[發明專利]介質相變誘因可控的低溫泵外特性試驗裝置及試驗方法

有效

• 申請號: 201710384537.6
• 申請日: 2017-05-26
• 公開（公告）號: CN107035676B
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 邵春雷;李重慶;周劍鋒;顧伯勤;程文潔;王宜
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: F04B51/00
• 分類號: F04B51/00;F04B37/08
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 張立榮

本發明提供一種介質相變誘因可控的低溫泵外特性試驗裝置及試驗方法。在該裝置中，動力系統為低溫泵的穩定運行提供動力；管路系統構成一個低溫液體循環回路；保溫調溫系統保證整個裝置中的低溫介質不因從外界吸熱而發生汽化，并用于調節低溫泵蝸殼壁面的溫度；罐內壓力控制系統用于控制低溫罐內的壓力，從而控制汽化發生的位置；數據采集分析系統用于電信號和圖像信號的采集以及數據分析。通過控制罐內壓力、低溫泵流量、蝸殼壁面溫度實現不同誘因下的相變，根據高速相機拍攝到的圖像判斷相變發生位置，從而開展無相變、泵內壓降導致相變、水力損失導致相變、外界傳熱導致相變四種情況下的低溫泵外特性試驗。

技術領域

本發明涉及一種低溫泵外特性試驗裝置及試驗方法，該裝置主要用于不同相變誘因下的低溫泵的外特性和內部流動的測量。

背景技術

低溫泵是專門用來輸送低溫液體的泵。由于低溫泵結構復雜，且輸送的介質容易汽化，低溫泵中介質的運動十分復雜，目前泵的設計仍然是靠經驗，或者半經驗半理論的方式來完成的，這些理論和經驗都是來源于科學試驗和生產實踐。因此，低溫泵的試驗對于泵的設計、生產和使用都具有重要的意義。低溫泵的性能試驗不僅可以為產品的改進和投產提供可靠的技術依據，還對低溫泵基礎理論的研究和發展、低溫泵性能的改進、低溫泵設計方法的創新等有著極其重要的作用。

低溫泵輸送的液態氣體比常見的水更容易發生相變，低溫泵內液態氣體產生相變的誘因可分為三類：泵內壓降導致相變、水力損失導致相變、外界傳熱導致相變。

（1）泵內壓降導致相變。由離心式低溫泵的工作原理可知，葉輪進口處的壓力最低，如果該處的壓力降低到液態氣體的飽和壓力之下時，在葉輪進口處液態氣體將發生相變，即產生所謂的汽蝕現象，從而影響了低溫泵的水力性能。因此，探索低溫泵內壓降導致相變，對低溫泵抗汽蝕性能的提高具有指導意義。

（2）水力損失導致相變。眾所周知，泵所消耗的能量中，水力損失的大部分變成了熱，使得介質溫度上升，尤其在小流量工況下，泵的效率變低，介質的溫度上升增大，從而使葉輪出口附近液態氣體發生相變，這就限制了低溫泵在小流量工況下運行。因此，研究設計工況運行效率高且高效運行范圍寬的低溫泵，對提高低溫泵變流量工況運行的能力是十分必要的。

（3）外界傳熱導致相變。由于外部熱量傳入或泵內零部件摩擦生熱會使泵內局部液態氣體汽化，當產生氣體較多時，會引起泵的性能下降甚至不能正常運行。例如：泵殼保冷不當，泵內液態氣體會在蝸殼內壁面發生相變，尤其在泵啟動時預冷不充分的情況下會出現這種現象。因此，研究低溫泵的外界傳熱升溫汽化，對提高低溫泵抗外界環境溫度干擾的能力具有重要意義。

在不同運行工況下，上述三種相變現象在低溫泵內均可能發生，不同程度地影響低溫泵的外特性。

發明內容

為了填補低溫泵輸送低溫液體時不同相變誘因下的外特性測量裝置的空白，本發明提供一種介質相變誘因可控的低溫泵外特性試驗裝置。該裝置根據內窺高速攝像系統觀察到的相變情況，控制不同的相變誘因，從而測量不同相變誘因下的低溫泵外特性。

本發明另一目的是提供一種低溫泵外特性測試方法。

本發明所采用的技術方案如下：

一種介質相變誘因可控的低溫泵外特性試驗裝置，其特征是：該裝置包括動力系統、管路系統、調溫保溫系統、罐內壓力控制系統和數據采集分析系統；

所述保溫調溫系統主要包括低溫罐保溫層（35）、低溫罐內壁和外壁之間的真空層、管路系統中管路外周的保溫層、夾套管內的真空層及低溫泵泵殼外的電加熱帶；

所述數據采集分析系統包括計算機單元和分別與計算機單元連接的靶式流量計、泵進口壓力傳感器、泵出口壓力傳感器、轉速傳感器、內窺高速攝像機；