一种供热系统水喷射器的教学演示装置的制作方法

[0001]
本发明涉及供热系统教学演示技术领域，尤其涉及一种供热系统水喷射器的教学演示装置。


背景技术：

[0002]
水-喷射器是一种利用高压工作流体的喷射作用来输送流体的泵，内部没有机械传动和机械工作构件，由喷管、引射管、混合室、扩压管等构成。它的工作原理是：流过喷嘴的高速射流通过内部结构在引射管附近形成真空，利用该部分真空做为动力源来吸入引射流体并在混合室内混合，最后通过扩压管使混合后的流体流出。水-喷射器的应用在供热领域中起着十分重要的作用，其内部构造尤其是各个腔室之间的连通和工作原理，包括混水过程的演示在暖通专业领域特别是供热工程相关课程的教学中成为了重点。
[0003]
现有技术普遍存在着对水-喷射器构造和工作原理演示不够直观的问题，导致这些问题的主要原因有：喷射器壳体密闭不透明使其内部构造无法观察；两部分无色透明流体混水时流速快、扰动强、不利于区分；未在工作状态的单纯机械结构模型无法演示其在实际工作中内部的运行原理。上述因素很大程度的限制了水-喷射器原理演示以及教学推广工作的正常进行。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的是提供一种供热系统水喷射器的教学演示装置，该装置包含完整循环系统，能够模拟实际运行工况，从而解决无法形象直观地演示出水-喷射器工作原理尤其是混水过程的问题。
[0005]
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]
一种供热系统水喷射器的教学演示装置，所述装置包括水-喷射器模型主体、显色装置、水处理装置和动力联接组件，其中：
[0007]
所述水-喷射器模型主体是由实心透明扁立方体(1)以及内部的四个腔体结构：喷管及喷嘴(12)、引射管结构(13)、吸入口混合室(14)和扩压管结构(15)组成，其中：
[0008]
所述喷管及喷嘴(12)、引射管结构(13)、吸入口混合室(14)和扩压管结构(15)均是在所述实心透明扁立方体(1)的内部通过加工得到的不同形状的空腔；
[0009]
所述喷管及喷嘴(12)的左端连接有透明扁立方体(1)左侧面的入水口(12a)及法兰(12b)，右端伸入所述吸入口混合室(14)的内部接近最右端，所述喷管及喷嘴(12)左端截面为圆形，且截面沿轴线向右方向渐缩至更小圆形，形成渐缩长喷管和小喷嘴结构；
[0010]
所述吸入口混合室(14)为等径的圆柱空腔，且右端连有一段渐缩结构，圆柱空腔的公称直径大小与所述喷管及喷嘴(12)的左端截面的直径相同；所述吸入口混合室(14)的左端嵌套包围连接所述喷管及喷嘴(12)的左端，中部顶端连接所述引射管结构(13)，右端的渐缩结构连接所述扩压管结构(15)；
[0011]
所述引射管结构(13)为公称直径一致的圆柱形通道，上端连接有透明扁立方体
(1)上侧面的引水口(13a)及法兰(13b)，下端连接所述吸入口混合室(14)的中部顶端；
[0012]
所述扩压管结构(15)为圆形截面且直径沿流体流向先逐渐缩小后逐渐扩大的长通道，最细处形成喉部，左端连接所述吸入口混合室(14)右端的渐缩结构，右端连接透明扁立方体(1)右侧面的出水口(15a)及法兰(15b)；
[0013]
所述显色装置具体为一台水力驱动比例式加药器(2)，通过实时水压控制进入管道的药量，维持试剂投放量与流量时刻成比例，并且比例可调，该水力驱动比例式加药器(2)安装于引水口(13a)所连接的管道上，靠近法兰(13b)处，由底部添加第一试液；
[0014]
所述水处理装置具体为一个水处理水箱(3)，外形为立方体，采用恒压设计，进水口设于底部，顶部设有排气阀(3a)，内部出水口设有过滤装置(3b)，底部设有排污阀(3c)，外部设有连通过滤装置(3b)的第二试液添加口(3d)，所述水处理水箱(3)安装于所述水-喷射器模型主体的二次侧管道上，位于整个系统的最高处；
[0015]
所述动力联接组件包括透明管道、流量调节阀、弯头、三通(7)、压力表(8)、流量计(9)、循环水泵(10)、展示平台(11)，其中：
[0016]
所述透明管道均由耐压透明亚克力制成，包含入水管道(4a)、出水管道(4b)、引水管道(4c)、一次侧立管(4d)、二次侧立管(4e)和回水干管(4f)，具体连接如下：入水管道(4a)与入水口(12a)通过法兰(12b)连接、出水管道(4b)与出水口(15a)通过法兰(15b)连接、引水管道(4c)与引水口(13a)通过法兰(13b)连接、二次侧立管(4e)下部通过弯头(6b)连接出水管道(4b)且上部连接所述水处理水箱(3)、一次侧立管(4d)下部通过弯头(6a)连接入水管道(4a)且上部通过弯头(6c)连接回水干管(4f)、回水干管(4f)中部通过三通(7)与引水管道(4c)顶部连接且右侧通过螺纹与所述水处理水箱(3)的出水口连接；
[0017]
所述流量调节阀包含喷射调节阀(5a)、混合调节阀(5b)、引射调节阀(5c)和回水调节阀(5d)，具体连接为：
[0018]
喷射调节阀(5a)安装于入水管道(4a)上、混合调节阀(5b)安装于出水管道(4b)上、引射调节阀(5c)安装于引水管道(4c)上、回水调节阀(5d)安装于回水干管(4f)上与引水管道(4c)连接处之前；
[0019]
所述压力表(8)分别安装于循环水泵(10)的出口附近和所述水处理水箱(3)的出口附近；
[0020]
所述流量计(9)分别安装在入水管道(4a)、出水管道(4b)和引水管道(4c)上，在动态循环演示过程中，通过参考各管段流量计(9)对各管段阀门进行流量比例的调节；
[0021]
所述循环水泵(10)为变频水泵，安装在出水管道(4b)末端的减震底座上；
[0022]
所述展示平台(11)采用坚固的钢架结构，由底部平台(11a)与展示立面(11b)两部分组成，侧剖面整体呈“l
””
形；
[0023]
所述展示立面(11b)分布有便于安装和收集设备线路的孔洞，正面通过设备支架与管道支架连接固定各设备，背部通过螺栓连接固定各设备的控制电路；
[0024]
所述底部平台(11a)底部安装有活动轮减震垫，金属部分设置有接地装置。
[0025]
由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述装置包含完整循环系统，能够模拟实际运行工况，从而解决无法形象直观地演示出水-喷射器工作原理尤其是混水过程的问题，实现了模拟接近实际工况、可视化程度高、突显运行原理、运行安全稳定等要求。
附图说明
[0026]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。
[0027]
图1为本发明实施例提供的供热系统水喷射器的教学演示装置的整体结构示意图；
[0028]
图2为本发明实施例所述水-喷射器模型主体的结构示意图。
具体实施方式
[0029]
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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，都属于本发明的保护范围。
[0030]
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例提供的供热系统水喷射器的教学演示装置的整体结构示意图，所述装置主要包括水-喷射器模型主体、显色装置、水处理装置和动力联接组件，其中：
[0031]
如图2所示为本发明实施例所述水-喷射器模型主体的结构示意图，所述水-喷射器模型主体由实心透明扁立方体(1)以及内部的四个腔体结构：喷管及喷嘴(12)、引射管结构(13)、吸入口混合室(14)和扩压管结构(15)组成，其中：
[0032]
所述喷管及喷嘴(12)、引射管结构(13)、吸入口混合室(14)和扩压管结构(15)均是在所述实心透明扁立方体(1)的内部通过加工得到的不同形状的空腔，各部分依次连接在实心透明扁立方体(1)中，共同实现水力性能；
[0033]
所述喷管及喷嘴(12)的左端连接有透明扁立方体(1)左侧面的入水口(12a)及法兰(12b)，右端伸入所述吸入口混合室(14)的内部接近最右端，所述喷管及喷嘴(12)左端截面为圆形，且截面沿轴线向右方向渐缩至更小圆形，形成渐缩长喷管和小喷嘴结构；
[0034]
所述吸入口混合室(14)为等径的圆柱空腔，且右端连有一段渐缩结构，圆柱空腔的公称直径大小与所述喷管及喷嘴(12)的左端截面的直径相同；所述吸入口混合室(14)的左端嵌套包围连接所述喷管及喷嘴(12)的左端，中部顶端连接所述引射管结构(13)，右端的渐缩结构连接所述扩压管结构(15)；
[0035]
所述引射管结构(13)为公称直径一致的圆柱形通道，上端连接有透明扁立方体(1)上侧面的引水口(13a)及法兰(13b)，下端连接所述吸入口混合室(14)的中部顶端；
[0036]
所述扩压管结构(15)为圆形截面且直径沿流体流向先逐渐缩小后逐渐扩大的长通道，最细处形成喉部，左端连接所述吸入口混合室(14)右端的渐缩结构，右端连接透明扁立方体(1)右侧面的出水口(15a)及法兰(15b)；
[0037]
参考图1，所述显色装置具体为一台水力驱动比例式加药器(2)，通过实时水压控制进入管道的药量，维持试剂投放量与流量时刻成比例，并且比例可调，该水力驱动比例式加药器(2)安装于引水口(13a)所连接的管道上，靠近法兰(13b)处，由底部添加第一试液；目的是维持从所述引射管结构(13)进入所述水-喷射器模型主体的第一试液单位体积浓度
保持基本恒定，维持稳定的弱碱性(ph值在8.2-10范围内)，具体实现中，该显色装置与系统内加有酚酞试剂的流体配合工作即可达到显色效果(酚酞试剂变色的ph值范围为8.2-10)；
[0038]
所述水处理装置具体为一个水处理水箱(3)，外形为立方体，采用恒压设计，进水口设于底部，顶部设有排气阀(3a)，内部出水口设有过滤装置(3b)，底部设有排污阀(3c)，外部设有连通过滤装置(3b)的第二试液添加口(3d)，所述水处理水箱(3)安装于所述水-喷射器模型主体的二次侧管道上，位于所述装置的最高处；
[0039]
所述动力联接组件包括透明管道、流量调节阀、弯头、三通(7)、压力表(8)、流量计(9)、循环水泵(10)、展示平台(11)，其中：
[0040]
所述透明管道均由耐压透明亚克力制成，包含入水管道(4a)、出水管道(4b)、引水管道(4c)、一次侧立管(4d)、二次侧立管(4e)和回水干管(4f)，具体连接如下：入水管道(4a)与入水口(12a)通过法兰(12b)连接、出水管道(4b)与出水口(15a)通过法兰(15b)连接、引水管道(4c)与引水口(13a)通过法兰(13b)连接、二次侧立管(4e)下部通过弯头(6b)连接出水管道(4b)且上部连接所述水处理水箱(3)、一次侧立管(4d)下部通过弯头(6a)连接入水管道(4a)且上部通过弯头(6c)连接回水干管(4f)、回水干管(4f)中部通过三通(7)与引水管道(4c)顶部连接且右侧通过螺纹与所述水处理水箱(3)的出水口连接；
[0041]
所述流量调节阀包含喷射调节阀(5a)、混合调节阀(5b)、引射调节阀(5c)和回水调节阀(5d)，具体连接为：
[0042]
喷射调节阀(5a)安装于入水管道(4a)上、混合调节阀(5b)安装于出水管道(4b)上、引射调节阀(5c)安装于引水管道(4c)上、回水调节阀(5d)安装于回水干管(4f)上与引水管道(4c)连接处之前；
[0043]
所述压力表(8)分别安装于循环水泵(10)的出口附近和所述水处理水箱(3)的出口附近；
[0044]
所述流量计(9)分别安装在入水管道(4a)、出水管道(4b)和引水管道(4c)上，在动态循环演示过程中，通过参考各管段流量计(9)对各管段阀门进行流量比例的调节；
[0045]
所述循环水泵(10)为变频水泵，安装在出水管道(4b)末端的减震底座上；
[0046]
所述展示平台(11)采用坚固的钢架结构，由底部平台(11a)与展示立面(11b)两部分组成，侧剖面整体呈“l
””
形；
[0047]
所述展示立面(11b)分布有便于安装和收集设备线路的孔洞，正面通过设备支架与管道支架连接固定各设备，背部通过螺栓连接固定各设备的控制电路；
[0048]
所述底部平台(11a)底部安装有活动轮减震垫，金属部分设置有接地装置。
[0049]
具体实现中，参考图1和2，所述水-喷射器模型主体的透明扁立方体(1)采用耐高压透明亚克力材料，四周侧面采取磨砂处理，减少周围光线折射；
[0050]
所述透明扁立方体(1)内部的空腔及流通结构采用将亚克力材料内部掏空的加工方法，以保证其耐压强度，并且参照真实水-喷射器结构比例特点并具备实际水-喷射器的基本功能，外部后侧衬有可拆卸白色衬板(16)，增强正面可视化效果，通过四周的螺栓接口(17)悬挂在展示平台(11)的展示立面(11b)上；可配备并替换不同规格主体模型，亦可加入变混水比功能，不局限于一种工况和尺寸规格。
[0051]
所述水处理水箱(3)的过滤装置(3b)是一个覆盖安装在水箱内部出水口的过滤器，可将经过水箱的流体全部过滤处理；所述水处理水箱(3)内部为由多组固体药剂包和滤
网交替堆叠形成的多级过滤结构，并且连有水箱外部的第二试液添加口(3d)；其中，在所述固体药剂包中放置酸性固体颗粒，第二试液添加口(3d)添加辅助酸性试剂，与水箱内的碱性流体产生均匀的反应使其由弱碱性溶液变为中性或弱酸性；特别的，在装置运行前，需在水处理水箱(3)中加入适量指示剂，并使其充满整个系统。
[0052]
所述第一试液、第二试液均为无色透明状态，所述第一试液与预先加入的指示剂混合后呈现某种颜色，混合溶液再经过固体药剂包的过滤和与所述第二试液反应后变回无色透明状态；
[0053]
其中，经过所述显色装置与第一试液混合的无色流体变为有色，该部分有色流体在所述水-喷射器模型主体中与来自喷管及喷嘴(12)的无色流体进行混水演示，产生新的有色流体，该部分流体进入所述水处理水箱(3)被过滤反应后重新变回无色透明状态，以此进行第二次循环，以达到可视化较好的演示过程。
[0054]
具体实现中，所述动力联接组件中的透明管道可选择性的在必要展示的管段使用，具体是满足显色装置所在的引水管道(4c)、水处理水箱(3)两端连接的二次侧立管(4e)、回水干管(4f)为透明管段，其余管段使用常规管道；管道的具体敷设方式依据场地情况灵活设计。
[0055]
另外，所述动力联接组件中循环水泵(10)的流量与扬程根据实际规模复杂程度，以及水-喷射器模型主体、水处理水箱(3)、各管段和各管件在内的总系统压力损失来选取。
[0056]
基于上述装置结构，通过向所述显色装置以及水处理装置中添加配套试液，可在透明模型主体中通过不同颜色的流体，高可视化地演示水-喷射器运行过程，尤其是其两部分流体的混水过程，下面以具体的实例对本发明实施例所述装置的工作过程进行详细描述：
[0057]
首先，系统运行前，首先需要检查系统设备的电路状态，确认演示装置可以安全工作，检查水处理水箱(3)内部的过滤装置(3b)，并通过水处理水箱(3)向系统内注水，向其中添加适量无色透明指示剂-酚酞试剂，使酚酞溶液充满整个管路系统。具体的，酚酞液特性为遇ph值范围8.2-10.0的碱性溶液变红，与中性或酸性溶液混合将呈现无色状态；打开循环水泵(6)，系统内含有酚酞无色透明溶液的流体开始进行循环流动，并充满演示模型主体，在此过程中确认管道的压力表(8)读数在正常范围内。
[0058]
为了充分展示水-喷射器的工作过程尤其是混水过程，向引水管道(4c)上安装的显色装置(2)内加入弱碱性试剂溶液，如碳酸钙溶液；调节显色装置(2)，使经过显色装置(2)的流体呈均匀稳定的弱碱性，并维持ph值在8.2-10范围内；上述含有酚酞溶液的流体呈弱碱性后立刻变为红色，模拟引射流。由此可以直接观察到由于吸入口及混合室(14)的特殊狭长流道结构使流体流速增加，根据流体的伯努利效应，在引射管结构(13)下端附近区域形成真空，使来自引射管结构(13)的红色弱碱性流体加速进入吸入口及混合室(14)，与来自喷管及喷嘴结构(12)的无色透明流体在吸入口及混合室(14)中发生混水，混水过程的具体现象为两股不同流速不同颜色的水流相互扰动，进行热质交换，最终两流体混合而成的新流体通过扩压管结构(15)流出。以上动态混水过程在透明的水-喷射器演示模型以及白色背板(16)的衬托下，达到了高可视化程度的演示效果。
[0059]
进行上述步骤时，需提前在水处理水箱(3)的过滤装置(3b)中加入入适量酸性颗粒物质。具体地，上述混合流体从扩压管结构(15)流出水-喷射器演示模型后，经过变频水
泵(6)，进入水处理水箱(3)，并与过滤装置(3b)中的酸性颗粒如微溶的硫酸钙颗粒和一定量酸性第二试液如乙酸充分反应后，流出水处理水箱(3)；由于上述酚酞试剂的特性，在水处理水箱(3)出口连接的的透明管段回水干管(4f)中可观察到流体由进入水处理水箱(5)之前的红色变为无色透明状态流出。
[0060]
上述无色透明流体从水处理水箱(3)流出后一部分进入引水管道(4c)模拟供热系统引射流，另一部分依次进入一次侧立管(4d)和入水管道(4a)模拟供热系统主流；上述引射流经过显色装置，和喷射流分别通过引射管结构(13)和喷管及喷嘴(12)进入水-喷射器演示模型主体，开始下一次循环。即两种不同颜色流体再次在吸入口混合室(14)内混合，重复上述混水过程。
[0061]
在动态循环演示过程中，可以参考各管段流量计(9)通过各管段阀门对系统进行流量比例的调节。混水过程中红色流体所占比例就表示总回水中的引射流所占比例，以此达到清晰直观的教学演示目的。
[0062]
具体实现中，在演示过程中可以通过调整第二试液的添加量，达到最佳演示效果；如：主流与引射流进行混水后都变为无色透明，说明混合后的流体呈中性或弱酸性，即主流酸性较强，进一步说明此时由水处理水箱(3)流出的流体酸性较强，故可以减少第二试液用量；如：从水处理水箱(3)流出的流体仍然呈现红色，说明该部分流体仍然为弱酸性，故可增加第二试液用量。
[0063]
值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
[0064]
综上所述，本发明实施例所述装置具有如下优点：
[0065]
1、与现有的水-喷射器演示教学装置相比，本装置通过经特殊设计比例放大的透明高强度耐压水-喷射器演示模型，显色装置进行显色对比，配合仪表测量关键数据，能够更加科学直观地模拟水-喷射器的实际运行中的内部结构及混水过程，具备了内部结构展示清晰，混水过程演示充分，可视化强等优点；
[0066]
2、该装置的显色装置和水处理装置相互配合运行，确保水系统可独立持续循环工作，避免有色流体无法回收使用造成浪费，系统只需定期补水，排污，添加试剂等简单维护措施，系统对简单，教学演示使用成本低；
[0067]
3、该装置可替换不同混水比的水-喷射器演示模型主体，配合阀门的调节可手动或自动控制各管段流量从而动态改变工况，具有良好的模拟仿真效果和演示多样性；
[0068]
4、该装置的各组成设备安装在设有安装孔的展示平台上，具有良好的展示效果，便于后期改造升级，系统整体模块化，运输移动方便。
[0069]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。