CN105590524A - 旋转式调整溢流板高度的流体力学实验台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种旋转式调整溢流板高度的流体力学实验台。为解决现有的流体力学实验台稳压水箱液面高度不能调整问题，发明了一种旋转式调整溢流板高度的流体力学实验台，溢流板分由上溢流板、下溢流板和弹性溢流板三部分组成，其中下溢流板固定在稳压水箱的底部上，上溢流板通过转销与下溢流板连接。通过PLC控制步进电机带动轴套转动，从而带动曲柄转过设定的角度；曲柄驱动连杆带动上溢流板及弹性溢流板绕转销转过一定的角度。当上溢流板及弹性溢流板绕着转销转动时，就可以调整溢流板的垂直高度，从而调整了稳压水箱的液面高度。

Description

旋转式调整溢流板高度的流体力学实验台
技术领域
本发明涉及一种旋转式调整溢流板高度的流体力学实验台，属于实践教学设备制作技术领域。
背景技术
为了加深选修“流体力学”、“化工原理”、“液压传动”等课程学生对流体力学知识的理解，学生（实验人员）通常应做雷诺、伯努利方程、沿程阻力和局部阻力等实验项目。因为各个学校的实验设备数量有限，且一般来说实验设备体积较小，每组实验学生数量不会过多，因此，学生在利用有限的实验设备做实验时，不同组别的学生所得到的实验数据就有可能雷同。现有的流体力学实验台都设有稳压水箱（或称恒压水箱），与实验管路相连通。实验时，因溢流板高度为定值，因此稳压水箱的液面高度也为定值，也就是实验人员不能根据需要调整液面高度，因而直接影响到了相应实验的效能。为了充分利用有限的实验设备，满足不同学生在不同供水压力下进行实验，提升实践教学质量，有必要研制出既能满足正常的实验教学需要，又能根据需要让学生设计实验，改变供水压力，让不同组别的学生在不同的实验条件下进行实验的流体力学实验台。
发明内容
本发明为解决以上技术问题而提供一种具有如下结构的旋转式调整溢流板高度的流体力学实验台，它由固定板1、固定螺栓2、稳压水箱3、支撑杆4、下溢流板5、溢流板转销6、弹性溢流板夹持板7、弹性溢流板8、上溢流板9、密封垫10、夹持板转销11、稳压板12、连杆13、支撑杆转销14、轴套15、步进电机16、曲柄17、曲柄转销18、栅板19、水位传感器20、水位传感器支架21、高度尺22、测压表23、实验管24、流量计25、实验管阀门26、水龙头27、计量水箱28、计量水箱支架29、实验台支架30、计量水箱回水管阀门31、管支架32、计量水箱回水管33、稳压水箱第一回水管34、稳压水箱第一回水管阀门35、稳压水箱第二回水管36、稳压水箱第二回水管阀门37、水泵38、水泵上水管39、水泵上水管阀门40、稳压水箱第三回水管41、稳压水箱第三回水管阀门42、供水箱43、实验台44、PLC（可编程逻辑控制器）45、连接数据线46、触摸显示屏47组成。其特点是，实验台支架30与实验台44固连在一起；稳压水箱3固定在实验台44上；支撑杆4与固定板1固连在一起，固定板1通过固定螺栓2固定在实验台44上；曲柄17与轴套15固连，通过支撑杆转销14与支撑杆4连接在一起；步进电机16与轴套15连接在一起，还通过连接数据线46连接到PLC45；连杆13通过曲柄转销18与曲柄17连接在一起；弹性溢流板夹持板7通过夹持板转销11与连杆13连接在一起；下溢流板5固定在稳压水箱3的底部上；上溢流板9通过溢流板转销6与下溢流板5连接在一起；弹性溢流板8的上半部分8-1和下半部分8-3分别与上溢流板9、下溢流板5固连在一起（粘接在一起，起固定和密封作用）；弹性溢流板夹持板7与上溢流板9、弹性溢流板8的上半部分8-1固连在一起，在弹性溢流板夹持板7与上溢流板9、弹性溢流板8的上半部分8-1之间加设密封垫10；弹性溢流板8的两侧边8-4固连在稳压水箱3的内壁上（粘接在一起，起固定和密封作用）；弹性溢流板8的舒展边8-5紧贴（靠在）在弹性溢流板夹持板7的两翼7-1和7-2上；稳压板12和栅板19分别固定在稳压水箱3的底部上；水位传感器20