CN114483560A - 一种教学用水泵综合实验平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种教学用水泵综合实验平台，包括两个分体式水泵座、供水系统和多个压力测量装置，在分体式水泵座上分别实验水泵，实验水泵通过扭矩转速传感器与电机连接，实验水泵的出水口管道上均设有电磁流量计，供水系统通过管道与实验水泵的出口管道连接，在管道上依次设有电动阀门、电磁流量阀、阀门，供水系统分别通过管道与两个实验水泵进水口连接，在管道上设有阀门，多个压力测量装置连接水泵进口和出口，第一扭矩转速传感器、第二扭矩转速传感器、电磁流量计、电动阀门、电磁流量阀和多个压力测量装置均与计算机连接；本发明提供能够实现一个设备进行水泵的5种实验，实验设备占地面积小，避免了不同实验内容造成的重复投资。

Description

一种教学用水泵综合实验平台

技术领域

本发明涉及实验设备领域，具体地指一种教学用水泵综合实验平台。

背景技术

高校水利类专业一般需要设置水泵系列实验课程，通常包括水泵的性能实验、调速工况实验、气蚀实验、串联工况实验、并联工况实验等。相关教材及资料上介绍的实验装置往往只能实现一种功能，每种实验装置单独设置将占用较大的实验场地，耗费较多的资金。

因此，有必要设计一种教学用水泵综合实验平台来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种教学用水泵综合实验平台，能够实现一个设备进行水泵的性能实验、调速工况实验、气蚀实验、串联工况实验、并联工况实验5种实验，实验设备占地面积小，避免了不同实验内容造成的重复投资。

本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种教学用水泵综合实验平台，包括两个分体式水泵座、供水系统和多个压力测量装置，在两个分体式水泵座上分别设有第一实验水泵和第二实验水泵，第一实验水泵通过第一扭矩转速传感器与第一电机连接，第二实验水泵通过第二扭矩转速传感器与第二电机连接，第一实验水泵和第二实验水泵的出水口管道上均设有电磁流量计，供水系统通过第一管道与第一实验水泵和第二实验水泵的出口管道连接，在第一管道上依次设有电动阀门、电磁流量阀、第一阀门，供水系统通过第二管道与第一实验水泵进水口连接，通过第三管道和第二实验水泵进水口连接，第一实验水泵的出水口管道通过第四管道与第三管道连接，在第二管道上设有第四阀门，在第三管道上设有第五阀门，在第一实验水泵的出水口管道上设有第六阀门，第二实验水泵的出水口管道上设有第七阀门，在第四管道上设有第八阀门，多个压力测量装置依次连接第一管道、第二管道、第三管道、第一实验水泵的出口管道和第二实验水泵的出口管道，第一扭矩转速传感器、第二扭矩转速传感器、电磁流量计、电动阀门、电磁流量阀和多个压力测量装置均与计算机连接。

优选地，所述供水系统包括开式水箱，开式水箱通过管道与水环式真空泵连接，水环式真空泵通过管道与负压罐连接，开式水箱与负压罐之间通过第五管道连接，在第五管道上设有第二阀门，在负压罐上设有负压表、第三阀门和液位计。

优选地，所述分体式水泵座包括底架，在底架上通过螺栓连接有水泵座，所述水泵座与第一实验水泵和第二实验水泵相配套。

优选地，所述压力测量装置包括仪表架，仪表架通过蛇形管连接压力表，仪表架通过软管与压力取出点连接。

优选地，在仪表架上还设有压力变送器。

优选地，第一实验水泵的出口管道和第二实验水泵的出口管道上的压力取出点在同一水平面上，第一管道、第二管道和第三管道上的压力取出点在同一水平面上。

优选地，第一实验水泵和第二实验水泵的出水口管道均采用透明软管。

优选地，第一电机和第二电机均为变频电机，在第一电机和第二电机上均设有变频器。

本发明的有益效果：

1、本发明通过一套系统完成了性能实验、调速工况实验、气蚀实验、串联工况实验、并联工况实验5种实验内容，实验设备占地面积小，避免了不同实验内容造成的重复投资。

2、本发明水泵采用分体式底座，增强了实验平台的扩展性，减少了后期更换不同型号水泵的更换成本。

3、加水一次可长期使用，实验平台不受水源影响情况，避免了因水源在不同容器中带来的管路特性变化引起实验误差。

4、本发明的水泵进出口压力显示均配备压力表及压力变送器两个部分，压力表头用于实验过程中数值的直观显示，能够直观反映即时压力，压力变送器部分将压力通过数字信号传输到电脑显示记录。

