[發(fā)明專利]一種基于電信號的固液兩相流泵顆粒濃度的測量裝置和方法

有效

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• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112816379B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設計）人: 劉厚林;程智明;吳賢芳;馬皓晨;談明高;董亮;王凱;王勇
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G01N15/06
• 分類號: G01N15/06;E21C50/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明屬于流體機械測試技術領域，公開了一種基于電信號的固液兩相流泵顆粒濃度的測量裝置和方法。本發(fā)明的過程為：設計固液兩相流泵系統(tǒng)性能參數采集方案；搭建固液兩相流泵系統(tǒng)同步測量試驗平臺，測量不同轉速不同顆粒濃度下固液兩相流泵在額定流量時的性能參數；分析額定轉速下的電信號和顆粒濃度變化規(guī)律，根據泵相似理論確定變轉速工況下電信號變化規(guī)律和對應的顆粒濃度關系，并建立適用于固液兩相流泵的顆粒濃度計算公式。本發(fā)明能夠實時準確的測量出固液兩相流泵內的顆粒濃度，從而為固液兩相流泵泵送系統(tǒng)的智能調節(jié)提供依據，保證工業(yè)生產過程管理的高效性、可靠性和安全性。

技術領域

本發(fā)明屬于流體機械測試技術領域，具體涉及一種基于電信號的固液兩相流泵顆粒濃度的測量裝置和方法。

背景技術

海底錳結核、富鈷結核、多金屬硫化等礦產資源豐富，深海采礦行業(yè)越來越受到世界各國重視。深海采礦的主流技術多以水力提升式的混輸泵管實現礦物顆粒的輸送，深海采礦混輸系統(tǒng)受制于固液兩相流動機理不明、管系動力不穩(wěn)定、混輸動力系統(tǒng)智能控制、海洋環(huán)境等因素的制約，在全球范圍內尚無成熟可靠的深海采礦混輸系統(tǒng)投入運營。而深海采礦混輸送系統(tǒng)中，顆粒濃度是一項最為重要的參數，即反映了深海采礦混輸作業(yè)效率，又可以根據顆粒濃度參數進行智能調控達到最優(yōu)狀態(tài)運行的目的。但是，因固液兩相流泵存在不同物理屬性的礦物顆粒，沒有相關儀器和方法準確實時的測量固液兩相流在混輸泵管中的實際顆粒濃度。

目前，國內未檢索到固液兩相流泵顆粒濃度測量方法的相關專利和文獻。為此，本發(fā)明提供了一種基于電信號的固液兩相流泵顆粒濃度測量方法。

發(fā)明內容

針對上述現有固液兩相流泵顆粒濃度測量方法中存在的問題，本發(fā)明旨在提供一種基于電信號的固液兩相流泵顆粒濃度的測量裝置和方法。

為實現上述目的，本發(fā)明提供的如下技術方案：搭建固液兩相流泵系統(tǒng)同步測量試驗平臺；設計固液兩相流泵系統(tǒng)性能參數同步采集方案，測量不同轉速、不同顆粒濃度工況下固液兩相流泵在額定流量時的性能參數；分析額定轉速下的功率和顆粒濃度變化規(guī)律，根據泵相似理論確定變轉速工況下功率變化規(guī)律和對應的顆粒濃度關系，同時通過試驗數據進行對比驗證，最終建立適用于固液兩相流的顆粒濃度計算方法。

一種基于電信號的固液兩相流泵顆粒濃度的測量裝置，固液兩相流泵采用上機下泵的整體結構形式，泵體采用葉輪和導流體串聯形式組合而成，泵的進出口分別位于泵的下端和上端，介質流動方向為自下而上，水力循環(huán)管路分為泵進口段和泵出口段兩部分，泵進口段依次包括水箱、顆粒回收料斗、進口閥門、DN125鍍鋅管，并在進口兩倍管徑處安裝有進口壓力傳感器；泵出口段依次包括DN125鍍鋅管、電磁流量計、出口閥門，并在出口兩倍管徑處安裝有出口壓力傳感器；泵體上端安裝有變頻電機，作為固液兩相流泵的動力裝置，其三相電源輸入由三相交流變頻器的輸出端提供。

所述固液兩相流泵包括首級葉輪、首級導流體、次級葉輪、次級導流體，首級葉輪和次級葉輪安裝于泵軸，泵軸和泵體上端的變頻電機軸連接實現動力傳遞。

所述三相交流變頻器通過調節(jié)變頻器參數控制變頻電機運行狀態(tài)。

一種基于電信號的固液兩相流泵顆粒濃度測量方法，具體步驟如下：

(1)通過單相介質作用時固液兩相流泵性能參數同步采集試驗，驗證測量裝置和測試系統(tǒng)的不確定度；

(2)固液兩相介質作用時固液兩相流泵性能參數同步采集試驗：

在額定流量工況下，進行額定轉速、不同顆粒濃度工況的性能測量試驗，和變轉速、不同顆粒濃度工況的性能測量試驗，性能參數包括轉速n，顆粒濃度C，流量Q，功率P；

(3)分析額定轉速下的顆粒濃度和功率變化規(guī)律，根據泵相似理論確定變轉速工況下顆粒濃度和功率變化規(guī)律的對應關系，同時以變轉速試驗數據進行對比驗證，最終建立適用于固液兩相流的顆粒濃度計算方法。