[发明专利]介质相变诱因可控的低温泵外特性试验装置及试验方法

说明书

本发明提供一种介质相变诱因可控的低温泵外特性试验装置及试验方法。在该装置中，动力系统为低温泵的稳定运行提供动力；管路系统构成一个低温液体循环回路；保温调温系统保证整个装置中的低温介质不因从外界吸热而发生汽化，并用于调节低温泵蜗壳壁面的温度；罐内压力控制系统用于控制低温罐内的压力，从而控制汽化发生的位置；数据采集分析系统用于电信号和图像信号的采集以及数据分析。通过控制罐内压力、低温泵流量、蜗壳壁面温度实现不同诱因下的相变，根据高速相机拍摄到的图像判断相变发生位置，从而开展无相变、泵内压降导致相变、水力损失导致相变、外界传热导致相变四种情况下的低温泵外特性试验。

技术领域

本发明涉及一种低温泵外特性试验装置及试验方法，该装置主要用于不同相变诱因下的低温泵的外特性和内部流动的测量。

背景技术

低温泵是专门用来输送低温液体的泵。由于低温泵结构复杂，且输送的介质容易汽化，低温泵中介质的运动十分复杂，目前泵的设计仍然是靠经验，或者半经验半理论的方式来完成的，这些理论和经验都是来源于科学试验和生产实践。因此，低温泵的试验对于泵的设计、生产和使用都具有重要的意义。低温泵的性能试验不仅可以为产品的改进和投产提供可靠的技术依据，还对低温泵基础理论的研究和发展、低温泵性能的改进、低温泵设计方法的创新等有着极其重要的作用。

低温泵输送的液态气体比常见的水更容易发生相变，低温泵内液态气体产生相变的诱因可分为三类：泵内压降导致相变、水力损失导致相变、外界传热导致相变。

（1）泵内压降导致相变。由离心式低温泵的工作原理可知，叶轮进口处的压力最低，如果该处的压力降低到液态气体的饱和压力之下时，在叶轮进口处液态气体将发生相变，即产生所谓的汽蚀现象，从而影响了低温泵的水力性能。因此，探索低温泵内压降导致相变，对低温泵抗汽蚀性能的提高具有指导意义。

（2）水力损失导致相变。众所周知，泵所消耗的能量中，水力损失的大部分变成了热，使得介质温度上升，尤其在小流量工况下，泵的效率变低，介质的温度上升增大，从而使叶轮出口附近液态气体发生相变，这就限制了低温泵在小流量工况下运行。因此，研究设计工况运行效率高且高效运行范围宽的低温泵，对提高低温泵变流量工况运行的能力是十分必要的。

（3）外界传热导致相变。由于外部热量传入或泵内零部件摩擦生热会使泵内局部液态气体汽化，当产生气体较多时，会引起泵的性能下降甚至不能正常运行。例如：泵壳保冷不当，泵内液态气体会在蜗壳内壁面发生相变，尤其在泵启动时预冷不充分的情况下会出现这种现象。因此，研究低温泵的外界传热升温汽化，对提高低温泵抗外界环境温度干扰的能力具有重要意义。

在不同运行工况下，上述三种相变现象在低温泵内均可能发生，不同程度地影响低温泵的外特性。

发明内容

为了填补低温泵输送低温液体时不同相变诱因下的外特性测量装置的空白，本发明提供一种介质相变诱因可控的低温泵外特性试验装置。该装置根据内窥高速摄像系统观察到的相变情况，控制不同的相变诱因，从而测量不同相变诱因下的低温泵外特性。

本发明另一目的是提供一种低温泵外特性测试方法。

本发明所采用的技术方案如下：

一种介质相变诱因可控的低温泵外特性试验装置，其特征是：该装置包括动力系统、管路系统、调温保温系统、罐内压力控制系统和数据采集分析系统；

所述保温调温系统主要包括低温罐保温层（35）、低温罐内壁和外壁之间的真空层、管路系统中管路外周的保温层、夹套管内的真空层及低温泵泵壳外的电加热带；

所述数据采集分析系统包括计算机单元和分别与计算机单元连接的靶式流量计、泵进口压力传感器、泵出口压力传感器、转速传感器、内窥高速摄像机；