专利名称：市政给水管网教学演示装置的制作方法
技术领域：
市政给水管网教学演示装置，是应用于各大专院校给水排水专业教学实践中的一个重要的实验教学装置。
背景技术：
随着各个国家城市化步伐的加快，作为城市发展的重要基础设施，同时也是城市市政公共设施完善状况的标志之一——城镇室外给水排水管道系统在当今社会逐渐体现出其特殊性与重要性。
当前在开设有给水排水专业的各大专院校当中，在完成了基础的《给水排水管道工程》课堂相关理论知识学习后，缺少室外给水管网实验这样一门重要的实践课程，造成这种现象的关键原因在于缺少一套完整的市政给水管网教学实验装置，于是使得这样一门旨在锻炼学生实际动手操作能力的重要实践教学环节不能建立起来。
目前国内尚没有一套完整的开设这一门实验技术所需的教学装置——市政给水管网教学演示装置。所以说本装置的开发具有创新性和重要的实际应用价值。
实用新型内容本装置实用新型的目的在于填补了同类产品在各大中专院校实践教学中的空白。
本装置的实用新型整体结构如图1所示，可以分为四部分，一是管网系统，二是数据采集系统，三是管网自动控制系统，四是数据显示系统，特征在于管网系统与数据采集系统部分；整套实验装置的管网系统是由循环水箱1经过阀门2与变频水泵3相连接构成水源部分；水泵3的出水经过止回阀6，进入由水平给水管段4和竖向给水管段5构成给水环状管网，在水平给水管段上设置电磁阀7、涡街流量计8，通过由水平给水管段4和竖向给水管段5构成的给水环状管网将原水供至设置有压力传感器10、远传水表11和水龙头12的各用水节点9，采用三通连接压力传感器10和远传水表11，采用四通和弯头实现水平给水管段4和竖向给水管段5的连接；当整个管网系统处于运行状态时，数据采集系统通过在水平给水管段4上设置的涡街流上设置的涡街流量计8和各用水节点9处的压力传感器10、远传水表11来采集数据信号，实现管网系统运行中的节点压力、管段流量和节点出流量的实时监测和数据采集，采得的数据信号通过管网自动控制系统中装有可编程控制器的控制柜传输给计算机，通过现有的数据处理软件来完成数据的即时显示和管网系统供水曲线的即时生成；处理后的数据再经过可编程控制器对管网系统进行反控制调节，管网系统的最终数据和整个工况运行过程通过涡街流量计8、压力传感器10、远传水表11表征和电脑显示屏来完成显示系统的显示功能。
在当前的埋地城市给水管网当中，并没有设置压力传感器和流量计，只是在规划设计管网时采用假设计算流量进行设计，但实际管网运行当中流量和压力是一个不确定数值，随即性很强，对于学生的教学工作来说，不能实现直观的状态显示和数据观察。本实用新型针对城市给水管网的特性，在管网系统当中，原水通过变频泵3加压，进入由水平给水管段4和竖向给水管段5构成给水环状管网，通过在给水环状管网当中设置的涡街流量计8、压力传感器10、和远传水表11，来实现管网系统运行中压力、流量和节点出流量的实时监测和数据采集，通过长时间数据的积累来分析影响管网工作状况的各因素和影响程度，观察数据的变化趋势和过程，从而也完成状态模拟所必需数据的采集工作，经济实用性强；通过现有软件来实现数据采集和传输间隔的设定，实现数据存储和输出的功能。
本实用新型所构建的管网系统不是城市给水管网简单的等比例缩放，本管网系统的构建通过不同工程管径的给水管来代替市政给水管网的管段多样性构建一个由水平给水管段4和竖向给水管段5构成给水环状管网；考虑到装置的结构紧凑、简单与经济，实验装置不宜过大，则为了满足压力传感器和流量计的测量精度，同时也为了模拟市政给水管网当中的节点出流、沿程损失和局部损失，在各用水节点9上设置水龙头12，采用三通连接压力传感器10和远传水表11，采用四通和弯头实现水平给水管段4和竖向给水管段5的连接，当水流通过这些给水部件时就会产生水头损失，从而能够实现上述目的；采用循环水箱1和变频泵3来模拟市政给水水源，采用电磁阀7来控制各管段中的流态，另外本实用新型的给水环状管网部分采用水平给水管段4与竖向给水管段5的搭配连接，相当于在平地上增加了其用水点的高程，故可以用来模拟丘陵地区或低势具有一定起伏地区的给水环状管网的运行状态。
本实用新型的自动控制系统部分利用可编程控制器来实现管网系统运行状态的现场操作和远程操作。当工作人员在工作现场时，可以通过手动去实现对管网系统状态的改变和控制(水泵3的调频、出水节点流量的调整、管道电磁阀7的开启等等)；当工作人员不在现场，则可以通过设置在操作间内的控制电脑实现远程操作。
本实用新型的显示系统部分作用是让整套装置的各运行参数及运行工况的改变，反映在画面上，让学生更直观的去认识，掌握。显示主要通过一、通过涡街流量计8、压力传感器10、远传水表11本身表征显示；二、通过采集的各即时数据反映在动态的画面上，实现历史数据曲线的观察和实时数据曲线的观察，实现各工作状况下的等水压线在电脑上的动态演示和过程改变的演示；通过数据线将画面传送到远端课堂上进行远程课堂教学，也可以将历史数据和实时数据进行文本输出，以便于进行状态分析和预测。