放置在稳压水箱3的水面上，并通过水位传感器支架21固定在稳压水箱3上，通过连接数据线46与PLC45相连；高度尺22固定在稳压水箱3的外侧面上；实验管24通过管支架32与实验台44固连在一起，并与稳压水箱3相连通；测压表23、流量计25分别与实验管24相连通，并通过连接数据线46与PLC45相连；触摸显示屏47通过连接数据线46与PLC45相连；实验管阀门26的两端分别与实验管24和水龙头27相连通；计量水箱28通过计量水箱支架29固连在实验台支架30上；计量水箱回水管33与计量水箱28的底部相连通，在计量水箱回水管33上设有计量水箱回水管阀门31；供水箱43固定在实验台支架30上；稳压水箱第一回水管34、稳压水箱第二回水管36、稳压水箱第三回水管41分别固定在稳压水箱3的底部，并分别与稳压水箱3相连通；在稳压水箱第一回水管34、稳压水箱第二回水管36、稳压水箱第三回水管41上分别设有稳压水箱第一回水管阀门35、稳压水箱第二回水管阀门37、稳压水箱第三回水管阀门42；水泵上水管39的上端固定在稳压水箱3的底部，并与稳压水箱3相连通；水泵上水管39的下端与水泵38相连通，在水泵上水管39上设有水泵上水管阀门40；水泵38放置在供水箱43里；计量水箱回水管33、稳压水箱第一回水管34、稳压水箱第二回水管36、稳压水箱第三回水管41分别通向供水箱43。
本技术解决方案一种较好的实施方式是，这种结构的旋转式调整溢流板高度的流体力学实验台，既能够保证开出必要的雷诺、沿程阻力、局部阻力、伯努利方程验证等实验外，还能根据实验人员需要，调整稳压水箱3的水位高度，从而可以利用同一台实验设备，在不同的供水压力下得到多组实验数据。
附图说明
图1——旋转式调整溢流板高度的流体力学实验台B-B剖视图。
图2——旋转式调整溢流板高度的流体力学实验台俯视图。
图3——局部放大视图A。
图4——控制线路图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明的实施例，用来进一步说明技术解决方案。
实施例1，参考图1、图2、图3、图4。由附图看出，旋转式调整溢流板高度的流体力学实验台，它由固定板1、固定螺栓2、稳压水箱3、支撑杆4、下溢流板5、溢流板转销6、弹性溢流板夹持板7、弹性溢流板8、上溢流板9、密封垫10、夹持板转销11、稳压板12、连杆13、支撑杆转销14、轴套15、步进电机16、曲柄17、曲柄转销18、栅板19、水位传感器20、水位传感器支架21、高度尺22、测压表23、实验管24、流量计25、实验管阀门26、水龙头27、计量水箱28、计量水箱支架29、实验台支架30、计量水箱回水管阀门31、管支架32、计量水箱回水管33、稳压水箱第一回水管34、稳压水箱第一回水管阀门35、稳压水箱第二回水管36、稳压水箱第二回水管阀门37、水泵38、水泵上水管39、水泵上水管阀门40、稳压水箱第三回水管41、稳压水箱第三回水管阀门42、供水箱43、实验台44、PLC（可编程逻辑控制器）45、连接数据线46、触摸显示屏47组成。其特点是，实验台支架30与实验台44固连在一起；稳压水箱3固定在实验台44上；支撑杆4与固定板1固连在一起，固定板1通过固定螺栓2固定在实验台44上；曲柄17与轴套15固连，通过支撑杆转销14与支撑杆4连接在一起；步进电机16与轴套15连接在一起，还通过连接数据线46连接到PLC45；连杆13通过曲柄转销18与曲柄17连接在一起；弹性溢流板夹持板7通过夹持板转销11与连杆13连接在一起；下溢流板5固定在稳压水箱3的底部上；上溢流板9通过溢流板转销6与下溢流板5连接在一起；弹性溢流板8的上半部分8-1和下半部分8-3分别与上溢流板9、下溢流板5固连在一起；弹性溢流板夹持板7与上溢流板9、弹性溢流板8的上半部分8-1固连在一起，在弹性溢流板夹持板7与上溢流板9、弹性溢流板8的上半部分8-1之间加设密封垫10；弹性溢流板8的两侧边8-4固连在稳压水箱3的内壁上；弹性溢流板8的舒展边8-5紧贴在弹性溢流板夹持板7的