CN112577887B - 一种供水管道环境温度模拟试验系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种供水管道环境温度模拟试验系统，该系统包括：综合环境试验箱：用以为试验件提供试验要求温度；水温模拟装置：用以为试验件提供试验要求温度的有压水；外置制冷及安全保障装置：用以为综合环境试验箱提供制冷和安全性保障。与现有技术相比，本发明具有适用于各类型管道的环境温度模拟，结构完整，操作方便，功能齐全等优点。

Description

一种供水管道环境温度模拟试验系统
技术领域
本发明涉及城市地下供水管道安全技术领域，尤其是涉及一种供水管道环境温度模拟试验系统。
背景技术
城市地下供水管道的运行状态与城市生产、生活等功能需求和安全状态密切相关，然而，在季节性天气尤其是冬季低温气候的影响下，供水管道的冰冻破坏越来越明显，尤其是供水管网及相关设施缺乏系统性防护措施的南方地区，管道与水表受低温影响的结构破坏事故频发，城市供水管道的冬季低温安全性面临着巨大的机遇和挑战。
目前，国外学者以及部分国内学者对供水管道受温度影响的特征进行了试验研究，然而受到试验条件的限制，已有的室内试验基本只能针对于小直径管道，且大多只能对一根完整管道的部分管段进行温度模拟，无法全面的模拟完整管段的温度效应，也无法模拟管道内部水体流动的实际情形；而室外试验虽然可以实现试验管道的完整性以及管道中水流状况，但是试验中的温度条件只能依靠自然环境，因此试验结果具有不可重复性，难以就供水管道的结构安全性和环境温度之间得出系统且完善的结论。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种供水管道环境温度模拟试验系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种供水管道环境温度模拟试验系统，该系统包括：
综合环境试验箱：用以为试验件提供试验要求温度；
水温模拟装置：用以为试验件提供试验要求温度的有压水；
外置制冷及安全保障装置：用以为综合环境试验箱提供制冷和安全性保障。
所述的综合环境试验箱的主体结构为步入式高低温试验箱，其内部管路沿水流方向依次包括进水管、调节阀、水温采集仪、流量计、压力计、变径管段以及出水管，所述的变径管段分别设置在试验管段的两端，分别与压力计和出水管连接，所述的出水管与外部管道连接，所述的水温采集仪、流量计和压力计能够在低温条件下正常工作，且采集到的数据能够通过电缆连接到外部采集器。
所述的水温模拟装置由储水容器以及设置在储水容器内的温度传感器构成，所述的储水容器通过水管路与进水管连接。
所述的水管路上设有高压水泵及和手动阀门。
所述的外置制冷及安全保障装置包括依次连接的空压机组、储气罐、控制阀、冷干机组、干燥机组和制冷机组，通过风冷的方式对综合环境试验箱提供制冷，并向综合环境试验箱内部提供含氧量大于20％的空气，且当综合环境试验箱内部空气含氧量不足时报警，以保障箱体内工作人员的安全性。
所述的综合环境试验箱的试验温度范围为-35℃～100℃，温度波动度为±0.5℃，温度均匀度小于等于2℃，升温速率为1.0～3.0℃/min，降温速率为0.7～1.0℃/min，该综合环境试验箱的温度设置为按照设定速率进行升温或者降温，且记录实时温度曲线。
所述的储水容器容量为0.9m3，所述的温度传感器通过数据线与综合环境试验箱的控制面板连接，并且通过控制面板进行温度调节。
所述的综合环境试验箱的箱体侧壁预留有电缆孔，用于将综合环境试验箱内部管路上布设的传感器连接到外部采集器，所述的电缆孔上设置有橡胶塞，并且在橡胶塞上开有用以穿过电缆的缺口，使用时将橡胶塞堵住电缆孔，仅在橡胶塞缺口处通过电缆，用以避免外部空气影响箱体内部温度的控制，在不需使用电缆时，则将橡胶塞安装在孔位处，并在外部盖上盖子。
所述的综合环境试验箱内部管路长度按照标准进行设计，预留有1.5m长度的试验管段的空间。
该试验系统按照单一变量原则分别设置多组试验参数，试验参数包括环境温度降温速率、最低环境温度、环境温度循环变化次数、环境持续低温时长、试验管材、管径、试验管道的连接方式、管内水压、流量和水温。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明主要用于研究供水管道在环境温度改变下的性能变化，能够全面反映供水管道结构安全性与温度效应之间的关系和规律，通过改变管道连接方式，还可以模拟分析不同类型管道接头的温度作用过程和规律，该系统结构完整，操作方便，功能齐全，可广泛应用于各种类型供水管道的环境温度模拟试验中。
附图说明
图1为本发明供水管道环境温度模拟试验系统的结构示意图。
图2为本发明高低温试验箱上电缆孔结构示意图，其中，图(2a)为需要穿出电缆线的结构示意图，图(2b)为无需穿出电缆线的结构示意图。
图3为本发明高低温试验箱内部管路连接示意图。
图中标记说明：
201-试验试件，202-试件电缆，203-橡胶塞，204-试验箱体，205-电缆孔盖子；301-进水管，302-调节阀，303-水温采集仪，304-流量计，305-压力计，306-变径管段，307-试验管段，308-出水管。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术特征和实施方案更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
实施例
如图1所示，本发明提供一种供水管道环境温度模拟试验系统，该系统包括：
为试验件提供试验要求温度的综合环境试验箱及为试验件提供试验要求温度有压水的水温模拟装置，综合环境试验箱主体结构为步入式综合环境试验箱，可为试验件提供环境温度模拟条件，水温模拟装置内安装有储水容器，储水容器内设有温度传感器，综合环境试验箱内部设置有管道接口(与进水管301连接)，与储水容器通过水管路相连接，水管路上安装有高压水泵及手动阀门，综合环境试验箱内部管路依次设有水流调节阀、水温采集仪、流量计、压力计以及变径管段，综合环境试验箱外部与空压机组、冷干机组、干燥机组、制冷机组及储气罐相连接，用于试验箱的制冷及安全性保障。
本例中，水温模拟装置的储水容器体积约为0.9m3，水温模拟装置用于为储水容器内的水提供要求的温度，同时在储水容器内放置温度传感器，并与监控系统相连接，实现管内水温实时监测采集功能。
在试验前需要首先根据试验方案调节综合环境试验箱体内的温度以及储水容器中水体的温度和水压，由于试验系统的调节装置进行了集成，所以仅需要在综合环境试验箱的控制面板安装程序进行调节即可。
需要说明的是，在具体安装时，如图2所示，综合环境试验箱内的试验试件201(即试验管路307)处布设的传感器(水温采集仪303，流量计304和压力计305)需要通过电缆202连接到箱体204的外部，因此在综合环境试验箱体上预留有电缆孔，电缆孔上设置有橡胶塞203，橡胶塞203上开有缺口，如图(2a)所示，在需要使用电缆时将电缆202从电缆孔中穿过，并用橡胶塞203堵住电缆孔，仅在橡胶塞的缺口处通过电缆，以免外部空气影响箱体内部温度的控制；如图(2b)所示，在不需使用电缆时，则橡胶塞203安装在电缆孔孔位处，并在外部盖上盖子205。
本发明中，综合环境试验箱的主体——步入式高低温试验箱内部的连接管路极为重要，与试验效果的目的的试验息息相关，试验箱体内部管路连接如图3所示，试验箱通过进水管301后连接一个水流调节阀302，以便于调节内部管路的流量大小，之后依次连接水温采集仪303、流量计304及压力计305，且水温采集仪303、流量计304和压力计305能够在低温(约-20℃)条件下正常工作，采集到的数据能够通过数据线(电缆)连接到外部采集器，试验管路307长度为1.5m，由于其管径为试验参数，因此在试验管段前后设置变径管段306，最后通过出水管308将箱体内部管段与外部管道相连接。
进一步的，试验管段的结构形式及布设的传感器可以根据试验目的来确定。本发明可以实现对法兰连接管道、承插连接管道、法兰接头、承插接头等不同管段的试验，同时能够通过应变传感器、位移传感器、热电偶等采集试验管段的应变、位移等力学参数，通过试验箱监测系统、压力表、流量计等采集温度、水压、流量等其他参数。
本发明供水管道环境温度模拟试验系统是利用综合环境试验箱同时分别为试验试件提供环境温度和所需内部水体的温度，利用高压水泵与流量计、压力表、水流调节阀、水温采集仪等组合，实现流量、压力、水温可检测、可调节的功能，利用应变传感器、位移传感器、热电偶等进行试验试件的实时监测并采集数据。

