CN103776614A - 一种卷盘直径可调的螺旋输水盘管水力特性试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种卷盘直径可调的螺旋输水盘管水力特性试验装置，包括蓄水池(100)、水泵(101)、流量计(102)、管路(107)、进口压力表(103)、出口压力表(105)、卷盘直径可调支架(104)、侧边挡板(10)、大牙盘(20)、转动轴(30)、精密丝杠(50)、精密丝杆调节手柄(51)、精密丝杠刻度表(52)、扇形折叠挡板(40)、扇形折叠挡板的折叠部分(41)、压紧杆(60)、排管导轨(70)和链条(80)等构成。本发明利用十六个精密丝杠和十六个扇形折叠挡板模拟卷盘，通过对精密丝杠的调节，可试验不同卷盘直径下缠绕输水软管的水力特性。为确定最佳缠绕直径，降低螺旋输水盘管水力损失提供试验验证手段。
Description
技术领域
本发明属于流体力学测试领域，涉及螺旋输水盘管水力特性试验装置，特指一种卷盘式喷灌机不同卷盘直径下输水软管的水力特性试验装置。
背景技术
卷盘式喷灌机螺旋输水盘管在喷洒过程中自动回收，并以螺旋形式缠绕在卷盘上，水流在通过弯曲的输水软管时压力损失要比直管大，在卷盘式喷灌机中螺旋输水盘管内的能耗约占整机能耗的20％，而螺旋输水盘管缠绕在不同卷盘直径下的水力特性也有很大的不同。为了降低螺旋盘管的能耗，需要通过试验确定最佳缠绕直径。
2005年张敏等人发表了题为《卷盘式移动节水喷灌机软管最佳弯曲参数的试验研究》的论文，文中对缠绕一圈的输水管进行了水力特性试验，其试验装置由进出水阀门、流量控制阀、流量计、压力表和缠绕一圈的输水软管等组成，试验时将输水软管在平面缠绕一周，通过调节阀门来控制流量，更换不同曲率半径的试验输水软管，读出两个压力表的差值来得到输水软管内部的损失，但该试验只能对平面的一圈输水管进行测试，由于没有缠绕骨架，在试验不同直径的盘管时，费时费力，不能胜任螺旋盘管的试验，更不能对多圈多层螺旋缠绕的盘管进行试验。
2013年汤玲迪的论文《卷盘喷灌机螺旋输水盘管二次流特性与流动阻力数值模拟》中采用数值模拟试验的方法对8种参数螺旋盘管在45种流量共计360个方案数值模拟数据的统计，建立卷盘喷灌机摩擦系数计算公式，对多圈多层的情况是采用单圈的公式乘以圈数的假设分段计算的。
另外，国家标准GB/T21400.1-2008《绞盘式喷灌机第1部分：运行特性及实验室和田间试验方法》也没有提供螺旋盘管水力特性的试验方法。也没有发现其他有关公开文献。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以测试不同缠绕直径的螺旋输水盘管水力特性的试验装置，为确定最佳缠绕直径，降低螺旋输水盘管水力损失提供试验验证手段。本发明利用十六个精密丝杠和十六个扇形折叠挡板模拟卷盘，通过对精密丝杠的调节，可试验不同卷盘直径下缠绕输水软管的水力特性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：整个试验装置由蓄水池、水泵、流量计、管路、入口压力表、出口压力表、闸阀、卷盘直径可调支架、侧边挡板、大牙盘、转动轴、精密丝杠、精密丝杆调节手柄、精密丝杠刻度表、扇形折叠挡板、扇形折叠挡板的折叠部分、压紧杆、排管导轨和链条等构成。蓄水池为整个试验提供足够的水源，水泵提供一定的水压，并通过管路与流量计连接，流量计通过管路与卷盘直径可调支架的入水口连接，在入水口处安装入口压力表，水流通过入水口进入螺旋输水盘管，在螺旋输水盘管的出水口处安装出口压力表和闸阀。