技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种
水力实验台，特别是一种大范围、多方式调节文丘里管进出口压力的空化实验台。
背景技术
[0002] 在
流体流经文丘里管喉部时产生文丘里效应，形成局部低压区，当压强低至水温饱和压强时发生空化，文丘里空化可以应用于水力空化技术中。因此，采用实验手段探究压力等流动参数对文丘里管空化效果的影响具有良好的实用性和科研价值。
[0003] 在空化实验过程中，当文丘里管的进出口压力下降到某一压力值之后，
循环水管路中水流量较小，继续调节
阀门开度降低进出口压力效果已不明显，而且会使循环水流速过低接近滞止状态，影响实验的进行，即无法在低压工况下连续测量，空化实验文丘里管进出口水压下限受到水箱回水背压的限制。不能控制单因素变量测量，即文丘里管进、出口水压一般是同时变化的，无法利用控制变量法单独检测进口水压或者是出口水压对文丘里管空化效果的影响。因此，一种可以调节文丘里管进出口压力、将文丘里管进口压力作为单一变量调节的实验台成为本领域技术创新的需要。实用新型内容
[0004] 为了实现空化实验文丘里管进出口压力在低压工况下的连续调控、将文丘里管进口压力作为单因素调节以及扩大实验参数范围的功能，本实用新型提供了一种大范围、多方式调节文丘里管进出口压力的空化实验台。
[0005] 为了达到以上要求，本实用新型所用方案如下：
[0006] 一种大范围、多方式调节文丘里管进出口压力的空化实验台，包括依次相连的蓄水罐1、出水管a2、水
泵3、连接管道a4、三通a5等组成的主供水段；包括依次相连的连接管道b6、弯头a7、连接管道c8、弯头b9、连接管道d10、
电磁阀a11、弯头c12、连接管道e13、弯头d14、电磁流量计a15、连接管道f16、压力调节阀17、文丘里空化段18、数字压力表19、连接管道g20、弯头e21、连接管道h22等组成的空化实验段；包括依次相连的连接管道i23、弯头f24、连接管道j25、电磁阀b26、弯头g27、连接管道k28、三通b29、电磁流量计b30、连接管道l31、文丘里引射管32等组成的三通分流段；包括依次相连的连接管道m33、弯头h34、连接管道n35的回水段；包括依次相连的出水管b36、变频水泵37、连接管道o38、弯头i39、连接管道p40、弯头j41、连接管道q42、弯头k43、连接管道r44、弯头l45、连接管道s46、阀门47等组成的副供水段；包括计算机48、
数据采集卡49、电磁阀
控制器50和变频水泵控制箱51。主供水段末端三通a5的上部出口与空化实验段的起始端连接管道b6的入口接通，三通a5的左侧出口与三通分流段的起始端连接管道i23的入口接通；副供水段起始端出水管b36与主供水段的蓄水罐1相连，末端连接管道s46与三通分流段中三通b29的前部入口接通；空化实验段末端连接管道h22与三通分流段中的文丘里引射管32的喉部接合联通；三通分流段末端文丘里引射管32的出口与回水段起始端连接管道m33接通；回水段末端连接管道n35与主供水段蓄水罐1相连。计算机48、数据采集卡49、电磁流量计a15、电磁流量计b30、数字压力表19之间设置
连接线，计算机48、电磁阀控制器50、电磁阀a11、电磁阀b26之间设置连接线，计算机48、变频水泵控制箱51、变频水泵37之间设置连接线。
[0007] 所述压力调节阀17为自力式阀后压力调节阀，旋转
螺母调节
弹簧的压缩量可以改变预设压力值。
[0008] 所述蓄水罐1为圆柱形闭式蓄水罐，其侧面设置两个圆形出水口和一个圆形进水口；两个出水口分别与出水管a2和出水管b36相连，进水口与连接管道n35相连，而且进水口水平高度高于出水口。
[0009] 所述电磁阀b26的开度和变频水泵37的
