CN114623085B - 一种开敞式进水泵站性能模型试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种开敞式进水泵站性能模型试验装置。本发明包括泵站有机玻璃模型、循环管路系统、皮托管测速装置、旋度计测量装置、数据采集和流量控制计算机软硬件系统。试验装置通过辅助泵产生循环流动，可测量泵站入口的性能参数，泵站的各关键尺寸可灵活调节，同时配备可调节的前池，能够更加真实的模拟泵站流态。
Description
技术领域
本发明涉及进水泵站模型试验装置技术领域，尤其涉及一种开敞式进水泵站性能模型试验装置。
背景技术
众所周知，泵在现代工作发展中担任着重要的角色，被广泛运用农业、矿业、化工、冶金、电力和国防军工等领域，是国民经济中应用最广泛的通用机械。其工作原理是装在主轴上的叶轮旋转，由叶轮上的叶片对流体作工来提高流体能量。为了能够提供足够的压力以及流量，建造了泵站工程，由油箱、管路、电机和泵等主要部件构成。
泵站设计是一项复杂的工作，且投资较大，合理的设计尤为关键，为了提供可靠的设计理论，需要做泵站的性能模型试验。现有的模型实验装置只能满足模拟不同的运行工况，对于泵站关键尺寸无法做到灵活调节，适用性较差。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种开敞式进水泵站性能模型试验装置，解决了现有技术中泵站性能模型试验装置无法灵活调节关键尺寸的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种开敞式进水泵站性能模型试验装置，包括有泵站总池，在泵站总池的后端分别设有进水口和排水口，在泵站总池的前端安装有井筒，井筒下端伸入到泵站总池内部，在所述井筒的底部分别安装有旋度计测量装置和皮托管测速装置，所述井筒出水口由软管连接至流量测量和控制系统，流量测量和控制系统出口分别连接并联的辅助泵和清水泵，辅助泵和清水泵的出口均连接至进水口。
所述的泵站总池由方钢加固架和有机透明玻璃搭建而成的。
所述的旋度计测量装置包括有安装在泵站总池外侧的光电式转速传感器和安装在井筒内部的轴流泵流道模型、旋度计叶片、安装轴、主轴和旋度计夹块，在旋度计夹块上设有通孔，在井筒壁面上设有一个穿孔，所述的旋度计夹块固定在井筒外壁上，且旋度计夹块的通孔与井筒壁面上的穿孔对齐，所述的安装轴水平穿过井筒壁面和旋度计夹块，所述的主轴上端与安装轴固定连接，下端通过轴承组件连接旋度计叶片的中心轴，所述主轴位于轴流泵流道模型的中心轴轴线上，旋度计叶片位于轴流泵流道模型内部，在所述旋度计叶片表面贴有反光条，反光条将转动速度信号传递给光电式转速传感器。
所述的轴流泵流道模型材质为透明玻璃，整体呈两端大中间小的环体，固定在井筒底端内壁。
所述的光电式转速传感器采用三脚架的方式固定在地面上，光电式转速传感器的探头与地面的距离在140-240mm范围内可调，实际的转速探测应用测量距离需满足：25mm的有机玻璃板加上不大于250mm的水介质。
所述的皮托管测速装置包括有四根皮托管、皮托管夹块以及与四根皮托管匹配的流速测量仪，在所述的井筒筒壁的四个方向上分别开有安装孔，在皮托管夹块上开有通孔，所述的皮托管夹块水平固定在井筒筒壁的安装孔内，四根皮托管分别穿过四个皮托管夹块的通孔深入到轴流泵流道模型内部，所述皮托管的口部垂直向下。
所述的井筒的出水口位置设置活动支架，井筒出水口采用软管连接所述流量测量和控制系统，所述的流量测量和控制系统包括有四路并联的辅助泵管路，且在每路辅助泵管路上均设有电磁流量计，电磁流量计均连接有变频器，通过变频器和电磁流量计反馈控制流量，单路流量范围达4-40l/s。
所述的辅助泵为DN125辅助泵，所述的清水泵为DN100清水泵，四路并联的辅助泵管路的出口连接后再分别连接辅助泵和清水泵的入口。
