CN107607406A - 一种虹吸破坏试验研究系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种虹吸破坏试验研究系统，其包括：台架主体，上水箱，下水箱，试验管路，回水管路，溢流排污管路，仪表及控制系统；试验时由于虹吸作用，所述上水箱的水流至所述下水箱，当液位下降到虹吸破坏孔以下时，空气被吸入所述试验管路，随着所述上水箱液位不断下降，吸入的空气所占的份额不断增加，直至虹吸现象结束，试验结束；其间，各压力信息、液位信息和流量信息被记入到采集系统内。本发明提供的虹吸破坏试验研究系统，采用了符合工程实际的1：1试验，全面地考虑了影响虹吸破坏现象的各种因素，台架回路设计合理，并采用了可视化观察的方式，试验研究系统将理论研究和工程验证相结合，适用性较广，可靠性较高。
Description
技术领域
本发明属于有关虹吸破坏的工程试验和科学研究领域。更具体地说，本发明涉及一种针对工程尺寸管路的可视化虹吸破坏试验研究系统。
背景技术
虹吸现象是生活中较为常见的现象，其原理是虹吸管中位于最高点的流体向低位流动，使得管中产生虹吸负压，从而产生稳定的液体流动，虹吸原理在建筑排水、市政排水、水利工程等各方面均有应用。然而，虹吸现象有时也会产生较为不利的影响，在特殊情况下，由于虹吸作用产生的稳定流动会使得水资源流失，而消防水或者灌溉水的流失更会造成严重的后果。在核电厂中，乏燃料池是长期储存反应堆乏燃料的场所，其中的含硼水起到冷却乏燃料以及保证核反应不再临界的作用，管道破裂导致的乏燃料池失水将会对核电厂产生极为不利的影响。
因此，消除虹吸现象产生的负压，破坏虹吸稳定流动成为了水箱管路设计中的重要环节。工程中经常采用在虹吸管吸水段开孔，或者将其与一定压力的容器相连的方法以破坏虹吸负压，虹吸破坏阀也是较为常见的工程设备。
然而，虹吸孔开设的尺寸仍无确定的计算方法，工程中普遍依据经验开设虹吸孔或选择虹吸破坏阀。若虹吸孔开设过小，虹吸负压无法破坏，管道中形成了稳定的气液两相流动，水箱液面仍旧会有较大的下降；若虹吸孔开设过大，管路结构刚性会变差，严重时可能导致水管在虹吸孔位置处弯折甚至断裂。
因此，需要对虹吸孔的尺寸，维持虹吸负压所需的液位高差，虹吸管内的气液两相流进行深入的分析与计算。由于虹吸管内的流动是因负压而产生的气液两相流，现今的数值模拟都无法保证其计算的准确性，而公开的工程管径的气液两相流试验数据也较为少见。
有鉴于此，需要一种虹吸破坏试验研究系统对虹吸破坏现象，负压产生的气液两相流进行更为全面有效的试验研究，对工程中遇到的经验无法解决的问题提供更好的理论依托。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种虹吸破坏试验研究系统。
虹吸破坏试验研究系统包括：台架主体，上水箱，下水箱，试验管路，回水管路，溢流排污管路，仪表及控制系统；试验时由于虹吸作用，所述上水箱的水流至所述下水箱，当液位下降到虹吸破坏孔以下时，空气被吸入所述试验管路，随着所述上水箱液位不断下降，吸入的空气所占的份额不断增加，直至虹吸现象结束，试验结束；其间，各压力信息、液位信息和流量信息被记入到采集系统内。
优选地，所述台架主体由钢制成，下部打有地基，支撑整个试验回路；所述台架总高度达到20米，流体流量达到1000吨/小时，试验对象管线直径可达到DN250；所述台架主体具有可供人员攀爬的爬梯及保护栏杆，设有防坠装置以保护人员安全；所述台架主体具有四层操作平台，一二三层供试验管路的拆装，顶层支撑上水箱，操作平台四周设有防坠栏杆。
