一种水泵阀模拟试验系统及其模拟试验方法与流程

本发明涉及一种管道液体运输水泵阀模拟试验方法，尤其是模拟水泵阀在高扬程和大流量工况下的试验方法。

背景技术

公开号为cn204532792u的“一种水泵试验台系统”实用新型专利，实现了在水泵试验过程中参数的采集、传输和处理，极大地提高了水泵试验的自动化程度、试验精度和试验效率，该试验系统能够完成参数的采集、传输和处理，有一个较为完整的控制系统方案。但是，该试验台系统在测试水泵阀对管道特性影响，阀门的关闭与水锤现象之间的关系有不足之处。

公开号为cn2874453y的“机车自动排水阀试验台”实用新型专利，实现了将被检测的自动排水阀连接到风缸的检测阀座上，由控制电控阀接通控制风管，从而试验出自动排水阀是否能正常工作，这种试验台能够快速、安全、准确地检测出自动排水阀的检修质量，该试验系统的能够检查出水泵阀的质量，但是对于工作在大流量、高扬程的水泵阀质量监测有着不足之处。

公开号为cn102706519a的“汽车电动水阀试验台”发明专利，实现了水泵阀试验过程，有效地解决了汽车电动水阀在试验方面的空缺，控制了试验成本，提高了试验效率和试验质量，该试验系统能够测试水泵阀在正常工况下的参数，但是当水泵阀遇到管道回路突然断电这种工况，水泵阀在试验台中如何模拟介绍的不详细。

在以往的专利和论文研究里，普遍研究的是一般水泵阀性能指标的测试，对于工作在大流量和高扬程的水泵阀性能指标测试有不足之处，另外，在大部分公开文献中，很少涉及到水泵阀模拟实验流程及控制方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种水泵阀模拟试验系统及其模拟试验方法，用以解决现有试验室厂房高度不足，无法对水锤泵高扬程的性能进行模型试验的技术难题。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案。

一种水泵阀模拟试验系统，包括有第一电机、第二电机、齿轮泵、容积泵、飞轮、水箱、变频器、多路阀、逆止阀及机电联动液控闸阀；其特征在于：

一水平模拟试验平台上，设置有所述第一电机通过皮带带动所述飞轮，所述飞轮通过齿轮带动所述容积泵；所述容积泵与所述多路阀串联；设置有所述第二电机带动所述齿轮泵，并连通有所述水箱；被测阀是与所述逆止阀和所述机电联动液控闸阀串联连通设置；整体构成一用于矿井管道液体输送在扬程为1000m流量在400m³/h的工况下，模拟试验泵阀安全性的模拟实验系统。

在上述水泵阀模拟试验系统的技术方案中，所述第一电机的型号是225m-4/45；所述第二电机的型号是180l-4/22；所述齿轮泵的型号是cb-100。

一种用于上述的水泵阀模拟试验系统的模拟试验方法，其特征在于：模拟试验方法包括启动储能阶段、液体正向流经被测阀阶段、液体反向流经被测阀阶段；当多路阀的控制开关在i、iii开关位置打开，ii、iv开关位置关闭时，第一电机通过皮带带动飞轮储能，是启动储能阶段；当多路阀的控制开关在i、iv开关位置打开，ii、iii开关位置关闭时，是液体正向流经被测阀阶段；当多路阀的控制开关在ii、iii开关位置打开，i、iv开关位置关闭时，是液体反向流经被测阀阶段；具体模拟试验方法如下：

第一电机带动飞轮旋转输出能量，飞轮将第一电机输出的能量储存起来，根据试验过程需求来释放能量，能量储存到一定值进行模拟实验时，将飞轮储存能量在6s时间内将其释放，容积泵在飞轮的储蓄能量带动下，输入功率，实现第一电机带动飞轮储能，飞轮将能量传递到容积泵，模拟出水扬程为1000m、流量为400m³/h的模拟工况。

在上述水泵阀模拟试验系统的模拟试验方法的技术方案中，其特征在于：所述第二电机带动齿轮泵转动，为整套模拟实验系统提供补压、补水，实现在系统泄露时任可以正常运行。

在上述水泵阀模拟试验系统的模拟试验方法的技术方案中，其特征在于：所述逆止阀位于调节闸阀的上方，当发生事故停泵而来不及关闭调节闸阀的情况下，逆止阀快速关闭，防止水回流引起水锤现象；逆止阀关闭过程中，随着开度减小，逆止阀的进出口压差呈指数形式增大；开度减小则流阻系数增大，即当开度大于35mm时，流阻系数基本上接近于11；当开度为10mm-35mm区间时，流阻系数缓慢上升；当开度小于10mm时，流阻系数上升幅度很大；同时，开度减小则流量系数减小，当开度大于20mm时，流量系数缓慢减小；当开度小于20mm时，流量系数减少幅度较大；通过对逆止阀流动阻力特性分析，逆止阀除了能够满足正常工作情况，而且在工作遇到紧急停电能够快速关闭，防止水回流引起水锤现象。

