市政給水管網教學演示裝置的製作方法

2023-05-02 20:26:11 1

專利名稱：市政給水管網教學演示裝置的製作方法
技術領域：
市政給水管網教學演示裝置，是應用於各大專院校給水排水專業教學實踐中的一個重要的實驗教學裝置。
背景技術：
隨著各個國家城市化步伐的加快，作為城市發展的重要基礎設施，同時也是城市市政公共設施完善狀況的標誌之一——城鎮室外給水排水管道系統在當今社會逐漸體現出其特殊性與重要性。
當前在開設有給水排水專業的各大專院校當中，在完成了基礎的《給水排水管道工程》課堂相關理論知識學習後，缺少室外給水管網實驗這樣一門重要的實踐課程，造成這種現象的關鍵原因在於缺少一套完整的市政給水管網教學實驗裝置，於是使得這樣一門旨在鍛鍊學生實際動手操作能力的重要實踐教學環節不能建立起來。
目前國內尚沒有一套完整的開設這一門實驗技術所需的教學裝置——市政給水管網教學演示裝置。所以說本裝置的開發具有創新性和重要的實際應用價值。
實用新型內容本裝置實用新型的目的在於填補了同類產品在各大中專院校實踐教學中的空白。
本裝置的實用新型整體結構如圖1所示，可以分為四部分，一是管網系統，二是數據採集系統，三是管網自動控制系統，四是數據顯示系統，特徵在於管網系統與數據採集系統部分；整套實驗裝置的管網系統是由循環水箱1經過閥門2與變頻水泵3相連接構成水源部分；水泵3的出水經過止回閥6，進入由水平給水管段4和豎向給水管段5構成給水環狀管網，在水平給水管段上設置電磁閥7、渦街流量計8，通過由水平給水管段4和豎向給水管段5構成的給水環狀管網將原水供至設置有壓力傳感器10、遠傳水錶11和水龍頭12的各用水節點9，採用三通連接壓力傳感器10和遠傳水錶11，採用四通和彎頭實現水平給水管段4和豎向給水管段5的連接；當整個管網系統處於運行狀態時，數據採集系統通過在水平給水管段4上設置的渦街流上設置的渦街流量計8和各用水節點9處的壓力傳感器10、遠傳水錶11來採集數據信號，實現管網系統運行中的節點壓力、管段流量和節點出流量的實時監測和數據採集，採得的數據信號通過管網自動控制系統中裝有可編程控制器的控制櫃傳輸給計算機，通過現有的數據處理軟體來完成數據的即時顯示和管網系統供水曲線的即時生成；處理後的數據再經過可編程控制器對管網系統進行反控制調節，管網系統的最終數據和整個工況運行過程通過渦街流量計8、壓力傳感器10、遠傳水錶11表徵和電腦顯示屏來完成顯示系統的顯示功能。
在當前的埋地城市給水管網當中，並沒有設置壓力傳感器和流量計，只是在規劃設計管網時採用假設計算流量進行設計，但實際管網運行當中流量和壓力是一個不確定數值，隨即性很強，對於學生的教學工作來說，不能實現直觀的狀態顯示和數據觀察。本實用新型針對城市給水管網的特性，在管網系統當中，原水通過變頻泵3加壓，進入由水平給水管段4和豎向給水管段5構成給水環狀管網，通過在給水環狀管網當中設置的渦街流量計8、壓力傳感器10、和遠傳水錶11，來實現管網系統運行中壓力、流量和節點出流量的實時監測和數據採集，通過長時間數據的積累來分析影響管網工作狀況的各因素和影響程度，觀察數據的變化趨勢和過程，從而也完成狀態模擬所必需數據的採集工作，經濟實用性強；通過現有軟體來實現數據採集和傳輸間隔的設定，實現數據存儲和輸出的功能。
本實用新型所構建的管網系統不是城市給水管網簡單的等比例縮放，本管網系統的構建通過不同工程管徑的給水管來代替市政給水管網的管段多樣性構建一個由水平給水管段4和豎向給水管段5構成給水環狀管網；考慮到裝置的結構緊湊、簡單與經濟，實驗裝置不宜過大，則為了滿足壓力傳感器和流量計的測量精度，同時也為了模擬市政給水管網當中的節點出流、沿程損失和局部損失，在各用水節點9上設置水龍頭12，採用三通連接壓力傳感器10和遠傳水錶11，採用四通和彎頭實現水平給水管段4和豎向給水管段5的連接，當水流通過這些給水部件時就會產生水頭損失，從而能夠實現上述目的；採用循環水箱1和變頻泵3來模擬市政給水水源，採用電磁閥7來控制各管段中的流態，另外本實用新型的給水環狀管網部分採用水平給水管段4與豎向給水管段5的搭配連接，相當於在平地上增加了其用水點的高程，故可以用來模擬丘陵地區或低勢具有一定起伏地區的給水環狀管網的運行狀態。
本實用新型的自動控制系統部分利用可編程控制器來實現管網系統運行狀態的現場操作和遠程操作。當工作人員在工作現場時，可以通過手動去實現對管網系統狀態的改變和控制(水泵3的調頻、出水節點流量的調整、管道電磁閥7的開啟等等)；當工作人員不在現場，則可以通過設置在操作間內的控制電腦實現遠程操作。
本實用新型的顯示系統部分作用是讓整套裝置的各運行參數及運行工況的改變，反映在畫面上，讓學生更直觀的去認識，掌握。顯示主要通過一、通過渦街流量計8、壓力傳感器10、遠傳水錶11本身表徵顯示；二、通過採集的各即時數據反映在動態的畫面上，實現歷史數據曲線的觀察和實時數據曲線的觀察，實現各工作狀況下的等水壓線在電腦上的動態演示和過程改變的演示；通過數據線將畫面傳送到遠端課堂上進行遠程課堂教學，也可以將歷史數據和實時數據進行文本輸出，以便於進行狀態分析和預測。


