一种可变气量的气力提升系统

本技术属于多相流测试，具体涉及一种可变气量的气力提升系统。

背景技术：

1、气力提升泵作为一种重要的多相流输送与测试设备，在矿业、环保、化工及海洋工程等领域中广泛应用，主要用于实现固、液、气三相介质在垂直或倾斜管道中的提升与混合输送。其基本工作原理是利用压缩空气作为动力源，通过气体喷嘴将高速气流注入提升管底部，使管内的液体或固液混合物因密度差和动量交换而产生上升运动，从而实现物料输送或流体循环。在实验研究与工程测试中，气力提升泵的性能评估往往依赖于对其在不同进气条件下的流量、压力、提升效率及多相流流型等参数的测量与分析。

2、目前常见的气力提升泵供气系统通常在运行过程中，压缩空气经过调压阀稳定压力后，以基本恒定的气流量通过喷嘴连续喷射进入提升管。这种恒流供气方式虽然结构简单、控制方便，但在实际应用与实验测试中逐渐暴露出以下几方面的局限：（1）恒定进气模式无法真实模拟复杂多变的实际工程工况。在实际工业场景中，气力提升泵常常面临进气量波动的运行条件，例如气源压力不稳、输送物料特性变化、管道阻力波动等，这些因素均会导致进气量的自然变化。而气力提升泵在恒流条件下测得的性能参数（如提升效率、临界淹没率、脉动频率等）往往与变工况下的实际情况存在偏差，导致实验数据对工程设计的指导价值受限；（2）由于提升管内气液固多相流动具有强烈的非线性和瞬态特征，在恒定进气条件下，系统容易进入稳态或准稳态流动，掩盖了某些瞬态流动现象（如间歇流、塞状流、强烈脉动等）的产生与演化规律。而这些瞬态现象往往对泵的运行稳定性、振动噪声、磨损寿命及能量效率具有重要影响。缺乏可变进气条件下的实验研究手段，限制了对气力提升泵动态特性的深入理解与优化。

3、因此，现有气力提升泵实验装置在进气控制方面普遍存在工况单一、动态模拟能力不足等问题，制约了其在多相流动机理研究、泵型优化设计及复杂工况适应性评估等方面的进一步应用。

技术实现思路

1、本实用新型提供了一种可变气量的气力提升系统，以解决现有技术中气力提升泵进气工况单一且无法模拟动态变化的问题。

2、为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

3、本实用新型提供了一种可变气量的气力提升系统，包括：

4、供气模块，提供并输送压缩空气；

5、供料模块，提供并输送包含颗粒和液体的多相介质；

6、竖直设置的提升立管，所述提升立管的底部分别与所述供气模块和所述供料模块对接，以使所述提升立管内部在压缩空气的驱动下对多相介质进行提升；

7、气流控制模块，包括层流测量单元和电磁比例阀，所述层流测量单元设置在所述供气模块和所述提升立管相连的输气管路上，且通过检测所述层流测量单元两端的层流压差对流经的气体体积流量进行测量，所述电磁比例阀与所述层流测量单元电连接，并位于所述层流测量单元的进气侧，用于所述层流测量单元根据气体体积流量测量值与预设流量值的比较对所述电磁比例阀进行开度调节；

8、测试模块，包括与所述层流测量单元电连接的上位机，用于向所述层流测量单元发送预设流量值、实时接收并记录所述层流测量单元传输的气体体积流量。

9、可选地，所述层流测量单元包括测量壳体、设置在所述测量壳体内的层流组件、设置在所述测量壳体外的压差传感器和下位机；

10、所述测量壳体的一端设置有进气端口，且所述进气端口与所述供气模块相连，所述测量壳体的另一端设置有出气端口，且所述出气端口与所述提升立管的底部相连；

11、所述层流组件包括位于所述测量壳体内分隔形成，且沿竖直方向平行分布的多个层流流道，所述测量壳体的顶壁上邻近所述进气端口的位置开设有上游取压口，且多个所述层流流道对应所述上游取压口的位置沿竖直方向连通，所述测量壳体的顶壁上邻近所述出气端口的位置开设有下游取压口，多个所述层流流道对应所述下游取压口的位置沿竖直方向连通；

12、所述压差传感器位于所述测量壳体的上方，所述压差传感器的一端与所述上游取压口对接，且所述压差传感器的另一端与所述下游取压口对接；

13、所述下位机与所述压差传感器电连接，用于接收压差信号计算气体体积流量。

14、可选地，所述下位机包括具有交互界面的第一显示屏，用于设定生成不同的流量工况指令，所述上位机包括具有交互界面的第二显示屏，用于设定生成预设流量指令，所述下位机和所述上位机电连接，用于所述下位机接收所述上位机发送的预设流量指令，并根据气体体积流量测量值和预设流量值的比较结果生成阀门开度调节指令。

