CN106935125A - 流体流动阻力及流量测量自组装实验装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种流体流动阻力及流量测量自组装实验装置及其使用方法，通过在水箱中注入水，关闭第一、第二、第三、第四出口调节阀，打开第一切换阀门、第二切换阀门、第三切换阀门、第五出口调节阀，接通电源，启动离心泵，待离心泵转动平稳后，将第一、第二、第三、第四出口调节阀开至最大，对管路进行排气；然后关闭第一切换阀门、第二切换阀门、第三切换阀门，并且关闭第一、第二、第三、第四出口调节阀，倒U型管压差计调零，开始进行局部直管阻力损失测试、直管阻力损失测试和流量计校正实验；本发明的有益效果在于：可以实现局部直管阻力损失测试、直管阻力损失测试和流量计校正实验，方便组装，丰富教学内容。

Description

流体流动阻力及流量测量自组装实验装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及涉及化工原理实验教学中的流体流动阻力及流量测量自组装实验装置及其使用方法。

背景技术

化工原理实验是化工和近化工相关专业的专业基础必修课，属于工程实验范畴，具有显著的工程特点。每个实验项目都相当于化工生产中的一个单元操作，通过实验能建立起一定的工程概念，而流体流动阻力和流量测量实验是该课程教学中重要的环节之一。但是以往的实验都是在固定的设备上进行，所测试的内容较少，学生又只注重实验数据的测试和数据处理、实验现象的分析和实验结果的讨论，对实验设备的设计原理、实验各部件的选择、实验装置的安装、调试等能力的培养有所欠缺。因此有必要设计一种实验装置，让实验者可以选择不同管径、不同管壁面粗糙度和不同材质的直管、不同种类的阀门、不同形式的流量计进行实验，以丰富实验测试内容；通过对多种数据的比较，加深对理论知识的理解；同时又给学生提供了动手安装工程管路的机会，以培养学生的动手能力和工程观念。

发明内容

本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种流体流动阻力及流量测量自组装实验装置及其使用方法，丰富教学内容。

本发明解决技术问题所采用的方案是：一种流体流动阻力及流量测量自组装实验装置，包括一水箱，所述水箱底端开有排水口、输水口和进水口，所述输水口连通有一连接管路，所述连接管路的入口端至出口端依次设置有入口调节阀、离心泵、温度传感器和涡轮流量计，所述涡轮流量计的输出端还连通有第一连接支管路、第二连接支管路、第三连接支管路和一旁路管路，第一、第二和第三连接支管路上分别设有一第一出口调节阀、第二出口调节阀和第三出口调节阀，旁路管路上设有第四出口调节阀； 第一、第二和第三连接支管路的出口端相连通，并且均与局部直管阻力损失测试管路、直管阻力损失测试管路和流量计校正管路相连通，所述局部直管阻力损失测试管路的入口端至出口端依次设置有第一切换阀门、近端压差测试阀、局部阻力测试阀和远端压差测试阀；所述直管阻力损失测试管路的入口端至出口端依次设置有第二切换阀门、第一压差测试阀和第二压差测试阀；所述流量计校正管路的入口端至出口端依次设置有第三压差测试阀、文丘里流量计和第四压差测试阀；所述近端压差测试阀和远端压差测试阀、第一压差测试阀和第二压差测试阀、第三压差测试阀和第四压差测试阀各自分别与倒U型管压差计的两个测试端连接；所述倒U型管压差计两个测试端输出的压力值经压力变送器与主控制端连接；所述局部直管阻力损失测试管路、直管阻力损失测试管路和流量计校正管路的出口端经一出水管路与水箱相连通；所述出水管路上设有第五出口调节阀。

进一步的，所述第二连接支管路和第三连接支管路位于第二出口调节阀和第三出口调节阀的后端还分别设有一第二转子流量计和第三转子流量计。

进一步的，所述水箱内设有用于测量水量的计量仪。

进一步的，所述旁路管路的出口端与水箱的进水口相连通。

进一步的，所述水箱的排水口还连接有一排水管，所述排水管上设有一排水阀。

进一步的，还包括一用于固定自组装实验装置中部件的固定框架，所述水箱、连接管路、第一连接支管路、第二连接支管路、第三连接支管路、旁路管路、局部直管阻力损失测试管路、直管阻力损失测试管路和流量计校正管路均设置于所述固定框架上。

进一步的，所述主控制端包括一PLC控制器和与所述PLC控制器电连的LCD显示屏，所述LCD显示屏设置于所述固定框架上。

本发明还提供一种如上述所述的流体流动阻力及流量测量自组装实验装置的使用方法，首先在水箱中注入水，关闭第一、第二、第三、第四出口调节阀，打开第一切换阀门、第二切换阀门、第三切换阀门、第五出口调节阀，接通电源，启动离心泵，待离心泵转动平稳后，将第一、第二、第三、第四出口调节阀开至最大，对管路进行排气；然后关闭第一切换阀门、第二切换阀门、第三切换阀门，并且关闭第一、第二、第三、第四出口调节阀，倒U型管压差计调零，开始进行局部直管阻力损失测试、直管阻力损失测试和流量计校正实验；

