓度变化从5克每升到25克每升，重复第一步，浓度每增加5克每升记录一次振动加速度数据和振动噪声数据，通过振动加速度传感器11和振动噪声采集器14来记录除垢器工作状态随溶质浓度的变化。
(6)测试完相应的数据之后，将水箱中水排空，用清水清洗水箱后在水箱中加满水，在水箱中加入亲水SiO2，浓度变化区间从0.2克每升到1.0克每升，重复第一步过程，浓度每增加0.2克每升记录一次振动加速度数据和振动噪声数据，通过振动加速度传感器11和振动噪声采集器14来记录除垢器工作状态随溶质浓度的变化。
(7)测试完相应的数据之后，将水箱中水排空，用清水清洗水箱后在水箱中加满水，在水箱中加入疏水SiO2，浓度变化区间从0.2克每升到0.8克每升，重复第一步过程，浓度每增加0.2克每升记录一次振动加速度数据和振动噪声数据，通过振动加速度传感器11和振动噪声采集器14记录除垢器工作状态随溶质浓度的变化。
通过以上步骤，可实现通过采集振动噪声数据和振动加速度数据，对运输管道射流清洗器清洗性能在无待清洁对象参与情况下进行量化描述，并且可对不同环境温度温度、不同溶质工况条件下运输管道空化射流清洗器的性能进行测试。在1000kPa时不同水温条件下试验监测的噪声频谱，由图2可得温度对噪声声压级的影响程度随着中心频率的增大而逐渐减弱，总声压级亦随着温度的升高而增大，即表现了除垢器除垢性能随温度变化规律。
在1000kPa时不同水温下的振动加速度频谱，由图3可得振动峰值在4kHz-6kHz，振动加速度随水温变化无明显规律，该表现出了除垢器除垢性能随振动频率的变化规律。
图4a、图4b为水流中添加溶质对振动的影响，以氯化钠为例，随氯化钠的浓度升高振动水平增大，即除垢水平提升。

Claims (2)

1.一种管道空化射流清洗器清洗性能测试装置，包括水箱、循环管道、水温计、加热器、多级泵、截止阀、减振接头、电磁流量计、压强计、振动加速度传感器、实验测试段、观测段、振动噪声采集器、水箱支架和试验台，其特征在于:所述水箱为圆筒形，上部为圆台状，顶部设有入水口，水箱固定在水箱支架上；循环管道从水箱底部通过法兰盘连接，且和多级泵、截止阀、减振接头、电磁流量计、压强计、振动加速度传感器、实验测试段、观测段依次连接后与水箱入水口连接为***提供循环用水；
所述水温计位于水箱内用于测量水温，加热器安装在水箱底部用于调节水温，电磁流量计通过减振接头、法兰盘与截止阀相连接，用于记录流量数据；
所述多级泵和水箱底部出水口通过循环管道法兰盘相连接，多级泵出水口与截止阀相连，截止阀用于更换配件时将水流截断，利于空化射流器的安装拆卸；压强计与电磁流量计螺纹连接，压强计用于显示管道内的压强，记录实验工况；实验测试段与压强计通过管道连接，用于安装空化射流清洗器，模拟空化射流的清洗过程，实验测试段中设有顶杆限定清洗器位置；振动加速度传感器安装在实验测试段管壁外侧，用于检测记录实时的空化振动数据；观测段与实验测试段的出口通过法兰盘相连接，观测段为有机玻璃圆管结构，用于观测空化效果及实验拍摄；振动噪声采集器安装在实验观测段下部的水槽内，用于检测记录空化产生的实时噪声数据；测试装置从截止阀到观测段吊装在试验台上；其清洗性能测试方法包括以下步骤:
步骤1.将待测试的空化射流清洗器放置在空化射流实验段中，将实验段进行密封处理；
步骤2.开启多级泵给实验***供水，使试验***产生连续循环稳定的水流；
步骤3.观察电磁流量计与压强计，调节电机转速控制***中所需的压强和流量，实验测试段测试的压强调节范围为50～250kPa，每次调节增加20kPa,流量随压强而变化；
步骤4.采集压强、流量的噪声数据和振动数据，并做记录；
步骤5.通过加热器加热水箱中的水温，从20℃加热至45℃，每增加5℃测量一次振动加速度和振动噪声数据，测试水温对于管道除垢效果的影响，通过振动加速度传感器和振动噪声采集器记录除垢器工作状态随温度的变化；
步骤6.在水箱中加入溶质NaHCO3,浓度变化区间为0.2克每升到1.0克每升，浓度每增加0.2克每升记录一次振动加速度数据和振动噪声数据，通过振动加速度传感器和振动噪声采集器来记录除垢器工作状态随溶质浓度的变化；
步骤7.更换***中的循环水，清洗***，在水箱中加入溶质NaCl，浓度变化区间从5克每升到25克每升，浓度每增加5克每升记录一次振动加速度数据和振动噪声数据，通过振动加速度传感器和振动噪声采集器来记录除垢器工作状态随溶质浓度的变化；
步骤8.更换***中的循环水，清洗***，在水箱中加入亲水SiO2，浓度变化区间从0.2克每升到1.0克每升，浓度每增加0.2克每升记录一次振动加速度数据和振动噪声数据，通过振动加速度传感器和振动噪声采集器来记录除垢器工作状态随溶质浓度的变化；
步骤9.更换***中的循环水，清洗***，在水箱中加入疏水SiO2，浓度变化区间从0.2克每升到0.8克每升，浓度每增加0.2克每升记录一次振动加速度数据和振动噪声数据，通过振动加速度传感器和振动噪声采集器来记录除垢器工作状态随溶质浓度的变化。
2.根据权利要求1所述的管道空化射流清洗器清洗性能测试装置，其特征在于:所述减振接头材质为橡胶。
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