一种建筑排水管道系统水、气流动状态观察演示装置

1.本发明涉及建筑模拟教学技术领域，尤其涉及一种建筑排水管道系统水、气流动状态观察演示装置。


背景技术：

2.在建筑领域中，涉及一个非常关键的知识体系，即建筑物的给排水系统，传统的教学方法，仅以书面授课为主，理论知识较复杂，很难被熟练掌握，对于学生来说很难整体地认识建筑给排水系统，因此需要结合具体的模拟装置，以实物教授，加速学生对该系统的认知；然而，现有的实训模型存在给排水系统不全面的问题，无法实现对给排水系统的全面教学，仍然存在教学死角。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种建筑排水管道系统水、气流动状态观察演示装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
5.一种建筑排水管道系统水、气流动状态观察演示装置，包括上水系统、排水管道系统、电力供应系统和信号传输与显示系统；
6.所述上水系统包括下水箱、水泵、第三阀门、流量计和上水管道，所述下水箱内设有排水试验水，所述水泵位于下水箱内部，所述上水管道的一端固定连接在水泵的出水端，所述第三阀门和流量计均安装在上水管道上，所述上水管道的侧壁上固定连接有回流管道，所述回流管道的底端位于下水箱内，所述回流管道上设有回流阀门；
7.所述排水管道系统，所述排水管道系统包括上水箱、双重水封管道、普通排水管道、环形通气管道、诱导虹吸排水管道和排水总管；
8.所述上水管道的另一端位于上水箱内，所述双重水封管道的一端设有第一提拉式排水装置，所述双重水封管道的另一端与排水总管相连通，所述第一提拉式排水装置安装在上水箱内的底侧壁上，所述双重水封管道上设有上水封和下水封，所述上水封和下水封之间的管道侧壁上设有通气管，所述通气管呈弯曲向上的弧形管设置，所述通气管的一端螺纹连接有盖帽，盖帽打开时，通气管起到通气作用；盖帽封闭时，可维持双重水封管道的密闭性；
9.所述普通排水管道的一端设有第二提拉式排水装置，所述普通排水管道的另一端与排水总管相连通，所述第二提拉式排水装置安装在上水箱内的底侧壁上，所述普通排水管道上设有排水水封；
10.所述环形通气管道的一端与上水箱的侧壁相连接，所述环形通气管道的另一端与排水总管相连通，所述环形通气管道上设有第一阀门，所述环形通气管道的侧壁上固定连接有呈弧形设置的吸气管，所述吸气管的一端设有第二阀门，所述第二阀门的一端设有吸气阀；
11.所述诱导虹吸排水管道的一端与排水总管相连接，所述诱导虹吸排水管道上设有虹吸水封；
12.所述排水总管包括排水横管和排水竖管，所述排水竖管竖直固定连接在排水横管的一端，所述排水竖管的底端位于下水箱的上方，所述排水竖管的顶端设有与外界空气相连通的通气口；
13.所述排水总管与双重水封管道、普通排水管道、环形通气管道、诱导虹吸排水管道的管道连接处，设置活接头，使得排水总管坡度可调节；
14.所述电力供应系统包括水泵控制柜与电源，所述水泵控制柜分别与水泵和电源相连接；
15.所述信号传输与显示系统包括第一压力变送器、第二压力变送器、第三压力变送器、第四压力变送器和信号处理器，所述第一压力变送器、第二压力变送器、第三压力变送器和第四压力变送器均与信号处理器电连接，所述第一压力变送器安装在排水竖管的侧壁上，所述第二压力变送器安装在排水横管的侧壁上，所述第三压力变送器安装在双重水封管道上，所述第四压力变送器安装在普通排水管道上，所述第一压力变送器、第二压力变送器、第三压力变送器、第四压力变送器分别用于测量排水竖管、排水横管、双重水封管道、普通排水管道内的压力并把此压力转化为电信号，之后再将压力信号发送到信号处理器。
16.作为本技术方案的进一步改进方案：所述上水封、下水封、虹吸水封和排水水封均由多个45
°
弯头上下连接而成，所述上水封、下水封、虹吸水封和排水水封的下部位置，均设置纹连接的管帽，用以排空水封内的水。
17.作为本技术方案的进一步改进方案：所述上水封、下水封、虹吸水封和排水水封的水封深度h须≥50mm。
18.作为本技术方案的进一步改进方案：所述水泵最大流量2l/s，对应扬程4m水柱。
19.作为本技术方案的进一步改进方案：所述上水管道、双重水封管道、普通排水管道、环形通气管道、诱导虹吸排水管道和排水总管的管道材质包括upvc、pp、玻璃、有机玻璃、金属管中任意一种、任意几种或其他材质的组合。