所述进水口为DN125法兰进水口，进水口粘接DN125法兰后与辅助泵和清水泵的出口连接；所述排水口粘接DN15法兰后接30米DN15排水软管。
所述的旋度计测量装置、皮托管测速装置、流量测量和控制系统、辅助泵和清水泵分别连接有计算机控制系统。
本发明通过辅助泵产生循环流动，可测量泵站入口的性能参数，泵站的各关键尺寸可灵活调节，如泵与墙壁距离、泵与泵中心距、泵的悬空高、泵的淹没深度、前池坡度、挡板间距等诸多尺寸均可灵活调节，有数据采集及分析装置的加持，可做到较为真实的模拟泵站的实际运行状态。
井筒的装配采用M18螺栓紧固，要求装置运行时无任何泄漏。
井筒的底部装配轴混流泵流道模型以及旋度计，其中井筒壁面的1个穿孔和旋度计夹块的通孔孔径为φ6.4mm，与φ6mm的金属安装轴精密装配安装轴的末端用M6螺帽紧固。
井筒其中井筒壁面的4个孔径为φ12mm，皮托管夹块固定在孔内，其内孔用于内嵌金属内螺纹部件，皮托管装配后，要求皮托管口垂直向下，且均布（都与井筒中轴的距离为16.5mm）。
皮托管直径为6mm，水速测量范围1.2-12 m/s，配流速测量仪（带流速数字屏显示，及计算机信号采集或传输并软件显示）。
出水口采用软管连接，井筒的出水口位置设置活动支架（满足出水口在垂直方向上可被垫高100mm，水平方向上可平移不超过200mm）。
本发明的优点是：
（1）本发明通过在井筒外壁均布4组直径为6mm的皮托管，能够测量1.2-12m/s的水流速度，通过计算机信号采集并传输至流速数字屏显示，流速测量精度可以达到1级；其次，在井筒内部安装旋度计测量系统，结合光电式转速传感器，可以采集转轮转速信号；通过上述两个测试系统可以测试泵站的性能参数；
（2）本发明在出水口处采用软管连接，软管后接4路DN100并联的流量和控制管路，通过电磁流量计对流量书记进行采集，介质为水，口径DN100，压力1.6MPa，单路流量范围为4-40l/s，流量测量精度可达到1级；流量和控制管路后接并联的2路辅助泵管路，单路流量范围为4-40l/s，通过变频器和流量计反馈到达控制流量的目的；
（3）本发明装置结构设计合理且可靠，其能够实现灵活调节泵站设计过程中的诸多关键尺寸，除可调节的皮托管外，还设有可调节的前池。
（4）本发明可测量泵入口水流涡旋程度、流速等，由于装置由透明玻璃组成，可更加直观的观察泵站内部流态，以便做出调整；本发明装置模拟了泵站的实际运行，为泵站设计提供了可靠的依据，为后期泵站的运行提供了有效的支持；灵活可调的特性实现了装置多用，可适应多种泵站的设计，大大节省了泵站设计的投入。
附图说明
图1是本发明一种开敞式进水泵站性能模型试验装置的整体结构示意图；
图2是本发明一种开敞式进水泵站性能模型试验装置的井筒结构示意图；
图3是本发明一种开敞式进水泵站性能模型试验装置的旋度计测量装置安装示意图；
图4为本发明一种开敞式进水泵站性能模型试验装置的旋度计测量装置剖视图；
图5是本发明一种开敞式进水泵站性能模型试验装置的皮托管安装示意图；
图6是本发明一种开敞式进水泵站性能模型试验装置的空间布局示意图及计算机的放置位置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1、2所示，一种开敞式进水泵站性能模型试验装置，包括有泵站总池1，在泵站总池1的后端分别设有进水口7和排水口8，在泵站总池1的前端安装有井筒2，井筒2下端伸入到泵站总池1内部，在所述井筒2的底部分别安装有旋度计测量装置3和皮托管测速装置4，所述井筒2出水口由软管连接至流量测量和控制系统5，流量测量和控制系统5出口分别连接并联的辅助泵6和清水泵11，辅助泵6和清水泵11的出口均连接至进水口7。
所述的泵站总池1由方钢加固架和有机透明玻璃搭建而成的。
