一种长距离输水管道快速充水实验装置及测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种长距离输水管道快速充水实验装置及测试方法，属于管道充水实验技术领域，旨在解决现有装置未充分考虑上下游水箱中水位对充水过程中水力要素的影响，现有装置测试的水力要素相对较少，未设高速相机不能有效采集气液界面运动情况的问题；包括水力实验模块和测试模块，水力实验模块包括可调节水位的上游水箱、可调节水位的下游水箱、可调节坡度的支架、循环水水箱、透明有机玻璃输水管道、输水管道控制阀门和下游水箱排水管道控制阀门；上游水箱、下游水箱和透明有机玻璃输水管道通过若干可调坡度支架支撑。本发明专利技术充分考虑上下游水箱中水位对充水过程中水力要素的影响，测试的水力要素更多，设高速相机能有效采集气液界面运动情况。集气液界面运动情况。集气液界面运动情况。

【技术实现步骤摘要】
一种长距离输水管道快速充水实验装置及测试方法


[0001]本专利技术涉及管道快速充水实验
，具体涉及一种长距离输水管道快速充水实验装置及测试方法。

技术介绍

[0002]引水工程和供水工程中常采用长距离输水管道，在首次试通水及恢复通水时出现快速充水过程，涉及复杂的气液两相非恒定流转变，水流流态将经历从无压流变为明满交替流，再到有压流的转变，因此在流速或流量变化时引起输水管道系统中的压力变化，产生瞬变流。另外长距离输水管道在运行操作不当时管道快速充水，流态转换过程中气液两相流的相互作用通常会引起较为剧烈的压力波动，从而引发水锤现象，威胁输水工程的安全运行，为了研究管道快速充水瞬变流的水力现象和水力要素的观测，为输水管道的设计与运行安全，有必要开展管道快速充水实验，并需要搭建一套合适的集实验装置和测试为一体的系统，对快速充水过程进行数据采集并分析水力过渡过程，掌握水击压力变化情况，以便采取相应的防护措施防止输水管道出现水锤事故，确保长距离输水管道安全运行。
[0003]为了确定试通水及运行过程中水力过渡状态，现有的输水管道的实验装置由上游水箱、溢流管、有机玻璃管、阀门、连通管、下游水箱、循环水泵、循环水管组成。上游水箱模拟水源，利用重力通过管道向下游水箱输水，输水管道可以使用阀门控制管道的连通。输水管部分采用有机玻璃管，可以观测到非满流时输水管内的水位变化，输水管线上设有压力检测点。
[0004]现有技术中输水管道充水实验装置主要集中在输水运行过程中调节阀门开度产生水力过渡情况观测，并模拟操作不当，如突然关闭阀门停止输水产生的水锤问题；现有实验装置未充分考虑上下游水箱中水位对充水过程中水力要素的影响，并且现有装置测试的水力要素相对较少，未设高速相机不能有效采集气液界面运动情况。