优选地，所述上水箱由不锈钢制成，内部有不锈钢拉筋以保证强度，试验时盛满清水，液位没过试验管路水平段；所述上水箱装有磁翻板液位计，具有远传功能，可以将液位信号转化为试验采集系统所需的电压信号；所述上水箱内部有高度可调节的溢流挡板，可维持上水箱液面至一个稳定的位置；所述上水箱一面装有承压观察窗，可供人员观看或摄像机拍摄上水箱内部情况；所述上水箱具有延长水桶，内部可容纳所有试验管路，与上水箱焊接；所述上水箱延长水桶侧面具有压力测点，通过测得的压力可计算出上水箱液位的高度，并与试验数据采集系统相连；所述上水箱延长水桶内部具有吊耳，供水箱延长水桶拆装焊接使用。
优选地，所述下水箱由不锈钢支撑，内部有不锈钢拉筋以保证强度，试验时承接来自试验管路的清水。下水箱内部设有热电偶，用于采集水温；所述下水箱具有排水口及排水球阀。
优选地，所述试验管路由四只不锈钢管路组成，分别为DN80、DN150、DN200和DN250；按照其位置分为吸水段、水平段及下降段；所述试验管路吸水段位于上水箱内，包括潜水式流量计和虹吸破坏孔测试段。
优选地，所述虹吸破坏孔测试段具有不同直径的虹吸破坏孔，试验时选择一种直径的虹吸破坏孔，并使用抱箍和橡胶垫蒙堵其余虹吸破坏孔，虹吸破坏孔下方设有压力测点；所述虹吸破坏孔具有气体流量测量装置。
优选地，所述试验管路水平段伸出上水箱外，在与下降段连接弯头前设有排气球阀，供试验前排气，令试验回路中充满清水；所述试验管路下降段固定在各层台架上，由沿程水力摩擦测试段、可拆卸的高差控制段及孔板蝶阀段组成。
优选地，所述沿程水力摩擦测试段位于弯头以下水流稳定段，设有上下两个压力测点；沿程水力摩擦测试段可按照需求更换为亚克力透明段，设有电导探针探测管内气相体积分数，使用高速摄像机拍摄管内流态。
优选地，所述可拆卸的高差控制段有两段，由法兰连接，可通过拆卸相应管线以控制所需的虹吸高差。
优选地，所述孔板蝶阀段位于试验管路最下方，有一块阻力孔板和气动蝶阀，阻力孔板可以匹配工程实际中管路的阻力，气动蝶阀可以控制试验的开始。
优选地，所述回水管路由两段管线并联，试验时通过水泵自下水箱至上水箱打水；其中一段回水管线由离心泵、调节阀和流量计组成；另一段回水管线由卧式双吸泵、旁通管线、调节阀和流量计组成，旁通管线及调节阀可协同调节回水流量。
优选地，所述溢流排污管路与上水箱相连，高出溢流挡板的清水自溢流排污管路流向下水箱，同时通过设有排污球阀的排污管与上水箱延长水桶相连，用于排出上水箱内的水。
优选地，仪表及控制系统包括气动蝶阀控制开关、调节阀、压力压差传感器、温度传感器、液位传感器、流量计和电导探针信号；所采集到的信号为：水箱延长段内的压力信号、虹吸破坏孔前的压力信号、沿程摩擦试验段的压差信号、孔板前后的压差信号、电导探针测得的电导率信号及流量计流量信号。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的虹吸破坏试验研究系统，测试工程尺寸管路所需的虹吸破坏孔直径，探究虹吸高差、下游管路阻力等因素对虹吸破坏现象的影响，对负压导致的气液两相流开展可视化流态研究，为工程中虹吸破坏问题提供较为科学的解决方案。
本发明提供的虹吸破坏试验研究系统，采用了符合工程实际的1：1试验，全面地考虑了影响虹吸破坏现象的各种因素，台架回路设计合理，并采用了可视化观察的方式，试验研究系统将理论研究和工程验证相结合，适用性较广，可靠性较高。
附图说明
图1为符合本发明实施例的虹吸破坏试验研究系统的结构示意图。