如图3、4所示，所述的旋度计测量装置3包括有安装在泵站总池1外侧的光电式转速传感器3-1和安装在井筒2内部的轴流泵流道模型3-6、旋度计叶片3-5、安装轴3-3、主轴3-4和旋度计夹块3-2，在旋度计夹块3-2上设有通孔，在井筒2壁面上设有一个穿孔，所述的旋度计夹块3-2固定在井筒2外壁上，且旋度计夹块3-2的通孔与井筒2壁面上的穿孔对齐，所述的安装轴3-3水平穿过井筒2壁面和旋度计夹块3-2，所述的主轴3-4上端与安装轴3-3固定连接，下端通过轴承组件连接旋度计叶片3-5的中心轴，所述主轴3-4位于轴流泵流道模型3-6的中心轴轴线上，旋度计叶片3-5位于轴流泵流道模型3-6内部，在所述旋度计叶片3-5表面贴有反光条，反光条将转动速度信号传递给光电式转速传感器3-1。
所述的轴流泵流道模型3-6材质为透明玻璃，整体呈两端大中间小的环体，固定在井筒2底端内壁。
所述的光电式转速传感器3-1采用三脚架的方式固定在地面上，光电式转速传感器3-1的探头与地面的距离在140-240mm范围内可调，实际的转速探测应用测量距离需满足：25mm的有机玻璃板加上不大于250mm的水介质。
如图5所示，所述的皮托管测速装置4包括有四根皮托管4-1、皮托管夹块4-2以及与四根皮托管匹配的流速测量仪，在所述的井筒2筒壁的四个方向上分别开有安装孔，在皮托管夹块4-2上开有通孔，所述的皮托管夹块4-2水平固定在井筒2筒壁的安装孔内，四根皮托管4-1分别穿过四个皮托管夹块4-2的通孔深入到轴流泵流道模型3-6内部，所述皮托管4-1的口部垂直向下。
所述的井筒2的出水口位置设置活动支架，井筒2出水口采用软管连接所述流量测量和控制系统5，所述的流量测量和控制系统5包括有四路并联的辅助泵管路，且在每路辅助泵管路上均设有电磁流量计，电磁流量计均连接有变频器，通过变频器和电磁流量计反馈控制流量，单路流量范围达4-40l/s。
所述的辅助泵6为DN125辅助泵，所述的清水泵11为DN100清水泵，四路并联的辅助泵管路的出口连接后再分别连接辅助泵和清水泵的入口。
所述进水口7为DN125法兰进水口，进水口7粘接DN125法兰后与辅助泵6和清水泵11的出口连接；所述排水口8粘接DN15法兰后接30米DN15排水软管。
所述的旋度计测量装置3、皮托管测速装置4、流量测量和控制系统5、辅助泵6和清水泵11分别连接有计算机控制系统10。
如图5所示，皮托管测速装置4，其中井筒2壁面的4个孔径为φ12mm，保证定制尺寸的皮托管能伸入井筒2，要求皮托管4-1口垂直向下，且均布（都与井筒中轴的距离16.5mm）。定制尺寸标准304不锈钢4组皮托管4-1，直径为6mm，上部管道可采用铁丝圈等方式软固定在井筒壁上。
如图6所示，图1中的主要实验装置放置于房间9，泵站模型装置的所有参数测量数据全部通过计算机控制系统10采集存储并显示。
本发明的工作原理和过程具体如下：
首先由外部向装置内加水至一定水位。工作时，水流由进水口7进入，经过泵站总池1流经前池部，流至4组井筒2，井筒2下部安装旋度计测量装置3，流体推动旋度计叶片3-5，叶片表面贴有反光条，将转动速度信号传递给光电式转速传感器3-1，由光电式转速传感器3-1进行转速测量，并由计算机控制系统10计算传输至软件，进而达到转速测量的目的。
水流流至井筒2底部时，经过旋度计测量装置3的同时经过皮托管测速装置4，配流速测量仪，水速测量范围可达1.2-12 m/s。井筒2出水口采用软管连接，井筒的出水口位置设置活动支架，可以满足出水口在垂直方向上可被垫高100mm，水平方向上可平移不超过200mm。软管后接4路DN100并联的流量和控制管路，包括电磁流量计4个，流量和控制管路后接并联的4路辅助泵管路，通过变频器和流量计反馈控制流量，单路流量范围可达4-40l/s。4路DN100并联的流量和控制管路后接两路并联辅助泵DN125和DN100清水泵，清水泵负责提供辅助流量。
