專利名稱：市政給水管網(wǎng)教學(xué)演示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
市政給水管網(wǎng)教學(xué)演示裝置，是應(yīng)用于各大專院校給水排水專業(yè)教學(xué)實踐中的一個重要的實驗教學(xué)裝置。
背景技術(shù)：
隨著各個國家城市化步伐的加快，作為城市發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，同時也是城市市政公共設(shè)施完善狀況的標志之一——城鎮(zhèn)室外給水排水管道系統(tǒng)在當(dāng)今社會逐漸體現(xiàn)出其特殊性與重要性。
當(dāng)前在開設(shè)有給水排水專業(yè)的各大專院校當(dāng)中，在完成了基礎(chǔ)的《給水排水管道工程》課堂相關(guān)理論知識學(xué)習(xí)后，缺少室外給水管網(wǎng)實驗這樣一門重要的實踐課程，造成這種現(xiàn)象的關(guān)鍵原因在于缺少一套完整的市政給水管網(wǎng)教學(xué)實驗裝置，于是使得這樣一門旨在鍛煉學(xué)生實際動手操作能力的重要實踐教學(xué)環(huán)節(jié)不能建立起來。
目前國內(nèi)尚沒有一套完整的開設(shè)這一門實驗技術(shù)所需的教學(xué)裝置——市政給水管網(wǎng)教學(xué)演示裝置。所以說本裝置的開發(fā)具有創(chuàng)新性和重要的實際應(yīng)用價值。
實用新型內(nèi)容本裝置實用新型的目的在于填補了同類產(chǎn)品在各大中專院校實踐教學(xué)中的空白。
本裝置的實用新型整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，可以分為四部分，一是管網(wǎng)系統(tǒng)，二是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，三是管網(wǎng)自動控制系統(tǒng)，四是數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)，特征在于管網(wǎng)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)部分；整套實驗裝置的管網(wǎng)系統(tǒng)是由循環(huán)水箱1經(jīng)過閥門2與變頻水泵3相連接構(gòu)成水源部分；水泵3的出水經(jīng)過止回閥6，進入由水平給水管段4和豎向給水管段5構(gòu)成給水環(huán)狀管網(wǎng)，在水平給水管段上設(shè)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(gòu)成的給水環(huán)狀管網(wǎng)將原水供至設(shè)置有壓力傳感器10、遠傳水表11和水龍頭12的各用水節(jié)點9，采用三通連接壓力傳感器10和遠傳水表11，采用四通和彎頭實現(xiàn)水平給水管段4和豎向給水管段5的連接；當(dāng)整個管網(wǎng)系統(tǒng)處于運行狀態(tài)時，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過在水平給水管段4上設(shè)置的渦街流上設(shè)置的渦街流量計8和各用水節(jié)點9處的壓力傳感器10、遠傳水表11來采集數(shù)據(jù)信號，實現(xiàn)管網(wǎng)系統(tǒng)運行中的節(jié)點壓力、管段流量和節(jié)點出流量的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集，采得的數(shù)據(jù)信號通過管網(wǎng)自動控制系統(tǒng)中裝有可編程控制器的控制柜傳輸給計算機，通過現(xiàn)有的數(shù)據(jù)處理軟件來完成數(shù)據(jù)的即時顯示和管網(wǎng)系統(tǒng)供水曲線的即時生成；處理后的數(shù)據(jù)再經(jīng)過可編程控制器對管網(wǎng)系統(tǒng)進行反控制調(diào)節(jié)，管網(wǎng)系統(tǒng)的最終數(shù)據(jù)和整個工況運行過程通過渦街流量計8、壓力傳感器10、遠傳水表11表征和電腦顯示屏來完成顯示系統(tǒng)的顯示功能。
在當(dāng)前的埋地城市給水管網(wǎng)當(dāng)中，并沒有設(shè)置壓力傳感器和流量計，只是在規(guī)劃設(shè)計管網(wǎng)時采用假設(shè)計算流量進行設(shè)計，但實際管網(wǎng)運行當(dāng)中流量和壓力是一個不確定數(shù)值，隨即性很強，對于學(xué)生的教學(xué)工作來說，不能實現(xiàn)直觀的狀態(tài)顯示和數(shù)據(jù)觀察。本實用新型針對城市給水管網(wǎng)的特性，在管網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)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(gòu)成給水環(huán)狀管網(wǎng)，通過在給水環(huán)狀管網(wǎng)當(dāng)中設(shè)置的渦街流量計8、壓力傳感器10、和遠傳水表11，來實現(xiàn)管網(wǎng)系統(tǒng)運行中壓力、流量和節(jié)點出流量的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集，通過長時間數(shù)據(jù)的積累來分析影響管網(wǎng)工作狀況的各因素和影響程度，觀察數(shù)據(jù)的變化趨勢和過程，從而也完成狀態(tài)模擬所必需數(shù)據(jù)的采集工作，經(jīng)濟實用性強；通過現(xiàn)有軟件來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和傳輸間隔的設(shè)定，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲和輸出的功能。