其中1为上水箱，2为磁翻板液位计，3为虹吸破坏孔测试段，4为潜水式电磁流量计，5为排气管及球阀，6为沿程水力摩擦测试段，7和8为可拆卸的高差控制段，9为孔板蝶阀段，10为孔板，11为气动蝶阀，12为上水箱延长水桶，13为回水管线1，14为回水管线2，15为排污管，16为排污球阀，17为流量计，18为流量计，19为溢流排污管，20为调节阀，21为调节阀，22为离心泵，23为卧式双吸泵旁路，24为调节阀，25为卧式双吸泵，26为下水箱，27为下水箱排污管及排污球阀。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种虹吸破坏试验研究系统，包括：带有爬梯护栏和拆装平台的台架主体，带有磁翻板液位计2及延长水桶12的上水箱1，带有排污管27的下水箱26，带有流量计4及虹吸破坏孔测试段3的试验管路，具有两条并联的回水管线13，14的回水管路，溢流排污管路19。
其中，上水箱1与台架主体采用螺栓固定，与试验管路采用焊接密封。
试验管路吸水段由上水箱1底部钢架支撑，虹吸破坏孔测试段3与试验管路吸水段由卡箍连接。延程水力摩擦测试段6，可拆卸的高差控制段7，8与孔板蝶阀段采用法兰连接。
回水管路由两条并联的回水管线13和14组成，用于为上水箱1补水，其流量值可与试验管路流量值相匹配。回水管线13由流量计17、调节阀门20和离心泵22组成，回水管线14由流量计18、调节阀21、双吸卧式泵25、卧式泵旁路23及旁路调节阀24组成，卧式泵旁路23可协同调节阀21调节回水流量。双吸卧式泵25前后均设有软接头以减少泵运行的振动。
溢流排污管路19可供上水箱1中超过溢流挡板的水流入下水箱，以维持上水箱中的最高液位稳定，同时上水箱延长水桶12设有排污管15连入溢流排污管路19，设有球阀16供排空上水箱液体及上水箱清理。
试验时通过回水管路向上水箱1打水，直至达到溢水挡板位置，打开排气阀5，使得试验管线中充满水，视试验情况决定是否通过回水管路对上水箱1打水，试验采集系统开始记录试验数据，打开气动蝶阀11，虹吸破坏试验开始，待上水箱1液面降到虹吸破坏孔以下时，有空气进入试验管路，此时试验管路中维持稳定的气液两相流，上水箱1液面继续下降并在到达一定液位时停止，虹吸现象得到破坏，虹吸破坏试验结束。
本发明实施例具有以下有益效果：
本发明实施例提供的虹吸破坏试验研究系统，测试工程尺寸管路所需的虹吸破坏孔直径，探究虹吸高差、下游管路阻力等因素对虹吸破坏现象的影响，对负压导致的气液两相流开展可视化流态研究，为工程中虹吸破坏问题提供较为科学的解决方案。
本发明实施例提供的虹吸破坏试验研究系统，采用了符合工程实际的1：1试验，全面地考虑了影响虹吸破坏现象的各种因素，台架回路设计合理，并采用了可视化观察的方式，试验研究系统将理论研究和工程验证相结合，适用性较广，可靠性较高。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (13)
1.一种虹吸破坏试验研究系统，其特征在于，包括：台架主体，上水箱，下水箱，试验管路，回水管路，溢流排污管路，仪表及控制系统；试验时由于虹吸作用，所述上水箱的水流至所述下水箱，当液位下降到虹吸破坏孔以下时，空气被吸入所述试验管路，随着所述上水箱液位不断下降，吸入的空气所占的份额不断增加，直至虹吸现象结束，试验结束；其间，各压力信息、液位信息和流量信息被记入到采集系统内。
2.如权利要求1所述的虹吸破坏试验研究系统，其特征在于，所述台架主体由钢制成，下部打有地基，支撑整个试验回路；所述台架总高度达到20米，流体流量达到1000吨/小时，试验对象管线直径可达到DN250；所述台架主体具有可供人员攀爬的爬梯及保护栏杆，设有防坠装置以保护人员安全；所述台架主体具有四层操作平台，一二三层供试验管路的拆装，顶层支撑上水箱，操作平台四周设有防坠栏杆。