频率均受计算机48的控制，通过计算机48开大电磁阀b26的开度并提升变频水泵37的频率，可以增加流过文丘里引射管32的水流量，在文丘里引射管32的喉部形成压力值逐渐下降的低压区，进而降低与其联通的文丘里空化段18的前后压力。计算机48通过控制电磁阀b26开度和变频水泵37频率的连续变化，可以在较低或极低压范围内实现对与文丘里引射管32喉部相联通的文丘里空化段18的进出口压力的连续调节，而且调节下限不受水箱回水背压的限制，实现较低和极低压工况下的空化实验。
[0010] 所述电磁阀a11的开度受计算机48的控制，保持压力调节阀17的预设压力值为固定值，通过改变电磁阀a11的开度大小，可以实现在文丘里空化段18出口压力不变、入口压力连续变化的情况下空化实验的测量及观察。
[0011] 和
现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
[0012] 利用计算机控制电磁调节阀的开度，改变各段水路的流量比，调节三通分流段分流水流过文丘里引射管的流量，改变喉部低压，进而实现与文丘里引射管喉部相联通的文丘里空化段的进出口压力的连续调节，完成对实验文丘里管引射效果在低压工况下的连续可以调节的测量，而且保证文丘里空化段进出口压力可以调节的下限不受水箱回水背压的限制。利用计算机调整变频水泵的频率，增大副供水段的流量，增大三通分流段分流水流过文丘里引射管的流量，进一步降低喉部低压，实现在极低进出口压力工况下对文丘里空化段的空化实验。
[0013] 同时，利用压力调节阀的螺母
控制阀内弹簧的压缩量，可以实现文丘里空化段进口压力不变、出口压力改变的单因素调节，更好地观测单一流动参数对于文丘里管空化状况的影响。
附图说明
[0014] 图1为本实用新型一种大范围、多方式调节文丘里管进出口压力的空化实验台的三维主视图；
[0015] 图2为本实用新型一种大范围、多方式调节文丘里管进出口压力的空化实验台中连接管道h22和引射文丘里管32的三维主视图；
[0016] 图3为本实用新型一种大范围、多方式调节文丘里管进出口压力的空化实验台中三通a5的三维主视图；
[0017] 图4为本实用新型一种大范围、多方式调节文丘里管进出口压力的空化实验台中三通b29的三维主视图。
具体实施方式
[0018] 下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
[0019] 本实用新型一种大范围、多方式调节文丘里管进出口压力的空化实验台，主要包括蓄水罐1、出水管a2、水泵3、连接管道a4、三通a5、连接管道b6、弯头a7、连接管道c8、弯头b9、连接管道d10、电磁阀a11、弯头c12、连接管道e13、弯头d14、电磁流量计a15、连接管道f16、压力调节阀17、文丘里空化段18、数字压力表19、连接管道g20、弯头e21、连接管道h22、连接管道i23、弯头f24、连接管道j25、电磁阀b26、弯头g27、连接管道k28、三通b29、电磁流量计b30、连接管道l31、文丘里引射管32、连接管道m33、弯头h34、连接管道n35、出水管b36、变频水泵37、连接管道o38、弯头i39、连接管道p40、弯头j41、连接管道q42、弯头k43、连接管道r44、弯头l45、连接管道s46、阀门47、计算机48、数据采集卡49、电磁阀控制器50和变频水泵控制箱51。
[0020] 作为本实用新型的优选实施方式，装置结构如附图1所示。蓄水罐1、出水管a2、水泵3水平端口依次相连，水泵3的上端口、连接管道a4、三通a5的下端口依次相连，两部分共同构成主供水段。三通a5的上端口、连接管道b6、弯头a7、连接管道c8、弯头b9、连接管道d10、电磁阀a11、弯头c12、连接管道e13、弯头d14、电磁流量计a15、连接管道f16、压力调节阀17、文丘里空化段18、数字压力表19、连接管道g20、弯头e21、连接管道h22依次相连，构成空化实验段。三通a5的左端口、连接管道i23、弯头f24、连接管道j25、电磁阀b26、弯头g27、连接管道k28、三通b29、电磁流量计b30、连接管道l31、文丘里引射管32前端口依次相连，构成三通分流段。