[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

说明书

本发明属于流体机械测试技术领域，公开了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。本发明的过程为：设计固液两相流泵系统性能参数采集方案；搭建固液两相流泵系统同步测量试验平台，测量不同转速不同颗粒浓度下固液两相流泵在额定流量时的性能参数；分析额定转速下的电信号和颗粒浓度变化规律，根据泵相似理论确定变转速工况下电信号变化规律和对应的颗粒浓度关系，并建立适用于固液两相流泵的颗粒浓度计算公式。本发明能够实时准确的测量出固液两相流泵内的颗粒浓度，从而为固液两相流泵泵送系统的智能调节提供依据，保证工业生产过程管理的高效性、可靠性和安全性。

技术领域

本发明属于流体机械测试技术领域，具体涉及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。

背景技术

海底锰结核、富钴结核、多金属硫化等矿产资源丰富，深海采矿行业越来越受到世界各国重视。深海采矿的主流技术多以水力提升式的混输泵管实现矿物颗粒的输送，深海采矿混输系统受制于固液两相流动机理不明、管系动力不稳定、混输动力系统智能控制、海洋环境等因素的制约，在全球范围内尚无成熟可靠的深海采矿混输系统投入运营。而深海采矿混输送系统中，颗粒浓度是一项最为重要的参数，即反映了深海采矿混输作业效率，又可以根据颗粒浓度参数进行智能调控达到最优状态运行的目的。但是，因固液两相流泵存在不同物理属性的矿物颗粒，没有相关仪器和方法准确实时的测量固液两相流在混输泵管中的实际颗粒浓度。

目前，国内未检索到固液两相流泵颗粒浓度测量方法的相关专利和文献。为此，本发明提供了一种基于电信号的固液两相流泵颗粒浓度测量方法。

发明内容

针对上述现有固液两相流泵颗粒浓度测量方法中存在的问题，本发明旨在提供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。

为实现上述目的，本发明提供的如下技术方案：搭建固液两相流泵系统同步测量试验平台；设计固液两相流泵系统性能参数同步采集方案，测量不同转速、不同颗粒浓度工况下固液两相流泵在额定流量时的性能参数；分析额定转速下的功率和颗粒浓度变化规律，根据泵相似理论确定变转速工况下功率变化规律和对应的颗粒浓度关系，同时通过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。

一种基于电信号的固液两相流泵颗粒浓度的测量装置，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。

一种基于电信号的固液两相流泵颗粒浓度测量方法，具体步骤如下：

(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。