一种矿浆泵全特性试验装置及试验方法

1.本发明属于泵试验装置及方法相关领域，提供一种矿浆泵全特性试验装置及试验方法。


背景技术：

2.矿浆泵是采矿系统的核心设备，国内外对矿浆泵进行了不少研究。但基本并没有考虑到运行时可能发生的反向启动、停机或紧急变工况等特殊工况，在输送的过程中，上述工况是各类输送泵常见的过渡工况，对以上工况的研究是相当有必要的，这涉及到泵的全特性研究。
3.国内外对水力机械的全特性研究均以清水为介质，而以矿浆泵为核心动力部件的输送系统在过渡工况下运行时其受到的影响更为严重。揭示矿浆泵内矿粒动力学特性和矿粒-水在复杂变工况下的两相流动机理成为亟待解决的问题，所以有必要发明矿浆泵全特性和内流可视化的同步测试装置和方法。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的在于提供一种矿浆泵全特性试验装置及试验方法，实现矿浆泵全特性和内流可视化的同步测试，揭示矿浆泵内矿粒动力学特性和矿粒-水在复杂变工况下的两相流动机理。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种矿浆泵全特性试验装置，包括矿浆试验泵体，所述矿浆试验泵体由力学性能良好、可视化程度较高的材料pmma聚甲基丙烯酸甲酯加工制作。
7.所述矿浆试验泵体与立式电机由泵轴和电机轴相连，所述矿浆试验泵体的出口管路和进口管路分别设置出口电磁流量计和进口电磁流量计。
8.所述出口电磁流量计连接第一三通管的一侧主路，进口电磁流量计连接第三三通管(22)的一侧主路。
9.所述第一三通管和第三三通管的另一侧主路分别设置第三阀门和第四阀门。
10.所述第一三通管和第三三通管的两个支路中间设置第一阀门和第二阀门。
11.所述第一阀门和第二阀门中间设置第二三通管，所述第二三通管支路与辅助增压泵出口连接。
12.所述辅助增压泵与卧式电机由泵轴和电机轴相连，辅助增压泵进口与第五三通管支路相连。
13.所述第五三通管主路两侧分别连接第五阀门和第六阀门，第五阀门和第六阀门分别与第六三通管和第四阀门的两个支路相连，第六三通管和第四三通管的一侧主路分别连接第四阀门阀门和第三阀门。
14.所述第四三通管和第六三通管的另一侧主路分别连接第七三通管和第八三通管的一侧主路，所述第八三通管的支路和另一侧主路分别连接第七阀门和第八阀门，第七三
通管的支路和另一侧主路分别连接阀门第九阀门和第十阀门，第十阀门连接的出水管段伸入循环水箱中的主循环给料漏斗进口。
15.所述主循环给料漏斗的出口伸出循环水箱连接第八阀门，第七阀门连接的出水管段伸入循环水箱中的副循环给料漏斗进口。
16.所述副循环给料漏斗的出口伸出循环水箱连接第九阀门。
17.所述主循环给料漏斗和副循环漏斗周围开有小孔。
18.所述矿浆试验泵体进出口2倍管径处分别设置进口压力传感器和出口压力传感器。
19.所述立式电机的电机轴上设置扭矩功率仪。
20.所述辅助增压泵选择固液两相流通过性良好的卧式离心泵，其性能和结构参数要求如下：
[0021][0022]
式中：q，辅助增压泵额定流量，单位kg/m3；
[0023]
qd，矿浆试验泵额定流量，单位kg/m3；
[0024]
h，辅助增压泵额定扬程，单位m；
[0025]
hd，矿浆试验泵额定扬程，单位m；
[0026]
d，辅助增压泵进出口管径，单位mm；
[0027]
k0，管径系数，取值为0.9～1.25；
[0028]
d0，试验泵叶片中间流线进口直径，单位mm。
[0029]
所述主循环给料漏斗和副循环给料漏斗的小孔均为圆柱形小孔，小孔直径d0和试验时矿浆中的颗粒个数和颗粒直径有以下关系：
[0030][0031]
式中：n，试验时固液两相流粗颗粒的颗粒个数；
[0032]
v，固液两相流循环管路总体积，单位mm3；
[0033]cv
，试验颗粒体积浓度，单位％；
[0034]
d，颗粒直径，单位mm；
[0035]ki
，试验泵叶片厚度误差系数，取值为0.81～0.90；
[0036]di
，试验泵叶片中间流线进口直径，单位mm；
[0037]
z，试验泵叶轮叶片数；
[0038]
k，泵内颗粒过流面积修正系数，取0.11～0.13；
[0039]dm
，流道可通过最大粒径，mm2；
[0040]
d0，循环给料漏斗周围圆形小孔直径，单位mm。
[0041]
利用本发明所述矿浆泵全特性试验台进行全特性试验共分为水泵试验和水轮机试验。
[0042]
其中，矿浆介质下水泵试验包括如下步骤：
[0043]
(a1)在试验前，将所述阀门第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门全部调节为全开状态，向所述水箱(19)注入清水，直至注满水箱，保证清水充满整个试验管路；
