来宝网 2016/7/26点击1549次
气提泵因设备管道简单、无传动部件、无维修部件以及可靠性好已经广泛地应用于核燃料后处理工厂中。对于连续稳定无相变的流体，人们已经采用压差式流量计、容积式流量计、浮子式流量计等多种形式的流量计来直接测量液体流量[2]。但是当气提泵输送液体介质时，由于在提升管中气液的相互作用造成了流体流动具有周期性波动特征，不能采用直接测量液体流量的方法。对于气提泵，目前主要通过实验的方法来确定其液体流量与所使用的气体流量之间的关系[3~6]，应用时通过调节空气流量来间接控制液体的流量。
本工作主要是根据气提泵的性能实验，确定标准孔板流量计的工艺参数和结构参数，通过实验方法来测量标准孔板流量计两端压降与所输送液体流量之间关系，以期为气提泵在输送放射性溶液时直接测量液体流量提供依据。
1 实验设备
实验装置如图1所示。压缩空气经过玻璃转子流量计和进气管进入提升管，溶液从储液槽经过下降管、标准孔板流量计和提升管被空气提升至气液分离器分离后，在容量器中计量。图中进气管的内径为0.002m，进气口和水平连通管相距0.3m。实验未提升液体前提升管中的静止液面距水平连通管的高度为3.86m，相应的提升高度为5.90m，由文献[6]所定义的浸没度α=0.6。
实验所输送的液体是水、模拟高放溶液的萃残液（简称为模拟料液或mliquid）和30%三烷基氧膦一煤油溶液（简称TRPO），物性参数如表1所示。
图2是实验所用的角接环室取压式标准孔板流量计的结构图。以水为标准流体自行设计了两种标准孔板流量计，其管道内径与提升管的内径相同，结构参数如表2所示。标准孔板流量计1满足提升管内径为1Omm的装置输送液体（50~200kg/h），而标准孔板流量计2满足提升管内径为15mm的装置输送液体（8O~300kg/h）。图2中孔板流量计导压管的压力信号转化为电信号后，由计算机采集。
2 实验结果和讨论
2.1 工艺参数确定
图3为实验测定得到的气提泵中两种标准孔板流量计的液体流量与所使用的气体流量之间的关系。当气提泵使用时，一般选择效率较高且液体流量相对较大的区域。由图3可知：内径为0.O1Om的提升管，气提泵效率较高的气体流量在O~0.5m3/h；气提泵在α=0.6时，水、模拟料液和TRPO-煤油溶液的最大液体流量分别为0.131，0.140，0.1Om3/h，最小液体流量为0.050，0.050，0.060m3/h；内径为0.015m的提升管，最大液体流量分别为0.370，0.370，0.268m3/h，最小液体流量为0.100，0.1O0，0.080m3/h。因此分别选择液体流量为0.O5O~0.200m3/h和0.O80~0.300m3/h作为标准孔板流量计1和2设计时的工艺参数。当工艺参数确定后，其它结构参数可由标准孔板流量计的设计程序来确定，结果列于表2。
2.2 标准孔板流量计两端压降特征
由图1可知：当气提泵正常工作时，气液相互作用仅在提升管中，而通过标准孔板流量计的流体只有液体，并且提升管中气液相互作用处于气栓区[3~6]，造成了通过孔板流量计的液体的流动并不满足连续稳定流动条件。标准孔板流量计1两端典型瞬间压降如图4所示。
图4显示液体流经标准孔板流量计1时两端的瞬间压降随时间呈周期性的波动。标准孔板流量计2的瞬间压降值随时间也表现出相同的特征。对于周期性波动的特征，可采用压降的时均值和标准方差来描述。
(1）压降时均值
图5给出了两种标准孔板流量计的压降时均值与气提泵所输送的液体平均流量的关系。
由图5可知，当周期性波动的液体流经标准孔板流量计时，液体平均流量与流量计两端压降的时均值呈线性关系。即：
Q1=A+BΔPav （3）
对于上述三种流体，式（3）中参数A和B的值列于表3。
由图5和表3可以看出，对于内径为0.010m的提升管，三种溶液的A和B值的规律性较差；对于内径为0.015m的提升管，三条直线呈平行分布，而且由于模拟料液和水的粘度相似，这两种流体的直线重合性较好，但是TRPO溶液的粘度较大，在相同液体流量下其通过孔板流量计两端的压降时均值会增加。因此，对于气提泵，如果采用标准孔板流量计来测量所输送的液体平均流量，其孔板两端的压降时均值并不满足连续稳定流动条件下的二次关系[2]，必须通过实验来确定线性关系中的参数A和B。
（2）标准方差值
图6给出了标准孔板流量计1中压降的标准方差和气体流量的关系图。由图6可知，对于水，当气体流量增大时，标准方差值随着气体流量增加而增加。由图3可知，当Qg>O.45m3/h时，液体流量将减小，但是从图6看出标准方差值仍是增加的，这是由于在提升管中气液流动的波动性随着气体速度增加所导致的液体流经标准孔板流量计两端的压降波动性增加；但当气体速度增加到1.28m3/h时，标准方差值减小，这是由于此时提升管中气液的流区属于环流区所致。但对于模拟料液，由于其表面张力小于水，当气液相互作用时所造成的压降波动性比水大，而TRPO溶液在这个气体流量范围内的平均流量小，其方差值相应也小。标准孔板流量计2的压降标准方差也与标准孔板流量计1的特征相同。
