一种进出水流道及拍门的水头损失测试系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种进出水流道及拍门的水头损失测试系统，是能够测定进、出水流道及拍门水头损失并计算出其相应水头损失系数的模型试验系统，属于水利机械工程领域。


背景技术：

2.在水泵装置中，进出水流道的水力损失在水泵装置扬程中所占的比重较大因为对水泵装置效率具有很大影响。然而由于流道形状较为复杂，在进出水流道水力损失模型测试中，对于测压断面的如何设置是个关键问题。拍门作为泵站断流措施，拍门的设计、出水流道水力计算以及泵装置工况点的确定都需要知道拍门的水头损失。现有的水头损失测试系统在使用的时候只能单独进行一种实验，如果需要对多种实验进行验证的时候只能通过多种试验仪来操作，费时费力。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于针对现有问题的不足，提供了一种进出水流道及拍门的水头损失测试系统，能够同时测得进水流道、出水流道及拍门的水头损失。
4.本实用新型的技术方案是：一种进出水流道及拍门的水头损失测试系统，其特征是，包括调控闸阀、软接头ⅰ、异径接头ⅰ、直圆管ⅰ、进水池、进水流道、直圆管ⅱ、模型泵、旋度计、出水流道、出水池、直圆管ⅲ、拍门、透明塑料箱、直圆管ⅳ、圆形转弯管ⅰ、直圆管
ⅴ
、电磁流量计、圆形转弯管ⅱ、直圆管
ⅵ
、异径接头ⅱ、软接头ⅱ、供水泵、稳流板、h型支撑架ⅰ、h型支撑架ⅱ、模型泵驱动电机、支撑杆、传动轴；
5.所述供水泵一端经调控闸阀与软接头ⅰ贯通连接，调控闸阀设置在供水泵出水口处，且和软接头ⅰ相连；软接头ⅰ、异径接头ⅰ、直圆管ⅰ、进水池、进水流道、直圆管ⅱ、出水流道、出水池、直圆管ⅲ、透明塑料箱、直圆管ⅳ、圆形转弯管ⅰ、直圆管
ⅴ
、圆形转弯管ⅱ、直圆管
ⅵ
、异径接头ⅱ、软接头ⅱ依次贯通连接，且软接头ⅱ与供水泵贯通连接；
6.其中，通过改变调控闸阀的开度调整供水泵向软接头ⅰ方向的供水流量，即，通过调控闸阀控制供水泵的流量；所述模型泵布置在直圆管ⅱ中，通过改变模型泵的转速精准调节试验流量，模型泵驱动电机通过传动轴与模型泵连接，模型泵通过传动轴由模型泵驱动电机控制启动或关闭；所述出水池通过h型支撑架ⅱ固定支撑，透明塑料箱通过h型支撑架ⅰ固定支撑，模型泵驱动电机通过支撑杆固定支撑；所述拍门连接于直圆管ⅲ尾端，可灵活启闭，且直圆管ⅲ尾端置于透明塑料箱内；所述旋度计安装在直圆管ⅱ中部，旋度计上安装有4片平直叶片组成的螺旋桨，叶片直径为直圆管ⅱ直径的60％，螺旋桨在轴向流速的作用下不会转动，但可在切向流速的作用下旋转；所述螺旋桨叶片边缘的管壁处设置了光电传感器，螺旋桨每旋转一圈，光电传感器就通过光纤输出1个光脉冲，并发送信号数据到计算机，由计算机记录下脉冲数并计算旋度计的转速；所述电磁流量计设置于直圆管
ⅴ
内；
7.使用时，水流依次经过调控闸阀、软接头ⅰ、异径接头ⅰ、直圆管ⅰ、进水池、进水流
道、直圆管ⅱ、模型泵、旋度计、出水流道、出水池、直圆管ⅲ、拍门、透明塑料箱、直圆管ⅳ、圆形转弯管ⅰ、直圆管
ⅴ
、电磁流量计、圆形转弯管ⅱ、直圆管
ⅵ
、异径接头ⅱ和软接头ⅱ形成一矩形管路循环系统。
8.所述h型支撑架ⅰ、h型支撑架ⅱ与支撑杆使得整套测试系统成为一个整体，便于移动。