所述局部直管阻力损失测试具体如下：

打开第一切换阀门、全开局部阻力测试阀，打开第四出口调节阀使水箱中输出的部分水分流，将第二出口调节阀缓缓开至1000L/h，记录局部直管阻力损失测试管路中流量、温度、近端压差和远端压差；通过第二出口调节阀调节流程，分别获取不同流量下局部直管阻力损失测试管路的流量、温度、近端压差和远端压差；并进行记录；

直管阻力损失测试具体如下：

打开阀门第二切换阀门，通过第一、第二、第三和第四出口调节阀调节将流量从大于1000L/h分段调节至100L/h；获取每一流量下直管阻力损失测试管路的流量值、温度值和压差值，并进行记录；

流量计校正实验具体如下：

打开第三切换阀门，通过第一、第二、第三和第四出口调节阀调节流量，通过水箱中的计量仪获得水箱的液面变化以及流量计校正管路的压差值和温度，并进行记录。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：通过调节水流量，可以实现局部直管阻力损失测试、直管阻力损失测试和流量计校正实验，各组成部件方便组装，丰富教学内容。

附图说明

下面结合附图对本发明专利进一步说明。

图1为本发明实施例的结构示意图。

图中：

1- 计量仪；2-水箱；3-入口调节阀；4-离心泵；5-温度传感器；6-涡轮流量计；7-第四出口调节阀；8-第一出口调节阀；9-第二出口调节阀；10-第三出口调节阀；11-第一转子流量计；12-第二转子流量计；13-第一切换阀门；14-第二切换阀门；15-第三切换阀门；16-局部阻力测试阀；17-第一近端压差测试阀；18-第二近端压差测试阀；19-第一远端压差测试阀；20-第二远端压差测试阀，21-直管阻力损失测试管路；22-第一压差测试阀；23-第二压差测试阀；24-文丘里流量计；25-第三压差测试阀；26-第四压差测试阀；27-第五出口调节阀；28-压差变送器；29-倒U型管压差计；30-连接管路；31-第一连接支管路；32-第二连接支管路；33-第三连接支管路；34-旁路管路；35-局部直管阻力损失测试管路；36-出水管路；37-排水管；38-排水阀；39-流量计校正管路；40-固定框架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1所示，本实施例的一种流体流动阻力及流量测量自组装实验装置，包括一水箱2，所述水箱2底端开有排水口、输水口和进水口，所述输水口连通有一连接管路30，所述连接管路30的入口端至出口端依次设置有入口调节阀3、离心泵4、温度传感器5和涡轮流量计6，所述涡轮流量计6的输出端还连通有第一连接支管路31、第二连接支管路32、第三连接支管路33和一旁路管路34，第一、第二和第三连接支管路33上分别设有一第一出口调节阀8、第二出口调节阀9和第三出口调节阀10，旁路管路34上设有第四出口调节阀7； 第一、第二和第三连接支管路33的出口端相连通，并且均与局部直管阻力损失测试管路35、直管阻力损失测试管路21和流量计校正管路39相连通，所述局部直管阻力损失测试管路35的入口端至出口端依次设置有第一切换阀门13、近端压差测试阀、局部阻力测试阀16和远端压差测试阀；所述直管阻力损失测试管路21的入口端至出口端依次设置有第二切换阀门14、第一压差测试阀22和第二压差测试阀23；所述流量计校正管路39的入口端至出口端依次设置有第三压差测试阀25、文丘里流量计24和第四压差测试阀26；所述近端压差测试阀和远端压差测试阀、第一压差测试阀22和第二压差测试阀23、第三压差测试阀25和第四压差测试阀26各自分别与倒U型管压差计29的两个测试端连接； 所述倒U型管压差计29两个测试端输出的压力值经压力变送器与主控制端连接；所述局部直管阻力损失测试管路35、直管阻力损失测试管路21和流量计校正管路39的出口端经一出水管路36与水箱2相连通；所述出水管路36上设有第五出口调节阀27。