[0044]
(a2)所述水泵试验包含正转正流、反转正流、正转倒流和反转倒流等试验工况。
[0045]
①
正转正流：关闭所述第一阀门、第四阀门、第六阀门、第七阀门、第九阀门，开启所述第二阀门、第三阀门、第五阀门、第八阀门、第十阀门，正向启动矿浆试验泵，向所述主循环给料漏斗加入试验矿石颗粒，在大流量工况时开启辅助增压泵，试验结束后在第十阀门后的出水管路回收颗粒；
[0046]
②
反转正流：关闭所述第一阀门、第四阀门、第六阀门、第七阀门、第九阀门，开启所述第二阀门、第三阀门、第五阀门、第八阀门、第十阀门，反向启动矿浆试验泵，向所述主循环给料漏斗加入试验矿石颗粒，在大流量工况时开启辅助增压泵，试验结束后在第十阀门后的出水管路回收颗粒；
[0047]
③
正转倒流：关闭所述第二阀门、第三阀门、第五阀门、第八阀门、第十阀门，开启所述第一阀门、第四阀门、第六阀门、第七阀门、第九阀门，正向启动矿浆试验泵，向所述副循环给料漏斗加入试验矿石颗粒，在大流量工况时开启辅助增压泵，试验结束后在第九阀门后的出水管路回收颗粒；
[0048]
④
反转倒流：关闭所述第二阀门、第三阀门、第五阀门、第八阀门、第十阀门，开启所述第一阀门、第四阀门、第六阀门、第七阀门、第九阀门，反向启动矿浆试验泵，向所述副循环给料漏斗加入试验矿石颗粒，在大流量工况时开启辅助增压泵，试验结束后在第九阀门后的出水管路回收颗粒。
[0049]
矿浆介质下水轮机试验包括如下步骤：
[0050]
(b1)在试验前，将所述阀门第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门全部调节为全开状态，向所述水箱注入清水，直至注满水箱，保证清水充满整个试验管路；
[0051]
(b2)所述水轮机试验包含正向水轮机和反向水轮机等试验工况。
[0052]
①
正向水轮机：关闭所述第一阀门、第四阀门、第六阀门、第七阀门、第九阀门，开启所述第二阀门、第三阀门、第五阀门、第八阀门、第十阀门，矿浆试验泵停机，开启辅助增压泵，向所述主循环给料漏斗加入试验矿石颗粒，试验结束后在第十阀门后的出水管路回收颗粒；
[0053]
②
反向水轮机：关闭所述第二阀门、第三阀门、第五阀门、第八阀门、第十阀门，开启所述第一阀门、第四阀门、第六阀门、第七阀门、第九阀门，矿浆试验泵停机，开启辅助增压泵，向所述副循环给料漏斗加入试验矿石颗粒，试验结束后在第九阀门后的出水管路回收颗粒。
[0054]
清水介质下全特性试验按所述步骤(a1)(a2)或(b1)(b2)方法进行，但不需要加入矿石颗粒。
附图说明
[0055]
图1为本发明的结构示意图-正视图。
[0056]
图2为本发明的结构示意图-后视图。
[0057]
图3为本发明的简图。
[0058]
其中，1为矿浆试验泵，2为立式电机，3为辅助增压泵，4为卧式电机，5出口电磁流量计、6进口为电磁流量计，7第一阀门、8第二阀门、9第三阀门、10第四阀门、11第五阀门、12第六阀门、13第七阀门、14第八阀门、15第九阀门、16第十阀门，17主循环给料漏斗、18为副循环给料漏斗，19为水箱，20第一三通管、21第二三通管、22第三三通管、23第四三通管、24第五三通管、25第六三通管、26第七三通管、27第八三通管，28进口压力传感器、29出口压力传感器，30为扭矩功率仪。
具体实施方式
[0059]
为了使本发明目的、技术方案和有点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述：
[0060]
如图1、2和3所示，本发明提供的一种矿浆泵全特性试验装置，包括矿浆试验泵体1，所述矿浆试验泵体1由pmma材料加工制作，实例矿浆试验泵1的额定扬程20m，额定流量82m3/h，进出口直径125mm。
[0061]
所述矿浆试验泵体1与立式电机2由泵轴和电机轴相连，所述矿浆试验泵体1的出口管路和进口管路分别设置出口电磁流量计5和进口电磁流量计6。
[0062]
所述出口电磁流量计5连接第一三通管20的一侧主路，进口电磁流量计6连接第三三通管22的一侧主路。
[0063]
所述第一三通管20和第三三通管22的另一侧主路分别设置第三阀门9和第四阀门10。
[0064]
所述第一三通管20和第三三通管22的两个支路中间设置第一阀门7和第二阀门8。
[0065]
所述第一阀门7和第二阀门8中间设置第二三通管21，所述第二三通管21支路与辅助增压泵3出口连接。
[0066]
所述辅助增压泵3与卧式电机4由泵轴和电机轴相连，辅助增压泵3进口与第五三通管24支路相连。
[0067]
