CN215865756U - 一种气液两相多功能实验平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于气液两相实验设备技术领域，公开了一种气液两相多功能实验平台。该气液两相多功能实验平台包括缓释器、第一气液混输泵、泵作透平、磁粉制动器、真空泵和第二气液混输泵；缓释器设有进气口、进液口和输出口，缓释器的进气口与外接气源连通，缓释器的进液口与外接液源连通，缓释器的输出口通过第一带阀管路与第一气液混输泵的进口连通，第一气液混输泵的出口与泵作透平的进口连通，磁粉制动器与泵作透平的输出轴连接；缓释器的输出口通过第二带阀管路与第二气液混输泵的进口连通，真空泵与缓释器的进气口连接。本实用新型的气液两相多功能实验平台可以实现不同实验操作，具有较高的实验利用率。

Description

一种气液两相多功能实验平台

技术领域

本实用新型属于气液两相实验设备技术领域，具体涉及一种气液两相多功能实验平台。

背景技术

在流体机械的设计和研究过程中，通常会借助实验室内的设备平台对流体机械的性能进行测试研究，例如利用气液混输泵实验平台对泵的气液两相外特征和汽蚀性能进行测试研究，再例如利用液相实验平台对液力透平装置进行效率和稳定性测试等等。

然而，随着流体机械工业学科的发展和应用环境的增加，对流体机械的性能测试要求也越来越多，例如在现有的液力透平装置的测试过程中，主要是针对液相环境进行测试，由此通常直接利用液相实验平台进行液力透平装置的相关性能测试，并且在液相实验平台进行液力透平装置的测试过程中会配备多个不同额定功率的消能泵，以满足对液力透平装置的不同消能效果。但是，在针对合成氨过程工业中所产生富液进行液力透平的能量回收测试中，由于该富液中的气体体积含量可高达至20％，是一种气液混合的高压力流体，此时在利用液相实验平台进行液力透平测试时，就会出现极大的实验误差，影响实验结果的准确性。

实用新型内容

基于此，针对现有流体机械测试实验台存在的上述问题，本实用新型提出了一种气液两相多功能实验平台。该气液两相多功能实验平台，包括缓释器、第一气液混输泵、泵作透平、磁粉制动器、真空泵和第二气液混输泵；其中，所述缓释器设有进气口、进液口和输出口，所述缓释器的进气口与外接气源连通，所述缓释器的进液口与外接液源连通，所述缓释器的输出口通过第一带阀管路与所述第一气液混输泵的进口连通，所述第一气液混输泵的出口与所述泵作透平的进口连通，所述磁粉制动器与所述泵作透平的输出轴连接；所述缓释器的输出口通过第二带阀管路与所述第二气液混输泵的进口连通，所述真空泵与所述缓释器的进气口连接。

优选的，该气液两相多功能实验平台还设有第一气液流量计和第二气液流量计，所述第一气液流量计位于所述第一带阀管路，所述第二气液流量计位于所述第二带阀管路。

优选的，所述缓释器的进气口设有气相流量计，所述缓释器的进液口设有液相流量计。

优选的，所述的气液两相多功能实验平台还设有低压气液分离罐；所述低压气液分离罐内设有液相区和气相区，并且所述低压气液分离罐的气相区设有气体并通过第一气相管路与所述缓释器的进气口连通，所述低压气液分离罐的液相区设有液体并通过第一液相管路与所述缓释器的进液口连通。

进一步优选的，该气液两相多功能实验平台还设有空气压缩机，所述空气压缩机与所述低压气液分离罐的气相区连通。

进一步优选的，该气液两相多功能实验平台还设有高压气液分离罐，并且所述高压气液分离罐内设有液相区和气相区；所述泵作透平的出口和所述第二气液混输泵的出口分别与所述高压气液分离罐的进口连通，所述高压气液分离罐的气相区通过第二气相管路与所述低压气液分离罐的气相区连通，所述高压气液分离罐的液相区通过第二液相管路与所述低压气液分离罐的液相区连通。

