本技术提供了一种前置诱导轮低温泵模化试验装置及试验方法,主要用于低温泵试验研究及性能预测,该装置主要包括进水系统、动力系统、管路系统、前置诱导轮低温模型泵、数据测量系统、高速摄像系统和抽气系统。进水系统为试验装置提供试验介质。动力系统为试验装置中的进水系统、前置诱导轮低温模型泵和抽气系统提供动力。管路系统采用自循环管路,结构简单,操作方便。装置的过流部件均采用有机玻璃制造。数据测量系统测量前置诱导轮低温泵的进出口压力、流量、扭矩和转速,用于分析泵的外特性。高速摄像系统进行内部流动的拍摄,用于测量诱导轮、叶轮和蜗壳的内部流动。
背景技术
低温泵是石油、空分和化工装置中用来输送低温介质(如:液氧、液氮、液氩、液态烃和液化天然气等)的特殊泵,在航天工程、能源工程等领域,也扮演着重要角色(如:航天发射中火箭低温燃料的加注、低温储能中液态空气的输送等)。凡是需要输送低温介质的地方就少不了低温泵的存在,它就像心脏使血液流动一样,使得低温介质按照工艺要求流动起来。可见,在众多领域中,低温泵是关乎国家命运的关键装备。因此,开发高性能的低温泵对摆脱目前国内大部分低温泵依赖进口的被动局面具有重要战略意义。
由于其叶片出口宽度小、叶轮外径大和叶轮流道小等结构上的特殊性,以及工作环境和运输介质等原因,使得低温泵的水力效率普遍偏低且叶轮的进口部位极易产生空化现象。如今,防止低温泵内空化较为有效的方法是在泵叶轮前加装诱导轮。
随着传感器和控制技术的不断发展,流体机械试验装置也在不断更新,试验装置的精度和稳定性得到了提高,装置的自动化程度也得到了提高。随着流体机械试验技术的不断创新,装置的测量范围也在不断扩大,不仅在传统的能源、化工等领域得到了广泛应用,在新能源、环保等领域也得到了应用。
但是,由于低温泵的工作环境和运输介质的特殊性,如今没有一套成熟的试验装置来测量低温泵的外特性和内部流动。低温泵试验的难度及存在的问题主要体现在以下几个方面:
(1)低温介质易汽化。低温泵的运行环境一般处于零下150℃左右的环境中,试验环境难以控制。且低温泵输送的介质温度低、易汽化、储存不方便且试验成本高。因此,将模化试验的理念应用到低温泵中,试验环境常温化、试验介质普适化是十分必要的。
(2)低温泵内部流动无法可视。现有试验装置大多只能做低温泵的外特性试验,无法测量泵内部流动。因此,研究设计既满足可拍摄性能又满足泵的水力性能,同时保证强度的泵是十分必要的。
(3)现有装置体积庞大。现有低温泵试验装置占地面积较大,同时试验装置前期的安装和后期的维护难度大、成本高。因此,解决现有装置占地面积大,试验成本高的问题迫在眉睫。
上述问题严重影响了低温泵的试验研究,进而影响高性能低温泵的开发。因此,为满足低温泵的试验研究要求,提高试验的效率,降低试验成本,迫切需要开发一套低温泵试验装置。
实现思路