CN109612668B - 一种水锤测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水锤测试系统，包括储水罐、杂质颗粒加入装置、控制器以及与控制器电连接的水泵、流量调节阀、流量传感器、压力传感器、加热器、温度传感器、液位传感器。储水罐通过出水管路与测试器具的进水管路相连接，用于存储试验用水。水泵连接在储水罐上，用于对储水罐内的水进行加压。流量调节阀连接在出水管路上，用来调节出水管路中的水流量。流量传感器设置在测试器具的进水管路中，用来检测测试器具的进水管路中的水流量。压力传感器设置在出水管路中，用来检出水管路中的水压。杂质颗粒加入装置连接在储水罐上，用来向储水罐中加入杂质颗粒。该水锤测试系统能够充分模拟测试器件的使用环境，进而提高水锤测试结果的准确性。

Description

一种水锤测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及一种水锤测试系统，本发明还涉及一种水锤测试方法。

背景技术

水锤效应是指给水泵在起动和停止时，水流冲击管道，产生的一种严重水击。当打开的阀门突然关闭或给水泵停止，水流对阀门、泵及管壁会产生压力。由于管壁光滑，后续水流在惯性的作用下，水力迅速达到最大，并产生破坏作用，这就是水力学当中的“水锤效应”，也就是正水锤。相反，关闭的阀门在突然打开或给水泵启动后，也会产生水锤，叫负水锤，但没有前者大。由水锤产生的瞬时压强可达管道中正常工作压强的几十倍甚至于数百倍，这种大幅度压强波动，可导致管道系统产生强烈振动或噪声，进而破坏阀门接头。因此，连接水路使用的器件在出厂前需要进行水锤测试，以保证其使用性能。

授权公告号为CN205785443U(申请号为201620505820.0)的中国实用新型专利《水锤测试试验机》，其中公开的试验机包括控制器、恒温水箱、铜管、水泵、增压泵和测试台，测试台由测试水管、测试安装座、五通阀、温度传感器、压力传感器、电磁截止阀、比例流量发组成，比例流量阀安装在恒温水箱的出水管上。在测试中，由于恒温水箱出水温度基本稳定，无法测试在水温变化下水锤的影响。同时该试验机中，由于在恒温水箱的出水管上安装有水过滤器，则在水锤测试过程中直接规避了水中含有杂质时的水锤效应。因此，该水锤测试试验机无法模拟实际使用环境中水锤效应对测试器件的影响，测试效果偏差较大。特别是针对如燃气两用炉、燃气热水器等水温变化大且频繁、长期使用过程中会产生碎屑的器件，无法保证其水锤测试结果的准确性。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术提供一种能够充分模拟测试器件的使用环境的水锤测试系统。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术提供一种能够提高水锤测试结果准确性的水锤测试方法。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种水锤测试系统，包括

储水罐，通过出水管路与测试器具的进水管路相连接，用于存储试验用水；

水泵，连接在所述出水管路上，用于对储水罐内的水进行加压；

流量调节阀，连接在所述出水管路上，用来调节出水管路中的水流量；

流量传感器，设置在测试器具的进水管路中，用来检测测试器具的进水管路中的水流量；

压力传感器，设置在所述出水管路中，用来检出水管路中的水压；

控制器，分别与所述水泵、流量调节阀、流量传感器、压力传感器电连接；

其特征在于：还包括连接在储水罐上的杂质颗粒加入装置。

作为改进，所述杂质颗粒加入装置包括至少一组物料盒以及连接在物料盒与储水罐之间的连接管。

为了方便实现杂质颗粒加入的自动化控制，所述连接管上连接有阀门，所述阀门与所述控制器电连接。

为了方便实现测试器具在不同的温度环境下进行测试，所述储水罐内还设置有加热器和温度传感器，所述加热器、温度传感器分别与控制器电连接。

为了保证储水罐实现可持续供水，所述储水罐内还设置有液位传感器，所述液位传感器与控制器电连接；

优选地，所述储水罐上还连接有排水管路以及与水源相连接的补水管路，测试器具的出水口和补水管路之间还连接有循环管路，所述补水管路上还设置有补水阀，所述补水阀与控制器电连接，所述排水管路上设置有排水阀，所述排水阀与控制器电连接。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种应用前述水锤测试系统实现的水锤测试方法，其特征在于：将控制器与测试器具的控制阀电连接，向控制器中输入测试次数M、测试器具的控制阀的开阀时间T01和闭阀时间T02、测试水压P0、测试水温W0、测试水流量L0、测试时需要加入杂质颗粒的种类和加入各类杂质颗粒的比例、测试时需要加入杂质颗粒的时间点；