进一步优选的，所述真空泵与所述低压气液分离罐的气相区连通。

优选的，所述第一气液混输泵和所述第二气液混输泵均采用变频电机驱动。

优选的，所述泵作透平的壳体以及与所述泵作透平中进口和出口连接的管路和/或所述第二气液混输泵的壳体以及与所述第二气液混输泵中进口和出口连接的管路采用透明材质制造。

进一步优选的，所述泵作透平的壳体以及与所述泵作透平中进口和出口连接的管路和/或所述第二气液混输泵的壳体以及与所述第二气液混输泵中进口和出口连接的管路采用有机玻璃材质制造。

在上述的气液两相多功能实验平台中，通过缓释器对气体和液体进行预先混合以形成气液混合物的情况下，再以并联的方式设置第一气液混输泵和第二气液混输泵。其中，第一气液混输泵与泵作透平连接，从而可以进行气液两相泵作透平实验，从而提高针对气液两相的液力透平实验结果精度，进一步将泵作透平的输出轴与磁粉制动器进行连接，从而可以借助磁粉制动器对泵作透平进行消能，完成压力能向机械能的转换，以利用磁粉制动器达到对泵作透平所输出不同轴功率的制动操作，省去在现有液力透平实验中所需要设置的多个不同额定功率消能泵，从而降低设备成本，简化实验操作。同时，通过第二气液混输泵可以进行外特征和内流场的测试实验，再进一步借助对真空泵的控制，对第二气液混输泵的汽蚀实验测试，从而实现不同的实验操作，大大提高该气液两相多功能实验平台的实验利用率，减少对实验室的占用，降低实验设备成本。

附图说明

图1为本实用新型一实施例气液两相多功能实验平台的***示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行详细介绍。

结合图1所示，本实施例的气液两相多功能实验平台，包括缓释器1、第一气液混输泵2、泵作透平3、磁粉制动器4、真空泵5和第二气液混输泵6。

缓释器1上设有进气口、进液口和输出口，缓释器1的进气口与外接气源连通以引入气体，缓释器1的进液口与外接液源连通以引入液体，从而在缓释器1内完成对气体与液体的混合以形成气液混合物，而缓释器1的输出口则分别通过第一带阀管路7与第一气液混输泵2的进口连通，通过第二带阀管路8与第二气液混输泵6连通，以将气液混合物分别输送至第一气液混输泵2和第二气液混输泵6处。其中，第一气液混输泵2用于对气液混合物进行增压做功，并且第一气液混输泵2的出口与泵作透平3的进口连接，以输出高压气液混合物驱动泵作透平3的叶轮进行转动，而泵作透平3的输出轴则与磁粉制动器4连接。第二气液混输泵6作为进行气液两相外特性和汽蚀性能测试的泵，直接对气液混合物进行增压做功输出。

在本实施例的气液两相多功能实验平台中，通过分别对第一带阀管路和第二带阀管路上阀门的启闭控制，就可以准确控制缓释器中气液混合物的输出流向，从而进行不同实验操作。其中，将第一带阀管路上的阀门开启并且将第二带阀管路上的阀门关闭，就可以使缓释器中的气液混合物全部输送至第一气液混输泵中，并由第一气液混输泵对气液混输泵进行增压做功之后，输出高压状态气液混合物至泵作透平，以驱动泵作透平的叶轮进行高速转动，由此产生的轴功率再利用磁粉制动器进行消能，将压力能转换为机械能，实现对压力能的回收操作，从而达到对气液两相的泵作透平实验。反之，将第一带阀管路上的阀门关闭并且将第二带阀管路上的阀门开启，就可以使缓释器中的气液混合物全部输送至第二气液混输泵中，此时第二气液混输泵作为测试泵对气液混合物进行增压输出，以进行外特征和内流场的测试实验，与此同时控制真空泵对进入缓释器中气体量进行调节，以改变进入第二气液混输泵中气液混合物的含气量，以形成不同条件下对第二气液混输泵的汽蚀实验测试。

