一種煤化工專用控制閥流場測量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及煤化工專用控制閥的檢測設(shè)備，尤其是一種煤化工專用控制閥流場測 量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國生產(chǎn)力各方面的持續(xù)發(fā)展，能源需求與日俱增，尤其石油、天然氣更是供 不應(yīng)求。而我國是一個(gè)多煤缺油少氣的國家，不論從市場角度還是國家能源安全角度，都需 要鼓勵煤化工技術(shù)的高效利用。目前，我國的煤化工行業(yè)都面臨著一個(gè)問題：煤化工核心技 術(shù)的自主創(chuàng)新不夠。現(xiàn)在絕大部分的煤化工核心技術(shù)和裝備均是從外國大量進(jìn)口。隨著我 國煤化工產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，外國能源巨頭已經(jīng)深度介入中國煤化工產(chǎn)業(yè)，所以，打破跨國公司 技術(shù)封鎖，加快培育具有自主知識產(chǎn)權(quán)的煤化工核心技術(shù)，將是發(fā)展自主煤化工產(chǎn)業(yè)的根 本途徑。
[0003] 在煤化工行業(yè)中，專用控制閥的應(yīng)用場合十分廣泛，包括煤粉（漿）在轉(zhuǎn)化為氣、 液、固等狀態(tài)時(shí)的煤粉輸送系統(tǒng)；對煤粉加工后所產(chǎn)生廢水進(jìn)行處理的廢水（黑水）處理系 統(tǒng)；以及對加工過所剩余的廢棄煤渣進(jìn)行排放的廢渣排渣系統(tǒng)等等，在這些環(huán)節(jié)中都需要 使用煤化工專用閥。但是由于煤化工控制閥工作環(huán)境的特殊性，加上控制閥的使用頻率較 高，使得煤化工控制閥的使用壽命較低。
[0004] 造成煤化工專用控制閥壽命低的主要因素是由于閥內(nèi)存在復(fù)雜的流場，其特點(diǎn)主 要是：（1)閥內(nèi)流場為多相流流場；（2)閥內(nèi)流體為高溫、高壓流體；（3)閥內(nèi)流體存在腐蝕 性。所以，為了提高我國自主研發(fā)煤化工專用控制閥的核心競爭力，就需要對控制閥的產(chǎn)品 質(zhì)量進(jìn)行提升，進(jìn)一步增強(qiáng)自主研發(fā)控制閥的產(chǎn)品穩(wěn)定性，提高產(chǎn)品使用壽命。而為了實(shí)現(xiàn) 這個(gè)目標(biāo)，有針對性的進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)，需要對不同使用環(huán)境的控制閥的內(nèi)部流場進(jìn)行準(zhǔn)確 測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種煤化工專用控制閥流場測量系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對煤化工專 用控制閥內(nèi)流場的精確測量，能夠觀察閥內(nèi)流體分布狀態(tài)、便于試驗(yàn)操作和處理。
[0006] 一種煤化工專用控制閥流場測量系統(tǒng)，其特別之處在于：包括用于模擬實(shí)際工作 狀態(tài)下的控制閥內(nèi)流場的流場模擬單元，為該流場模擬單元提供照明的光源單元，以及對 該流場模擬單元被測量區(qū)域進(jìn)行拍攝的圖像處理單元。
[0007] 其中流場模擬單元包括控制閥模型，該控制閥模型的入口通過入口管路與水泵的 出口連通，而該水泵的入口通過管道與流體儲存箱的出口連通，該流體儲存箱的進(jìn)口則通 過管道與前述控制閥模型的出口連通。
[0008] 其中在流體儲存箱內(nèi)設(shè)有攪拌裝置。
[0009] 其中控制閥模型是采用有機(jī)玻璃材料的與控制閥1 :1等比例仿制的模型。
[0010] 其中在控制閥模型上方安裝有光源單元，而在控制閥模型前方設(shè)有高速攝像機(jī)。
[0011] 其中光源單元由組合透鏡和激光發(fā)生器組成，該組合透鏡置于激光發(fā)生器和控制 閥模型之間，從而使激光發(fā)生器發(fā)出的激光射線通過組合透鏡形成均勻厚度的片光源。
[0012] 其中組合透鏡由三只垂直排列的圓柱體形狀凹透鏡組成。
[0013] 其中組合透鏡安裝在控制閥模型上方的可移動支架上。
[0014] 其中圖像處理單元包括安裝在攝像控制機(jī)構(gòu)上的高速高清攝像機(jī)。
[0015] 其中高速高清攝像機(jī)與內(nèi)窺鏡頭連接，該內(nèi)窺鏡頭伸入控制閥模型內(nèi)部。