本實用新型所構(gòu)建的管網(wǎng)系統(tǒng)不是城市給水管網(wǎng)簡單的等比例縮放，本管網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)建通過不同工程管徑的給水管來代替市政給水管網(wǎng)的管段多樣性構(gòu)建一個由水平給水管段4和豎向給水管段5構(gòu)成給水環(huán)狀管網(wǎng)；考慮到裝置的結(jié)構(gòu)緊湊、簡單與經(jīng)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(wǎng)當(dāng)中的節(jié)點出流、沿程損失和局部損失，在各用水節(jié)點9上設(shè)置水龍頭12，采用三通連接壓力傳感器10和遠傳水表11，采用四通和彎頭實現(xiàn)水平給水管段4和豎向給水管段5的連接，當(dāng)水流通過這些給水部件時就會產(chǎn)生水頭損失，從而能夠?qū)崿F(xiàn)上述目的；采用循環(huán)水箱1和變頻泵3來模擬市政給水水源，采用電磁閥7來控制各管段中的流態(tài)，另外本實用新型的給水環(huán)狀管網(wǎng)部分采用水平給水管段4與豎向給水管段5的搭配連接，相當(dāng)于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(qū)或低勢具有一定起伏地區(qū)的給水環(huán)狀管網(wǎng)的運行狀態(tài)。
本實用新型的自動控制系統(tǒng)部分利用可編程控制器來實現(xiàn)管網(wǎng)系統(tǒng)運行狀態(tài)的現(xiàn)場操作和遠程操作。當(dāng)工作人員在工作現(xiàn)場時，可以通過手動去實現(xiàn)對管網(wǎng)系統(tǒng)狀態(tài)的改變和控制(水泵3的調(diào)頻、出水節(jié)點流量的調(diào)整、管道電磁閥7的開啟等等)；當(dāng)工作人員不在現(xiàn)場，則可以通過設(shè)置在操作間內(nèi)的控制電腦實現(xiàn)遠程操作。
本實用新型的顯示系統(tǒng)部分作用是讓整套裝置的各運行參數(shù)及運行工況的改變，反映在畫面上，讓學(xué)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、遠傳水表11本身表征顯示；二、通過采集的各即時數(shù)據(jù)反映在動態(tài)的畫面上，實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)曲線的觀察和實時數(shù)據(jù)曲線的觀察，實現(xiàn)各工作狀況下的等水壓線在電腦上的動態(tài)演示和過程改變的演示；通過數(shù)據(jù)線將畫面?zhèn)魉偷竭h端課堂上進行遠程課堂教學(xué)，也可以將歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)進行文本輸出，以便于進行狀態(tài)分析和預(yù)測。


圖1本實用新型裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2本實用新型裝置管網(wǎng)系統(tǒng)圖；1-循環(huán)水箱，2-閥門，3-調(diào)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(jié)點圖3本實用新型裝置用水節(jié)點9詳圖；10-壓力傳感器，11-遠傳水表，12-水龍頭具體實施方式
本著占地小，經(jīng)濟實用且能達到預(yù)期目的的要求，本實用新型的市政給水管網(wǎng)教學(xué)演示裝置為一個仿真的六環(huán)給水環(huán)狀管網(wǎng)，水源采用循環(huán)水箱。
給水管道的設(shè)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(fā)生火災(zāi)，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(fā)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。
本裝置采用4種不同管徑的鍍鋅鋼管構(gòu)建六環(huán)給水管網(wǎng)；采用不銹鋼循環(huán)水箱作為管網(wǎng)水源；采用兩臺立式多級離心泵，作為管網(wǎng)供壓裝置，其中一臺可以模擬多水源管網(wǎng)供水，也可作為備用泵使用；設(shè)置9個，4種不同工程管徑的應(yīng)力式渦街流量計來測定管網(wǎng)當(dāng)中的瞬時流速；12個用水節(jié)點處設(shè)置12個懸翼式遠傳冷水水表來測定各節(jié)點處的瞬時出流量，12塊兩線壓力變送器來測定節(jié)點水壓；管路當(dāng)中設(shè)置有11個電磁閥，來控制管網(wǎng)當(dāng)中的水流模擬各種工況；各用水節(jié)點出水閥門處均設(shè)有回流裝置，由回流管回流至水箱；整套裝置右下端設(shè)有泄水閥，可放空管路，水箱下部也設(shè)有放空閥，以備在裝置不運行時，排空水箱。