15、可选地，所述测试模块还包括粒子图像测速组件和压力检测组件，所述提升立管邻近底端的管壁上开设有气体注入口，所述气体注入口与所述供气模块相连，所述粒子图像测速组件包括设置在所述提升立管一侧的照射光源和图像采集器，所述照射光源和所述图像采集器的工作方向均朝向所述提升立管的中段管体，所述上位机与所述图像采集器电连接；

16、所述压力检测组件包括设置在所述气体注入口处的第一压力传感器，以及设置在所述提升立管顶端出气侧的第二压力传感器，所述上位机分别与所述第一压力传感器和所述第二压力传感器电连接。

17、可选地，所述供气模块包括依次连接的空气压缩机、冷干机以及储气罐，所述储气罐与所述进气端口相连，且所述空气压缩机和所述冷干机相连的输气管路上设置有第一控制阀，所述储气罐和所述进气端口相连的输气管路上设置有第二控制阀；

18、所述测量壳体与所述提升立管之间设置有气体喷射器，所述气体喷射器的一端与所述出气端口相连，且所述气体喷射器的另一端形成有渐缩型的喷口，所述喷口插入并固设于所述气体注入口内，在所述气体喷射器与所述出气端口相连的输气管路上设置有止回阀。

19、可选地，所述气力提升系统还包括介质分离单元，所述介质分离单元包括气体分离仓和固液分离器；

20、所述气体分离仓的底壁呈倾斜结构，所述提升立管的顶端位于所述气体分离仓高侧的底壁处与所述气体分离仓对接连通，且所述第二压力传感器对应所述提升立管的顶端位置固设于所述气体分离仓的顶内壁上，所述气体分离仓的下方设置有竖直的介质排出管，所述介质排出管位于所述气体分离仓低侧的底壁处与所述气体分离仓对接连通，并在所述气体分离仓的顶壁上对应所述介质排出管的位置开设有气体排出口；

21、所述固液分离器包括分离容器，以及设置在所述分离容器内的过滤组件，所述分离容器位于所述介质排出管的下方，且所述分离容器的顶部呈正对所述介质排出管的敞口结构。

22、可选地，所述过滤组件包括可拆卸连接在所述分离容器内的多级过滤网，多级所述过滤网沿竖直方向分布，且多级所述过滤网的过滤孔径沿竖直方向依次减小；

23、所述测试模块还包括第一称量器和称重水箱，所述第一称量器用于对过滤的固体颗粒进行称量，所述称重水箱包括称重箱体和设置在所述称重箱体底部的第二称量器，所述称重箱体位于所述分离容器的下方与所述分离容器的底部相连；

24、所述称重箱体与所述分离容器之间设置有调节水箱，并在所述称重箱体与所述分离容器相连的输液管路上设置有电控三通阀，所述电控三通阀与所述调节水箱相连。

25、可选地，所述供料模块包括混合水箱、颗粒供给组件以及移动供水组件；

26、所述混合水箱包括位于所述提升立管下方的混合箱体，以及固设于所述混合箱体内的容料板，所述容料板于所述混合箱体内围设形成开口向上的固液混合区，且所述混合箱体的顶部呈敞口结构，所述提升立管的底端形成有置于所述固液混合区内呈渐扩型的介质入口；

27、所述颗粒供给组件包括颗粒供给仓，以及竖直设置的颗粒输送管，所述颗粒输送管的一端与所述颗粒供给仓的底部相连，所述颗粒输送管的另一端对应所述固液混合区的位置置于所述混合箱体的上方，且所述颗粒输送管上设置有第三控制阀；

28、所述移动供水组件包括升降平台，以及固设于所述升降平台上的移动水箱，所述移动水箱与所述混合水箱相连，且所述移动水箱与所述混合水箱相连的输液管路上设置有第四控制阀。

29、可选地，所述容料板包括相对设置的第一竖板、第二竖板，以及水平衔接所述第一竖板和第二竖板的弧形板，所述第一竖板的顶端延伸至所述混合箱体的顶部敞口处，用于分隔所述固液混合区和所述混合箱体的内部空间，所述混合箱体相邻所述第一竖板的侧箱壁上开设有进液口，所述进液口与所述移动水箱相连；

30、所述第二竖板的顶端低于所述第一竖板，用于连通所述固液混合区和所述混合箱体的内部空间。

31、可选地，所述移动供水组件还包括储水箱和水泵，所述储水箱、所述水泵以及所述移动水箱依次连接，且所述储水箱上还设置有与所述移动水箱相连的溢流管。

32、与现有技术相比，本实用新型实施例提供的可变气量的气力提升系统有益效果在于：

33、通过气流控制模块的层流测量单元实时测量供气模块输送的气体体积流量，上位机向层流测量单元发送预设流量值，层流测量单元根据测量值与预设值的比较驱动电磁比例阀调节开度，从而精确控制进入提升立管的进气量。这种动态控制使供气模块能模拟多种变化的进气工况，提升立管在可变进气驱动下对供料模块提供的多相介质进行提升，测试模块通过上位机实时记录气体体积流量数据，有助于后续实现对系统在不同动态工况下提升性能的全面分析，进而能够克服传统恒定进气模式的局限。