CN111257030A - 含沙条件下水力机械水力性能及磨损性能实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含沙条件下水力机械水力性能及磨损性能实验装置，其中，工况模拟模块包括补水泵、抽水泵以及串联于循环管路中的水轮机、稳流罐和循环泵，循环泵用于带动水轮机运转，稳流罐用于对水轮机尾水管出口水稳流，稳流罐上部设有加沙孔和补水排气孔、底部设有排水孔和冲沙孔，补水泵进口连接至补水管道、出口连接至补水排气孔，补水管道旁接至冲沙孔，抽水泵进口连接至排水孔、出口连接至沙回收装置；数据测量及工况调整模块包括用于测量循环管路中含沙水流量、泥沙浓度、水轮机和循环泵进出口压力数据的测量元件以及用于调整循环管路流量的调整元件。该装置能够模拟含沙条件下的水力机械的不同工况，避免含沙带来的影响，采集实验数据。
Description
技术领域
本发明属于水力机械领域，具体涉及一种含沙条件下水力机械水力性能及磨损性能实验装置。
背景技术
水力机械指以液体为工作介质的流体机械。水力机械的工作过程，是将水能和机械能相互转换或不同能量的水之间能量传递的过程。通常水力机械主要包含两大类：1.水轮机：将水能转化为转轮的机械能，带动转轮旋转切割磁场产生电能；2.水泵：将转轮的旋转机械能转化为水能，最终实现抽水的目的；两者均被广泛应用于工业，农业生产等各个领域。
在实际运行过程中，由于所在河流含沙，例如黄河中含有大量的坚硬泥沙颗粒，泥沙颗粒进入到水力机械内部会对水力机械过流部件表面产生严重的磨损，其主要原因是水力机械内部水流流速相对较快，水流携带的泥沙颗粒具有较大的动能，当泥沙颗粒撞击过流部件表面时会导致过流部件表面产生磨损破坏。当水力机械过流部件产生磨损破坏时，特别是水力机械的核心部件-转轮受到磨损破坏后，水力机械运行的效率以及稳定性将会严重的降低。
针对上述问题，已经有大量的学者进行了相关的研究，但是大多采用的是数值模拟的方法，即采用三维流体力学计算软件，对水力机械的磨损以及水力性能特性进行研究，取得一定的成果，但是数值模拟计算结果的正确性却无法得到有效的验证，往往通过数值模拟计算得到的结果是一个数值解，其中存在有较多的误差。
由上可知，采用实验的方法针对上述问题进一步研究是尤为必要的，但是目前国内大多数试验台都是针对于清水条件下水力机械的水力性能实验测试，不能够实验对于水力机械磨损性能的试验测试。
发明内容
本发明的目的是提供一种含沙条件下水力机械水力性能及磨损性能实验装置，该装置能够模拟含沙条件下的水力机械的不同工况，同时避免含沙造成的影响，并且采集所需的实验数据。
本发明所采用的技术方案是：
一种含沙条件下水力机械水力性能及磨损性能实验装置，包括工况模拟模块和数据测量及工况调整模块；工况模拟模块包括补水泵、抽水泵以及串联于循环管路中的水轮机、稳流罐和循环泵，循环泵用于带动水轮机运转，稳流罐用于对水轮机尾水管出口水稳流，稳流罐上部设有加沙孔和补水排气孔、底部设有排水孔和冲沙孔，补水泵进口连接至补水管道、出口连接至补水排气孔，补水管道旁接至冲沙孔，抽水泵进口连接至排水孔、出口连接至沙回收装置；数据测量及工况调整模块包括用于测量循环管路中含沙水流量、泥沙浓度、水轮机和循环泵进出口压力数据的测量元件以及用于调整循环管路流量的调整元件。
进一步地，测量循环管路中含沙水流量数据的测量元件为电磁流量计；测量水轮机和循环泵进出口压力数据的测量元件为压力传感器，压力传感器分别安装在水轮机和循环泵进出口处；测量循环管路中泥沙浓度数据的测量元件为泥沙浓度在线监测仪，泥沙浓度在线监测仪安装在水轮机进口管路上。
进一步地，调整元件包括设在循环管路上的电动阀门和用于控制循环泵的变频器。
进一步地，沙回收装置为沉淀池，沉沙池容积大于循环管道中的水量总体积，沉沙池设有分层排水口。
进一步地，循环泵采用双吸式离心泵。
进一步地，抽水泵和补水泵均采用离心泵。
进一步地，稳流罐内部设有用于对水体降温的冷凝管。