20.作为本技术方案的进一步改进方案：所述信号处理器为笔记本电脑。
21.作为本技术方案的进一步改进方案：所述电源可为220v或380v。
22.作为本技术方案的进一步改进方案：所述第一提拉式排水装置用以切断或开启从上水箱至双重水封管道的水流；所述第二提拉式排水装置用以切断或开启从上水箱至普通排水管道的水流。
23.作为本技术方案的进一步改进方案：所述第一阀门、第二阀门和第三阀门选用球阀或闸阀。
24.作为本技术方案的进一步改进方案：所述第一压力变送器、第二压力变送器、第三压力变送器、第四压力变送器的压力测量范围为-500pa～+500pa。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
26.本发明提供一种建筑排水管道系统水、气流动状态观察演示装置，可以演示与观察建筑排水在管道内的多种现象，便于学生观察水流流态，有助于掌握建筑排水管道内水、气流态的变化规律。
27.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，
并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
28.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
29.图1为本发明提出的一种建筑排水管道系统水、气流动状态观察演示装置的结构示意图；
30.图2为本发明中水封深度的含义示意图。
31.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
32.1、上水系统；1.1、下水箱；1.2、水泵；1.3、第三阀门；1.4、流量计；1.5、上水管道；1.6、回流管道；2、排水管道系统；2.1、上水箱；2.2、双重水封管道；2.2.1、第一提拉式排水装置；2.2.2、上水封；2.2.3、下水封；2.2.4、通气管；2.3、普通排水管道；2.3.1、第二提拉式排水装置；2.3.1、排水水封；2.4、环形通气管道；2.4.1、第一阀门；2.4.2、第二阀门；2.4.3、吸气阀；2.5、诱导虹吸排水管道；2.5.1、虹吸水封；2.6、排水总管；2.6.1、通气口；3、电力供应系统；4、信号传输与显示系统；4.1、第一压力变送器；4.2、第二压力变送器；4.3、第三压力变送器；4.4、第四压力变送器。
具体实施方式
33.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
34.需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
35.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
36.请参阅图1～2，本发明实施例中，一种建筑排水管道系统水、气流动状态观察演示装置，包括上水系统1、排水管道系统2、电力供应系统3和信号传输与显示系统4；
37.上水系统1包括下水箱1.1、水泵1.2、第三阀门1.3、流量计1.4和上水管道1.5，下水箱1.1内设有排水试验水，水泵1.2位于下水箱1.1内部，上水管道1.5的一端固定连接在水泵1.2的出水端，第三阀门1.3和流量计1.4均安装在上水管道1.5上，上水管道1.5的侧壁上固定连接有回流管道1.6，回流管道1.6的底端位于下水箱1.1内，回流管道1.6上设有回流阀门，回流管道1.6用以调节上水管道1.5的供水流量；
38.排水管道系统2，排水管道系统2包括上水箱2.1、双重水封管道2.2、普通排水管道2.3、环形通气管道2.4、诱导虹吸排水管道2.5和排水总管2.6；
39.上水管道1.5的另一端位于上水箱2.1内，双重水封管道2.2的一端设有第一提拉式排水装置2.2.1，双重水封管道2.2的另一端与排水总管2.6相连通，第一提拉式排水装置2.2.1安装在上水箱2.1内的底侧壁上，双重水封管道2.2上设有上水封2.2.2和下水封2.2.3，上水封2.2.2和下水封2.2.3之间的管道侧壁上设有通气管2.2.4，通气管2.2.4呈弯曲向上的弧形管设置，通气管2.2.4的一端螺纹连接有盖帽，盖帽打开时，通气管2.2.4起到通气作用；盖帽封闭时，可维持双重水封管道2.2的密闭性；