所述第五三通管24主路两侧分别连接第五阀门11和第六阀门12，第五阀门11和第六阀门12分别与第六三通管25和第四阀门23的两个支路相连，第六三通管25和第四三通管23的一侧主路分别连接第四阀门10和第三阀门9。
[0068]
所述第四三通管23和第六三通管25的另一侧主路分别连接第七三通管26和第八三通管27的一侧主路，所述第八三通管27的支路和另一侧主路分别连接第七阀门13和第八阀门14，第七三通管26的支路和另一侧主路分别连接阀门第九阀门15和第十阀门16，第十阀门16连接的出水管段伸入循环水箱19中的主循环给料漏斗17进口。
[0069]
所述主循环给料漏斗17的出口伸出循环水箱19连接第八阀门14，第七阀门13连接的出水管段伸入循环水箱19中的副循环给料漏斗18进口。
[0070]
所述副循环给料漏斗18的出口伸出循环水箱19连接第九阀门15。
[0071]
所述主循环给料漏斗17和副循环漏斗18周围开有小孔。
[0072]
所述矿浆试验泵体1进出口2倍管径处分别设置进口压力传感器28和出口压力传感器29。
[0073]
所述立式电机2的电机轴上设置扭矩功率仪30。
[0074]
所述辅助增压泵3为pdh200-55卧式泵，额定流量250m3/h，额定扬程45m，进出口直径150mm。
[0075]
所述主循环给料漏斗17和副循环给料漏斗18周围开有圆柱形小孔，小孔直径4mm，试验用矿石颗粒直径8mm。
[0076]
利用本发明所述矿浆泵全特性试验台进行全特性试验共分为水泵试验和水轮机试验，
[0077]
其中，水泵试验包括如下步骤：
[0078]
1在试验前，将所述阀门第一阀门7、第二阀门8、第三阀门9、第四阀门10、第五阀门11、第六阀门12、第七阀门13、第八阀门14全部调节为全开状态，向所述水箱19注入清水，直至注满水箱，保证清水充满整个试验管路；
[0079]
2)所述水泵试验包含正转正流、反转正流、正转倒流和反转倒流等试验工况。
[0080]
①
正转正流：关闭所述第一阀门7、第四阀门10、第六阀门12、第七阀门13、第九阀门15，开启所述第二阀门8、第三阀门9、第五阀门11、第八阀门14、第十阀门16，正向启动矿浆试验泵1，向所述主循环给料漏斗17加入试验矿石颗粒，在大流量工况时开启辅助增压泵3，试验结束后在第十阀门16后的出水管路回收颗粒；
[0081]
②
反转正流：关闭所述第一阀门7、第四阀门10、第六阀门12、第七阀门13、第九阀门15，开启所述第二阀门8、第三阀门9、第五阀门11、第八阀门14、第十阀门16，反向启动矿浆试验泵1，向所述主循环给料漏斗17加入试验矿石颗粒，在大流量工况时开启辅助增压泵3，试验结束后在第十阀门16后的出水管路回收颗粒。
[0082]
③
正转倒流：关闭所述第二阀门8、第三阀门9、第五阀门11、第八阀门14、第十阀门16，开启所述第一阀门7、第四阀门10、第六阀门12、第七阀门13、第九阀门15，正向启动矿浆试验泵1，向所述副循环给料漏斗18加入试验矿石颗粒，在大流量工况时开启辅助增压泵3，试验结束后在第九阀门15后的出水管路回收颗粒；
[0083]
④
反转倒流：关闭所述第二阀门8、第三阀门9、第五阀门11、第八阀门14、第十阀门16，开启所述第一阀门7、第四阀门10、第六阀门12、第七阀门13、第九阀门15，反向启动矿浆试验泵1，向所述副循环给料漏斗18加入试验矿石颗粒，在大流量工况时开启辅助增压泵3，试验结束后在第九阀门15后的出水管路回收颗粒。
[0084]
其中，水轮机试验包括如下步骤：
[0085]
1在试验前，将所述阀门第一阀门7、第二阀门8、第三阀门9、第四阀门10、第五阀门11、第六阀门12、第七阀门13、第八阀门14全部调节为全开状态，向所述水箱19注入清水，直至注满水箱，保证清水充满整个试验管路；
[0086]
2)所述水轮机试验包含正向水轮机和反向水轮机等试验工况。
[0087]
①
正向水轮机：关闭所述第一阀门7、第四阀门10、第六阀门12、第七阀门13、第九阀门15，开启所述第二阀门8、第三阀门9、第五阀门11、第八阀门14、第十阀门16，矿浆试验泵1停机，开启辅助增压泵3，向所述主循环给料漏斗17加入试验矿石颗粒，试验结束后在第十阀门16后的出水管路回收颗粒；
[0088]
②
反向水轮机：关闭所述第二阀门8、第三阀门9、第五阀门11、第八阀门14、第十阀门16，开启所述第一阀门7、第四阀门10、第六阀门12、第七阀门13、第九阀门15，矿浆试验泵1停机，开启辅助增压泵3，向所述副循环给料漏斗18加入试验矿石颗粒，试验结束后在第九阀门15后的出水管路回收颗粒。
[0089]
清水介质下全特性试验按上述步骤方法进行，但不需要加入矿石颗粒。