两翼7-1和7-2上；稳压板12和栅板19分别固定在稳压水箱3的底部上；水位传感器20放置在稳压水箱3的水面上，并通过水位传感器支架21固定在稳压水箱3上，并通过连接数据线46与PLC45相连；高度尺22固定在稳压水箱3的外侧面上；实验管24通过管支架32与实验台44固连在一起，并与稳压水箱3相连通；测压表23、流量计25分别与实验管24相连通，并通过连接数据线46与PLC45相连；触摸显示屏47通过连接数据线46与PLC45相连；实验管阀门26的两端分别与实验管24和水龙头27相连通；计量水箱28通过计量水箱支架29固连在实验台支架30上；计量水箱回水管33与计量水箱28的底部相连通，在计量水箱回水管33上设有计量水箱回水管阀门31；供水箱43固定在实验台支架30上；稳压水箱第一回水管34、稳压水箱第二回水管36、稳压水箱第三回水管41分别固定在稳压水箱3的底部，并分别与稳压水箱3相连通；在稳压水箱第一回水管34、稳压水箱第二回水管36、稳压水箱第三回水管41上分别设有稳压水箱第一回水管阀门35、稳压水箱第二回水管阀门37、稳压水箱第三回水管阀门42；水泵上水管39的上端固定在稳压水箱3的底部，并与稳压水箱3相连通，水泵上水管39的下端与水泵38相连通；在水泵上水管39上设有水泵上水管阀门40；水泵38放置在供水箱43里；计量水箱回水管33、稳压水箱第一回水管34、稳压水箱第二回水管36、稳压水箱第三回水管41分别通向供水箱43。
实验时，如需调整稳压水箱3的液面高度，可在触摸显示屏47上输入需要控制的液面高度值，通过连接数据线46将控制信息传递到PLC45，控制步进电机16顺时针转过设定的角度，进而通过轴套15带动曲柄17顺时针转过设定的角度。曲柄17转动后，会经过曲柄转销18、连杆13、夹持板转销11，带动上溢流板9、弹性溢流板夹持板7、弹性溢流板8绕着溢流板转销6逆时针转过设定的角度，从而达到调整（降低）溢流板的相对垂直高度的目的，设定了稳压水箱3新的液面高度。稳压水箱3的液面高度由水位传感器20检测，并将检测信号反馈给PLC45。在从低液面向到高液面调整时，可以通过控制步进电机16转向及转动角度来实现。
弹性溢流板8的上半部分8-1和下半部分8-3分别与上溢流板9、下溢流板5固连在一起，弹性溢流板8的两侧边8-4固连在稳压水箱3的内壁上，在上溢流板9、弹性溢流板8的上半部分8-1之间加设密封垫10，从而保证了液面高度的稳定性，防止水泄漏；弹性溢流板8的舒展边8-5紧贴在弹性溢流板夹持板7的两翼7-1和7-2上，防止弹性溢流板8随意变形。这样在水压作用下，可以保证舒展边8-5随着弹性溢流板夹持板7倾转，即保证了液面高度为设定值。因弹性溢流板8的圆弧边8-2与溢流板转销6、下溢流板5、上溢流板9之间有一定的间隔空间，可以保证弹性溢流板8顺利地转动。
稳压板12、栅板19保证稳压水箱3中的水尽可能地稳定。除水位传感器20能够反馈液面高度外，实验人员还可以通过高度尺22读取稳压水箱3的的液面高度。
测压表23用来测量不同测点的管内压力。可以根据需要在实验管路上设置2至6个测压点。流量计25用于测量管内流体流量，实验管内的流量大小可以通过实验管阀门26进行调整。测压信号和流量信号通过连接数据线46反馈给PLC45，进而显示在触摸显示屏47上。结合秒表计时，也可以利用计量水箱28来计算出实验管路内的流量值。
实验管24可以根据需要设计成连续性方程验证实验管路24-1、伯努利方程验证实验管路24-2、沿程阻力和局部阻力实验管路24-3、雷诺实验管路24-4。
计量水箱回水管阀门31、第一回水管阀门35、稳压水箱第二回水管阀门37、水泵上水管阀门40、稳压水箱第三回水管阀门42分别控制相应管路的通断。水泵38工作时，通过水泵上水管39向稳压水箱3连续供水。

Claims (1)