在上述水泵阀模拟试验系统的模拟试验方法的技术方案中，其特征在于：所述机电联动液控闸阀安设在靠近泵出口的管道中，具有控制水泵扬程及流量的功能；而关闭水泵时，为避免发生停泵水锤现象，首先缓慢关闭闸阀，慢慢减小流速，才能停泵；具体操作时，通过手摇变速箱输入端的转柄来带动电机转动，电机再驱动液压系统完成闸阀的启闭。

相对现有技术而言，本发明上述所提供的一种水泵阀模拟试验系统及其模拟试验方法，具有如下的优点与积极效果。

首先是模拟水泵阀在高扬程、大流量的工作。齿轮泵为该控制系统的主泵，容积泵为该控制系统的辅助泵，第二电机带动齿轮泵为控制系统提供水量并补充水压，使系统中流动的水能够保持一定的水压，第一电机通过皮带带动飞轮储能，等到储能达到一定值时，将能量释放，能量释放过程需要6s，飞轮的机械能通过容积泵转化为水的动能，形成扬程为1000m、流量为400m³/h的工况。其优点一是整个系统能量转化利用率高，接近80%；二是试验台能够模拟高扬程与大流量的工况；三是保证试验顺利完成前提下，安全可靠。

其次是机电联动液控闸阀关闭特性。闸阀安设在靠近泵出口的管道中，具有控制水泵扬程及流量的功能，而关闭水泵时，为避免发生停泵水锤现象，一定要先缓慢关闭闸阀，慢慢减小流速，才能停泵，关闭过程中，其优点一是承载能力大；二是运动平稳，且可获得大的传动比；三是具有较高的抵抗振动冲击的能力，手摇灵活调节开阀和关阀的速度，有利于防止关闭闸阀水锤现象的发生。

第三是逆止阀关闭特性。逆止阀又称止回阀，位于调节闸阀的上方，它的作用表现为：当发生事故停泵，例如紧急停电，而来不及关闭调节闸阀的情况下，逆止阀可以快速关闭，防止水回流引起水锤现象，其优点一是流阻系数呈指数形式增大；二是流量系数减小；三是能够快速关闭，防止水回流引起水锤现象。

第四是水泵阀模拟试验流程及控制方法。试验流程包括三个阶段：启动储能阶段、液体正向流经被测阀阶段、液体反向流经被测阀阶段，控制方法主要通过多路阀来改变水的流动方向，第一电机、第二电机为系统提供能量，齿轮泵、容积泵将机械能转化为水的动能，第一电机、第二电机、齿轮泵、容积泵、飞轮、变频器、多路阀、逆止阀及闸阀协同工作组成水泵阀模拟系统的控制方法，其优点一是模拟出高扬程、大流量的矿井排水系统；二是模拟出离心泵正常工作与突然断电时离心泵停止工作这两种实际工况；三是模拟出止回阀和闸阀在液体扬程及惯性双重作用下的工作性能；四是液体正向及反向流动这两种工况可快速切换，且时间间隔较短；五是具有自动补水功能，保证排水系统中水的供应；六是过载保护，确保排水系统安全运行。

附图说明

图1是本发明水泵阀模拟试验台结构图。

图2是本发明的多路阀正向等轴测图。

图3是本发明水泵阀模拟试验流程及控制方法工作原理图。

图4是本发明飞轮与容积泵构成储能系统结构图。

图5是本发明液体启动储能阶段原理图。

图6是本发明液体正向流经被测阀阶段原理图。

图7是本发明液体反向流经被测阀阶段原理图。

图8是本发明水泵阀模拟试验流程及控制方法工作流程图。

图中：1：溢流阀；2：飞轮；3：第一电机；4：齿轮泵；5：容积泵；6:水箱；7：第一先导溢流阀；8：多路阀；9：被测阀；10：第二先导溢流阀；11：第二电机；12：皮带；13：底座；14：逆止阀；15：机电联动液控闸阀；16：齿轮；17：多路阀ⅰ；18：多路阀ⅱ；19：多路阀ⅲ；20：多路阀ⅳ；21：多路阀开关ⅰ；22：多路阀开关ⅱ；23：多路阀开关ⅲ；24：多路阀开关ⅳ。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。

实施本发明上述所提供的一种水泵阀模拟试验系统及其模拟试验方法，具体是水泵阀模拟试验流程及模拟试验控制方法，水泵阀模拟试验系统主要有第一电机（3）、第二电机（11）、齿轮泵（4）、容积泵（5）、飞轮（2）、水箱（6）、变频器、多路阀（8）、逆止阀（14）及机电联动液控闸阀（15）等构成。

如附图1所示的一种水泵阀模拟试验台的结构图，该模拟试验台可以模拟水泵阀在高扬程、大流量的工作，该模拟试验台的第一电机（3）、第二电机（11），水箱（6）、容积泵（5）和齿轮泵（4）都固定在试验台底座（13）上；第一电机（3）通过皮带连接飞轮（2），飞轮（2）通过齿轮（16）连接容积泵（5），第二电机（11）连接齿轮泵（4），多路阀串联在管道回路中，被测阀（9）是逆止阀（14）和机电联动液控闸阀（15）串联。