利用各個用水節(jié)點處的用水閥門開啟度不同來實現(xiàn)節(jié)點出流的變化，從而來實現(xiàn)管網(wǎng)工況的變化；利用電磁閥的開啟來模擬市政管網(wǎng)的故障管段；通過改變水泵工作狀況，調(diào)整轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)管網(wǎng)工作水壓的變化，從而反映到各種儀器儀表上，觀察管網(wǎng)工作狀態(tài)的變化。
本裝置可以完成我們?nèi)粘Ｊ姓芫W(wǎng)最高日最高時工況、最高日加消防時工況、最不利管段發(fā)生故障時工況、多水源供水管網(wǎng)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(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院水務(wù)工程專業(yè)的本科生中進行教學(xué)演示實驗，表明本實用新型達到了預(yù)期的目的，能夠很好的鞏固學(xué)生在課堂上學(xué)到的理論知識，同時也能夠加強學(xué)生在課堂上所學(xué)不到的實際動手能力和工程分析能力，培養(yǎng)了工程意識，開拓了思維，達到了理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)目的。同時本實用新型裝置具有占地小，經(jīng)濟實用，環(huán)保無污染，安全可靠，運行穩(wěn)定的特點，有利于其推廣使用。
權(quán)利要求1.一種市政給水管網(wǎng)教學(xué)演示裝置，分為四部分，一是管網(wǎng)系統(tǒng)，二是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，三是管網(wǎng)自動控制系統(tǒng)，四是數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)，其特征在于管網(wǎng)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)部分；整套實驗裝置的管網(wǎng)系統(tǒng)是由循環(huán)水箱(1)經(jīng)過閥門(2)與變頻水泵(3)相連接構(gòu)成水源部分；水泵(3)的出水經(jīng)過止回閥(6)，進入由水平給水管段(4)和豎向給水管段(5)構(gòu)成給水環(huán)狀管網(wǎng)，在水平給水管段上設(shè)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(gòu)成的給水環(huán)狀管網(wǎng)將原水供至設(shè)置有壓力傳感器(10)、遠傳水表(11)和水龍頭(12)的各用水節(jié)點(9)，采用三通連接壓力傳感器(10)和遠傳水表(11)，采用四通和彎頭實現(xiàn)水平給水管段(4)和豎向給水管段(5)的連接；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過在水平給水管段(4)上設(shè)置的渦街流量計(8)和各用水節(jié)點(9)處的壓力傳感器(10)、遠傳水表(11)采集數(shù)據(jù)信號，采得的數(shù)據(jù)信號通過管網(wǎng)自動控制系統(tǒng)中裝有的可編程控制器的控制柜傳輸給計算機，計算機處理后的數(shù)據(jù)通過渦街流量計(8)、壓力傳感器(10)、遠傳水表(11)表征和電腦顯示屏顯示。
專利摘要本實用新型屬給水排水教學(xué)領(lǐng)域，填補了同類產(chǎn)品空白。裝置分四部分，一是管網(wǎng)系統(tǒng)，二是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，三是管網(wǎng)自動控制系統(tǒng)，四是數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)，特征在于管網(wǎng)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)部分；管網(wǎng)系統(tǒng)由循環(huán)水箱經(jīng)過閥門與變頻水泵構(gòu)成水源部分；水泵出水經(jīng)過止回閥，進入由水平給水管段和豎向給水管段構(gòu)成給水環(huán)狀管網(wǎng)，在水平給水管段上設(shè)置電磁閥、渦街流量計，通過給水環(huán)狀管網(wǎng)將原水供至用水節(jié)點；運行時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集信號，實現(xiàn)節(jié)點壓力、管段流量和節(jié)點出流量的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集，通過自動控制系統(tǒng)傳給計算機完成數(shù)據(jù)顯示和供水曲線即時生成；處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)控制器對管網(wǎng)系統(tǒng)進行反控制調(diào)節(jié)。本實用新型占地小，經(jīng)濟實用且能達到教學(xué)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(yōu)先權(quán)日2005年7月22日
發(fā)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(yè)大學(xué)