[0016] 其中還包括與高速高清攝像機(jī)連接的計(jì)算機(jī)后端處理裝置，該計(jì)算機(jī)后端處理裝 置采用計(jì)算機(jī)從而對采集到的圖像信息進(jìn)行后端處理、分析以便于得到流場測量結(jié)果。
[0017] 本發(fā)明的有益效果在于：（1)測量過程的操作和處理簡單便捷、控制方式易操作、 適用范圍廣；(2)測量結(jié)果直觀，可以清晰的反應(yīng)煤化工專用控制閥內(nèi)流場壓力、速度矢 量、渦量的分布；（3)通過對測量結(jié)果的分析，結(jié)合Preston磨削經(jīng)驗(yàn)公式，可以對控制閥內(nèi) 易消耗磨損的區(qū)域進(jìn)行預(yù)測，為控制閥表面的強(qiáng)化技術(shù)提供技術(shù)支持。
【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明的邏輯原理框圖；
[0019] 圖2是本發(fā)明的流場模擬單元示意圖；
[0020] 圖3是本發(fā)明互相關(guān)運(yùn)算流程圖；
[0021] 圖4是本發(fā)明的測量過程流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 如圖1、2所示，本發(fā)明提供了一種煤化工專用控制閥流場測量系統(tǒng)，包括用于模 擬實(shí)際工作狀態(tài)下的控制閥內(nèi)流場的流場模擬單元，為該流場模擬單元提供照明的光源單 元，以及對該流場模擬單元被測量區(qū)域進(jìn)行拍攝的圖像處理單元。
[0023] 其中流場模擬單元包括控制閥模型，該控制閥模型的入口通過入口管路與水泵的 出口連通，而該水泵的入口通過管道與流體儲存箱的出口連通，該流體儲存箱的進(jìn)口則通 過管道與前述控制閥模型的出口連通。其中在流體儲存箱內(nèi)設(shè)有攪拌裝置。其中控制閥模 型是采用有機(jī)玻璃材料的與控制閥1 :1等比例仿制的模型。其中在控制閥模型上方安裝有 光源單元，而在控制閥模型前方設(shè)有高速攝像機(jī)。
[0024] 其中光源單元由組合透鏡和激光發(fā)生器組成，該組合透鏡置于激光發(fā)生器和控制 閥模型之間，從而使激光發(fā)生器發(fā)出的激光射線通過組合透鏡形成均勻厚度的片光源。其 中組合透鏡由三只垂直排列的圓柱體形狀凹透鏡組成。其中組合透鏡安裝在控制閥模型上 方的可移動支架上。
[0025] 其中圖像處理單元包括安裝在攝像控制機(jī)構(gòu)上的高速高清攝像機(jī)。其中高速高清 攝像機(jī)與內(nèi)窺鏡頭連接，該內(nèi)窺鏡頭伸入流場模擬單元內(nèi)部。其中還包括與高速高清攝像 機(jī)連接的計(jì)算機(jī)后端處理裝置，該計(jì)算機(jī)后端處理裝置采用計(jì)算機(jī)從而對采集到的圖像信 息進(jìn)行后端處理、分析以便于得到流場測量結(jié)果。該內(nèi)窺鏡其作用在于：能夠進(jìn)入控制閥內(nèi) 部進(jìn)行流場拍攝，以獲得準(zhǔn)確、真實(shí)的流場特性圖像。該算機(jī)后端處理裝置具體可采用安裝 有WIN7操作系統(tǒng)的PC進(jìn)行計(jì)算處理。
[0026] 本發(fā)明的煤化工專用控制閥流場測量系統(tǒng)中涉及了煤化工專用控制閥內(nèi)流場的 顯示和觀測方法，通過對相似與模化理論的研宄，利用?；椒▽γ夯Ｓ每刂崎y流場 進(jìn)行放大建模。模化方法是工程領(lǐng)域中一種重要的分析方法，該方法以相似理論為基礎(chǔ)，當(dāng) 所研宄對象比較復(fù)雜性或受到研宄條件的限制，靠常規(guī)試驗(yàn)、數(shù)學(xué)模擬等辦法難以進(jìn)行研 宄時(shí)，就需要采用?；椒▉磉M(jìn)行研宄。
[0027] 本發(fā)明中所涉及的煤化工專用控制閥內(nèi)流場可以采用如下模化方法進(jìn)行放大建 模。
[0028] 煤化工專用控制閥內(nèi)流體是由煤粉、水、蒸汽組成的固、液、氣多相流體，為了研宄 多相流在閥內(nèi)對閥體的磨損機(jī)理，需要對多相流流場的運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行研宄分析。
[0029] 根據(jù)相似理論，具備單值條件相似，且由單值條件中的物理量組成的相似準(zhǔn)則對 應(yīng)同類物理現(xiàn)象所衍生出來的現(xiàn)象必定相似。但是一旦模化的所有相似準(zhǔn)則全部對應(yīng)相 等，就等于試驗(yàn)和實(shí)際條件完全相同，等同于沒有模化。因此，實(shí)際模化總是根據(jù)研宄對象 尋求主要的、對全局起決定性作用的因素，將次要的、起局部作用的因素忽略不計(jì)。
