一种重力流长距离输水管道模拟装置及模拟方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种重力流长距离输水管道模拟装置及模拟方法，所述装置包括管道构件、支撑构件、驱动管道构件旋转的动力构件和测量构件，其中，管道构件中的注水管(2)和取样放空管(5)与环形模拟管道(1)相连通。本发明专利技术所述模拟方法步骤包括，选定环形模拟管道(1)的材质，设定水流速度，通过注水管(2)加入水源水和药剂，调节压力，开启变频驱动电机(9)，带动中心转筒(8)旋转，驱动圆形托板(6)及其上的环形模拟管道(1)转动。管内的水源水与管壁间的相对运动可模拟实际工程中无泵驱动的重力流长距离输水管内的水流情况，以研究管道内的沿程水质变化及水生物生长和繁殖情况。本装置具有贴近实际的模拟能力，具有更强的实用性。

Gravity flow long distance water delivery pipeline analogue device and simulation method

The invention provides a device and method for gravity flow simulation of long distance pipeline simulation, the device comprises a pipeline component, a supporting component and drive piping components rotary power component and measuring component, the water injection pipeline component in (2) and (5) sampling vent pipe and the annular pipe (1) phase simulation connected. The method comprises the following steps of simulation, the selected ring (1) simulation of pipe material, set flow velocity, water injection (2) by adding water and chemicals, adjust the pressure, open the motor (9), (8) the center drive drum rotation, drive round support plate (6) and ring the simulation of pipeline (1). The relative motion of water pipe with the pipe wall can be simulated without pump driven by gravity flow of long distance water pipe in practical engineering, in order to study the pipeline along the change of water quality and water biological growth and reproduction. The device has the ability of simulating close to reality and has more practicability.