经过两路并联辅助泵DN125和DN100清水泵后，流至DN125法兰进水口7，进水口粘接DN125法兰（PVC）后与管路系统连接，排水口粘接DN15法兰（PVC）后接30米DN15排水软管。4路流量控制管路和2路辅助泵管路配备必要的阀门，达到控制流量的目的。
如图6所示，泵站模型装置的所有参数测量数据全部通过计算机控制系统采集存储并显示，计算机控制系统 10包括采集和储存数据功能的可视化软件1套，台式电脑1台，电脑桌椅1套，用于4路流量，16路皮托管流速和4路光电传感器转速的数据采集和存储功能，采集方式、频率和存储格式和各传感器匹配，以及流量控制仪的软件界面输入控制。
Claims (5)
1.一种开敞式进水泵站性能模型试验装置，其特征在于：包括有泵站总池，在泵站总池的后端分别设有进水口和排水口，在泵站总池的前端安装有井筒，井筒下端伸入到泵站总池内部，在所述井筒的底部分别安装有旋度计测量装置和皮托管测速装置，所述井筒出水口由软管连接至流量测量和控制系统，流量测量和控制系统出口分别连接并联的辅助泵和清水泵，辅助泵和清水泵的出口均连接至进水口；
所述的旋度计测量装置包括有安装在泵站总池外侧的光电式转速传感器和安装在井筒内部的轴流泵流道模型、旋度计叶片、安装轴、主轴和旋度计夹块，在旋度计夹块上设有通孔，在井筒壁面上设有一个穿孔，所述的旋度计夹块固定在井筒外壁上，且旋度计夹块的通孔与井筒壁面上的穿孔对齐，所述的安装轴水平穿过井筒壁面和旋度计夹块，所述的主轴上端与安装轴固定连接，下端通过轴承组件连接旋度计叶片的中心轴，所述主轴位于轴流泵流道模型的中心轴轴线上，旋度计叶片位于轴流泵流道模型内部，在所述旋度计叶片表面贴有反光条，反光条将转动速度信号传递给光电式转速传感器；
所述的轴流泵流道模型材质为透明玻璃，整体呈两端大中间小的环体，固定在井筒底端内壁；
所述的光电式转速传感器采用三脚架的方式固定在地面上，光电式转速传感器的探头与地面的距离在140-240mm范围内可调；
所述的皮托管测速装置包括有四根皮托管、皮托管夹块以及与四根皮托管匹配的流速测量仪，在所述的井筒筒壁的四个方向上分别开有安装孔，在皮托管夹块上开有通孔，所述的皮托管夹块水平固定在井筒筒壁的安装孔内，四根皮托管分别穿过四个皮托管夹块的通孔深入到轴流泵流道模型内部，所述皮托管的口部垂直向下；
所述的井筒的出水口位置设置活动支架，井筒出水口采用软管连接所述流量测量和控制系统，所述的流量测量和控制系统包括有四路并联的辅助泵管路，且在每路辅助泵管路上均设有电磁流量计，电磁流量计均连接有变频器，通过变频器和电磁流量计反馈控制流量，单路流量范围达4-40l/s。
2.根据权利要求1所述的一种开敞式进水泵站性能模型试验装置，其特征在于：所述的泵站总池由方钢加固架和有机透明玻璃搭建而成的。
3.根据权利要求1所述的一种开敞式进水泵站性能模型试验装置，其特征在于：所述的辅助泵为DN125辅助泵，所述的清水泵为DN100清水泵，四路并联的辅助泵管路的出口连接后再分别连接辅助泵和清水泵的入口。
4.根据权利要求3所述的一种开敞式进水泵站性能模型试验装置，其特征在于：所述进水口为DN125法兰进水口，进水口粘接DN125法兰后与辅助泵和清水泵的出口连接；所述排水口粘接DN15法兰后接30米DN15排水软管。
5.根据权利要求4所述的一种开敞式进水泵站性能模型试验装置，其特征在于：所述的旋度计测量装置、皮托管测速装置、流量测量和控制系统、辅助泵和清水泵分别连接有计算机控制系统。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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