结合图1所示，在本实施例的气液两相多功能实验平台中设有第一气液流量计9和第二气液流量计10。其中，第一气液流量计9位于缓释器1与第一气液混输泵2之间的第一带阀管路7上，第二气液流量计10位于缓释器1与第二气液混输泵6之间的第二带阀管路8上，以分别用于对流入第一气液混输泵2和第二气液混输泵6的气液混合物进行流量测量，进而配合第一带阀管路7上的阀门和第二带阀管路8上的阀门，进行气液混合物流量的精准控制，以满足不同实验中对气液混合物的流量要求，保证实验的精准度。

进一步，在缓释器1的进气口设有一个气相流量计11，用于对输入缓释器1中的气体进行流量检测，同时在缓释器1的进液口设有一个液相流量计12，用于对输入缓释器1中的液体进行流量检测。

此时，通过在缓释器的进气口和进液口分别设置气相流量计和液相流量计就可以对输入缓释器的气体和液体进行实时流量检测，从而可以基于该流量检测数据对输入缓释器中的气体量和液体量进行调控，以精准控制所形成气液混合物中的气液比例，满足不同实验要求，提高实验结果的精确度。

结合图1所示，在本实施例的气液两相多功能实验平台中还设有一个低压气液分离罐13，并且在低压气液分离罐13的内部设有液相区和气相区，以分别用于存储形成气液混合物的液体和气体。其中，低压气液分离罐13的气相区通过第一气相管路14与缓释器1的进气口连通，以将位于低压气液分离罐13中的气体输送至缓释器1中。低压气液分离罐13的液相区通过第一液相管路15与缓释器1的进液口连通，以将位于低压气液分离罐13中的液体输送至缓释器1中。

通过设置低压气液分离罐，并由低压气液分离罐作为气源和液源以向缓释器进行气体和液体的输送供给，就可以借助低压气液分离罐对进入缓释器的气体和液体进行预稳压操作，使气体和液体以压力更加平稳的状态进入缓释器中，从而可以提高对输送至缓释器中气体量和液体量的控制精度，以保证所形成气液混合物的气液比例精度。

优选的，在本实施例中，将真空泵5设置在与低压气液分离罐13中气相区连通的位置。此时，通过真空泵对低压气液分离罐中的气体压力进行调控，以控制进入缓释器中的气体量，从而改变经缓释器混合所形成气液混合物中的气体含量。这样，通过对低压气液分离罐中气体压力进行调控，可以降低抽真空过程中对经缓释器所形成气液混合物中的气体含量影响，从而保证缓释器可以输出气体含量稳定的气液混合物，提高实验的精准度。

与此同时，在本实施例的气液两相多功能实验平台中还配备设置了一个空气压缩机16。空气压缩机16通过带阀管路同样与低压气液分离罐13的气相区连通，以向低压气液分离罐13中压缩空气补充。这样，通过对真空泵和空气压缩机的配合控制，达到对低压气液分离罐中气体含量和压力的控制，进而调整最终所形成的气液混合物中的气液比例含量。

进一步，结合图1所示，在本实施的气液两相多功能实验平台还设有一个高压气液分离罐17，并且在高压气液分离罐17的内部也设有气相区和液相区。其中，泵作透平3的出口和第二气液混输泵6的出口分别通过带阀管路与高压气液分离罐17形成连通，而高压气液分离罐17的气相区通过第二气相管路18与低压气液分离罐13的气相区连通，高压气液分离罐17的液相区通过第二液相管路19与低压气液分离罐13的液相区连通。

此时，由泵作透平和第二气液混输泵输出的高压气液混合物都会先流入高压气液分离罐中，利用高压气液分离罐对高压状态气液混合物进行释压，并将气液混合物中的气体和液体进行分离，之后再分别通过第二气相管路和第二液相管路将气体和液体引回至低压气液分离罐中，从而构成闭式实验台形成对气体和液体的循环利用，提高对气体和液体的利用率，减少资源浪费，降低实验成本。