【技术实现步骤摘要】
一种重力流长距离输水管道模拟装置及模拟方法
本专利技术涉及水处理
，具体涉及一种重力流长距离输水管道模拟装置及模拟方法。
技术介绍
随着我国经济发展及人民生活水平的提高，工业和生活用水量均不断增大，各种各样的取水工程也日益增多，其中不乏长度在十公里以上的重力流长距离输水管道。无论是淡水还是海水，由于其中生长着种类丰富、数量众多的水生物，特别是生长着繁殖能力很强的污损生物，使得输水管道不得不面对严重的生物繁殖和堵塞问题，对重力流长距离输水管道更是如此。此外，在长距离输水管道中，水源水中的溶解氧及某些营养性物质会由于水生物的消耗而减少，从而引起水质的明显变化。因此，明确水源水在重力流长距离输水管道中的水质变化情况以及水生物在管道中的生长、繁殖、迁移和耐药性等特性，无疑对控制输水水质和制定污损生物防除方案具有重要的工程参考价值。通常，为了工程设计和运行管理的需要，在重力流长距离输水管道建设之前就需要对水质变化特征以及水生物的生长和繁殖特性进行明确，因此借助长距离输水管渠的模拟设备进行相关实验研究存在技术上和经济上的必要性。然而，在已有的专利文献中，虽然已公开了有关长距离输水的模拟装置，但是对于重力流长距离输水管道，尤其是可能出现海洋污损生物繁殖的重力流长距离输水管道，其模拟的功能性存在显著不足。例如，专利技术专利申请(申请公布号：CN102392430A)就公开了一种长距离输水水质模拟装置，该装置主要模拟明渠中的水流在降雨、光照和温度等自然天气变化下的水质。显然，水质在开口明渠和封闭管道内的变化差异(例如水的复氧差异)决定了该装置应用于模拟长距离输水管道是不合适的。专利技术专利申请(申请公布号：CN105092808A)也公开了一种长距离输水管道模拟装置，该装置主要通过水泵向装置内充水，然后通过推流器推动水流在圆柱形球墨铸铁管道内流动，达到模拟水流长距离长时间流动的目的。但是，当该装置用于研究水生物生长和繁殖特性时，水泵叶轮和推流器对水生物，尤其是对污损生物的连续多次打击将不可避免，而这一点对重力流输水是不存在的，因此该专利申请所述的长距离输水管道模拟装置同样不能用于模拟重力流长距离输水管道。在实际重力流长距离输水管道中，水源水在封闭、黑暗的管道内流行时间越长，水中的各种成分将变化越大，水生物的生命活动也将明显变化。利用全新原理重新设计更加贴近实际工程环境的重力流长距离输水管道模拟装置，通过实验来研究输水管道中的水生物生长和繁殖情况就显得十分必要。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：提供一种与实际工程环境贴近的重力流长距离输水管道模拟装置，实现在实验室中研究实际长距离输水管道中的水质变化情况以及水生物的生长和繁殖情况。具体来说，针对现有技术的不足，本专利技术提供了如下技术方案：一方面，本专利技术提供了一种重力流长距离输水管道模拟装置，所述模拟装置包括管道构件、支撑构件、驱动管道构件旋转的动力构件和测量构件，其中，管道构件包括环形模拟管道1、与环形模拟管道1相连通的注水管2和取样放空管5；支撑构件包括圆形托板6；动力构件包括变频驱动电机9以及与其相连的中心转筒8；测量构件包括超声波流量计4；其中，所述环形模拟管道1固定于圆形托板6的上表面；中心转筒8的一端延伸至圆形托板6中心的上方；环形模拟管道1上设有超声波流量计4。优选的，该装置还包括与管道构件相连的加压构件，所述加压构件包括相互连通的加压管3、空压机11和输气管12，以及位于环形模拟管道1上的压力表13。优选的，所述注水管2和取样放空管5均位于环形模拟管道1上；所述加压管3也位于环形模拟管道1上且与其相通；所述输气管12连接加压管3和空压机11。优选的，所述支撑构件还包括两端分别固定于中心转筒8和圆形托板6的托板支撑架7，以及框架10；所述变频驱动电机9固定在框架10的底面；所述中心转筒8与变频驱动电机9通过联轴器同心相连或者通过齿轮连接。优选的，所述注水管2、加压管3和取样放空管5上均设有塑料截止阀或球阀。优选的，所述注水管2、加压管3和取样放空管5与环形模拟管道1为可拆卸式连接。优选的，所述注水管2、加压管3和取样放空管5与环形模拟管道1为不可拆的固定连接。优选的，所述环形模拟管道1的材质、内壁粗糙度以及管内环境均模拟实际重力流长距离输水管道；其中，所述环形模拟管道1的材质选自钢管、塑料管、复合管或内涂水泥砂浆的钢管中的一种。优选的，所述圆形托板6和中心转筒8的材质包括不锈钢或涂刷防腐漆的碳钢钢材。另一方面，本专利技术提供了利用所述的输水管道模拟装置模拟测定实际重力流长距离输水管道内沿程水质变化及水生物生长和繁殖情况的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：a.确定模拟对象：选定所要模拟的实际长距离输水管道；b.根据步骤a确定的模拟对象，选择环形模拟管道1的材质，确定环形模拟管道1内的水流相对速度以及不同流速下的流行时间；c.保持加压管3和取样放空管5上的阀门处于关闭状态，通过注水管2向环形模拟管道1内加满水源水和药剂，环形模拟管道1被注满后，关闭注水管2；d.往环形模拟管道1内加压；e.开动变频驱动电机9，使圆形托板6、中心转筒8和环形模拟管道1开始转动；f.当超声波流量计4的示数达到步骤b设计的水流相对速度时，固定变频驱动电机9的转速；g.到达取样时间节点时，关闭变频驱动电机9，通过取样放空管5取出水样并进行分析；h.重新开动变频驱动电机9，重复步骤e-g的操作；i.在所有时间节点取样结束后，打开取样放空管5将环形模拟管道1内的水放空。优选的，步骤d所述的加压方法为打开加压管3上的阀门，开启空压机11并调节空压机11以使压力表13的示数达到试验设定压力。优选的，所述试验设定压力值为0-0.2MPa。优选的，所述环形模拟管道1内的水流速度为0-1.5m/s。优选的，对所有取出的水样分析包括水质参数分析、药剂残留量分析和水生物活性分析。与现有技术相比，本专利技术的效果和益处在于：在实验室中利用弯成环形的管道模拟长距离输水管道，极大地降低了模拟装置造价。本装置利用环形管道转动时水流会与管道形成相对运动的原理，能够很好的模拟实际重力流输水状态，避免了利用水泵驱动水流时水泵叶轮对水生生物造成的冲击伤害。通过调节模拟管道的转动时间及管道内的压力，可以模拟水源水在重力流长距离输水管道内的流行时间以及管内水流的承压情况。因此，本装置具有较为贴近实际的模拟能力，能够模拟研究实际重力流输水管道内水源水沿程的水质变化和水生物的生长与繁殖情况。此外，本专利技术所述的模拟方法操作简单，与模拟装置结合具有较强的实用性。下面结合附图和各个具体实施方式，对本专利技术及其有益技术效果作进一步说明。附图说明图1为本专利技术所述模拟装置的横向直径剖面图；图2为本专利技术所述模拟装置的俯视图。图中的附图标记说明如下：1—环形模拟管道，2—注水管，3—加压管，4—超声波流量计，5—取样放空管，6—圆形托板，7—托板支撑架，8—中心转筒，9—变频驱动电机，10—框架，11—空压机，12—输气管，13—压力表。具体实施方式如上所述，本专利技术的目的在于提供一种重力流长距离输水管道模拟装置，更好的模拟实际工程环境，避免利用水泵驱动水流，实现重力流输水的模拟；通过实验室模拟实验研究实际重力流长距离输水管道中的水质变化及水生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种重力流长距离输水管道模拟装置，其特征在于，其包括管道构件、支撑构件、驱动管道构件旋转的动力构件和测量构件，其中，管道构件包括环形模拟管道(1)、与环形模拟管道(1)相连通的注水管(2)和取样放空管(5)；支撑构件包括圆形托板(6)；动力构件包括变频驱动电机(9)以及与其相连的中心转筒(8)；测量构件包括超声波流量计(4)；其中，所述环形模拟管道(1)固定于圆形托板(6)的上表面；中心转筒(8)的一端延伸至圆形托板(6)中心的上方；环形模拟管道(1)上设有超声波流量计(4)。