螺旋输水盘管一端套在输水管接入口，另一端连接排管导轨，使用电机或手动驱动转动轴，转动轴上的齿轮与大牙盘啮合从而再带动大牙盘转动，大牙盘固定在侧边挡板上，大牙盘的转动带动侧边挡板的转动，从而实现螺旋输水盘管在扇形折叠挡板上的缠绕。链条连接大牙盘的转动轴和排管导轨，当大牙盘转动的同时链条也带动排管导轨的运动，从而对螺旋输水盘管进行有规则的排列。在螺旋输水盘管缠绕过程中压紧杆通过弹簧力的作用对螺旋输水盘管提供有效的压紧力，使螺旋输水盘管可以紧密的缠绕在十六个扇形折叠挡板上。转动精密丝杠调节手柄，对照精密丝杠侧面的刻度表对螺旋输水盘管直径进行调节，当需要测试更大直径的螺旋输水盘管水力特性时，可展开十六个扇形折叠挡板的折叠部分，这样做可使得输水管缠绕更趋近于圆形。
卷盘直径可调的螺旋输水盘管水力特性试验过程：转动精密丝杠调节手柄，对照精密丝杠侧面的精密丝杠刻度表调节到所需测试的螺旋输水盘管直径，固定好后，使用电机或手动驱动转动轴，转动轴上的齿轮与大牙盘啮合带动与其固定的侧边挡板转动，从而实现螺旋输水盘管在扇形折叠挡板上的缠绕，缠绕到预定的圈数或层数后，开启水泵，调节闸阀使流量达到某一预定值，运行一段时间并达到稳定状态，在流量计、入口压力表和出口压力表上分别读取流量、入口压力和出口压力数据；再利用闸阀调节另一个不同的流量值，重复以上过程；直至测量的流量值覆盖卷盘式喷灌机所需的实际使用工况点范围。最后，将试验数据描绘成阻力特性曲线图。
附图说明
图1为一种卷盘直径可调的螺旋输水盘管水力特性试验装置示意图
图2为卷盘直径可调支架结构示意图；
图3为卷盘直径可调支架去除精密丝杠及扇形折叠挡板的内部俯视图；
图4为卷盘直径可调支架的精密丝杠及扇形折叠挡板示意图；
图5为阻力特性曲线图
图1至图5中部件名称与附图标记之间的对应关系为：
1-入水口；2-输水管接入口；10-侧边挡板；20-大牙盘；30-转动轴；40-扇形折叠挡板；41-扇形折叠挡板的折叠部分；50-精密丝杠；51-精密丝杆调节手柄；52-精密丝杠刻度表；60-压紧杆；70-排管导轨；80-链条；100-蓄水池；101-水泵；102-流量计；103-入口压力表；104-卷盘直径可调支架；105-出口压力表；106-闸阀；
具体实施方式
如图1，蓄水池(100)为整个试验提供足够的水源，试验时将水泵(101)一端与蓄水池(100)连接，一端连接管路(107)，水泵(101)为整个测试试验提供所需水压，水泵(101)出水端的管路上连接有流量计(102)用来测量管路中的流量，通过闸阀(106)来调节整个试验装置的流量，管路(107)与卷盘直径可调支架的入水口(1)连接，在入水口(1)处安装压力表(103)，水流通过入水口(1)进入螺旋输水盘管，在螺旋输水盘管的出水口处同样安装一个压力表(105)，水流经过出口压力表(105)后再次流入蓄水池(100)形成一个循环。螺旋输水盘管一端套在输水管接入口(2)，另一端接排管导轨(70)，使用电机或手动驱动转动轴(30)，转动轴上的齿轮与大牙盘(20)啮合从而再带动大牙盘(20)转动，大牙盘固定在侧边挡板(10)上，大牙盘(20)的转动带动侧边挡板(10)的转动，从而实现螺旋输水盘管在扇形折叠挡板(40)上的缠绕。链条(80)连接大牙盘(20)的转动轴和排管导轨(70)，当大牙盘转动的同时链条也带动排管导轨(70)的运动，从而对螺旋输水盘管进行有规则的排列。在螺旋输水盘管缠绕过程中压紧杆(60)通过弹簧力的作用对螺旋输水盘管提供有效的压紧力，使螺旋输水盘管可以紧密的缠绕在十六个扇形折叠挡板上。如图4，转动精密丝杠调节手柄(51)，对照精密丝杠侧面的刻度表(52)对螺旋输水盘管直径进行调节，当需要测试更大直径的螺旋输水盘管水力特性时，可展开十六个扇形折叠挡板的折叠部分(41)，这样做可使得输水管缠绕更趋近于圆。