5、本发明提升了测量数据的准确性。

附图说明

图1 为一种教学用水泵综合实验平台的结构示意图；

图2 为一种教学用水泵综合实验平台的系统原理图；

图3 为一种分体式水泵座的结构示意图；

图4 为一种供水系统的结构示意图；

图5 为一种压力测量装置的结构示意图；

图中，第一实验水泵1、第二实验水泵2、第一扭矩转速传感器3、第一电机4、第二扭矩转速传感器5、第二电机6、电磁流量计7、第一管道8、电动阀门9、电磁流量阀10、第一阀门11、第二管道12、第三管道13、第四管道14、开式水箱15、水环式真空泵16、负压罐17、第五管道18、第二阀门19、负压表20、第三阀门21、底架22、螺栓23、水泵座24、仪表架25、蛇形管26、压力表27、软管28、压力变送器29、液位计30、第四阀门31、第五阀门32、第六阀门33、第七阀门34、第八阀门35。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1至图5所示，一种教学用水泵综合实验平台，包括两个分体式水泵座、供水系统和多个压力测量装置，在两个分体式水泵座上分别设有第一实验水泵1和第二实验水泵2，第一实验水泵1通过第一扭矩转速传感器3与第一电机4连接，第二实验水泵2通过第二扭矩转速传感器5与第二电机6连接，第一实验水泵1和第二实验水泵2的出水口管道上均设有电磁流量计7，供水系统通过第一管道8与第一实验水泵1和第二实验水泵2的出口管道连接，在第一管道8上依次设有电动阀门9、电磁流量阀10、第一阀门11，供水系统通过第二管道12与第一实验水泵1进水口连接，通过第三管道13和第二实验水泵2进水口连接，第一实验水泵1的出水口管道通过第四管道14与第三管道13连接，在第二管道12上设有第四阀门31，在第三管道13上设有第五阀门32，在第一实验水泵1的出水口管道上设有第六阀门33，第二实验水泵2的出水口管道上设有第七阀门34，在第四管道14上设有第八阀门35，多个压力测量装置依次连接第一管道8、第二管道12、第三管道13、第一实验水泵1的出口管道和第二实验水泵2的出口管道，第一扭矩转速传感器3、第二扭矩转速传感器5、电磁流量计7、电动阀门9、电磁流量阀10和多个压力测量装置均与计算机连接。

优选地，所述供水系统包括开式水箱15，开式水箱15通过管道与水环式真空泵16连接，水环式真空泵16通过管道与负压罐17连接，开式水箱15与负压罐17之间通过第五管道18连接，在第五管道18上设有第二阀门19，在负压罐17上设有负压表20和、第三阀门21和液位计30。开式水箱15能够接收外部容器的转运水源，开式水箱15与负压罐17连接，通过水环式真空泵16对负压罐17抽取真空，在外部大气压的作用下实现水源从开式水箱15到负压罐17的转移。加水一次可长期使用，实验平台不受水源影响情况。

受实验场地限制，很多实验室内无水源供应。负压罐17是试验水源的直接提供方，由于气蚀实验的需求，必须采用封闭结构，在无自来水供给的情况下，加水存在困难。本发明的开式水箱15、封闭的负压罐17、水环式真空泵16、第二阀门19、第三阀门21、第一阀门11的组合实现了负压罐17的上水及实验所需的常压负压切换。开式水箱15接收外部水源后，关闭第三阀门21、第一阀门11，打开第二阀门19，打开17真空泵，开式水箱15中的水就会通过负压进入负压罐17。实验过程中通过第三阀门21、第二阀门19的联动即可实现气蚀实验及其他实验所需的负压、常压切换。水环式真空泵16的密封水源由开式水箱15提供，利用了系统组件之一的自服务功能，避免了额外增加密封水水源。这样的设置保证了在不同的实验项目中负压罐17是水泵的唯一供水源，避免了因水源在不同容器中带来的管路特性变化引起实验误差。