9.所述拍门通过刚性轴铰接的方式连接于直圆管ⅲ尾端。
10.所述进水流道、出水流道、进水池、出水池均采用透明有机玻璃，以便观察和摄录流态。
11.所述进水池的前段设有整流段，使得水流保持良好的流态进入进水流道；所述出水池的后端设有整流段，使得水流保持良好的流态流出出水池。
12.所述直圆管ⅲ一端衔接于出水池，对应的另一端轴向深入透明塑料箱，通过拍门完成出流。
13.所述进水流道和直圆管ⅱ连接处、直圆管ⅱ和出水流道连接处、圆形转弯管ⅰ和直圆管
ⅴ
连接处、圆形转弯管ⅱ和直圆管
ⅴ
连接处、直圆管
ⅴ
和电磁流量计两侧连接处以及直圆管
ⅵ
和异径接头ⅱ之间、异径接头ⅱ和软接头ⅱ之间、软接头ⅱ和供水泵之间、供水泵和调控闸阀之间、调控闸阀和软接头ⅰ之间、软接头ⅰ和异径接头ⅰ之间、异径接头ⅰ和直圆管ⅰ之间均设有稳流板，用以改善水流流态。
14.一种进出水流道及拍门的水头损失测试系统的使用方法，其特征是，
15.步骤1)、在进水池内设有进水流道进口测压断面，分别在进水池两侧壁和底壁中部设取压管各一个，由稳压测压管测压；
16.进水流道出口与直圆管ⅱ连接，直圆管ⅱ上设有进水流道出口测压断面，进水流道出口测压断面上均布8个取压管，经压匀后接至稳压测压管；
17.出水流道进口与直圆管ⅱ相连，直圆管ⅱ上设有出水流道进口测压断面，出水流道进口测压断面上均布8个取压管，经压匀后接至稳压测压管；
18.在出水池内设有出水流道出口测压断面，分别在出水池两侧壁和底壁中部设取压管各一个，由稳压测压管测压；
19.在直圆管ⅲ上设有拍门进水口侧测压断面，在拍门进水口侧测压断面上均布 8个取压管，经压匀后接至稳压测压管；
20.在透明塑料箱内设有拍门出水口侧测压断面，分别在透明塑料箱的侧壁和底壁中部设取压管一个，由稳压测压管测压；
21.步骤2)、测量流量、水压力及流速；
22.打开供水泵，整个测试系统开始运行，水流依次经过调控闸阀、软接头ⅰ、异径接头ⅰ、直圆管ⅰ、进水池、进水流道、直圆管ⅱ、模型泵、旋度计、出水流道、出水池、直圆管ⅲ、拍门、透明塑料箱、直圆管ⅳ、圆形转弯管ⅰ、直圆管
ⅴ
、电磁流量计、圆形转弯管ⅱ、直圆管
ⅵ
、异径接头ⅱ和软接头ⅱ，形成一矩形管路循环系统；
23.在测试系统运行的同时，旋度计的螺旋桨在切向流速的作用下开始旋转，所述螺旋桨每旋转一圈，其叶片边缘管壁处的光电传感器通过光纤输出一个光脉冲，并发送信号数据到计算机，旋度计输出脉冲的取样时间设定为每次60s，由计算机记录下脉冲数并计算旋度计的转速；同时，工作人员每隔60秒记录一次电磁流量计读数和测压管读数；
24.之后根据不同的试验要求，改变模型泵的转速，精准调节试验流量并重复步骤2)，最终得出进水流道、出水流道及拍门水头损失系统在不同流量工况下的水力数据；
25.步骤3)、根据水头损失试验测试系统和测量结果，分别计算进水流道、拍门及出水流道的水头损失；
26.根据恒定总流能量方程，将进水流道进口测压断面、进水流道出口测压断面、上的水流看作渐变流，设进水流道进口测压断面和进水流道出口测压断面的平均流速、测压管水头分别为v
进
、h
进
和v
出
，h
出
，其中v
进
，v
出
可以根据电磁流量计读数和测压断面的面积求得；h
进
和h
出
为相应的测压管读数；根据进水流道进口测压断面和进水流道出口测压断面两断面间的伯努利方程，得出两断面间的水头损失为：
