一种实验室多环组可调节供水管网物理仿真模拟装置的制作方法

1.本发明涉及仿真模拟领域，具体涉及一种实验室多环组可调节供水管网物理仿真模拟装置。


背景技术：

2.供水管网系统是一个拓扑结构复杂、规模庞大、用水变化随机性强、运行控制为多目标的网络系统，但直接在真实供水管网上进行压力控制，由于缺少相关理论基础及压力控制范围实施方法，在实际操作过程中容易导致供水压力不足等问题，影响管网供水与居民用水。
3.因此，目前亟需搭建供水管网物理仿真模型，在实验室环境下对城市管网微观模型进行最直观的展示，并对相关算法进行验证。传统的物理仿真模拟装置只针对某一特定算法进行搭建，且结构复杂，拆卸不便，缺乏灵活性，一旦验证完特定算法模型后即刻废弃，造成资源的浪费。


技术实现要素：

4.本发明是要解决现有上述提出技术问题，进而提供了一种实验室多环组可调节供水管网物理仿真模拟装置。
5.本发明的一种实验室多环组可调节供水管网物理仿真模拟装置，包括二泵站系统、供配水系统和用户系统：
6.二泵站系统设有模拟清水池的水箱和多台水泵，由水泵向配水管网供水，在水泵的出水管上设有压力表和流量计；
7.供配水系统平铺悬挂于支架上，外围钢结构支撑支架四角的绞盘器可自由调节配水管网高度，配水管网设置成多个基础环状结构，可自由组合为多环组；
8.用户系统立挂于墙面，由供水管、排水管和水表组成。
9.进一步地，所述二泵站系统设有至少一个水箱。
10.进一步地，所述二泵站系统设有三台水泵，水泵之间可相互备用，水泵由变频器控制，可模拟变频供水或普通水泵向管网供水。
11.进一步地，供配水系统规模为3.7*3*0.6m，配水管网布置成九个基础环状结构，包括4个中心节点，每个节点处安装六通，六通的的一个出口端装有压力表，另一个出口端与用户用水节点相连，六通的其余四个出口端与输水干管和配水支管相连。
12.进一步地，用户系统规模为1.8*1.2m。
13.本发明的有益效果包括：
14.本发明搭建了一种最小化反应真实管网运行状态的模拟装置，该装置按比例还原供水管网网络拓扑及基础图元，避免在真实管网上进行压力控制，造成用户日常用水异常。同时克服现有供水管网物理仿真装置只能针对特定1-2类算法模型进行验证方面的不足，最大程度节约实验成本，是一种面向大多数供水数学模型理论研究及验证的模拟装置。
15.本发明设计采用了可调节管网悬挂支撑支架，可非对称自由调节高度，随意改变主体管网高程信息，以模拟地形起伏较大地区管网场景，同时采用组件环思想，各类管材、管件以最小环为单位，可灵活拆卸、组装，通过球阀、管径、管材、高程等基础元素的自由组合，模拟不同地区管网的真实场景。
附图说明
16.图1为本发明的给水管网系统工艺流程图；
17.图2为本发明的给水管网系统仿真装置整体结构示意图；
18.图3为本发明的给水管网系统仿真装置给水系统部分结构示意图；
19.图4为本发明的给水管网系统仿真装置可调节管网悬挂支撑支架结构示意图。
20.各个部件标号如下：
21.水箱1、水箱出水口2、水箱出水总控阀门3、吸水管4、变频水泵5、水泵出水控制阀门6、水泵出水压力表7、水泵出水流量计8、输水主管9、供配水管网10、测流测压供水路由控制组件11、控制阀门12、中心节点测压组件13、配水支管14、用户上水软管15、用户用水控制阀16、用户上水管17、用户水表18、用户排水控制阀19、用户下水管20、排水管21、排水口22、排放口23、外围钢结构支撑支架24、内部钢结构悬挂支架25、绞盘器26。
具体实施方式
22.以下具体说明本发明的实施方式，参阅图1至4。
23.本发明涉的一种实验室多环组可调节供水管网物理仿真模拟装置，主要由二泵站系统、供配水系统、用户系统三部分组成。
24.二泵站系统设有至少1个水箱1，有1个出水口2和总控阀门3，模拟清水池。水泵5的数量为3台。水泵通过吸水管4从水箱中取水，经加压后通过输水主管9分别向供配水管网10供水，水泵之间可相互备用，由变频器控制，可模拟变频供水或普通水泵向供配水管网供水，在水泵的出水管上装设控制阀门6、压力表7和流量计8。
25.供配水系统规模为3.7*3*0.6m，平铺悬挂布设于支架上，使用外围钢结构支撑支架24四角的绞盘器26可自由调节供配水管网高度，管网布置成9个基础环状结构，可自由组合为多环组，包括4个测流测压供水路由控制组件11，每个控制组件可通过控制阀门12开闭组合，自由控制供配水管网外围供水路由，以及4个中心节点测压组件13，每个节点处安装六通，分别在六通的一个出口端装上压力表，同时，六通的另一个出口端通过配水支管14、上水软管15与用户用水节点相连，六通的其余四个出口端安装控制阀与输水干管和配水支管相连。该装置采用内部钢结构悬挂支架25装置，将模拟配水管网利用绞盘器26的钢索悬挂于外围钢结构支撑支架24内部，可自由调节模拟配水管网主体四个角点的高度，模拟地形起伏不同高程信息下的管网应用场景，更接近真实供水管网的敷设情况，并设有排放口23模拟管网漏损。