文丘里引射管32的后端口、连接管道m33、弯头h34、连接管道n35、蓄水罐1的回水口依次相连，构成回水段。蓄水罐1、出水管b36、变频水泵37水平端口依次相连，变频水泵37的上端口、连接管道o38、弯头i39、连接管道p40、弯头j41、连接管道q42、弯头k43、连接管道r44、弯头l45、连接管道s46(布置有阀门47)依次相连，两部分共同构成副供水段。即主供水段自三通a5处分流成空化实验段和三通分流段两支路，再经文丘里引射管32处合流成回水段，副供水段为单独一段，即自蓄水罐1处引一支路至三通b29处汇入三通分流段。
[0021] 参照附图1，计算机48、数据采集卡49、电磁流量计a15、电磁流量计b30、数字压力表19之间设置连接线，可以监测空化实验段和三通分流段的流量及压力数据，并且通过控制线路和数据采集卡49将数据实时显示存储于计算机48；计算机48、电磁阀控制器50、电磁阀a11、电磁阀b26之间设置连接线，计算机48可以通过电磁阀控制器50分别控制电磁阀a11和电磁阀b26的开度，调节空化实验段和三通分流段的流量；计算机48、变频水泵控制箱51、变频水泵37之间设置连接线，计算机48可以通过变频水泵控制箱51控制变频水泵37调频，改变副供水段的水流量；可以通过转动阀门47的
扳手调节阀门47的开度，改变副供水段的水流量；可以通过旋转压力调节阀17的螺母，改变旋转压力调节阀17内弹簧的压缩量，实现对文丘里空化段18渐缩段前部压力的调节。各元件、管道接通处均采用具有柔性密封垫的
法兰连接结构；各连接管道均为截面为圆形的不锈
钢水管，各弯头均为截面为圆形的直
角不锈钢弯头；压力调节阀17为自力式阀后压力调节阀，旋转螺母调节弹簧的压缩量可以改变预设压力值，在预设的固定入口压力下进行文丘里空化实验，可以进行控制入口压力不变、出口压力为单一变量的实验，扩大实验参数的范围。
[0022] 空化是当流体局部压力低至水温饱和压力时产生的，而且局部压力越低，空化强度越强，流体域中的空化现象越明显，实现整个文丘里空化段在低压工况下的可控实验是本
发明的关键。如图1，整个实验台具体工作流程分为三个阶段。
[0023] 第一阶段阀门47关紧，计算机48控制电磁阀a11调为关闭至完全打开之间的任一开度、电磁阀b26关闭，蓄水罐1中水自出水管a2抽入水泵3中，水泵3出水经连接管道a4流至三通a5，自三通a5处全部流至空化实验段(三通分流段的电磁阀b26已关闭)，沿空化实验段流向顺次流经电磁阀a11、电磁流量计a15、压力调节阀17，再通过文丘里空化段18，完成水力空化实验后，流过数字压力表19，最后流入文丘里引射管32喉部的引射孔，自文丘里引射管32渐扩段出口流入回水段(阀门47和电磁阀b26此时均关紧)，沿回水段流向最终流至蓄水罐1中，完成整个水路循环。此阶段文丘里空化段18经空化实验段末端管路、回水段管路后与蓄水罐1相连，文丘里空化段18出口压力受到连接管道n35与蓄水罐1相连的回水口背压限制，仅能在较高进出口压力范围进行文丘里空化段18的空化实验。
[0024] 第二阶段阀门47完全关闭，计算机48控制电磁阀a11完全打开、电磁阀b26调为关闭至完全打开之间的任一开度，水泵3启动后，蓄水罐1中水自出水管a2抽入水泵3中，水泵3出水经连接管道a4流至三通a5，自三通a5处分流成空化实验段和三通分流段。主流水沿空化实验段流向顺次流经电磁阀a11、电磁流量计a15、压力调节阀17，再通过文丘里空化段18，完成水力空化实验后，流过数字压力表19，最后流入文丘里引射管32喉部的引射孔，并且在文丘里引射管的喉部被三通分流段的分流水引射。分流水沿三通分流段流向流经电磁阀b26，流入三通b29的右端入口后全部自其后端出口流出(阀门47此时完全关闭)，继续流过电磁流量计b30，最后流至文丘里引射管32喉部，形成低压区并且引射完成空化实验的主流水，实现主、分流水的合流后自文丘里引射管32渐扩段出口流入回水段，合流后回水沿回水段流向最终流至蓄水罐1中。此阶段文丘里空化段18经空化实验段末端管路与文丘里引射管32喉部相连，文丘里空化段18出口压力受到文丘里引射管32喉部低压区压力限制(电磁阀b26开度越大，喉部压力越低，并且此压力必低于连接管道n35与蓄水罐1相连的回水口背压)，因此文丘里空化段18可以在较低进出口压力范围内进行空化实验。但当电磁阀b26开度调至最大时，分流水流量达到最大，文丘里引射管32喉部压力达到最低，文丘里空化段