齿轮泵（4）为该控制系统的主泵，容积泵（5）为该控制系统的辅助泵，多路阀（8）可以改变试验台控制系统液体的流动方向；第二电机（11）带动齿轮泵（4）为控制系统提供能量，使水能够在系统中流动，起扬程加载作用；第一电机（3）通过皮带带动飞轮（2）储能，等到储能一定值时，飞轮（2）将能量释放提供容积泵（5）转动，起流量加载作用；飞轮（2）的能量释放过程需要6s，飞轮（2）的机械能通过容积泵（5）转化为水的动能，形成扬程为1000m、流量为400m³/h的工况。

如附图2所示，水泵阀模拟试验流程中的多路阀（8），控制试验台液体流动方向，多路阀开关ⅰ（21）、多路阀开关ⅱ（22）、多路阀开关ⅲ（23）、多路阀开关ⅳ（24）、分别控制多路阀ⅰ（17）、多路阀ⅱ（18）、多路阀ⅲ（19）、多路阀ⅳ（20）开启或者闭合；在水泵阀模拟试验流程中，多路阀开关在ⅰ、ⅲ位置时，试验进行启动储能阶段；多路阀开关在ⅰ、ⅳ位置时，试验进行液体正向流经被测阀阶段；多路阀开关在ⅱ、ⅲ位置时，试验进行液体反向流经被测阀阶段。

如附图3所示，水泵阀模拟试验控制方法的原理图，齿轮泵（4）是利用工作容积的改变实现对流体增压的目标，通过齿轮泵（4）可模拟出大扬程流体的流动；容积泵（5）是通过工作腔的变化使液体流动，主要用于模拟大功率水泵和排水系统中水的惯性，达到流量加载的目的；电机为容积泵提供机械能，变频器可驱动容积泵逐渐加速；飞轮（2）具有储存能量的功能，与电机连接可模拟出较大功率的电机；多路阀由四个二通阀组成，手动操作可对不同管路进行开关控制，达到对两种工况快速切换的目的；溢流阀1具有过载保护功能，保证排水系统不超过所需工作压力；试验流程包括三个阶段：启动储能阶段、液体正向流经被测阀阶段、液体反向流经被测阀阶段。

如附图4，附图5所示，是模拟液体启动储能阶段，首先第二电机（11）带动齿轮泵（4）旋转，使整个试验回路系统充满水；其次，多路阀开关ⅰ（21）、多路阀开关ⅲ（23）打开，多路阀开关ⅱ（22）、多路阀开关ⅳ（24）闭合；第一电机（3）输出能量9588kj，输出有效能量8898kj，带动飞轮（2）旋转214s，飞轮（2）储能是8898kj。

如附图6所示，是液体正向流经被测阀阶段。保持齿轮泵（4）和容积泵（5）所连电机持续工作，为试验系统水的流动提供动力，首先多路阀开关ⅰ（21）、多路阀开关ⅳ（24）打开，多路阀开关ⅱ（22）、多路阀开关ⅲ（23）闭合；液体流过多路阀ⅰ（21）、被测阀（9）、多路阀ⅳ（24）和容积泵，形成一个闭合的回路；在此过程中对被测阀所在管路上的测试点进行测试，该阶段可模拟矿井排水系统离心泵正常运行下被测阀开启的工作性能。

如附图7所示，是液体正向流经被测阀阶段。保持齿轮泵（4）和容积泵（5）所连电机持续工作，为试验系统水的流动提供动力，首先多路阀开关ⅱ（22）、多路阀开关ⅲ（23）打开，多路阀开关ⅰ（21）、多路阀开关ⅳ（24）闭合；液体流过多路阀ⅱ（22）、被测阀（9）、多路阀ⅲ（23）和容积泵（5），形成一个闭合的回路；在关闭过程中，齿轮泵（4）提供压力可模拟液体倒流时井底处的压力，被测阀（9）关闭过程中阻力增大，容积泵（5）工作可用于模拟倒流时水的惯性；通过这两种泵的共同作用可模拟关闭过程中矿井水流动时的压力及惯性力，该阶段可模拟矿井排水系统断电停泵时止回阀关闭的工作性能。

如附图8是本发明水泵阀模拟试验流程及控制方法的工作流程图，根据对被测阀（9）的测试需求，进行启动储能阶段、液体正向流经被测阀（9）的阶段、液体反向流经被测阀（9）的阶段；逆止阀（14）位于调节闸阀的上方，它的作用表现为：当发生事故停泵，例如紧急停电，而来不及关闭调节闸阀的情况下，逆止阀（14）可以快速关闭，防止水回流引起水锤现象；闸阀安设在靠近泵出口的管道中，具有控制水泵扬程及流量的功能；而关闭水泵时，为避免发生停泵水锤现象，一定要先缓慢关闭闸阀，慢慢减小流速，才能停泵。

本发明模拟水泵阀在高扬程、大流量的工作，突出机电联动液控闸阀（15）和逆止阀（14）的关闭特性，实现水泵阀模拟试验流程及控制方法。