3.如权利要求1所述的虹吸破坏试验研究系统，其特征在于，所述上水箱由不锈钢制成，内部有不锈钢拉筋以保证强度，试验时盛满清水，液位没过试验管路水平段；所述上水箱装有磁翻板液位计，具有远传功能，可以将液位信号转化为试验采集系统所需的电压信号；所述上水箱内部有高度可调节的溢流挡板，可维持上水箱液面至一个稳定的位置；所述上水箱一面装有承压观察窗，可供人员观看或摄像机拍摄上水箱内部情况；所述上水箱具有延长水桶，内部可容纳所有试验管路，与上水箱焊接；所述上水箱延长水桶侧面具有压力测点，通过测得的压力可计算出上水箱液位的高度，并与试验数据采集系统相连；所述上水箱延长水桶内部具有吊耳，供水箱延长水桶拆装焊接使用。
4.如权利要求1所述的虹吸破坏试验研究系统，其特征在于，所述下水箱由不锈钢支撑，内部有不锈钢拉筋以保证强度，试验时承接来自试验管路的清水。下水箱内部设有热电偶，用于采集水温；所述下水箱具有排水口及排水球阀。
5.如权利要求1所述的虹吸破坏试验研究系统，其特征在于，所述试验管路由四只不锈钢管路组成，分别为DN80、DN150、DN200和DN250；按照其位置分为吸水段、水平段及下降段；所述试验管路吸水段位于上水箱内，包括潜水式流量计和虹吸破坏孔测试段。
6.如权利要求1所述的虹吸破坏试验研究系统，其特征在于，所述虹吸破坏孔测试段具有不同直径的虹吸破坏孔，试验时选择一种直径的虹吸破坏孔，并使用抱箍和橡胶垫蒙堵其余虹吸破坏孔，虹吸破坏孔下方设有压力测点；所述虹吸破坏孔具有气体流量测量装置。
7.如权利要求1所述的虹吸破坏试验研究系统，其特征在于，所述试验管路水平段伸出上水箱外，在与下降段连接弯头前设有排气球阀，供试验前排气，令试验回路中充满清水；所述试验管路下降段固定在各层台架上，由沿程水力摩擦测试段、可拆卸的高差控制段及孔板蝶阀段组成。
8.如权利要求7所述的虹吸破坏试验研究系统，其特征在于，所述沿程水力摩擦测试段位于弯头以下水流稳定段，设有上下两个压力测点；沿程水力摩擦测试段可按照需求更换为亚克力透明段，设有电导探针探测管内气相体积分数，使用高速摄像机拍摄管内流态。
9.如权利要求7所述的虹吸破坏试验研究系统，其特征在于，所述可拆卸的高差控制段有两段，由法兰连接，可通过拆卸相应管线以控制所需的虹吸高差。
10.如权利要求7所述的虹吸破坏试验研究系统，其特征在于，所述孔板蝶阀段位于试验管路最下方，有一块阻力孔板和气动蝶阀，阻力孔板可以匹配工程实际中管路的阻力，气动蝶阀可以控制试验的开始。
11.如权利要求1所述的虹吸破坏试验研究系统，其特征在于，所述回水管路由两段管线并联，试验时通过水泵自下水箱至上水箱打水；其中一段回水管线由离心泵、调节阀和流量计组成；另一段回水管线由卧式双吸泵、旁通管线、调节阀和流量计组成，旁通管线及调节阀可协同调节回水流量。
12.如权利要求1所述的虹吸破坏试验研究系统，其特征在于，所述溢流排污管路与上水箱相连，高出溢流挡板的清水自溢流排污管路流向下水箱，同时通过设有排污球阀的排污管与上水箱延长水桶相连，用于排出上水箱内的水。
13.如权利要求1所述的虹吸破坏试验研究系统，其特征在于，仪表及控制系统包括气动蝶阀控制开关、调节阀、压力压差传感器、温度传感器、液位传感器、流量计和电导探针信号；所采集到的信号为：水箱延长段内的压力信号、虹吸破坏孔前的压力信号、沿程摩擦试验段的压差信号、孔板前后的压差信号、电导探针测得的电导率信号及流量计流量信号。
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| CN109612753A (zh) * | 2018-11-16 | 2019-04-12 | 江苏大学 | 一种虹吸管路输送性能试验台 |
| CN110984344A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-04-10 | 中国中建设计集团有限公司 | 排水检查井防溢流装置及方法 |
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