26.用户系统规模为1.8*1.2m，立挂于墙面，由用户用水控制阀16、用户上水管17、用户水表18、用户排水控制阀19、用户下水管20、排水管21、排水口22组成，模拟三层楼用户端。
27.本发明能够直观表达真实管网运行状态，按比例还原供水管网网络拓扑及基础图
元，具备模拟供水节点、管段、水池、水泵、阀门、消火栓、用户、测压点、测流点等基本元素的能力。该装置能够按照一定的算法对管网、泵站、用户等动、静态数据进行水力分析，即结合数学模型模拟各水源节点的供水量、各管段中的流量和关键节点的水压，为污染溯源、漏损定位、管网评价等研究提供基础数据输入。
28.本发明具备多环组可调控能力，通过控制阀门开合，改变供水路径，基于管网拓扑简化与重构，建立供水管网的具有不同粒度的多分辨率水力模型，可进行压力、流量、水质监测点优化选址的研究。
29.本发明各组件(测流测压供水路由控制组件、控制阀门、中心节点测压组件)可灵活拆卸组装，具备以模块环为最小单位替换不同管径、管材、阀门等基本元素能力，能够定量模拟不同应用场景(不同参数)对供水模型水力模拟、漏损定位、水质分析、管网评价等算法模型精度影响阈。
30.本发明可模拟三个水源的供水，方便进行多水源工况下dma分区、多水源情况下的重叠供水区域研究。该装置具备可视化功能，管段优选透明材质，可以直观获取当前时段的全供水路径，用于验证水质污染突发事件中溯源和水质污染扩散及可能受影响区域确定；
31.本发明通过调节阀门控制供水压力，可随意更换管材与管径，模拟不同漏损规模与条件，结合流量计、压力计，能够研究供水压力与漏失量之间的关系。
32.本发明能够自由调节主体管网节点高度，模拟不同高程信息下的管网应用场景。该模拟装置的建设，可应用于给水管网系统方向的绝大多数实验研究，是一个集管网参数模拟(节点流量和c值)、管网参数估计、管网状态估计、多种方法的管网模型校核、管网优化运行控制、管网优化改扩建、管网漏失以及管网分区等于一体的综合实验平台，该装置可灵活组装及拆卸的特点极大的满足了对当前掌握数学模型验证的需求，同时也可直观的展示各种复杂供水管网的运行工况。可通过实测节点、管段、水池、节点流量、节点压力等数据，对管网水力模型进行计算与校核；通过多个水源、水厂供水能力，进行多水源工况下dma分区、多水源情况下的重叠供水区域研究；通过控制球阀的开合，改变供水路径，可指导给水管网水源规划、管网优化运行与调度方案，方便进行监测点优化选址的研究；通过透明管线材质，直观获取当前时段的全供水路径，用于验证水质污染突发事件中溯源和水质污染扩散及可能受影响区域确定；通过各组件可灵活拆卸组装，可定量模拟不同应用场景(不同参数)对供水算法模型精度影响阈。还可测定供水管网的漏失情况，验证漏损定位、漏损控制相关算法，研究供水漏损量与压力之间的关系。
33.实施例
34.本实施中的装置中设有1个储水箱1，用来模拟二泵房的清水池；水箱有1个出水口2和总控阀门3，通过吸水管4与3台水泵5相连，水泵为变频控制一体，每台水泵的出水管上装设有控制阀门6、流量计7和压力表8；水泵吸水管从水箱吸水，经水泵加压后通过输水主管9接入到供配水管网10中；供配水管网有4个测流、测压路由控制构件11，4个中心测压节点13，及若干配水干管、支管和控制阀门12构成，灵活控制供配水路由和监测管网流量、压力；
35.供配水管网中的有压水经用配水支管14、用户上水软管15配送至实验模拟的三层楼用水户系统中，用水户系统有若干用户上水管16、用水户控制阀门17、用户水表18、用户排水控制阀19、用户下水管20构成；用水户系统中的排水经排水管21收集，由排水口22回流
到水箱，整个系统内水循环输送；利用排放口23阀门控制排放水量，模拟供水管网漏损；由钢结构支架及绞盘器26所组成的可非对称调节管网悬挂支撑支架，对模拟供配水管网主体进行悬挂固定，包括外围钢结构支撑支架24和内部钢结构悬挂支架25，如图4所示。
36.管材采用pp-r塑料管材。布置管网采用货架式地面平铺方式，通过钢结构支架固定，内部悬挂支撑支架25具有可调节功能，通过外围钢结构支撑支架25四个角点的绞盘器26可灵活调节内部钢结构悬挂支架，从而灵活设置管网节点高程差，用以模拟不同城市的管网应用场景。采用主干管dn32mm四周环绕，总长和总宽分别为3.7m和3.0m，输水干管dn32mm与其连接，配水支管管径为dn25mm。本实施例设置3层配水管，模拟用户用水。
37.本发明克服现有供水管网物理仿真装置整体分层布设下，具有水力坡降的节点均存在瞬变的情况，不符合实际供水管网整体的水力坡降是一个渐变过程的事实情况，该仿真装置提供了一种钢结构可调节悬挂支架装置，从而更灵活的模拟实际管网的布设情况。
38.上述内容仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。