进一步地，循环管路采用不锈钢管路。
本发明的有益效果是：
工况模拟模块能够模拟含沙条件下的水力机械的工况，加沙孔用于添加泥沙颗粒，补水泵和抽水泵用于循环管道的补排水，含沙水循环经过在循环管道中的水轮机、稳流罐和循环泵，关键是，实验在含沙水条件下进行，会产生两个问题，一个是稳流罐内部流速相对较低，因此会有泥沙颗粒沉降，阻碍泥沙颗粒的循环，为了解决该问题，实验运行时，补水泵能够通过补水管道抽水并由冲沙孔射入稳流罐底部，对稳流罐底部进行冲刷，避免泥沙颗粒沉降，另一个是实验后泥沙颗粒的处理，为了解决该问题，实验后抽水泵将含沙水进抽入沙回收装置进行回收。
数据测量及工况调整模块中的调整元件能够通过调整循环管路流量从而实现水力机械的工况调整，测量元件能够收集不同工况下水力机械的水力性能及磨损性能的实验数据，能够有效的推进对于水力机械磨损机理以及水力性能的相关科学研究。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图(俯视)。
图2为本发明实施例中稳流罐的结构示意图(正视)。
图3为本发明实施例中稳流罐和补水泵的示意图(侧视)。
图中：1-循环管路；2-稳流罐；3-加沙孔；4-补水排气孔；5-循环泵；6-水轮机；7-电磁流量计；8-泥沙浓度在线监测仪；9-压力传感器；10-电动阀门；11-补水泵；12-抽水泵；13-排水孔；14-冲沙孔；15-补水管道；16-沉沙池；17-分层排水口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1至图3所示，一种含沙条件下水力机械水力性能及磨损性能实验装置，包括工况模拟模块和数据测量及工况调整模块；工况模拟模块包括补水泵11、抽水泵12以及串联于循环管路1中的水轮机6、稳流罐2和循环泵5，循环泵5用于带动水轮机6运转，稳流罐2用于对水轮机6尾水管出口水稳流，稳流罐2上部设有加沙孔3和补水排气孔4、底部设有排水孔13和冲沙孔14，补水泵11进口连接至补水管道15、出口连接至补水排气孔4，补水管道15旁接至冲沙孔14，抽水泵12进口连接至排水孔13、出口连接至沙回收装置；数据测量及工况调整模块包括用于测量循环管路1中含沙水流量、泥沙浓度、水轮机6和循环泵5进出口压力数据的测量元件以及用于调整循环管路1流量的调整元件。
工况模拟模块能够模拟含沙条件下的水力机械的工况，加沙孔3用于添加泥沙颗粒，补水泵11和抽水泵12用于循环管道1的补排水，含沙水循环经过在循环管道1中的水轮机6、稳流罐2和循环泵5，关键是，实验在含沙水条件下进行，会产生两个问题，一个是稳流罐2内部流速相对较低，因此会有泥沙颗粒沉降，阻碍泥沙颗粒的循环，为了解决该问题，实验运行时，补水泵11能够通过补水管道15抽水并由冲沙孔14射入稳流罐2底部，对稳流罐2底部进行冲刷，避免泥沙颗粒沉降，另一个是实验后泥沙颗粒的处理，为了解决该问题，实验后抽水泵12将含沙水进抽入沙回收装置进行回收。
数据测量及工况调整模块中的调整元件能够通过调整循环管路1流量从而实现水力机械的工况调整，测量元件能够收集不同工况下水力机械的水力性能及磨损性能的实验数据，能够有效的推进对于水力机械磨损机理以及水力性能的相关科学研究。
如图1所示，在本实施例中，测量循环管路1中含沙水流量数据的测量元件为电磁流量计7；测量水轮机6和循环泵5进出口压力数据的测量元件为压力传感器9，压力传感器9分别安装在水轮机6和循环泵5进出口处；测量循环管路1中泥沙浓度数据的测量元件为泥沙浓度在线监测仪8，泥沙浓度在线监测仪8安装在水轮机6进口管路上。以上均采用电子元器件，能使实时远程监控数据。
如图1所示，在本实施例中，调整元件包括设在循环管路1上的电动阀门10和用于控制循环泵5的变频器。电动阀门10属于节流调节，变频器属于变速调节，两者都能调整流量，进而实现不同的工况。