此外，在本实施例中，第一气液混输泵2和第二气液混输泵6均选用由变频器控制的变频电机20进行驱动控制，以利用对变频电机20的灵活控制，达到对第一气液混输泵2和第二气液混输泵6输出高压气液混合物的调节，以满足不同实验中实验参数要求，提高该气液两相多功能实验平台的实验效率和实验精准度。

与此同时，在变频电机20与第一气液混输泵2和第二气液混输泵6的连接位置分别设有一个转速扭矩测量仪21，以用于实时获取第一气液混输泵2和第二气液混输泵6的实际转速扭矩，作为后续实验研究分析的数据。

优选的，在本实施例的气液两相多功能实验平台中，泵作透平的壳体以及与泵作透平中进口和出口连接的管路采用透明材质进行制造，同时第二气液混输泵的壳体以及与第二气液混输泵中进口和出口连接的管路也采用透明材质进行制造，例如有机玻璃。这样，既可以直接透过泵作透平的壳体观察到其内部结构和内部流体的变化情况以及透过第二气液混输泵的壳体观察到其内部结构和内部流体的变化情况，也可以通过管路直接观察到其内部流体的变化，从而达到可视化的实验效果，甚至将位于第二气液混输泵中进口和出口的管路也采用透明材质进行制备，以对进出第二气液混输泵中气液混合物在管路内的流态变化进行直接观察，进一步提高实验的可视化效果。

另外，在本实施例的气液两相多功能实验平台中，还设有压力表22、安全阀23以及仪表控制台24。其中，压力表22分布在低压气液分离罐13、高压气液分离罐17、第一气液混输泵2和泵作透平3之间的带阀管路以及第二混输泵6的进口位置和出口位置，以用于对不同位置的气液混合物进行压力检测，安全阀23则分别设置在低压气液分离罐13和高压气液分离罐17，以控制低压气液分离罐13和高压气液分离罐17内的压力，保证整个实验过程的安全性。仪表控制台24则用于对控制变频电机的变频器和各个压力表进行集中监控，并且此时所有的带阀管路均可以选配电磁阀，以集成到仪表控制台进行集中控制，提高该气液两相多功能实验平台的控制集成度和控制便捷性。

结合图1所示，采用本实施例的气液两相多功能实验平台进行水气两相泵作透平实验的具体过程如下：

第一步，将水介质注入低压气液分离罐13，以及通过真空泵5和空气压缩机16对低压气液分离罐13内的空气量进行调控；

第二步，通过第一气相管路14和第一液相管路15分别将低压气液分离罐13中的空气和水介质引入缓释器1中并在缓释器1内形成水气混合物，其中通过气相流量计11和液相流量计12以及第一气相管路14和第一液相管路15上的阀门对进入缓释器1中空气和水介质的比例关系进行精准调控；

第三步，根据所要进行的实验，对第一带阀管路7和第二带阀管路8进行通断控制，以实现该实验平台的不同实验操作。

其中，当需要进行气液两相泵作透平实验时，将第一带阀管路7的阀门开启，将第二带阀管路8的阀门关闭，从而使缓释器1与第一气液混输泵2连通。此时，通过变频电机20驱动第一气液混输泵2进行转动，对缓释器1中的水气混合物进行增压做功，获得高压水气混合物并输送至泵作透平3中，以驱动泵作透平3的叶轮进行高速旋转，而由此产生的轴功率再利用磁粉制动器4进行消能，完成压力能向机械能的转换。在此过程中，可以根据泵作透平产生的轴功率对磁粉制动器进行实时调整，以满足对不同轴功率的消能效果。同时，对转速扭矩测量仪21检测获得的数据进行实时记录，以用于后续对泵作透平的效率分析数据。之后，泵作透平3输出的水气混合物流入高压气液分离罐17中进行释压和水气分离，并分别通过第二气相管路18和第二液相管路19将空气和水介质引流至低压气液分离罐13，从而形成对空气和水介质的循环利用，其中当压力表22检测到空气压力过低时，可以通过空气压缩机16向低压气液分离罐13中进行压缩空气补充，从而保证该实验可以连续进行。