Claims (3)

1.一种供水管道环境温度模拟试验系统，其特征在于，该系统包括：
综合环境试验箱：用以为试验件提供试验要求温度，所述的综合环境试验箱的主体结构为步入式高低温试验箱，其内部管路沿水流方向依次包括进水管(301)、调节阀(302)、水温采集仪(303)、流量计(304)、压力计(305)、变径管段(306)以及出水管(308)，所述的变径管段(306)分别设置在试验管段(307)的两端，分别与压力计(305)和出水管(308)连接，所述的出水管(308)与外部管道连接，所述的综合环境试验箱的试验温度范围为-35℃～100℃，温度波动度为±0.5℃，温度均匀度小于等于2℃，升温速率为1.0～3.0℃/min，降温速率为0.7～1.0℃/min，该综合环境试验箱的温度设置为按照设定速率进行升温或者降温，且记录实时温度曲线，所述的综合环境试验箱内部预留有1.5m长度的试验管段(307)的空间；
水温模拟装置：用以为试验件提供试验要求温度的有压水，所述的水温模拟装置由储水容器以及设置在储水容器内的温度传感器构成，所述的储水容器通过水管路与进水管(301)连接，所述的储水容器容量为0.9m3，所述的温度传感器通过数据线与综合环境试验箱的控制面板连接，并且通过控制面板进行温度调节；
外置制冷及安全保障装置：用以为综合环境试验箱提供制冷和安全性保障，所述的外置制冷及安全保障装置包括依次连接的空压机组、储气罐、控制阀、冷干机组、干燥机组和制冷机组，通过风冷的方式对综合环境试验箱提供制冷，并向综合环境试验箱内部提供含氧量大于20％的空气，且当综合环境试验箱内部空气含氧量不足时报警，以保障箱体内工作人员的安全性；
该试验系统按照单一变量原则分别设置多组试验参数，试验参数包括环境温度降温速率、最低环境温度、环境温度循环变化次数、环境持续低温时长、试验管材、管径、试验管道的连接方式、管内水压、流量和水温。
2.根据权利要求1所述的一种供水管道环境温度模拟试验系统，其特征在于，所述的水管路上设有高压水泵及和手动阀门。
3.根据权利要求1所述的一种供水管道环境温度模拟试验系统，其特征在于，所述的综合环境试验箱的箱体(204)侧壁预留有电缆孔，用于将综合环境试验箱内部管路上布设的传感器连接到外部采集器，所述的电缆孔上设置有橡胶塞(203)，并且在橡胶塞(203)上开有用以穿过电缆(202)的缺口，使用时将橡胶塞(203)堵住电缆孔，仅在橡胶塞(203)缺口处通过电缆(202)，用以避免外部空气影响箱体内部温度的控制，在不需使用电缆时，则将橡胶塞(203)安装在孔位处，并在外部盖上盖子(205)。
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