优选地，所述分体式水泵座包括底架22，在底架22上通过螺栓23连接有水泵座24，所述水泵座24与第一实验水泵1和第二实验水泵2相配套，这样的设置能够保证电机、扭矩转速传感器、水泵之间的同轴度。底架22为通用部件，可与不同的水泵座24配合，更换水泵时底架22无需更换。

优选地，所述压力测量装置包括仪表架25，仪表架25通过蛇形管26连接压力表27，仪表架25通过软管28与压力取出点连接。在仪表架25上还设有压力变送器29。本实施例中压力表27采用机械式精密压力表，多个压力测量装置的仪表架25为一体设置，软管28采用PVC夹布软管。这样的设置能够减少管路中流量的变化对压力表27及压力变送器29的冲击，提升测量数据的准确性，延长仪表使用寿命。

本实验平台由学生操作，人多手杂，可能会出现学生误操作而对系统进行误设置的情况，压力表27能够始终直观正确的显示即时压力，在电脑记录数值异常时方便比对以判断问题原因；实验过程中记录的压力数值需要在稳定状态下记录，压力变送器29测得数据在电脑上的显示有延迟，压力表27的指针摆动能够即时反映系统水流状态的稳定情况，当压力表27的指针摆动平稳时，可对电脑显示的压力数值进行记录；压力表27的读数受系统的振动、观察者的读数方法等影响不够准确，并且无法在系统内实现自动记录，因此辅以压力变送器29读取并显示具体数值。

优选地，第一实验水泵1的出口管道和第二实验水泵2的出口管道上的压力取出点在同一水平面上，第一管道8、第二管道12和第三管道13上的压力取出点在同一水平面上。这样的设置能够减少设备自身对测量结果的影响，提升测量数据的准确性。

优选地，第一实验水泵1和第二实验水泵2的出水口管道均采用透明软管，本实施例中所述透明软管采用高透光性的38 PVC透明钢丝软管，便于观察水流情况。

优选地，第一电机4和第二电机6均为变频电机，在第一电机4和第二电机6上均设有变频器。这样的设置能够实现第一实验水泵1和第二实验水泵2的转速调整。

本实施例中开式水箱15和负压罐17上均设有排水阀。

本实施例工作原理如下：水泵工作水源来自于负压罐17，实验之前需完成负压罐17的上水准备。开式水箱15内装满水，开启第二阀门19，其余阀门关闭，开启水环式真空泵16，通过负压完成负压罐17的上水工作，通过液位计30判断负压罐17内的水量状态。

性能实验：性能实验以第一实验水泵1为观察对象，打开第三阀门21、第四阀门31、第一阀门11、第六阀门33、电动阀门9，其余阀门关闭，构建性能实验回路。开启第一实验水泵1，通过调整电动阀门9的开度来进行性能实验。

调速工况实验：调速工况实验以第一实验水泵1为观察对象，打开第三阀门21、第四阀门31、第一阀门11、第六阀门33、电动阀门9，其余阀门关闭，构建调速工况实验回路。开启第一实验水泵1，通过对第一实验水泵1的转速进行调节来进行调速工况实验。

气蚀实验：气蚀实验以第一实验水泵1为观察对象，打开第四阀门31、第一阀门11、第六阀门33、电动阀门9，其余阀门关闭，构建气蚀实验回路。打开水环式真空泵16对负压罐17抽气从而建立第一实验水泵1的入口负压，通过调节第一实验水泵1的转速及水环式真空泵16的启停来观察气蚀现象。

串联工况实验：串联工况实验以第一实验水泵1、第二实验水泵2为观察对象，打开第三阀门21、第四阀门31、第一阀门11、第八阀门35、电动阀门9、第七阀门34，其余阀门关闭，构成串联回路。开启第一实验水泵1、第二实验水泵2进行水泵串联实验，。

并联工况实验：并联工况实验以第一实验水泵1、第二实验水泵2为观察对象，打开第三阀门21、第四阀门31、第一阀门11、第六阀门33、电动阀门9、第五阀门32、第七阀门34，其余阀门关闭，构成并联回路。开启第一实验水泵1、第二实验水泵2进行水泵并联实验。

