[发明专利]一种基于电信号的固液两相流泵颗粒浓度的测量装置和方法

权利要求书

1.一种基于电信号的固液两相流泵颗粒浓度的测量方法，固液两相流泵采用上机下泵的整体结构形式，泵体采用叶轮和导流体串联形式组合而成，泵的进出口分别位于泵的下端和上端，介质流动方向为自下而上，水力循环管路分为泵进口段和泵出口段两部分，泵进口段依次包括水箱、颗粒回收料斗、进口阀门、DN125镀锌管，并在进口两倍管径处安装有进口压力传感器；泵出口段依次包括DN125镀锌管、电磁流量计、出口阀门，并在出口两倍管径处安装有出口压力传感器；泵体上端安装有变频电机，作为固液两相流泵的动力装置，其三相电源输入由三相交流变频器的输出端提供，所述固液两相流泵包括首级叶轮、首级导流体、次级叶轮、次级导流体，首级叶轮和次级叶轮安装于泵轴，泵轴和泵体上端的变频电机轴连接实现动力传递，所述三相交流变频器通过调节变频器参数控制变频电机运行状态；其特征在于：测量方法包括如下步骤：

(1)通过单相介质作用时固液两相流泵性能参数同步采集试验，验证测量装置和测试系统的不确定度；

(2)固液两相介质作用时固液两相流泵性能参数同步采集试验：

在额定流量工况下，进行额定转速、不同颗粒浓度工况的性能测量试验，和变转速、不同颗粒浓度工况的性能测量试验，性能参数包括转速n，颗粒浓度C，流量Q，功率P；

(3)分析额定转速下的颗粒浓度和功率变化规律，根据泵相似理论确定变转速工况下颗粒浓度和功率变化规律的对应关系，同时以变转速试验数据进行对比验证，最终建立适用于固液两相流的颗粒浓度计算方法。

2.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，步骤(1)中，具体为：单相介质作用时，在不同流量工况下同步采集流量Q，扬程H，功率P，效率η，测定固液两相流泵的外特性参数并得到外特性数据曲线，验证试验平台和测试系统的不确定度。

3.如权利要求2所述的测量方法，其特征在于，

流量Q由泵出口段上的电磁流量计测得；

扬程H由进出口压力传感器测量得到进口压力P_i和出口压力P_o，再经过公式H＝(P_o-P_i)/ρg计算得到；

功率P由变频器运行状态参数读取得到；

效率η由公式η＝(ρgQH)/P计算得到，其中ρ为固液两相流泵输送介质的密度，g为重力加速度，g＝9.8m/s²；

测定固液两相流泵的外特性参数时测试次数为n，得到n组外特性数据曲线，n大于1。

4.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，步骤(2)中，具体为：

(A)测量固液两相介质作用下固液两相流泵性能参数，其中，额定转速n由高速霍尔传感器测得；颗粒浓度C根据水利循环管路体积计算得到，试验时投放对应体积的颗粒；流量Q由出口管路电磁流量计测得；功率P₁由变频器运行状态参数读取得到；

(B)在额定流量工况下，测量不同转速、不同颗粒浓度工况下的功率P₂。

5.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，步骤(3)中，具体为：

(A)分析在额定转速、额定流量工况下，固液两相流泵功率P₁和颗粒浓度的变化规律，得到功率P₁和颗粒浓度之间的对应关系；

(B)依据泵相似理论，根据功率P₁和颗粒浓度之间的对应关系，建立方程计算公式，通过计算得出其他转速工况下的颗粒浓度，同时功率P₂参数进行对比验证，最终建立固液两相流颗粒浓度测量计算方案，如公式所示：

0.5n≤n_M≤n

其中：C为颗粒浓度，单位为％；n_M为电机实际转速，单位为r/min；n为电机额定转速；P为实际工况功率，单位为kW。