40.普通排水管道2.3的一端设有第二提拉式排水装置2.3.1，普通排水管道2.3的另一端与排水总管2.6相连通，第二提拉式排水装置2.3.1安装在上水箱2.1内的底侧壁上，普通排水管道2.3上设有排水水封2.3.2；
41.环形通气管道2.4的一端与上水箱2.1的侧壁相连接，环形通气管道2.4的另一端与排水总管2.6相连通，环形通气管道2.4上设有第一阀门2.4.1，环形通气管道2.4的侧壁上固定连接有呈弧形设置的吸气管，吸气管的一端设有第二阀门2.4.2，第二阀门2.4.2的一端设有吸气阀2.4.3；
42.诱导虹吸排水管道2.5的一端与排水总管2.6相连接，诱导虹吸排水管道2.5上设有虹吸水封2.5.1；
43.排水总管2.6包括排水横管和排水竖管，排水竖管竖直固定连接在排水横管的一端，排水竖管的底端位于下水箱1.1的上方，排水竖管的顶端设有与外界空气相连通的通气口2.6.1，通气口2.6.1上设有管帽，管帽打开时，通气口2.6.1起到通气作用；管帽封闭时，维持排水总管(2.6)的密闭性；
44.所述排水总管2.6与双重水封管道2.2、普通排水管道2.3、环形通气管道2.4、诱导虹吸排水管道2.5的管道连接处，设置活接头，使得排水总管2.6坡度可调节；
45.电力供应系统3包括水泵控制柜与电源，水泵控制柜分别与水泵1.2和电源相连接，电源可为220v或380v；
46.信号传输与显示系统4包括第一压力变送器4.1、第二压力变送器4.2、第三压力变送器4.3、第四压力变送器4.4和信号处理器，第一压力变送器4.1、第二压力变送器4.2、第三压力变送器4.3和第四压力变送器4.4均与信号处理器电连接，第一压力变送器4.1安装在排水竖管的侧壁上，第二压力变送器4.2安装在排水横管的侧壁上，第三压力变送器4.3安装在双重水封管道2.2上，第四压力变送器4.4安装在普通排水管道2.3上，第一压力变送器4.1、第二压力变送器4.2、第三压力变送器4.3、第四压力变送器4.4分别用于测量排水竖管、排水横管、双重水封管道2.2、普通排水管道2.3内的压力并把此压力转化为电信号，之后再将压力信号发送到信号处理器，信号处理器为笔记本电脑。
47.具体的，上水封2.2.2、下水封2.2.3、虹吸水封2.5.1和排水水封2.3.1均由多个45
°
弯头上下连接而成，上水封2.2.2、下水封2.2.3、虹吸水封2.5.1和排水水封2.3.1的下部位置，均设置纹连接的管帽，用以排空水封内的水。
48.具体的，上水封2.2.2、下水封2.2.3、虹吸水封2.5.1和排水水封2.3.1的水封深度h须≥50mm，水封深度的含义如图2所示。
49.具体的，水泵1.2最大流量2l/s，对应扬程4m水柱。
50.具体的，上水管道1.5、双重水封管道2.2、普通排水管道2.3、环形通气管道2.4、诱导虹吸排水管道2.5和排水总管2.6的管道材质包括upvc、pp、玻璃、有机玻璃、金属管中任意一种、任意几种或其他材质的组合。
51.具体的，第一提拉式排水装置2.2.1用以切断或开启从上水箱2.1至双重水封管道2.2的水流；第二提拉式排水装置2.3.1用以切断或开启从上水箱2.1至普通排水管道2.3的水流，第一提拉式排水装置2.2.1和第二提拉式排水装置2.3.1也可以用阀门代替。
52.具体的，第一阀门2.4.1、第二阀门2.4.2和第三阀门1.3选用球阀或闸阀。
53.具体的，第一压力变送器4.1、第二压力变送器4.2、第三压力变送器4.3、第四压力变送器4.4的压力测量范围为-500pa～+500pa。
54.本发明的工作原理是：
55.1、管道内空气压力分布演示操作：
56.关闭第一提拉式排水装置2.2.1，开启第二提拉式排水装置2.3.1。开启水泵1.2,调节第三阀门1.3的开度，使流量计1.4流量显示范围为0.1～1.0l/s。分别在第一阀门2.4.1开与关、第二阀门2.4.2开与关、虹吸水封2.5.1充水与否等多种组合下，查看第一压力变送器4.1、第二压力变送器4.2、第四压力变送器4.4的压力变送器信号。并将这些压力变送器信号在笔记本电脑上绘制为曲线。
57.2、管道内空气压力震荡演示操作：