[0030] 為了簡化分析，將氣、液兩相可近似視為連續(xù)相，而固相則視為離散相，這樣就可 以把閥內(nèi)流體簡化為二相流來進(jìn)行研宄。根據(jù)控制閥內(nèi)流場的特征可知，流體為不可壓縮 流體，故控制方程可以采用歐拉（Euler)多相流模型方程.歐拉模型的守恒方程由質(zhì)量、動 量和能量守恒方程組成.以第i相為例：
[0031] i相的質(zhì)量守恒方程為：
[0032]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種煤化工專用控制閥流場測量系統(tǒng)，其特征在于：包括用于模擬實(shí)際工作狀態(tài)下 的控制閥內(nèi)流場的流場模擬單元，為該流場模擬單元提供照明的光源單元，以及對該流場 模擬單元被測量區(qū)域進(jìn)行拍攝的圖像處理單元。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種煤化工專用控制閥流場測量系統(tǒng)，其特征在于：其中流場 模擬單元包括控制閥模型（17)，該控制閥模型（17)的入口通過入口管路（18)與水泵（11) 的出口連通，而該水泵（11)的入口通過管道與流體儲存箱（13)的出口連通，該流體儲存箱 (13)的進(jìn)口則通過管道與前述控制閥模型（17)的出口連通。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種煤化工專用控制閥流場測量系統(tǒng)，其特征在于：其中在流 體儲存箱（13)內(nèi)設(shè)有攪拌裝置（14)。
4. 如權(quán)利要求2所述的一種煤化工專用控制閥流場測量系統(tǒng)，其特征在于：其中控制 閥模型（17)是采用有機(jī)玻璃材料的與控制閥1 :1等比例仿制的模型。
5. 如權(quán)利要求2所述的一種煤化工專用控制閥流場測量系統(tǒng)，其特征在于：其中在控 制閥模型（17)上方安裝有光源單元，而在控制閥模型（17)前方設(shè)有高速攝像機(jī)。
6. 如權(quán)利要求2所述的一種煤化工專用控制閥流場測量系統(tǒng)，其特征在于：其中光源 單元由組合透鏡和激光發(fā)生器組成，該組合透鏡置于激光發(fā)生器和控制閥模型（17)之間， 從而使激光發(fā)生器發(fā)出的激光射線通過組合透鏡形成均勻厚度的片光源。
7. 如權(quán)利要求6所述的一種煤化工專用控制閥流場測量系統(tǒng)，其特征在于：其中組合 透鏡由三只垂直排列的圓柱體形狀凹透鏡組成。
8. 如權(quán)利要求6所述的一種煤化工專用控制閥流場測量系統(tǒng)，其特征在于：其中組合 透鏡安裝在控制閥模型（17)上方的可移動支架上。
9. 如權(quán)利要求2所述的一種煤化工專用控制閥流場測量系統(tǒng)，其特征在于：其中圖像 處理單元包括安裝在攝像控制機(jī)構(gòu)上的高速高清攝像機(jī)。
10. 如權(quán)利要求9所述的一種煤化工專用控制閥流場測量系統(tǒng)，其特征在于：其中高速 高清攝像機(jī)與內(nèi)窺鏡頭連接，該內(nèi)窺鏡頭伸入控制閥模型（17)內(nèi)部。
11. 如權(quán)利要求9所述的一種煤化工專用控制閥流場測量系統(tǒng)，其特征在于：其中還包 括與高速高清攝像機(jī)連接的計(jì)算機(jī)后端處理裝置，該計(jì)算機(jī)后端處理裝置采用計(jì)算機(jī)從而 對采集到的圖像信息進(jìn)行后端處理、分析以便于得到流場測量結(jié)果。
【專利摘要】本發(fā)明涉及煤化工專用控制閥的檢測設(shè)備，尤其是一種煤化工專用控制閥流場測量系統(tǒng)。其特點(diǎn)是：包括用于模擬實(shí)際工作狀態(tài)下的控制閥內(nèi)流場的流場模擬單元，為該流場模擬單元提供照明的光源單元，以及對該流場模擬單元被測量區(qū)域進(jìn)行拍攝的圖像處理單元。本發(fā)明的有益效果在于：(1)測量過程的操作和處理簡單便捷、控制方式易操作、適用范圍廣；(2)測量結(jié)果直觀，可以清晰的反應(yīng)煤化工專用控制閥內(nèi)流場壓力、速度矢量、渦量的分布；(3)通過對測量結(jié)果的分析，結(jié)合Preston磨削經(jīng)驗(yàn)公式，可以對控制閥內(nèi)易消耗磨損的區(qū)域進(jìn)行預(yù)測，為控制閥表面的強(qiáng)化技術(shù)提供技術(shù)支持。
【IPC分類】G01M13-00
【公開號】CN104776990
【申請?zhí)枴緾N201510165716
【發(fā)明人】馬玉山, 李琛, 伍海
【申請人】吳忠儀表有限責(zé)任公司
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月9日