18进出口压力达第二阶段可以调节的下限。
[0025] 第三阶段，欲进行更低压下的空化实验，观测更好的空化性状图像，则应将阀门47打开，计算机48控制电磁阀a11和电磁阀b26完全打开，水泵3启动后，蓄水罐1中水自出水管a2抽入水泵3中，水泵3出水经连接管道a4流至三通a5，自三通a5处分流成空化实验段和三通分流段；接着变频水泵37启动，蓄水罐1中水自出水管b36抽入变频水泵37中，变频水泵37出水沿副供水段流向流动，流过阀门47后经三通b29的前端口汇入三通分流段。主流水沿空化实验段流向顺次流经电磁阀a11、电磁流量计a15、压力调节阀17，再通过文丘里空化段18，完成水力空化实验后，流过数字压力表19，最后流入文丘里引射管32喉部的引射孔，并且在文丘里引射管的喉部被三通分流段分流水引射。分流水沿三通分流段流向流经电磁阀b26，流入三通b29的右端入口后与副供水段水合流后自其后端出口流出，继续流过电磁流量计b30，最后流至文丘里引射管32喉部，形成低压区并且引射完成空化实验的主流水，实现主、分流水的合流后自文丘里引射管32渐扩段出口流入回水段，合流后回水沿回水段流向最终流至蓄水罐1中。此阶段文丘里空化段18经空化实验段末端管路与文丘里引射管32喉部相连，文丘里空化段18出口压力受到文丘里引射管32喉部低压区压力限制，此时电磁阀b26开度调至最大，通过计算机48控制变频水泵控制箱51对变频水泵37调频使副供水段流量不断增多，分流水与副供水段供水合流后，流量在第二阶段上限的
基础上进一步增大，文丘里引射管32喉部压力继续降低，当副供水段流量增至最大时，文丘里空化段18进出口压力达第三阶段可以调节的下限。因此文丘里空化段18可以在极低进出口压力范围内进行空化实验。
[0026] 参照附图2，水平方向，线框小箭头标识正对的端口为文丘里引射管32的前端口，三通分流段的分流水经此端口流入，并且在喉部形成低压区引射空化实验段的主流水；竖直方向，线框箭头标识正对的管道为连接管道h22，空化实验段的主流水经此流入文丘里引射管32的喉部；三通分流段分流水和空化实验段主流水在文丘里引射管32处合流后沿线框大箭头标识方向流出，大箭头标识一侧的端口为文丘里引射管32的后端口。
[0027] 参照附图3，竖直方向，线框大箭头标识正对的端口为三通a5的下端口，主供水段的总流水经此端口流入；竖直方向，箭头标识一侧的端口为三通a5的端口，主供水段的总流水中的一部分沿此端口流入空化实验段，作为主流水；水平方向，小箭头标识一侧的端口为三通a5的左端口，主供水段的总流水中的另一部分沿此端口流入三通分流段，作为分流水。
[0028] 参照附图4，垂直于水平方向，小箭头标识正对端口为三通b29的右端口，三通分流段的分流水经此端口流入；水平方向，中箭头标识正对端口为三通b29的前端口，副供水段的变频水泵出水经此端口流入并且汇入分流水；水平方向，大箭头标识一侧端口为三通a5的后端口，变频水泵出水汇入分流水后沿此端口流出。
[0029] 综上所述，相较于常规的水力空化实验台，本实用新型利用计算机控制电磁调节阀的开度和变频水泵的频率，调节流过文丘里引射管的流量，在较低或极低压范围内实现对与文丘里引射管喉部相联通的文丘里空化段的进出口压力的连续调节，使得文丘里空化段进出口压力的调节下限不受水箱回水背压的限制，增大压力调节的范围；利用压力调节阀的螺母控制阀内弹簧的压缩量，可以实现文丘里空化段进口压力不变、出口压力改变的单因素调节，扩大空化实验的实验范围。