58.关闭第一提拉式排水装置2.2.1，开启第二提拉式排水装置2.3.1。开启水泵1.2,调节第三阀门1.3的开度，使流量计1.4流量显示范围为0.1～1.0l/s。分别在第一阀门2.4.1开与关、第二阀门2.4.2开与关、虹吸水封2.5.1充水与否等多种组合下，查看第一压力变送器4.1、第二压力变送器4.2、第四压力变送器4.4的压力变送器信号。并将这些压力变送器信号在笔记本电脑上绘制为曲线，曲线横坐标为时间，纵坐标为压力。
59.3、管道内空气运动方向演示操作：
60.关闭第一阀门2.4.1、第二阀门2.4.2，对虹吸水封2.5.1充水。第一提拉式排水装置2.2.1，开启第二提拉式排水装置2.3.1。在通气口2.6.1的上方放置一条柔软轻盈的纸带。开启水泵1.2,调节第三阀门1.3的开度，使流量计1.4流量显示范围为0.1～1.0l/s。查看纸带是否会落入通气口2.6.1。
61.4、排水管道系统存在双重水封装置时，排水管道的气阻现象、产生噪声现象演示操作：
62.关闭第一阀门2.4.1、第二阀门2.4.2，对虹吸水封2.5.1充水。关闭通气管2.2.4的通气口。关闭第二提拉式排水装置2.3.1，开启第一提拉式排水装置2.2.1。开启水泵1.2,调节第三阀门1.3的开度，使流量计1.4流量为0.10l/s。查看上水封2.2.2、下水封2.2.3水位变化，在第三压力变送器4.3处听管道异响。查看第三压力变送器4.3的压力变送器信号值的变化。
63.5、观察自虹吸、诱导虹吸现象演示操作：
64.关闭第一提拉式排水装置2.2.1，开启第二提拉式排水装置2.3.1，对虹吸水封2.5.1充水。开启水泵1.2,调节第三阀门1.3的开度，使流量计1.4流量显示范围为0.1～1.0l/s。分别在第一阀门2.4.1开与关、第二阀门2.4.2开与关等多种组合下，查看虹吸水封2.5.1的水位变化。
65.6、观察并比较环形通气管开通前后，排水管道系统现象的变化演示操作：
66.关闭第一提拉式排水装置2.2.1，开启第二提拉式排水装置2.3.1，关闭第二阀门2.4.2。对虹吸水封2.5.1充水。开启水泵1.2,调节第三阀门1.3的开度，使流量计1.4流量显示范围为0.1～1.0l/s。在第一阀门2.4.1开与关时，查看虹吸水封2.5.1的水位变化。查看第一压力变送器4.1、第二压力变送器4.2、第四压力变送器4.4的压力变送器信号。并将这些压力变送器信号在笔记本电脑上绘制为曲线，曲线横坐标为时间，纵坐标为压力。比较第一阀门2.4.1开与关时，各压力变送器信号、虹吸水封2.5.1水位的变化。
67.7、演示排水吸气阀的功能演示操作：
68.关闭第一提拉式排水装置2.2.1，开启第二提拉式排水装置2.3.1，关闭第一阀门2.4.1。对虹吸水封2.5.1充水。开启水泵1.2,调节第三阀门1.3的开度，使流量计1.4流量显示范围为0.1～1.0l/s。在第二阀门2.4.2开与关，查看虹吸水封2.5.1的水位变化。
69.查看第一压力变送器4.1、第二压力变送器4.2、第四压力变送器4.4的压力变送器信号。并将这些压力变送器信号在笔记本电脑上绘制为曲线，曲线横坐标为时间，纵坐标为压力。比较第一阀门2.4.1开与关时，各压力变送器信号、虹吸水封2.5.1水位的变化。
70.8、重力流、有压流，与两者转换演示操作：
71.关闭第一提拉式排水装置2.2.1，开启第二提拉式排水装置2.3.1。开启水泵1.2,调节第三阀门1.3的开度，使流量计1.4流量显示范围为0.05～1.0l/s。查看普通排水管道2.3处水流形态变化。并观察、第四压力变送器4.4压力信号变化。
72.9、附壁流、水膜流、水塞流，与三者转换演示操作：
73.关闭第一提拉式排水装置2.2.1，开启第二提拉式排水装置2.3.1。开启水泵1.2,调节第三阀门1.3的开度，使流量计1.4流量显示范围为0.05～1.0l/s。查看普通排水管道2.3、第四压力变送器4.4处水流形态变化。并观察各压力变送器压力信号变化。
74.10、层流、紊流现象演示操作：
75.关闭第一提拉式排水装置2.2.1、第二提拉式排水装置2.3.1、第二阀门2.4.2、开启第一阀门2.4.1。在排水总管2.6的最低处设置阀门，调节阀门开度。开启水泵1.2,调节第三阀门1.3的开度，使流量计1.4流量显示范围为0.05～1.0l/s。在环形通气管道2.4与上水箱2.1的连接处，投加彩色细微水流，查看彩色细微水流的流态与流量计1.4流量值之间的关系。
76.以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。