启动水锤测试，控制器按照设定的开阀时间T01和闭阀时间T02控制测试器具的控制阀打开和关闭，每开阀、关阀一次，控制器将测试次数累加一次，当累加后的测试次数达到测试次数M后，停止水锤测试，进而计算获取测试器具的使用寿命；

水锤测试前和水锤测试过程中还采用水温调节方法、水压调节方法、水流量调节方法、耐腐蚀测试的处理方法；

所述水温调节方法为：温度传感器检测储水罐中水的温度信号并传送给控制器，控制器将自温度传感器获取的温度数据W与设定的测试水温W0进行比较，如果W＜W0，则控制器控制加热器启动工作，如果W＞W0，控制器控制关闭加热器；

所述水压调节方法为：压力传感器检测出水管路中的水压信号并传送给控制器，控制器将自压力传感器获取的水压数据P与测试水压P0进行比较，如果P＜P0，控制器调大水泵的工作频率系数，如果P＞P0，控制器调小水泵的工作频率系数；

所述水流量调节方法为：流量传感器检测测试器具的进水管路中的水流量信号并传送给控制器，控制器将自流量传感器获取的水流量数据L与设定的测试水流量L0进行比较，如果L＜L0，控制器控制增大流量调节阀的开度，如果L＞L0，控制器控制减小流量调节阀的开度；

耐腐蚀测试的处理方法为：如果控制器未接收到耐腐蚀测试的命令信号，则在水锤测试过程中，控制器控制杂质颗粒加入装置禁止工作；如果控制器接收到耐腐蚀测试的命令信号，控制器则按照设定的加入杂质颗粒的时间点控制杂质颗粒加入装置按照设定加入杂质颗粒的种类和比例加入相应的杂质颗粒。

为了缩短测试时间，当测试水温W0高于测试器具的使用环境温度时，控制器根据加速老化公式计算获取试验加速因子，根据试验加速因子计算获取测试器具的使用寿命。

与现有技术相比，本发明的优点在于：该水锤测试系统通过杂质颗粒加入装置可以向储水罐内加入各种杂质颗粒，进而模拟测试器具进水管路内水中存在小颗粒杂质、管壁上掉落的微小屑粒物，在这种模拟使用环境下进行水锤测试能够更真实的反应测试器具在使用中存在的水锤效应，使得水锤测试结果更加准确。

附图说明

图1为本发明实施例中水锤测试系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本实施例中的水锤测试系统，包括储水罐1、杂质颗粒加入装置8、控制器7以及与控制器7电连接的水泵3、流量调节阀4、流量传感器5、压力传感器6、加热器101、温度传感器102、液位传感器103。

本实施例中的控制器7为PLC控制器7，在使用时，可以在PLC控制器7上连接如触摸屏等的人机交互装置，通过人机交互装置可以方便的向PLC内传送初始化数据和发送启动、停止等控制命令。当然针对固定的水锤测试项目，也可直接将初始化数据导入到PLC控制器7内，通电后PLC则可以开始控制进行水锤测试。

储水罐1用来存储试验用水，加热器101、温度传感器102、液位传感器103均设置在储水罐1内。该储水罐1分别连接有出水管路11、补水管路12、排水管路14。其中出水管路11与测试器具2的进水管路相连接，水泵3连接在出水管路11的入口，用于对储水罐1内的水进行加压。流量调节阀4连接在出水管路11上，用来调节出水管路11中的水流量，流量传感器5设置在测试器具2的进水管路中，用来检测测试器具2的进水管路中的水流量。测试器具2的出水口和补水管路12之间还连接有循环管路13，通过循环管路13实现储水罐1内水的循环利用。

排水管路14上设置有与控制器7电连接的排水阀141。补水管路12与水源相连接，该补水管路12上还设置有与控制器7电连接的补水阀121，工作时，液位传感器103实时检测储水罐1内的水位，并将检测的水位数据传送给控制器7，控制器7根据水位数据控制补水阀121或排水阀141开启工作。即当控制器7获取的水位数据低于设定低水位阈值时，控制器7控制补水阀121开启，水源向储水罐1内注水，进而保证水锤测试的连续性。当控制器7获取的水位数据高于设定高水位阈值时，则控制控制排水阀141开启工作，将储水罐1内的水排出一部分，进而保证储水罐1正常进行工作。