卷盘直径可调的螺旋输水盘管水力特性试验过程：转动精密丝杠调节手柄(51)，对照精密丝杠侧面的精密丝杠刻度表(52)调节到所需测试的螺旋输水盘管直径，固定好后，使用电机或手动驱动转动轴(30)，转动轴(30)上的齿轮与大牙盘啮合带动与其固定的侧边挡板(10)转动，从而实现螺旋输水盘管在扇形折叠挡板上的缠绕，缠绕到预定的圈数或层数后，开启水泵(101)，调节闸阀(106)使流量达到某一预定值，运行一段时间并达到稳定状态，在流量计(102)、入口压力表(103)和出口压力表(105)上分别读取流量、入口压力和出口压力数据；再利用闸阀(106)调节另一个不同的流量值，重复以上过程；直至测量的流量值覆盖卷盘式喷灌机所需的实际使用工况范围。最后如图5所示，将试验数据描绘成阻力特性曲线图。
Claims (3)
1.一种卷盘直径可调的螺旋输水盘管水力特性试验装置包括蓄水池(100)、水泵(101)、流量计(102)、管路(107)、入口压力表(103)、出口压力表(105)、闸阀(106)、卷盘直径可调支架(104)、侧边挡板(10)、大牙盘(20)、转动轴(30)、精密丝杠(50)、精密丝杆调节手柄(51)、精密丝杠刻度表(52)、扇形折叠挡板(40)、扇形折叠挡板的折叠部分(41)、压紧杆(60)、排管导轨(70)和链条(80)。蓄水池(100)为整个试验提供足够的水源，试验时将水泵(101)一端与蓄水池(100)连接，一端连接管路(107)，水泵(101)为整个测试试验提供所需水压，水泵(101)出水端的管路上连接有流量计(102)用来测量管路中的流量，通过闸阀(106)来调节整个试验装置的流量，管路(107)与卷盘直径可调支架的入水口(1)连接，在入水口(1)处安装入口压力表(103)，水流通过入水口(1)进入螺旋输水盘管，在螺旋输水盘管的出水口处同样安装一个出口压力表(105)，水流经过出口压力表(105)后再次流入蓄水池(100)形成一个循环。螺旋输水盘管一端套在输水管接入口(1)，另一端接排管导轨(70)，使用电机或手动驱动转动轴(30)，转动轴上的齿轮与大牙盘(20)啮合从而再带动大牙盘(20)转动，大牙盘固定在侧边挡板(10)上，大牙盘(20)的转动带动侧边挡板(10)的转动，从而实现螺旋输水盘管在扇形折叠挡板(40)上的缠绕。链条(80)连接大牙盘(20)的转动轴和排管导轨(70)，当大牙盘转动的同时链条也带动排管导轨(70)的运动，从而对螺旋输水盘管进行有规则的排列。在螺旋输水盘管缠绕过程中压紧杆(60)通过弹簧力的作用对螺旋输水盘管提供有效的压紧力，使螺旋输水盘管可以紧密的缠绕在十六个扇形折叠挡板上。转动精密丝杠的调节手柄(51)，对照精密丝杠侧面的刻度表(52)对螺旋输水盘管直径进行调节，当需要测试更大直径的螺旋输水盘管水力特性时，可展开十六个扇形折叠挡板的折叠部分(41)。
2.如权利要求1所述的一种卷盘直径可调的螺旋输水盘管水力特性试验装置，其特征在于：调节卷盘直径大小的十六个精密丝杠(50)，八个一组以“米”字型均匀安装在两个侧边挡板内部，通过转动精密丝杠调节手柄(51)对照刻度表(52)可以调节卷盘直径。
3.如权利要求1所述的一种卷盘直径可调的螺旋输水盘管水力特性试验装置，其特征在于：十六块扇形折叠挡板(40)安装在精密丝杆(50)上，当需要调节更大卷盘直径时，扇形折叠挡板的下半部分(41)可以展开，使得卷盘更趋近于圆形。
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