从上述可知，本发明的有益效果在于：通过第一、第二、第三和第四出口调节阀7调整输入至局部直管阻力损失测试管路35、直管阻力损失测试管路21和流量计校正管路39中的水流量，分别打开第一、第二和第三切换阀门15实现对局部直管阻力损失的测试、直管阻力损失的测试和流量计校正的实验；而且本发明管路之间采用卡箍卡盘快速连接，方便组装和拆卸。即连接管路30和第一、第二和第三连接支管路33采用卡箍卡盘连接，第一、第二和第三连接支管路33与直管阻力损失测试管路21、直管阻力损失测试管路21和流量计校正管路39采用卡箍卡盘快速连接。所述近端压差测试阀由两个设置于局部阻力测试阀16两侧近端的第一近端压差测试阀17和第二近端压差测试阀18组成；所述远端压差测试阀由两个设置于局部阻力测试阀16两侧远端的第一远端压差测试阀19和第二远端压差测试阀20组成。所述倒U型管压差计29的两个测试端分别与近端压差测试阀和远端压差测试阀的信号输出端相连，还分别与第一压差测试阀22和第二压差测试阀23的信号输出端连接，还分别与第三压差测试阀25和第四压差测试阀26的信号输出端分别连接；倒U型管压差计29用于分别测量直管阻力损失测试管路21、直管阻力损失测试管路21和流量计校正管路39的入口端和出口端的压差，测试其中一管路压差时，其余两个测试管路上的阀门对应关闭。

在本实施例中，所述第二连接支管路32和第三连接支管路33位于第二出口调节阀9和第三出口调节阀10的后端还分别设有一第二转子流量计11和第三转子流量计12。通过第二转子流量计11和第三转子流量计12显示计算第二连接支管路32、第三连接支管路33的流量。

在本实施例中，所述水箱2内设有用于测量水量的计量仪1。通过计量仪1计算水箱2内的水量变化，进行流量计校正实验。

在本实施例中，所述旁路管路34的出口端与水箱2的进水口相连通。通过旁路管路34进行分流，更好的控制水流量。

在本实施例中，所述水箱2的排水口还连接有一排水管37，所述排水管37上设有一排水阀38。通过排水阀38控制进行水箱2的排水。

在本实施例中，还包括一用于固定自组装实验装置中部件的固定框架4040，所述水箱2、连接管路30、第一连接支管路31、第二连接支管路32、第三连接支管路33、旁路管路34、局部直管阻力损失测试管路35、直管阻力损失测试管路21和流量计校正管路39均设置于所述固定框架4040上。将以上各个管路中的阀门以及测量仪器均安装在固定框架4040上，方便教学展示。测试仪器包括温度传感器5、离心泵4、涡轮流量计6、文丘里流量计24、倒U型管压差计29和压差变送器28；阀门包括第一、第二、第三、第四、第五出口调节阀、第一、第二、第三切换阀门以及第一、第二、第三和第四压差测试阀等。

在本实施例中，所述主控制端包括一PLC控制器和与所述PLC控制器电连的LCD显示屏，所述LCD显示屏设置于所述固定框架4040上。通过LCD显示屏显示各个测试参数，并且PLC控制器与阀门及测量仪器连接，实现自动控制。

本发明还提供一种如上述所述的流体流动阻力及流量测量自组装实验装置的使用方法，首先在水箱2中注入水，关闭第一、第二、第三、第四出口调节阀，打开第一切换阀门13、第二切换阀门14、第三切换阀门15、第五出口调节阀27，接通电源，启动离心泵4，待离心泵4转动平稳后，将第一、第二、第三、第四出口调节阀开至最大，对管路进行排气；然后关闭第一切换阀门13、第二切换阀门14、第三切换阀门15，并且关闭第一、第二、第三、第四出口调节阀，倒U型管压差计29调零，开始进行局部直管阻力损失测试、直管阻力损失测试和流量计校正实验；

所述局部直管阻力损失测试具体如下：

打开第一切换阀门13、全开局部阻力测试阀16，并且开启局部直管阻力损失测试管路35上的近端压差测试阀和远端压差测试阀；打开第四出口调节阀7使水箱2中输出的部分水分流，将第二出口调节阀9缓缓开至1000L/h，记录局部直管阻力损失测试管路35中流量、温度、近端压差和远端压差；通过第二出口调节阀9调节流程，分别获取不同流量下局部直管阻力损失测试管路35的流量、温度、近端压差和远端压差；并进行记录；在局部直管阻力损失测试管路35上，安装有近端压差测量点和远端压差测量点，通过所测的近端压差和远端压差来消除局部直管阻力损失带来的误差。

直管阻力损失测试具体如下：

打开阀门第二切换阀门14，开启直管阻力损失测试管路21上的第一压差测试阀22和第二压差测试阀23；通过第一、第二、第三和第四出口调节阀7调节将流量从大于1000L/h分段调节至100L/h；获取每一流量下直管阻力损失测试管路21的流量值、温度值和压差值，并进行记录；

流量计校正实验具体如下：

打开第三切换阀门15，开启流量计校正管路39上的第三压差测试阀25和第四压差测试阀26以及文丘里流量计24；通过第一、第二、第三和第四出口调节阀7调节流量，通过水箱2中的计量仪1获得水箱2的液面变化以及文丘里流量计24的流量值，校正流量计校正管路39的压差值和温度，并进行记录。