杂质颗粒加入装置8连接在储水罐1上，该杂质颗粒加入装置8包括至少一组物料盒置81以及连接在物料盒置81与储水罐1之间的连接管82。为了实现物料盒置81内各种杂质颗粒的自动添加，连接管82上连接与控制器7电连接的阀门83。如该水锤测试系统用于对燃气两用炉、燃气热水器进行水锤测试时，则该杂质颗粒加入装置8则包括有6组物料盒置81和连接管82，6个物料盒置81内分别装沙子、铝屑、铜屑、铁屑、焊膏屑、四氧化三铁屑。当对燃气两用炉进行水锤测试时，控制器7可以根据需要分别开启与装有沙子、铝屑、铜屑、铁屑物料盒置81相连接的连接管82上的阀门83，进而在测试水中加入沙子、铝屑、铜屑、铁屑，实现对燃气两用炉的耐腐蚀水锤测试。当对燃气热水器进行水锤测试时，控制器7可以根据需要分别开启与装有铝屑、铜屑、铁屑、焊膏屑、四氧化三铁屑物料盒置81相连接的连接管82上的阀门83，进而在测试水中加入铝屑、铜屑、铁屑、焊膏屑、四氧化三铁屑，实现对燃气热水器的耐腐蚀水锤测试。

利用前述的水锤测试系统进行的水锤测试方法为：

首先将控制器7与测试器具2的控制阀21电连接；

通过人机交互装置或者直接在控制器7内进行初始化设置，即向控制器7中输入测试次数M、测试器具2的控制阀21的开阀时间T01和闭阀时间T02、测试水压P0、测试水温W0、测试水流量L0；

选择是否进行耐腐蚀水锤测试，如果不需进行耐腐蚀水锤测试，则不需要设置杂质颗粒的相关初始化数据，同时在水锤测试中，控制器7控制杂质颗粒加入装置8禁止工作。

如果需要进行则需要向控制器7内输入测试时需要加入杂质颗粒的种类(即物料盒置81的编号)和加入各类杂质颗粒的比例、测试时需要加入杂质颗粒的时间点；如需要对燃气两用炉进行耐腐蚀水锤测试时，可以设定加入杂质颗粒为沙子、铝屑、铜屑、铁屑，加入各杂质颗粒量与水量的比例为：350mg/L沙子；250mg/L铁屑；100mg/L铝屑；100mg/L铜屑。如果通常燃气两用炉在控制阀21启闭n次或者使用m小时后会出现杂质颗粒，则可设定需要加入杂质颗粒的时间点为开始水锤测试后控制阀21完成n次开阀和关阀操作对应的时间点，或者水锤测试进行m小时的时间点。

初始化数据设置完成后，启动水锤测试，首先对温度传感器102检测储水罐1中水的温度信号并传送给控制器7，控制器7将自温度传感器102获取的温度数据W与设定的测试水温W0进行比较，如果W＜W0，则控制器7控制加热器101启动工作，如果W＞W0，控制器7控制关闭加热器101。

待水温达到设定水温后，控制器7按照设定的开阀时间T01和闭阀时间T02控制测试器具2的控制阀21打开和关闭，每开阀、关阀一次，控制器7将测试次数累加一次。

在测试过程中，压力传感器6检测出水管路11中的水压信号并传送给控制器7，控制器7将自压力传感器6获取的水压数据P与测试水压P0进行比较，如果P＜P0，控制器7调大水泵3的工作频率系数，如果P＞P0，控制器7调小水泵3的工作频率系数。如此保证出水管路11中的水压达到设定的水压要求。

在测试过程中也根据前述的水温调节方法对储水罐1内的水温进行调节，满足水锤测试中的水温要求。

在测试过程中，流量传感器5检测测试器具2的进水管路中的水流量信号并传送给控制器7，控制器7将自流量传感器5获取的水流量数据L与设定的测试水流量L0进行比较，如果L＜L0，控制器7控制增大流量调节阀4的开度，如果L＞L0，控制器7控制减小流量调节阀4的开度。如此保证流入测试器具2的进水管路中的水流量达到设定水流量要求。

同时，在选择了进行耐腐蚀水锤测试的基础上，如果时间点达到需要添加杂质颗粒的时间点后，控制器7则根据储水罐1内检测到的水位信号计算获取储水罐1内的水量，进而再计算需要添加的各杂质颗粒的重量，进而控制相应的物料盒置81对应的阀门83开启，向储水罐1内添加杂质颗粒。

当控制器7中控制阀21开阀、关阀累加测试次数达到测试次数M后，停止水锤测试，进而计算获取测试器具2的使用寿命。

为了缩短测试时间，也可设置测试水温W0高于测试器具2的使用环境温度，控制器7可以根据加速老化公式计算获取试验加速因子，根据试验加速因子计算获取测试器具2的使用寿命。

在前述水锤测试过程中，也可以向控制器7中输入水锤测试的控制温度曲线，在水锤测试中，控制器7控制储水罐1内的水温按照控制温度曲线变化。同样加入杂质颗粒的量也可为一个控制量曲线。如此能够更好的模拟测试器件使用环境中的水锤效应对测试器件的影响。

Claims (5)