其中，当需要进行气液混输泵进行测试实验时，将第一带阀管路7的阀门关闭，将第二带阀管路8的阀门开启，从而使缓释器1与第二气液混输泵6连通。此时，通过变频电机20驱动第二气液混输泵6进行转动，就可以对缓释器1中的水气混合物进行增压做功，并输出至高压气液分离罐17中进行释压和水气分离，再通过第二气相管路18和第二液相管路19将空气和水介质引流至低压气液分离罐13，以形成对空气和水介质的循环利用，从而对第二气液混输泵进行一系列的外特征和内流场的测试实验。在此过程中，还可以通过真空泵5将低压气液分离罐13中的空气抽走，降低缓释器1中所形成的气液混合物中的气体含量，降低第二气液混输泵6进口处的压力，从而进行汽蚀实验测试。

Claims (10)

1.一种气液两相多功能实验平台，其特征在于，包括缓释器、第一气液混输泵、泵作透平、磁粉制动器、真空泵和第二气液混输泵；其中，所述缓释器设有进气口、进液口和输出口，所述缓释器的进气口与外接气源连通，所述缓释器的进液口与外接液源连通，所述缓释器的输出口通过第一带阀管路与所述第一气液混输泵的进口连通，所述第一气液混输泵的出口与所述泵作透平的进口连通，所述磁粉制动器与所述泵作透平的输出轴连接；所述缓释器的输出口通过第二带阀管路与所述第二气液混输泵的进口连通，所述真空泵与所述缓释器的进气口连接。

2.根据权利要求1所述的气液两相多功能实验平台，其特征在于，该气液两相多功能实验平台还设有第一气液流量计和第二气液流量计，所述第一气液流量计位于所述第一带阀管路，所述第二气液流量计位于所述第二带阀管路。

3.根据权利要求1所述的气液两相多功能实验平台，其特征在于，所述缓释器的进气口设有气相流量计，所述缓释器的进液口设有液相流量计。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的气液两相多功能实验平台，其特征在于，所述的气液两相多功能实验平台还设有低压气液分离罐；所述低压气液分离罐内设有液相区和气相区，并且所述低压气液分离罐的气相区设有气体并通过第一气相管路与所述缓释器的进气口连通，所述低压气液分离罐的液相区设有液体并通过第一液相管路与所述缓释器的进液口连通。

5.根据权利要求4所述的气液两相多功能实验平台，其特征在于，该气液两相多功能实验平台还设有空气压缩机，所述空气压缩机与所述低压气液分离罐的气相区连通。

6.根据权利要求4所述的气液两相多功能实验平台，其特征在于，该气液两相多功能实验平台还设有高压气液分离罐，并且所述高压气液分离罐内设有液相区和气相区；所述泵作透平的出口和所述第二气液混输泵的出口分别与所述高压气液分离罐的进口连通，所述高压气液分离罐的气相区通过第二气相管路与所述低压气液分离罐的气相区连通，所述高压气液分离罐的液相区通过第二液相管路与所述低压气液分离罐的液相区连通。

7.根据权利要求4所述的气液两相多功能实验平台，其特征在于，所述真空泵与所述低压气液分离罐的气相区连通。

8.根据权利要求1-3中任意一项所述的气液两相多功能实验平台，其特征在于，所述第一气液混输泵和所述第二气液混输泵均采用变频电机驱动。

9.根据权利要求1-3中任意一项所述的气液两相多功能实验平台，其特征在于，所述泵作透平的壳体以及与所述泵作透平中进口和出口连接的管路和/或所述第二气液混输泵的壳体以及与所述第二气液混输泵中进口和出口连接的管路采用透明材质制造。

10.根据权利要求9所述的气液两相多功能实验平台，其特征在于，所述泵作透平的壳体以及与所述泵作透平中进口和出口连接的管路和/或所述第二气液混输泵的壳体以及与所述第二气液混输泵中进口和出口连接的管路采用有机玻璃材质制造。

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