1.旋转式调整溢流板高度的流体力学实验台，由固定板（1）、固定螺栓（2）、稳压水箱（3）、支撑杆（4）、下溢流板（5）、溢流板转销（6）、弹性溢流板夹持板（7）、弹性溢流板（8）、上溢流板（9）、密封垫（10）、夹持板转销（11）、稳压板（12）、连杆（13）、支撑杆转销（14）、轴套（15）、步进电机（16）、曲柄（17）、曲柄转销（18）、栅板（19）、水位传感器（20）、水位传感器支架（21）、高度尺（22）、测压表（23）、实验管（24）、流量计（25）、实验管阀门（26）、水龙头（27）、计量水箱（28）、计量水箱支架（29）、实验台支架（30）、计量水箱回水管阀门（31）、管支架（32）、计量水箱回水管（33）、稳压水箱第一回水管（34）、稳压水箱第一回水管阀门（35）、稳压水箱第二回水管（36）、稳压水箱第二回水管阀门（37）、水泵（38）、水泵上水管（39）、水泵上水管阀门（40）、稳压水箱第三回水管（41）、稳压水箱第三回水管阀门（42）、供水箱（43）、实验台（44）、PLC（45）、连接数据线（46）、触摸显示屏(47)组成；
实验台支架（30）与实验台（44）固连在一起；稳压水箱（3）固定在实验台（44）上；稳压板（12）和栅板（19）分别固定在稳压水箱（3）的底部上；水位传感器（20）放置在稳压水箱（3）的水面上，并通过水位传感器支架（21）固定在稳压水箱（3）上，通过连接数据线（46）与PLC（45）相连；高度尺（22）固定在稳压水箱（3）的外侧面上；实验管（24）通过管支架（32）与实验台（44）固连在一起，并与稳压水箱（3）相连通；测压表（23）、流量计（25）分别与实验管（24）相连通，并通过连接数据线（46）与PLC（45）相连；触摸显示屏(47)通过连接数据线（46）与PLC（45）相连；实验管阀门（26）的两端分别与实验管（24）和水龙头（27）相连通；计量水箱（28）通过计量水箱支架（29）固连在实验台支架（30）上；计量水箱回水管（33）与计量水箱（28）的底部相连通，在计量水箱回水管（33）上设有计量水箱回水管阀门（31）；供水箱（43）固定在实验台支架（30）上；稳压水箱第一回水管（34）、稳压水箱第二回水管（36）、稳压水箱第三回水管（41）分别固定在稳压水箱（3）的底部，并分别与稳压水箱（3）相连通；在稳压水箱第一回水管（34）、稳压水箱第二回水管（36）、稳压水箱第三回水管（41）上分别设有稳压水箱第一回水管阀门（35）、稳压水箱第二回水管阀门（37）、稳压水箱第三回水管阀门（42）；水泵上水管（39）的上端固定在稳压水箱（3）的底部，并与稳压水箱（3）相连通，水泵上水管（39）的下端与水泵（38）相连通；在水泵上水管（39）上设有水泵上水管阀门（40）；水泵（38）放置在供水箱（43）里；计量水箱回水管（33）、稳压水箱第一回水管（34）、稳压水箱第二回水管（36）、稳压水箱第三回水管（41）分别通向供水箱（43）；
其特征是，支撑杆（4）与固定板（1）固连在一起，固定板（1）通过固定螺栓（2）固定在实验台（44）上；曲柄（17）与轴套（15）固连，通过支撑杆转销（14）与支撑杆（4）连接在一起；步进电机（16）与轴套（15）连接在一起，还通过连接数据线（46）连接到PLC（45）；连杆（13）通过曲柄转销（18）与曲柄（17）连接在一起；弹性溢流板夹持板（7）通过夹持板转销（11）与连杆（13）连接在一起；下溢流板（5）固定在稳压水箱（3）的底部上；上溢流板（9）通过溢流板转销（6）与下溢流板（5）连接在一起；弹性溢流板（8）的上半部分（8-1）和下半部分（8-3）分别与上溢流板（9）、下溢流板（5）固连在一起；弹性溢流板夹持板（7）与上溢流板（9）、弹性溢流板（8）的上半部分（8-1）固连在一起，在弹性溢流板夹持板（7）与上溢流板（9）、弹性溢流板（8）的上半部分（8-1）之间加设密封垫（10）；弹性溢流板（8）的两侧边（8-4）固连在稳压水箱（3）的内壁上；弹性溢流板（8）的舒展边（8-5）紧贴在弹性溢流板夹持板（7）的两翼（7-1）和（7-2）上。
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