如图1所示，在本实施例中，沙回收装置为沉淀池16，沉沙池16容积大于循环管道1中的水量总体积，沉沙池16设有分层排水口。抽水泵12抽排的含沙水进入沉沙池16中，沉沙池16中水体是静止的，泥沙颗粒在重力的作用下进行沉降，分层排水口17能够实现沉沙池16内水流的分层排出。
在本实施例中，循环泵5采用双吸式离心泵；抽水泵12和补水泵11均采用离心泵；稳流罐2内部设有用于对水体降温的冷凝管；循环管路采1用不锈钢管路，耐磨损。
上述装置的工作过程是：
先打开补水泵11以及补水孔4阀门，补水泵11通过补水管道15抽取清水至稳流罐2中，补水完毕之后关闭补水泵11以及补水孔4阀门，打开加沙孔3，将一定量的泥沙加入至稳流罐2中；
然后开启循环泵5和水轮机6开始实验，含沙水经过循环泵5加压后通过循环管道1流经电动阀门10、电磁流量计7、泥沙浓度在线监测仪8、水轮机9、稳流罐2最终又回到循环泵5，形成封闭回路；
实验运行期间，电磁流量计7、泥沙浓度监测仪8以及压力传感器9测量所得数据可通过安装于工作站上得数据采集软件采集由用于后期分析；可通过调整电动阀门10开度以及变频器频率以调节循环管路1中的流量，从而调整工况；可以打开冲沙孔14的阀门以及补水泵11，在稳流罐2底部产生高速射流，避免泥沙颗粒堆积。
实验结束后，关闭循环泵5以及水轮机6，打开排水孔13以及抽水泵12，将含沙水抽排至沉沙池16中，待沉沙池16中的泥沙颗粒完全沉降后，打开分层排水孔17，将上层清水排出。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明保护的范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明涉及的技术范围内所做的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种含沙条件下水力机械水力性能及磨损性能实验装置，其特征在于：包括工况模拟模块和数据测量及工况调整模块；工况模拟模块包括补水泵、抽水泵以及串联于循环管路中的水轮机、稳流罐和循环泵，循环泵用于带动水轮机运转，稳流罐用于对水轮机尾水管出口水稳流，稳流罐上部设有加沙孔和补水排气孔、底部设有排水孔和冲沙孔，补水泵进口连接至补水管道、出口连接至补水排气孔，补水管道旁接至冲沙孔，抽水泵进口连接至排水孔、出口连接至沙回收装置；数据测量及工况调整模块包括用于测量循环管路中含沙水流量、泥沙浓度、水轮机和循环泵进出口压力数据的测量元件以及用于调整循环管路流量的调整元件。
2.如权利要求1所述的含沙条件下水力机械水力性能及磨损性能实验装置，其特征在于：测量循环管路中含沙水流量数据的测量元件为电磁流量计；测量水轮机和循环泵进出口压力数据的测量元件为压力传感器，压力传感器分别安装在水轮机和循环泵进出口处；测量循环管路中泥沙浓度数据的测量元件为泥沙浓度在线监测仪，泥沙浓度在线监测仪安装在水轮机进口管路上。
3.如权利要求1所述的含沙条件下水力机械水力性能及磨损性能实验装置，其特征在于：调整元件包括设在循环管路上的电动阀门和用于控制循环泵的变频器。
4.如权利要求1所述的含沙条件下水力机械水力性能及磨损性能实验装置，其特征在于：沙回收装置为沉淀池，沉沙池容积大于循环管道中的水量总体积，沉沙池设有分层排水口。
5.如权利要求1所述的含沙条件下水力机械水力性能及磨损性能实验装置，其特征在于：循环泵采用双吸式离心泵。
6.如权利要求1所述的含沙条件下水力机械水力性能及磨损性能实验装置，其特征在于：抽水泵和补水泵均采用离心泵。
7.如权利要求1所述的含沙条件下水力机械水力性能及磨损性能实验装置，其特征在于：稳流罐内部设有用于对水体降温的冷凝管。
8.如权利要求1所述的含沙条件下水力机械水力性能及磨损性能实验装置，其特征在于：循环管路采用不锈钢管路。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200609 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |