管道节点处水力特性测试装置的制作方法

本实用新型涉及水力学技术领域，具体涉及管道节点处水力特性测试装置。

背景技术：

城市排水管网是城市的重要基础设施，近年来，随着我国城市数量和规模的不断发展，建筑面积持续增加、城市不透水面积大幅度增加，致使在相同的降雨下，径流系数急剧增大，造成对城市排水和城市河道行洪的巨大压力，也对城市排水系统尤其是雨水管网系统提出更高的要求。另外突发性强降雨给城市带来的洪涝灾害时有发生，原有雨水管网不能及时排洪、管道易遭破坏等弊端凸现。同时我国大多数城市仍采用恒定流假设对雨水管网进行设计，在降雨超过设计流量或者管道出现故障时，城市排水管道会形成明满流的现象，所谓明满流就是管路处于非满流、存在自由表面的无压状态，随着管内水位上升，变成满管流，再因水位下降变成非满流，这两种管流状态交替出现的情况就是明满流。明满流现象会对管道造成冲击、空蚀等破坏。管道节点指管路的分支点或交汇点。雨水管道中水流特性的变化过程大致可以分成下面几个阶段：降雨刚刚开始时，流量比较小，流速比较慢，雨水管道中的水流全部为明流。随着降雨过程的进行，雨水管道中入流量不断增加，管道中的水流会先在交汇口处附近或者排水管道的下游边界处附近出现有压流。管道节点作为城市管网的瓶颈要塞，其内部流体的流动状态是一直变化的，管道内水流具有突涨突落的特点，为接近管道水流的真实流动，需按非恒定流考虑，即是一个动态的水气混合状态。并且关于管道节点处的研究相对较少，存在研究大部分是针对圆形管道，矩形断面的管道研究非常匮乏。

因此，目前亟待一种可以测试管道节点处水利特性的装置，尤其是可以满足矩形断面管道的测试，并且这种设施结构简单、操作方便，可以满足水流流动条件下的测试，以便于管道节点处的水力特性装置运用于水气两相流理论的研究领域中。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供了一种管道节点处水力特性测试装置，不仅能够考虑管道内部气的影响，接近真实的管道情况，同时可以及时获取管道节点处的水流动态变化过程，保证入渗过程中传感器测量数据的准确性，非常适合于因条件限制监测不了大型管网，而在试验室进行的管道节点处水力特性规律的研究。

为实现上述目的，本实用新型通过以下方案实现：管道节点处水力特性测试装置，包括水箱，所述水箱通过水管连接主干管和支管的入口，所述主干管和所述支管的入口处分别设有涡轮流量计，在管道节点处所述主干管内设有多个压力传感器，所述主干管下游设有涡轮流量计，所述压力传感器和涡轮流量计连接计算机；

所述水箱的水管出口处设有流量调节阀，用于调节水流流量。本实施例中流量调节阀采用型号为恩莱·科技的el-dcf01。

所述压力传感器在管道节点处等间隔布置，最后一个所述压力传感器离上一个压力传感器的距离为等间隔布置距离的两倍。

所述主干管和支管为混凝土管道，所述压力传感器在混凝土管道预制时提前埋设进去。

所述涡轮流量计包括磁电转换器、涡轮和二次仪表,所述涡轮安装在轴承上，所述涡轮设有多个螺旋形叶片，所述涡轮上方且壳体外处设有磁电转换器，磁电转换器与所述二次仪表连接，磁电转换器用于将涡轮转速转换成电脉冲，所述二次仪表用于显示流体流速。

所述磁电转换器和二次仪表之间连接有前置放大器，用于对磁电转换器的电信号进行放大并整形。

所述压力传感器采用mik-p300压力变送器。

本实用新型的有益效果为：1.本实用新型研究对象为矩形管道，可以为矩形管道节点处的水力特征提供数据支撑，而本装置思路同样可应用于圆形管道节点处的规律探究；

2.本实用新型由水箱供水，主干管和支管入口处的涡流流量可以控制入流流量，由此可以控制相关水力参数；

3.本实用新型可以应用于探究多种变量影响因素的研究，如改变管径保持流速不变的研究；改变流速保持管径不变的研究，改变充满度的研究；改变管道夹角角度的研究等；

4.本实用新型在混凝土管道内部进行，可以检测出封闭管道内部节点处的水气掺混情况；

5.本实用新型采用数据采集装置收集水分迁移运动的数据，精确度高；

6.本实用新型在管道节点处等间隔布置，最后一个所述压力传感器离上一个压力传感器的距离为等间隔布置距离的两倍，这样的安装方案既保证了管道节点处数据采集的密集度又保证了试验经济性。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：

图1为管道节点处水力特性测试装置结构图；

图2为管道内部传感器示意图；

图3为涡轮流量计示意图；

图中：1压力传感器，2涡轮流量计，201磁电转换器，202涡轮，203二次仪表，3混凝土管道，4水箱，5计算机。

具体实施方式

如图1-图3所示，管道节点处水力特性测试装置，包括水箱4，所述水箱4通过水管连接主干管和支管的入口，所述主干管和所述支管的入口处分别设有涡轮流量计2，在管道节点处所述主干管内设有多个压力传感器1，所述主干管下游设有涡轮流量计2，所述压力传感器1和涡轮流量计2连接计算机5；

所述水箱4的水管出口处设有流量调节阀，用于调节水流流量。

所述压力传感器1在管道节点处等间隔布置，最后一个所述压力传感器离上一个压力传感器的距离为等间隔布置距离的两倍。由此结构，可以保证管道节点处数据采集的密集度同时又保证了试验经济性。

所述主干管和支管为混凝土管道，所述压力传感器在混凝土管道预制时提前埋设进去。管道材质为混凝土管道，抗冲击能力强，不易变形。

所述涡轮流量计2包括磁电转换器201、涡轮202和二次仪表203,所述涡轮202安装在轴承上，所述涡轮设有多个螺旋形叶片，所述涡轮上方且壳体外处设有磁电转换器201，磁电转换器201与所述二次仪表203连接，磁电转换器201用于将涡轮转速转换成电脉冲，所述二次仪表用于显示流体流速。将涡流流量计固定在管道上，当管道内水流经过流量计时，涡轮以一定的转速旋转，涡轮的叶片随之切割电磁铁上的磁力线，根据电磁感应原理，在线圈内会产生脉动的电势信号，此脉动信号的频率与涡轮转速成正比，即与通过的流体流量成正比，从而测定流体流量。本实施例中采用型号为驰控的lw系列。

所述磁电转换器201和二次仪表203之间连接有前置放大器，用于对磁电转换器的电信号进行放大并整形。由此结构，前置放大器将磁电转换器的电信号进行放大整形从而得到输出信号将其转换为二次仪表203显示的信号。

所述压力传感器1采用mik-p300压力变送器。该系列压力变送器内部的专用集成电路将传感器毫伏信号转换成标准电压、电流或频率信号，可以直接与计算机接口卡相连。而且体积小、重量轻、全不锈钢密封结构。

本实用新型使用方法：

1、试验装置组装，在预制混凝土管道3时提前将压力传感器1埋设在管道节点处位置，第一个压力传感器1距离管道节点1m处，后面按每个间隔1m布置，最后一个距离上一个压力传感器1间隔2m；将水箱4灌满水，通过软管连接到混凝土管道3的两个入口，此时阀门关闭；在主干管和支管的入口分别安装涡轮流量计2，在主干管下游安装一个涡轮流量计2。

2、管道节点水力特性测试试验，开启水箱4阀门，水流进入混凝土管道3内部，此时观测混凝土管道入口处的涡轮流量计2数据，可根据试验工况通过调节水箱的流量调节阀调整流量大小。

3、当支管水流与主干管水流汇集在管道节点处，埋设在管道节点处的压力传感器1即可实时采集到水流数据，并通过计算机5收集处理数据，主干管下游的涡轮流量计2用来记录水流稳定后的流量大小。

本实用新型研究对象为矩形管道，可以为矩形管道节点处的水力特征提供数据支撑，而本装置思路同样可应用于圆形管道节点处的规律探究。

由水箱4供水，主干管和支管入口处的涡流流量可以控制入流流量，由此可以控制相关水力参数。

本实用新型装置可以应用于探究多种变量影响因素的研究，如改变管径保持流速不变的研究；改变流速保持管径不变的研究，改变充满度的研究；改变管道夹角角度的研究等等。

本实用新型在混凝土管道内部进行，可以检测出封闭管道内部节点处的水气掺混情况。

本实用新型采用压力传感器和涡轮流量计作为数据采集装置收集水分迁移运动的数据，精确度高。