图1本实用新型装置整体结构示意图；图2本实用新型装置管网系统图；1-循环水箱，2-阀门，3-调频水泵，4-水平给水管段，5-竖向给水管段，6-止回阀，7-电磁阀，8-涡街流量计，9-用水节点图3本实用新型装置用水节点9详图；10-压力传感器，11-远传水表，12-水龙头具体实施方式
本着占地小，经济实用且能达到预期目的的要求，本实用新型的市政给水管网教学演示装置为一个仿真的六环给水环状管网，水源采用循环水箱。
给水管道的设计总流量(最高日最高时总流量)为1.55l/s。
消防校核时，假定一处发生火灾，消防流量为0.2l/s，总流量1.75l/s，理论水头损失最大为3.2m。
最不利管段发生故障时，总流量取为正常供水时的70％，为1.08l/s，理论水头损失最大为2.5m；总水量不变时，理论水头损失最大为4.1m。
本装置采用4种不同管径的镀锌钢管构建六环给水管网；采用不锈钢循环水箱作为管网水源；采用两台立式多级离心泵，作为管网供压装置，其中一台可以模拟多水源管网供水，也可作为备用泵使用；设置9个，4种不同工程管径的应力式涡街流量计来测定管网当中的瞬时流速；12个用水节点处设置12个悬翼式远传冷水水表来测定各节点处的瞬时出流量，12块两线压力变送器来测定节点水压；管路当中设置有11个电磁阀，来控制管网当中的水流模拟各种工况；各用水节点出水阀门处均设有回流装置，由回流管回流至水箱；整套装置右下端设有泄水阀，可放空管路，水箱下部也设有放空阀，以备在装置不运行时，排空水箱。
利用各个用水节点处的用水阀门开启度不同来实现节点出流的变化，从而来实现管网工况的变化；利用电磁阀的开启来模拟市政管网的故障管段；通过改变水泵工作状况，调整转速来实现管网工作水压的变化，从而反映到各种仪器仪表上，观察管网工作状态的变化。
本装置可以完成我们日常市政管网最高日最高时工况、最高日加消防时工况、最不利管段发生故障时工况、多水源供水管网工况及其它多种工况下的市政给水管道的仿真演示。
通过在北京工业大学建筑工程学院水务工程专业的本科生中进行教学演示实验，表明本实用新型达到了预期的目的，能够很好的巩固学生在课堂上学到的理论知识，同时也能够加强学生在课堂上所学不到的实际动手能力和工程分析能力，培养了工程意识，开拓了思维，达到了理论与实践相结合的教学目的。同时本实用新型装置具有占地小，经济实用，环保无污染，安全可靠，运行稳定的特点，有利于其推广使用。
权利要求1.一种市政给水管网教学演示装置，分为四部分，一是管网系统，二是数据采集系统，三是管网自动控制系统，四是数据显示系统，其特征在于管网系统与数据采集系统部分；整套实验装置的管网系统是由循环水箱(1)经过阀门(2)与变频水泵(3)相连接构成水源部分；水泵(3)的出水经过止回阀(6)，进入由水平给水管段(4)和竖向给水管段(5)构成给水环状管网，在水平给水管段上设置电磁阀(7)、涡街流量计(8)，通过由水平给水管段(4)和竖向给水管段(5)构成的给水环状管网将原水供至设置有压力传感器(10)、远传水表(11)和水龙头(12)的各用水节点(9)，采用三通连接压力传感器(10)和远传水表(11)，采用四通和弯头实现水平给水管段(4)和竖向给水管段(5)的连接；数据采集系统通过在水平给水管段(4)上设置的涡街流量计(8)和各用水节点(9)处的压力传感器(10)、远传水表(11)采集数据信号，采得的数据信号通过管网自动控制系统中装有的可编程控制器的控制柜传输给计算机，计算机处理后的数据通过涡街流量计(8)、压力传感器(10)、远传水表(11)表征和电脑显示屏显示。
专利摘要本实用新型属给水排水教学领域，填补了同类产品空白。装置分四部分，一是管网系统，二是数据采集系统，三是管网自动控制系统，四是数据显示系统，特征在于管网系统与数据采集系统部分；管网系统由循环水箱经过阀门与变频水泵构成水源部分；水泵出水经过止回阀，进入由水平给水管段和竖向给水管段构成给水环状管网，在水平给水管段上设置电磁阀、涡街流量计，通过给水环状管网将原水供至用水节点；运行时数据采集系统采集信号，实现节点压力、管段流量和节点出流量的实时监测和数据采集，通过自动控制系统传给计算机完成数据显示和供水曲线即时生成；处理后的数据经控制器对管网系统进行反控制调节。本实用新型占地小，经济实用且能达到教学目的。
文档编号G09B25/00GK2833764SQ20052011408
公开日2006年11月1日 申请日期2005年7月22日 优先权日2005年7月22日
发明者吕鑑, 程静, 段晓东, 吴珊, 杨辉, 郝二成, 王前进, 张羽, 李宝娟 申请人:北京工业大学