[0027][0028]
式中：δh
直管
分别为所述进水流道进口测压断面和进水流道出口测压断面之间直管段的沿程水头损失，可按达西公式计算，由于管道内的流动在阻力平方区，沿程水头损失系数按尼库拉兹经验公式计算；
[0029]
计算拍门的水头损失时，根据恒定总流能量方程，将拍门进水口侧测压断面、拍门出水口侧测压断面上的水流看作渐变流，设拍门进水口侧测压断面和拍门出水口侧测压断面的平均流速、测压管水头分别为v
进
'、h
进
'和v
出
'、h
出
'，其中v
进
'， v
出
'可以根据电磁流量计读数和测压断面的面积求得；h
进
'和h
出
'为相应的测压管读数；根据拍门进水口侧测压断面和拍门出水口侧测压断面两断面间的伯努利方程，得出两断面间的水头损失为：
[0030][0031]
式中：δh
直管
'分别为所述拍门进水口侧测压断面和拍门出水口侧测压断面之间直管段的沿程水头损失，可按达西公式计算，由于管道内的流动在阻力平方区，沿程水头损失系数按尼库拉兹经验公式计算；当计算出水流道的水头损失时，由于出水流道进口测压断面设在紧靠模型泵导叶出口断面处，进入出水流道的水流呈螺旋状并不符合渐变流的条件，故计算出水流道水力损失时须考虑导叶出口的环量对出水的影响，即：
[0032][0033]
式中：v
进切
，v
出”根据电磁流量计读数和测压断面的面积求得；v
进切
为出水流道进口的平均切向流速，根据所述旋度计的转速求得；h
进”和h
出”为相应的测压管读数；δh
直管”分别为出水流道进口测压断面和出水流道出口测压断面之间直管段的沿程水头损失，可按达西公式计算，由于管道内的流动在阻力平方区，沿程水头损失系数按尼库拉兹经验公式计算。
[0034]
根据应用恒定总流能量方程的基本条件，测压断面应设在渐变流处，故进水流道进口测压断面设置在进水池顺水流方向2/3处，进水流道出口测压断面设置在直管段ⅱ中顺水流方向1/5处；由于模型泵导叶出口处的环量对出水流道的水力损失有一定影响，故为了检测导叶出口水流具有的旋转角速度，出水流道进口测压断面设置在直管段ⅱ顺水流方向4/5处，出水流道出口测压断面设置在出水池顺水流方向1/4处；拍门进水口侧测压断面设置在直管段ⅲ顺水流方向5/6 处，拍门出水口侧测压断面设置在透明塑料箱顺水流方向
1/3处。
[0035]
本实用新型结构合理、方法先进科学，通过本实用新型，提供的一种进出水流道及拍门的水头损失测试系统，主要包括供水泵、调控闸阀、软接头、异径接头、进水池、进水流道、模型泵、模型泵驱动电机、传动轴、旋度计、出水流道、出水池、透明塑料箱、拍门、电磁流量计等，进出水流道及拍门的水头损失测试系统为可拆卸结构，能够灵活改变流道及拍门的布置形式，同时测得不同型式、规格的进出水流道和拍门在不同流量下的水头损失，且可以通过调整模型比尺适应试验场地范围大小。
[0036]
进出水流道及拍门的水头损失测试系统为一立式循环系统，进水流道、出水流道及拍门的模型与原型保持几何相似。
[0037]
所述进出水流道及拍门的水头损失测试系统通过一供水泵实现供水，水流依次经过调控闸阀、软接头ⅰ、异径接头ⅰ、直圆管ⅰ、进水池、进水流道、直圆管ⅱ、模型泵、旋度计、出水流道、出水池、直圆管ⅲ、拍门、透明塑料箱、直圆管ⅳ、圆形转弯管ⅰ、直圆管
ⅴ
、电磁流量计、圆形转弯管ⅱ、直圆管
ⅵ
、异径接头ⅱ和软接头ⅱ形成一矩形管路循环系统。