【技术特征摘要】
1.一种重力流长距离输水管道模拟装置，其特征在于，其包括管道构件、支撑构件、驱动管道构件旋转的动力构件和测量构件，其中，管道构件包括环形模拟管道(1)、与环形模拟管道(1)相连通的注水管(2)和取样放空管(5)；支撑构件包括圆形托板(6)；动力构件包括变频驱动电机(9)以及与其相连的中心转筒(8)；测量构件包括超声波流量计(4)；其中，所述环形模拟管道(1)固定于圆形托板(6)的上表面；中心转筒(8)的一端延伸至圆形托板(6)中心的上方；环形模拟管道(1)上设有超声波流量计(4)。2.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，该装置还包括与管道构件相连的加压构件，所述加压构件包括相互连通的加压管(3)、空压机(11)和输气管(12)，以及位于环形模拟管道(1)上的压力表(13)。3.根据权利要求2所述的模拟装置，其特征在于，所述注水管(2)和取样放空管(5)均位于环形模拟管道(1)上；所述加压管(3)也位于环形模拟管道(1)上且与其相通；所述输气管(12)连接加压管(3)和空压机(11)。4.根据权利要求1-3任一项所述的模拟装置，其特征在于，所述支撑构件还包括两端分别固定于中心转筒(8)和圆形托板(6)的托板支撑架(7)，以及框架(10)；所述变频驱动电机(9)固定在框架(10)的底面；所述中心转筒(8)与变频驱动电机(9)通过联轴器同心相连或者通过齿轮连接。5.根据权利要求2-4任一项所述的模拟装置，其特征在于，所述注水管(2)、加压管(3)和取样放空管(5)上均设有塑料截止阀或球阀。6.根据权利要求2-5所述的模拟装置，其特征在于，所述注水管(2)、加压管(3)和取样放空管(5)与环形模拟管道(1)为可拆卸式连接。7.根据权利要求2-5所述的模拟装置，其特征在于，所述注水管(2)、加压管(3)和取样放空管(5)与环形模拟管道(1)为不可拆的固定连接。8.根据权利要求1-7任一项所述的模拟装置，其特征在于，所述环形模拟管道(1)的材质、内壁粗糙度以及管内环境均模拟实际重力流长...

【专利技术属性】
技术研发人员：王印忠，薛伟，李雪，李志洁，张连强，尹建华，
申请(专利权)人：国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所，
类型：发明
国别省市：天津,12