CN2078031U - 水击综合实验仪 - Google Patents

Abstract

水击综合实验仪是一种流体力学教学实验仪 器。其特征在于具有水击发生阀、逆止阀、水击测压 机构、水击扬水机构、水击消除机构和自循环供水系 统。它可进行水击发生、水击压强测量、水击利用和 水击危害的消除等多项综合实验。本仪器的优点是 功能多、直观性好、测压方便精确，整机小巧美观、造 价低，节能效果好。本仪器可广泛应用于大中专院校 有关专业的工程流体力学课程的教学实验中。

Description

本发明创造属于教学实验仪器。

水击现象是流体工程及日常生活中经常遇到的管道非恒定流问题。水击波的传播速度达1000米／秒以上。由于阀门突然关闭等原因导致管道中水流速度急剧改变，在管道中就会产生水击现象，出现瞬时高压，犹如重锤敲击管道一般（工程上常把水击称作“水锤”）。水击的最大压强可达作用水头的数十倍乃至上百倍。正水击可造成管道爆破，负水击可造成管道吸偏。

在工程流体力学或水力学的教学中，水击是其中重要的内容。因水击理论概念复杂，学生不易理解，很有必要通过实验教学帮助学生理解水击现象机理的实质。目前，有的院校不惜工本，建造一条长达数十米的钢管与水库、水泵和截止阀等构件构成一个庞大的供水系统并附有一套瞬时水压强的电测系统。这样的系统装置不仅投资浩大、能耗高、占地面积至少需几十平方米，而且实验功能少，仅可进行水击压强的量测实验。这种造价高昂的实验装置，目前有能力建造的院校并不多，多数院校尚不能进行水击的教学实验。

本发明创造的目的是要设计制造一种造价低廉，美观、小巧的台式水击综合实验仪器，可以对水击开展多方面的实验、观察研究。

本发明创造的基本结构方案是：由供水系统和水击发生装置所构成。其特点是水击发生装置中包含有与供水管相连的一个水击室，在水击室上部有一个水击发生阀和一个逆止阀。在逆止阀上面有一个水击测压机构，该机构由一个压力室和气压表组成，水通过供水管到水击室经水击发生阀的阀孔流出可回到供水系统的集水箱。

参照附图进一步说明本方案的具体结构及其工作原理和工作过程：

附图所示为本水击综合实验仪的结构示意图。

本实验仪器的工作用水从供水系统的集水箱14经吸水管8、水泵7、恒压供水箱1、供水管9进入水击发生装置的水击室13。在水击室上部有一个水击发生阀11和一个逆止阀12。水击发生阀11是由锥形活塞式或平板形盖式的活门和相应形状的阀道组成，活门向下时开启，活门向上时关闭。逆止阀12的结构型式与水击发生阀一样，也是由锥形活塞式或平板形盖式活门和相应形状的阀道构成，所不同的是活门向上时开启，向下时关闭。在逆止阀12的上面有一个水击测压机构，它由压力室5与气压表3组成。在压力室5上还按装一个扬水机构，该机构由扬水机出水管2与截止阀4构成，出水管2的高度为实验工作水头的1～20倍。在紧靠水击发生阀11处有一个消除水击的机构，它由圆筒式调压筒6与一个截止阀10所组成。

本发明创造的工作原理及过程：

供水系统通过水泵7把集水箱14中的水经吸水管8送入恒压水箱1中，水箱1内设有溢流板和回水管，能保证水位恒定。工作水流自水箱1经供水管9进入水击发生装置的水击室13，再通过水击发生阀11的阀孔流回到集水箱14。作水击发生实验时，首先要关闭截止阀10和截止阀4。当触发起动水击发生阀11后，水流即通过阀11，由于流水的冲力，使阀11的活门向上运动关闭阀孔，导致水流突然截止，逐使供水管9的末端产生水击升压，同时使水击室13承受到这一水击压强。水击升压以水击波形式迅速沿供水管道9的上游传播，到达供水管的进口处后返回一个减压波，造成供水管9末端和水击室13内的负水击压强。这时，水击发生阀11在自重和负水击作用下，使活门下移而自动开启，水又通过阀11流出，使供水管9恢复正常流速。而后阀11又被水流关闭，水击升压又一次发生，如此周而复始，使阀11不断地自动开启和关闭，水击现象就能一次又一次周期性地发生。