本发明通过一套系统完成了性能实验、调速工况实验、气蚀实验、串联工况实验、并联工况实验5种实验内容，实验设备占地面积小，避免了不同实验内容造成的重复投资。

本发明电机与水泵泵体之间安装有扭矩转速传感器，水泵运行的实时扭矩、转速数据通过数字信号传输到电脑自动记录，通过扭矩、转速的数值系统根据轴功率计算公式自动计算出轴功率。

本发明的水泵进出口压力显示均配备压力表及压力变送器两个部分，压力表头用于实验过程中数值的直观显示，能够直观反映即时压力，压力变送器部分将压力通过数字信号传输到电脑显示记录。

本发明实验设备运转过程中的温度、压力、流量、转速、转矩、阀门开度等数字信号与计算机进行交互，能够在软件系统中实时显示上述参数。并且扬程、流量、输入功率、效率等能够以曲线形式实时在计算机中显示。软件中可设置流量、压力、转速、转矩的正常工作范围，若超过此范围，测试参数显示界面会以红色字体显示数据异常，以提醒实验人员及时处理。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种教学用水泵综合实验平台，其特征在于：包括两个分体式水泵座、供水系统和多个压力测量装置，在两个分体式水泵座上分别设有第一实验水泵（1）和第二实验水泵（2），第一实验水泵（1）通过第一扭矩转速传感器（3）与第一电机（4）连接，第二实验水泵（2）通过第二扭矩转速传感器（5）与第二电机（6）连接，第一实验水泵（1）和第二实验水泵（2）的出水口管道上均设有电磁流量计（7），供水系统通过第一管道（8）与第一实验水泵（1）和第二实验水泵（2）的出口管道连接，在第一管道（8）上依次设有电动阀门（9）、电磁流量阀（10）、第一阀门（11），供水系统通过第二管道（12）与第一实验水泵（1）进水口连接，通过第三管道（13）和第二实验水泵（2）进水口连接，第一实验水泵（1）的出水口管道通过第四管道（14）与第三管道（13）连接，在第二管道（12）上设有第四阀门（31），在第三管道（13）上设有第五阀门（32），在第一实验水泵（1）的出水口管道上设有第六阀门（33），第二实验水泵（2）的出水口管道上设有第七阀门（34），在第四管道（14）上设有第八阀门（35），多个压力测量装置依次连接第一管道（8）、第二管道（12）、第三管道（13）、第一实验水泵（1）的出口管道和第二实验水泵（2）的出口管道，第一扭矩转速传感器（3）、第二扭矩转速传感器（5）、电磁流量计（7）、电动阀门（9）、电磁流量阀（10）和多个压力测量装置均与计算机连接。

2.根据权利要求1所述的一种教学用水泵综合实验平台，其特征在于：所述供水系统包括开式水箱（15），开式水箱（15）通过管道与水环式真空泵（16）连接，水环式真空泵（16）通过管道与负压罐（17）连接，开式水箱（15）与负压罐（17）之间通过第五管道（18）连接，在第五管道（18）上设有第二阀门（19），在负压罐（17）上设有负压表（20）、第三阀门（21）和液位计（30）。

3.根据权利要求1所述的一种教学用水泵综合实验平台，其特征在于：所述分体式水泵座包括底架（22），在底架（22）上通过螺栓（23）连接有水泵座（24），所述水泵座（24）与第一实验水泵（1）和第二实验水泵（2）相配套。

4.根据权利要求1所述的一种教学用水泵综合实验平台，其特征在于：所述压力测量装置包括仪表架（25），仪表架（25）通过蛇形管（26）连接压力表（27），仪表架（25）通过软管（28）与压力取出点连接。

5.根据权利要求4所述的一种教学用水泵综合实验平台，其特征在于：在仪表架（25）上还设有压力变送器（29）。

6.根据权利要求4所述的一种教学用水泵综合实验平台，其特征在于：第一实验水泵（1）的出口管道和第二实验水泵（2）的出口管道上的压力取出点在同一水平面上，第一管道（8）、第二管道（12）和第三管道（13）上的压力取出点在同一水平面上。

7.根据权利要求1所述的一种教学用水泵综合实验平台，其特征在于：第一实验水泵（1）和第二实验水泵（2）的出水口管道均采用透明软管。

8.根据权利要求1所述的一种教学用水泵综合实验平台，其特征在于：第一电机（4）和第二电机（6）均为变频电机，在第一电机（4）和第二电机（6）上均设有变频器。

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