[0038]
调控闸阀设置在供水泵出水口处，和软接头ⅰ相连，能够通过所述调控闸阀控制供水泵的流量。模型泵布置在直圆管ⅱ中，通过改变模型泵的转速精准调节试验流量。进出水流道和进出水池均采用透明有机玻璃，以便观察和摄录流态。
[0039]
进水池的前段设有整流段，使得水流保持良好的流态进入进水流道；所述出水池的后端设有整流段，使得水流保持良好的流态流出出水池。旋度计安装在直圆管ⅱ中部,安装有4片平直叶片组成的螺旋桨，叶片直径为管道直径的60％。所述螺旋桨在轴向流速的作用下不会转动，但可在切向流速的作用下旋转。螺旋桨叶片边缘的管壁处设置了光电传感器，螺旋桨每旋转一圈，光电传感器就通过光纤输出1个光脉冲，并发送信号数据到计算机，由计算机记录下脉冲数并计算旋度计的转速。出水池和透明塑料箱各通过一个“h”型固定架固定支撑。直圆管ⅲ一端通过衔接于出水池，对应的另一端轴向深入透明塑料箱，通过所述拍门完成出流。进水流道和直圆管连接处ⅱ、直圆管ⅱ和出水流道连接处、圆形转弯管ⅰ和直圆管
ⅴ
连接处、圆形转弯管ⅱ和直圆管
ⅴ
连接处、直圆管
ⅴ
和电磁流量计两侧连接处以及直圆管
ⅵ
和异径接头ⅱ之间、异径接头ⅱ和软接头ⅱ之间、软接头ⅱ和供水泵之间、供水泵和调控闸阀之间、调控闸阀和软接头ⅰ之间、软接头ⅰ和异径接头ⅰ之间、异径接头ⅰ和直圆管ⅰ之间都设有稳流板，用以改善水流流态。
[0040]
本实用新型具有以下优点：
[0041]
1、一方面可以通过异径接头、圆形转弯管等管段的设计调整模型流道的规格尺寸；另一方面可以通过改变进出水流道和拍门的布置型式、尺寸，同时测得不同型式、规格的进出水流道和拍门在不同流量下的水头损失；
[0042]
2、通过一矩形管路循环系统，通过选取不同的测压断面，能够同时测出进水流道、出水流道及拍门的水头损失；
[0043]
3、在满足试验规程的前提下，能够通过调整模型比尺，改变整个实验系统的大小以适应试验场地范围；
[0044]
4、拍门水头测试系统借助h型支撑架支撑，使其成为一个整体，该系统可拆卸、便于移动、容易组装；
[0045]
5、运用了独立的自循环供水系统，可以重复利用实验水体，有益于节约水资源。
附图说明
[0046]
图1为本实用新型的整体系统示意图；
[0047]
图2
‑
1为本实用新型中进水流道出口测压断面a2取压管布置图；
[0048]
图2
‑
2为本实用新型中出水流道进口测压断面b1取压管布置图；
[0049]
图2
‑
3为本实用新型中拍门进水口侧测压断面c1取压管布置图；
[0050]
图3
‑
1为本实用新型中进水流道进口测压断面a1取压管布置图；
[0051]
图3
‑
2为本实用新型中出水流道出口测压断面b2取压管布置图；
[0052]
图3
‑
3为本实用新型中拍门出水口侧测压断面c2取压管布置图；
[0053]
图中：
[0054]
a1进水流道进口测压断面，a2进水流道出口测压断面，b1出水流道进口测压断面，b2出水流道出口测压断面，c1拍门进水口侧测压断面，c2拍门出水口侧测压断面；1调控闸阀、2软接头ⅰ、3异径接头ⅰ、4直圆管ⅰ、5进水池、6进水流道、7直圆管ⅱ、8模型泵、9旋度计、10出水流道、11出水池、12直圆管ⅲ、13 拍门、14透明塑料箱、15直圆管ⅳ、16圆形转弯管ⅰ、17直圆管
ⅴ