当发生水击时由于水击室13的压强大于压力室5内的压强，使逆止阀12因活门上移而开启，水自水击室13流入压力室5，使压力室上部气腔升压。当阀11开启时，阀12则自动关闭，阻止水由压力室5向水击室13回流。因阀11不停地工作，水击不断发生，阀12亦不停地与阀11速率相同、方向相反的开启或关闭，致使压力室5中的水量逐次增加，使压力室5内的气腔容积不断缩小，气腔压强随之不断升高，直至压力室5内的压强与水击室13内发生的最大水击压强相等时，逆止阀12才停止开启，此时压力室内的压强可以由气压表3读出，亦即为水击室13内产生的最大水击压强值。

图中水击扬水机构工作时，先要打开截止阀4，当水击升压时，能使水通过阀4沿出水管2出水。由于水击发生阀11自动周期性的工作，使高压水以同样地周期不停地从水击室压入压力室5中，然后经出水管2输出，实现利用水击现象向高处扬水的功能。

图中所示消除水击机构工作时，先要打开截止阀10（截止阀4关闭）。这时，当水击发生阀11突然关闭时，管道中的水流并不会突然截止，而是经阀10流入调压筒6内，使供水管9中的流速缓慢地趋向于零。因为流速变化不快，所以水击升压亦不大，能有效防止水击高压的产生。

本方案已在实验室试制成样品，除底座15与电气部份外，过水系统的构件均用透明有机玻璃制作。试验结果表明：在作用水头为25厘米水柱条件下，可产生最大水击升压400厘米水柱以上，扬水机构的扬程为37厘米，消除水击机构可消除水击最大升压的三分之二。功耗为70瓦，仪器体积为1000×150×90（毫米³）。试验中可清晰地观察水击现象的发生过程、水击扬水的过程、以及消除水击机构的工作情况。气压表可方便的测出水击压强。

本水击实验仪器的优点：

1.外形小巧美观、造价低廉、节能并有多功能特点。

2.可清晰观察水击现象的发生过程，能方便准确地测量水击压强。

3.本仪器的消除水击机构对于水击危害的消除具有实用意义。

4.水击扬水机构可直观形象地进行水击利用的教学实验。

本发明可广泛应用于大、中专院校的航空、水利、机械、化工、建筑、冶金、交通、环保、生物工程、食品、医学等专业的工程流体力学的教学实验中。

Claims (6)

1、一种水击综合实验仪，由供水系统和水击发生装置组成，其特征在于水击发生装置包含一个与供水管[9]相连的水击室[13]，在水击室上部有一个水击发生阀[11]和一个逆止阀[12]，在逆止阀上面有一个水击测压机构，该机构由压力室[5]和气压表[3]组成，实验时水可以通过供水管[9]到水击室[13]经水击发生阀[11]的阀孔返回到集水箱[14]。

2、根据权利要求1所述的水击综合实验仪，其特征是水击发生阀〔11〕由锥形活塞式或平板形盖式的活门和相应形状的阀道所构成，活门向下时开启，活门向上时关闭。

3、根据权利要求1所述的水击综合实验仪，其特征在于所说的逆止阀〔12〕是由锥形活塞式或平板形盖式的活门和形状相应的阀道构成，活门向上时开启，活门向下时关闭。

4、根据权利要求1所述的水击综合实验仪，其特征是在压力室〔5〕上装有一个扬水机构，该机构由扬水机出水管〔2〕与截止阀〔4〕组成。

5、根据权利要求1所述的水击综合实验仪，其特征是在水击发生阀〔11〕的附近有一个消除水击机构，它由圆筒式调压筒〔6〕与一个截止阀〔10〕所组成。

6、根据权利要求1所述的水击综合实验仪，其特征是过水系统采用透明有机玻璃材料制成。

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