[发明专利]一种固液两相流泵四象限特性试验台

权利要求书

1.一种固液两相流泵四象限特性试验台，其特征在于：包括水循环系统、工况控制系统、固液两相流循环系统和高速摄影采集系统，

所述水循环系统包括可视化试验泵(1)、安装台(2)和储水箱(3)，以及连接可视化试验泵(1)和储水箱(3)的试验泵进水管路、试验泵出水管路；试验泵进水管路上设置有进口压力变送器(4)和进口球阀(5)，试验泵出水管路上设置有出口压力变送器(6)、出口球阀(7)和电磁流量计(8)；

所述固液两相流循环系统包括循环给料漏斗(14)；循环给料漏斗(14)位于储水箱(3)内；所述试验泵出水管路的出水口伸入循环给料漏斗(14)内；所述循环给料漏斗(14)入口处高度与储水箱(3)的高度齐平，出口伸入储水箱(3)出口，并且和试验泵进水管路连通；循环给料漏斗(14)周围开有圆形小孔，小孔直径d₀和试验时固液两相流粗颗粒个数、颗粒直径的关系由如下公式确定：

式中：N，试验时固液两相流粗颗粒的颗粒个数；

V，固液两相流循环管路总体积，单位mm³；包括试验泵进水管路、试验泵出水管路、循环给料漏斗的总体积；

c_v，试验颗粒体积浓度，单位％；

d，颗粒直径，单位mm；

K_i，试验泵叶片厚度误差系数，取值为0.81～0.90；

D_i，试验泵叶片中间流线进口直径，单位mm；

z，试验泵叶轮叶片数；

K，泵内颗粒过流面积修正系数，取0.11～0.13；

D_m，流道可通过最大粒径，mm²；

d₀，循环给料漏斗周围圆形小孔直径，单位mm；

所述工况控制系统包括带动水泵转动的水泵驱动装置和流向控制装置，所述流向控制装置包括辅助泵(9)、第一球阀(10)，第二球阀(11)，第三球阀(12)，第四球阀(13)；在试验泵进水管路和试验泵出水管路之间设有两条支路，且两条支路位于进口球阀(5)和出口球阀(7)的两侧，每条支路上均设有两个球阀；辅助泵(9)位于两条支路之间，辅助泵的进口位于一条支路上的两个球阀之间，出口位于另一条支路上两个球阀之间；

所述高速摄影采集系统包括高速摄影机(15)、计算机(16)和LED灯(17)，所述高速摄影机(15)和LED灯(17)摆放在可视化试验泵一侧，所述计算机(16)和高速摄影机(15)通过数据同步线相连接。

2.如权利要求1所述的一种固液两相流泵四象限特性试验台，其特征在于：进口压力变送器(4)、出口压力变送器(6)分别位于进口、出口的2倍管径处。

3.如权利要求1所述的一种固液两相流泵四象限特性试验台，其特征在于：所述水泵驱动装置包括变频电机(18)，所述变频电机和试验泵安装台中间段设置有扭矩仪(19)。

4.如权利要求1所述的一种固液两相流泵四象限特性试验台，其特征在于：所述水循环系统、工况控制系统和固液两相流循环系统设置在试验台支架上，工况控制系统通过三通管和循环管路相连，所述高速摄影采集系统设置在试验台支架一侧。

5.利用权利要求1～4任一项所述固液两相流泵四象限特性试验台进行试验的方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)根据试验时的颗粒大小和浓度来确定颗粒的个数和漏斗周围小孔孔径的大小，计算公式为：

式中：N，试验时固液两相流粗颗粒的颗粒个数；

V，固液两相流循环管路总体积，单位mm³；

c_v，试验颗粒体积浓度，单位％；

d，颗粒直径，单位mm；

K_i，试验泵叶片厚度误差系数，取值为0.81～0.90；

D_i，试验泵叶片中间流线进口直径，单位mm；

z，试验泵叶轮叶片数；

K，泵内颗粒过流面积修正系数，取0.11～0.13；

D_m，流道可通过最大粒径，mm²；

d₀，循环给料漏斗周围圆形小孔直径，单位mm；

(2)步骤(1)确定颗粒个数和漏斗小孔孔径后，将固液两相流粗颗粒投入循环给料漏斗(14)，开启试验装置，通过调节进口球阀(5)、出口球阀(7)、第一球阀(10)，第二球阀(11)，第三球阀(12)或第四球阀(13)，改变流量方向或流量大小，进行试验，得到正转水泵工况、反转水泵工况、正转水轮机工况、反转水轮机工况、正转正流制动工况、正转倒流制动工况、反转正流制动工况、反转倒流制动工况下的试验数据，绘制出四象限特性曲线，并通过高速摄影采集系统可获得不同工况下的颗粒运动特性；

其中，正转水泵工况、反转水泵工况、正转水轮机工况、反转水轮机工况、正转正流制动工况、正转倒流制动工况、反转正流制动工况、反转倒流制动工况中，阀门的调节方法为：

正转水泵工况：第一球阀(10)，第二球阀(11)，第三球阀(12)，第四球阀(13)关闭，进口球阀(5)开启，出口球阀(7)用做调节流量，辅助泵(9)停机，变频电机(18)正转；

反转水泵工况：第一球阀(10)，第二球阀(11)，第三球阀(12)，第四球阀(13)关闭，进口球阀(5)开启，出口球阀(7)用做调节流量，辅助泵(9)停机，变频电机(18)反转；

正转水轮机工况：第三球阀(12)、第四球阀(13)、出口球阀(7)关闭，第一球阀(10)、第二球阀(11)开启，进口球阀(5)用做调节流量，辅助泵(9)开机，变频电机(18)停机；

反转水轮机工况：第一球阀(10)、第二球阀(11)、进口球阀(5)关闭，第三球阀(12)、第四球阀(13)开启，出口球阀(7)用做调节流量，辅助泵(9)开机，变频电机(18)停机；

正转正流制动工况：第一球阀(10)、第二球阀(11)、进口球阀(5)关闭，第三球阀(12)、第四球阀(13)开启，出口球阀(7)用做调节流量，辅助泵(9)开机，变频电机(18)正转；

正转倒流制动工况：第三球阀(12)、第四球阀(13)、出口球阀(7)关闭，第一球阀(10)、第二球阀(11)开启，进口球阀(5)用做调节流量，辅助泵(9)开机，变频电机(18)正转；

反转正流制动工况：第一球阀(10)、第二球阀(11)、进口球阀(5)关闭，第三球阀(12)、第四球阀(13)开启，出口球阀(7)用做调节流量，辅助泵(9)开机，变频电机(18)反转；

反转倒流制动工况：第三球阀(12)、第四球阀(13)、出口球阀(7)关闭，第一球阀(10)、第二球阀(11)开启，进口球阀(5)用做调节流量，辅助泵(9)开机，变频电机(18)正转。