圖1本實用新型裝置整體結構示意圖；圖2本實用新型裝置管網系統圖；1-循環水箱，2-閥門，3-調頻水泵，4-水平給水管段，5-豎向給水管段，6-止回閥，7-電磁閥，8-渦街流量計，9-用水節點圖3本實用新型裝置用水節點9詳圖；10-壓力傳感器，11-遠傳水錶，12-水龍頭具體實施方式
本著佔地小，經濟實用且能達到預期目的的要求，本實用新型的市政給水管網教學演示裝置為一個仿真的六環給水環狀管網，水源採用循環水箱。
給水管道的設計總流量(最高日最高時總流量)為1.55l/s。
消防校核時，假定一處發生火災，消防流量為0.2l/s，總流量1.75l/s，理論水頭損失最大為3.2m。
最不利管段發生故障時，總流量取為正常供水時的70％，為1.08l/s，理論水頭損失最大為2.5m；總水量不變時，理論水頭損失最大為4.1m。
本裝置採用4種不同管徑的鍍鋅鋼管構建六環給水管網；採用不鏽鋼循環水箱作為管網水源；採用兩臺立式多級離心泵，作為管網供壓裝置，其中一臺可以模擬多水源管網供水，也可作為備用泵使用；設置9個，4種不同工程管徑的應力式渦街流量計來測定管網當中的瞬時流速；12個用水節點處設置12個懸翼式遠傳冷水水錶來測定各節點處的瞬時出流量，12塊兩線壓力變送器來測定節點水壓；管路當中設置有11個電磁閥，來控制管網當中的水流模擬各種工況；各用水節點出水閥門處均設有回流裝置，由回流管回流至水箱；整套裝置右下端設有洩水閥，可放空管路，水箱下部也設有放空閥，以備在裝置不運行時，排空水箱。
利用各個用水節點處的用水閥門開啟度不同來實現節點出流的變化，從而來實現管網工況的變化；利用電磁閥的開啟來模擬市政管網的故障管段；通過改變水泵工作狀況，調整轉速來實現管網工作水壓的變化，從而反映到各種儀器儀表上，觀察管網工作狀態的變化。
本裝置可以完成我們日常市政管網最高日最高時工況、最高日加消防時工況、最不利管段發生故障時工況、多水源供水管網工況及其它多種工況下的市政給水管道的仿真演示。
通過在北京工業大學建築工程學院水務工程專業的本科生中進行教學演示實驗，表明本實用新型達到了預期的目的，能夠很好的鞏固學生在課堂上學到的理論知識，同時也能夠加強學生在課堂上所學不到的實際動手能力和工程分析能力，培養了工程意識，開拓了思維，達到了理論與實踐相結合的教學目的。同時本實用新型裝置具有佔地小，經濟實用，環保無汙染，安全可靠，運行穩定的特點，有利於其推廣使用。
權利要求1.一種市政給水管網教學演示裝置，分為四部分，一是管網系統，二是數據採集系統，三是管網自動控制系統，四是數據顯示系統，其特徵在於管網系統與數據採集系統部分；整套實驗裝置的管網系統是由循環水箱(1)經過閥門(2)與變頻水泵(3)相連接構成水源部分；水泵(3)的出水經過止回閥(6)，進入由水平給水管段(4)和豎向給水管段(5)構成給水環狀管網，在水平給水管段上設置電磁閥(7)、渦街流量計(8)，通過由水平給水管段(4)和豎向給水管段(5)構成的給水環狀管網將原水供至設置有壓力傳感器(10)、遠傳水錶(11)和水龍頭(12)的各用水節點(9)，採用三通連接壓力傳感器(10)和遠傳水錶(11)，採用四通和彎頭實現水平給水管段(4)和豎向給水管段(5)的連接；數據採集系統通過在水平給水管段(4)上設置的渦街流量計(8)和各用水節點(9)處的壓力傳感器(10)、遠傳水錶(11)採集數據信號，採得的數據信號通過管網自動控制系統中裝有的可編程控制器的控制櫃傳輸給計算機，計算機處理後的數據通過渦街流量計(8)、壓力傳感器(10)、遠傳水錶(11)表徵和電腦顯示屏顯示。
專利摘要本實用新型屬給水排水教學領域，填補了同類產品空白。裝置分四部分，一是管網系統，二是數據採集系統，三是管網自動控制系統，四是數據顯示系統，特徵在於管網系統與數據採集系統部分；管網系統由循環水箱經過閥門與變頻水泵構成水源部分；水泵出水經過止回閥，進入由水平給水管段和豎向給水管段構成給水環狀管網，在水平給水管段上設置電磁閥、渦街流量計，通過給水環狀管網將原水供至用水節點；運行時數據採集系統採集信號，實現節點壓力、管段流量和節點出流量的實時監測和數據採集，通過自動控制系統傳給計算機完成數據顯示和供水曲線即時生成；處理後的數據經控制器對管網系統進行反控制調節。本實用新型佔地小，經濟實用且能達到教學目的。
文檔編號G09B25/00GK2833764SQ20052011408
公開日2006年11月1日 申請日期2005年7月22日 優先權日2005年7月22日
發明者呂鑑, 程靜, 段曉東, 吳珊, 楊輝, 郝二成, 王前進, 張羽, 李寶娟 申請人:北京工業大學