1.一种水锤测试系统，包括

储水罐(1)，通过出水管路(11)与测试器具(2)的进水管路相连接，用于存储试验用水；

水泵(3)，连接在所述出水管路(11)上，用于对储水罐(1)内的水进行加压；

流量调节阀(4)，连接在所述出水管路(11)上，用来调节出水管路(11)中的水流量；

流量传感器(5)，设置在测试器具(2)的进水管路中，用来检测测试器具(2)的进水管路中的水流量；

压力传感器(6)，设置在所述出水管路(11)中，用来检出水管路(11)中的水压；

控制器(7)，分别与所述水泵(3)、流量调节阀(4)、流量传感器(5)、压力传感器(6)电连接；

其特征在于：还包括连接在储水罐(1)上的杂质颗粒加入装置(8)；

所述杂质颗粒加入装置(8)包括至少一组物料盒置(81)以及连接在物料盒置(81)与储水罐(1)之间的连接管(82)；

所述连接管(82)上连接有阀门(83)，所述阀门(83)与所述控制器(7)电连接，所述控制器(7)能够根据耐腐蚀测试的命令信号，按照设定的加入杂质颗粒的时间点控制杂质颗粒加入装置(8)按照设定加入杂质颗粒的种类和比例加入相应的杂质颗粒。

2.根据权利要求1所述的水锤测试系统，其特征在于：所述储水罐(1)内还设置有加热器(101)和温度传感器(102)，所述加热器(101)、温度传感器(102)分别与控制器(7)电连接。

3.根据权利要求1或2所述的水锤测试系统，其特征在于：所述储水罐(1)内还设置有液位传感器(103)，所述液位传感器(103)与控制器(7)电连接；

所述储水罐(1)上还连接有排水管路(14)以及与水源相连接的补水管路(12)，测试器具(2)的出水口和补水管路(12)之间还连接有循环管路(13)，所述补水管路(12)上还设置有补水阀(121)，所述补水阀(121)与控制器(7)电连接，所述排水管路(14)上设置有排水阀(141)，所述排水阀(141)与控制器(7)电连接。

4.一种应用如权利要求3所述的水锤测试系统实现的水锤测试方法，其特征在于：将控制器(7)与测试器具(2)的控制阀(21)电连接，向控制器(7)中输入测试次数M、测试器具(2)的控制阀(21)的开阀时间T01和闭阀时间T02、测试水压P0、测试水温W0、测试水流量L0、测试时需要加入杂质颗粒的种类和加入各类杂质颗粒的比例、测试时需要加入杂质颗粒的时间点；

启动水锤测试，控制器(7)按照设定的开阀时间T01和闭阀时间T02控制测试器具(2)的控制阀(21)打开和关闭，每开阀、关阀一次，控制器(7)将测试次数累加一次，当累加后的测试次数达到测试次数M后，停止水锤测试，进而计算获取测试器具(2)的使用寿命；

水锤测试前和水锤测试过程中还采用水温调节方法、水压调节方法、水流量调节方法、耐腐蚀测试的处理方法；

所述水温调节方法为：温度传感器(102)检测储水罐(1)中水的温度信号并传送给控制器(7)，控制器(7)将自温度传感器(102)获取的温度数据W与设定的测试水温W0进行比较，如果W＜W0，则控制器(7)控制加热器(101)启动工作，如果W＞W0，控制器(7)控制关闭加热器(101)；

所述水压调节方法为：压力传感器(6)检测出水管路(11)中的水压信号并传送给控制器(7)，控制器(7)将自压力传感器(6)获取的水压数据P与测试水压P0进行比较，如果P＜P0，控制器(7)调大水泵(3)的工作频率系数，如果P＞P0，控制器(7)调小水泵(3)的工作频率系数；

所述水流量调节方法为：流量传感器(5)检测测试器具(2)的进水管路中的水流量信号并传送给控制器(7)，控制器(7)将自流量传感器(5)获取的水流量数据L与设定的测试水流量L0进行比较，如果L＜L0，控制器(7)控制增大流量调节阀(4)的开度，如果L＞L0，控制器(7)控制减小流量调节阀(4)的开度；

耐腐蚀测试的处理方法为：如果控制器(7)未接收到耐腐蚀测试的命令信号，则在水锤测试过程中，控制器(7)控制杂质颗粒加入装置(8)禁止工作；如果控制器(7)接收到耐腐蚀测试的命令信号，控制器(7)则按照设定的加入杂质颗粒的时间点控制杂质颗粒加入装置(8)按照设定加入杂质颗粒的种类和比例加入相应的杂质颗粒。

5.根据权利要求4所述的水锤测试系统实现的水锤测试方法，其特征在于：当测试水温W0高于测试器具(2)的使用环境温度时，控制器(7)根据加速老化公式计算获取试验加速因子，根据试验加速因子计算获取测试器具(2)的使用寿命。

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