技术实现思路

[0005]针对上述存在的技术不足，本专利技术的目的是提供一种长距离输水管道快速充水实验装置及测试方法，其通过模拟长距离输水管道快速充水过程，确定合理的管道快速充水实验装置与测试系统，观测输水管道快速充水瞬变流的水力现象和要素，对快速充水过程进行数据采集并分析水力过渡过程，掌握水力要素变化情况。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术提供一种长距离输水管道快速充水实验装置，包括水力实验模块和测试模块，所述水力实验模块包括可调节水位的上游水箱、可调节水位的下游水箱、可调节坡度的支架、循环水水箱、透明有机玻璃输水管道、输水管道控制阀门和下游水箱排水管道控制阀门；所述上游水箱、下游水箱和透明有机玻璃输水管道通过若干可调坡度支架支撑；
[0008]其特征在于，所述上游水箱内设置有可调高挡板，且将上游水箱内部分隔为两个腔体；所述下游水箱内设置有可调高挡板，且将下游水箱内部分隔为两个腔体；所述上游水
箱内部的一个腔体通过透明有机玻璃输水管道和下游水箱内部的一个腔体连通，所述循环水水箱通过循环水管和下游水箱内部的另一个腔体连通，所述上游水箱内部的另一个腔体通过循环水管、水泵和循环水水箱连通；所述上游水箱出口处设置有输水管道控制阀门；所述下游水箱出口处设置有下游水箱排水管道控制阀门；
[0009]所述测试模块包括测试仪器和数据采集系统，所述测试仪器包括压力传感器、压差传感器、流量计和高速相机；所述数据采集系统和压力传感器、压差传感器、流量计、高速相机信号连接；
[0010]所述透明有机玻璃输水管道上设置有若干个压差传感器和若干个压力传感器，所述上游水箱底部和下游水箱底部均设置有压力传感器；所述透明有机玻璃输水管道上还设置有若干高速相机；流量计布置在循环水管内，所述循环水管上设置有循环水管阀门，且位于水泵和流量计之间。
[0011]进一步的，所述上游水箱两侧和下游水箱两侧均留有溢流口。
[0013]本专利技术还涉及一种长距离输水管道快速充水实验测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0014]步骤1：通过调整上游水箱:流量产生水位高度一定的明渠流；调整输水管道控制阀门的开度，并关闭下游水箱中可调高挡板底部开口，待流态由明渠流变成有压流后，随着水跃的上升，上游将形成压力不断增高的气团；
[0015]步骤2：针对不同的运行工况和可能发生的特殊输水工况，通过开启水泵，根据流量计控制循环水管阀门，可设计不同的初始水位、不同的透明有机玻璃输水管道坡度和输水管道控制阀门开度，可以组合出不同的实验工况；
[0016]步骤3：为了保证实验的可重复性，每种工况操作5次，以获取可靠的数据，并确定总的实验次数，分别采集压差传感器、高速相机、压力传感器、流量计以电压或电流信号的形式传输的数据，并把模拟量转化为所需采集的数值量，然后根据水力学知识分析水力现象和水力过渡过程。
[0017]本专利技术的有益效果在于：通过便捷地调节上游水位、输水管道坡度和阀门开度开展多工况水力实验，按照相似原理(几何相似和动力相似)及重力相似准则确定流速比尺和流量比尺，模拟引水工程和供水工程中长距离输水管道快速充水过程，观察气液界面运动、流态转变与测试水力要素变化情况，分析压力波动及水锤发生的原因，确保输水管道的运行安全，并且管道快速充水实验比原位输水管道水力要素观测更经济更高效，并能全面考虑不同工况的输水过程。
[0018]实验装置支架坡度可调节模拟不同输水管道坡度，测试系统数据采集快捷准确，利用水力学知识可进行分析水力过渡过程。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本专利技术提供的一种长距离输水管道快速充水实验装置的结构示意图；
[0021]图2为本专利技术实施例1提供的一种长距离输水管道快速充水实验装置下游水箱、上游水箱和循环水水箱的分布图；
[0022]附图标记说明：1、可调高挡板；2、下游水箱；3、压差传感器；4、高速相机；5、压力传感器；6、可调坡度支架；7、透明有机玻璃输水管道；8、输水管道控制阀门；9、上游水箱；10、下游水箱排水管道控制阀门；11、循环水水箱；12、循环水管；13、水泵；14、循环水管阀门；15、流量计。
具体实施方式
[0023]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0024]实施例1
[0025]如图1
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图2所示，一种长距离输水管道快速充水实验装置，包括水力实验模块和测试模块，所述水力实验模块包括可调节水位的上游水箱9、可调节水位的下游水箱2、可调节坡度的支架、循环水水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种长距离输水管道快速充水实验测试方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：通过调整上游水箱:流量产生水位高度一定的明渠流；调整输水管道控制阀门的开度，并关闭下游水箱中可调高挡板底部开口，待流态由明渠流变成有压流后，随着水跃的上升，上游将形成压力不断增高的气团；步骤2：针对不同的运行工况和可能发生的特殊输水工况，通过开启水泵，根据流量计控制循环水管阀门，可设...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯庆志，杨旭亮，陈西凤，张宁杰，苏志伟，
申请(专利权)人：青海民族大学，
类型：发明
国别省市：