综上所述，本发明提供的一种流体流动阻力及流量测量自组装实验装置及其使用方法，组装方便，方便课堂教学，并且丰富了教学内容，具有很大的应用前景。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种流体流动阻力及流量测量自组装实验装置，其特征在于：包括一水箱，所述水箱底端开有排水口、输水口和进水口，所述输水口连通有一连接管路，所述连接管路的入口端至出口端依次设置有入口调节阀、离心泵、温度传感器和涡轮流量计，所述涡轮流量计的输出端还连通有第一连接支管路、第二连接支管路、第三连接支管路和一旁路管路，第一、第二和第三连接支管路上分别设有一第一出口调节阀、第二出口调节阀和第三出口调节阀，旁路管路上设有第四出口调节阀；第一、第二和第三连接支管路的出口端相连通，并且均与局部直管阻力损失测试管路、直管阻力损失测试管路和流量计校正管路相连通，所述局部直管阻力损失测试管路的入口端至出口端依次设置有第一切换阀门、近端压差测试阀、局部阻力测试阀和远端压差测试阀；所述直管阻力损失测试管路的入口端至出口端依次设置有第二切换阀门、第一压差测试阀和第二压差测试阀；所述流量计校正管路的入口端至出口端依次设置有第三压差测试阀、文丘里流量计和第四压差测试阀；所述近端压差测试阀和远端压差测试阀、第一压差测试阀和第二压差测试阀、第三压差测试阀和第四压差测试阀各自分别与倒U型管压差计的两个测试端连接；所述倒U型管压差计两个测试端输出的压力值经压力变送器与主控制端连接；所述局部直管阻力损失测试管路、直管阻力损失测试管路和流量计校正管路的出口端经一出水管路与水箱相连通；所述出水管路上设有第五出口调节阀。

2.根据权利要求1所述的流体流动阻力及流量测量自组装实验装置，其特征在于：所述第二连接支管路和第三连接支管路位于第二出口调节阀和第三出口调节阀的后端还分别设有一第二转子流量计和第三转子流量计。

3.根据权利要求1所述的流体流动阻力及流量测量自组装实验装置，其特征在于：所述水箱内设有用于测量水量的计量仪。

4.根据权利要求1所述的流体流动阻力及流量测量自组装实验装置，其特征在于：所述旁路管路的出口端与水箱的进水口相连通。

5.根据权利要求1所述的流体流动阻力及流量测量自组装实验装置，其特征在于：所述水箱的排水口还连接有一排水管，所述排水管上设有一排水阀。

6.根据权利要求1所述的流体流动阻力及流量测量自组装实验装置，其特征在于：还包括一用于固定自组装实验装置中部件的固定框架，所述水箱、连接管路、第一连接支管路、第二连接支管路、第三连接支管路、旁路管路、局部直管阻力损失测试管路、直管阻力损失测试管路和流量计校正管路均设置于所述固定框架上。

7.根据权利要求6所述的流体流动阻力及流量测量自组装实验装置，其特征在于：所述主控制端包括一PLC控制器和与所述PLC控制器电连的LCD显示屏，所述LCD显示屏设置于所述固定框架上。

8.一种根据权利要求3所述的流体流动阻力及流量测量自组装实验装置的使用方法，其特征在于：首先在水箱中注入水，关闭第一、第二、第三、第四出口调节阀，打开第一切换阀门、第二切换阀门、第三切换阀门、第五出口调节阀，接通电源，启动离心泵，待离心泵转动平稳后，将第一、第二、第三、第四出口调节阀开至最大，对管路进行排气；然后关闭第一切换阀门、第二切换阀门、第三切换阀门，并且关闭第一、第二、第三、第四出口调节阀，倒U型管压差计调零，开始进行局部直管阻力损失测试、直管阻力损失测试和流量计校正实验；

所述局部直管阻力损失测试具体如下：

打开第一切换阀门、全开局部阻力测试阀，打开第四出口调节阀使水箱中输出的部分水分流，将第二出口调节阀缓缓开至1000L/h，记录局部直管阻力损失测试管路中流量、温度、近端压差和远端压差；通过第二出口调节阀调节流程，分别获取不同流量下局部直管阻力损失测试管路的流量、温度、近端压差和远端压差；并进行记录；

直管阻力损失测试具体如下：

打开阀门第二切换阀门，通过第一、第二、第三和第四出口调节阀调节将流量从大于1000L/h分段调节至100L/h；获取每一流量下直管阻力损失测试管路的流量值、温度值和压差值，并进行记录；

流量计校正实验具体如下：

打开第三切换阀门，通过第一、第二、第三和第四出口调节阀调节流量，通过水箱中的计量仪获得水箱的液面变化以及流量计校正管路的压差值和温度，并进行记录。