、18电磁流量计、19圆形转弯管ⅱ、20直圆管
ⅵ
、21异径接头ⅱ、22软接头ⅱ、23供水泵、24 稳流板、25h型支撑架ⅰ、26h型支撑架ⅱ,27模型泵驱动电机、28支撑杆、29传动轴、30测压点。
具体实施方式
[0055]
下面结合附图以及附图说明对本实用新型做进一步说明。
[0056]
一种进出水流道及拍门的水头损失测试系统，包括调控闸阀1、软接头ⅰ2、异径接头ⅰ3、直圆管ⅰ4、进水池5、进水流道6、直圆管ⅱ7、模型泵8、旋度计9、出水流道10、出水池11、直圆管ⅲ12、拍门13、透明塑料箱14、直圆管ⅳ15、圆形转弯管ⅰ16、直圆管
ⅴ
17、电磁流量计18、圆形转弯管ⅱ19、直圆管
ⅵ
20、异径接头ⅱ21、软接头ⅱ22、供水泵23、稳流板24、h型支撑架ⅰ25、 h型支撑架ⅱ26、模型泵驱动电机27、支撑杆28、传动轴29；
[0057]
所述供水泵23一端经调控闸阀1与软接头ⅰ2贯通连接，调控闸阀1设置在供水泵23出水口处，且和软接头ⅰ2相连；软接头ⅰ2、异径接头ⅰ3、直圆管ⅰ4、进水池5、进水流道6、直圆管ⅱ7、出水流道10、出水池11、直圆管
ⅲꢀ
12、透明塑料箱14、直圆管ⅳ15、圆形转弯管ⅰ16、直圆管
ⅴ
17、圆形转弯管ⅱ19、直圆管
ⅵ
20、异径接头ⅱ21、软接头ⅱ22依次贯通连接，且软接头ⅱ22 与供水泵23贯通连接；
[0058]
其中，通过改变调控闸阀1的开度调整供水泵23向软接头ⅰ2方向的供水流量，即，通过调控闸阀1控制供水泵23的流量；所述模型泵8布置在直圆管ⅱ7中，通过改变模型泵8的转速精准调节试验流量，模型泵驱动电机27通过传动轴29与模型泵8连接，模型泵8通过传动轴29由模型泵驱动电机27控制启动或关闭；所述出水池11通过h型支撑架ⅱ26固定支撑，透明塑料箱14通过h型支撑架ⅰ25固定支撑，模型泵驱动电机27通过支撑杆28固定支撑；所述拍门13连接于直圆管ⅲ12尾端，拍门13可灵活启闭，且直圆管ⅲ12尾端置于透明塑料箱14内；所述旋度计9安装在直圆管ⅱ7中部，旋度计9上安装有4 片平直叶片组成的螺旋桨，叶片直径为直圆管ⅱ7直径的60％，螺旋桨在轴向流速的作用下不会转动，但可在切向流速的作用下旋转；所述螺旋桨叶片边缘的管壁处设置了光电传感器，螺旋桨每旋转一圈，光电传感器就通过光纤输出1个光脉冲，并发送信号数据到计算机，由计算机记录下脉冲数
并计算旋度计的转速；所述电磁流量计18设置于直圆管
ⅴ
17内；
[0059]
使用时，水流依次经过调控闸阀1、软接头ⅰ2、异径接头ⅰ3、直圆管ⅰ4、进水池5、进水流道6、直圆管ⅱ7、模型泵8、旋度计9、出水流道10、出水池11、直圆管ⅲ12、拍门13、透明塑料箱14、直圆管ⅳ15、圆形转弯管ⅰ16、直圆管
ⅴ
17、电磁流量计18、圆形转弯管ⅱ19、直圆管
ⅵ
20、异径接头ⅱ21和软接头ⅱ22形成一矩形管路循环系统。
[0060]
进一步的，所述h型支撑架ⅰ25、h型支撑架ⅱ26与支撑杆28使得整套测试系统成为一个整体，便于移动。拍门13通过刚性轴铰接的方式连接于直圆管ⅲ12尾端。进水流道6、出水流道10、进水池5、出水池11均采用透明有机玻璃，以便观察和摄录流态。进水池5的前段设有整流段，使得水流保持良好的流态进入进水流道6；所述出水池11的后端设有整流段，使得水流保持良好的流态流出出水池11。直圆管ⅲ12一端衔接于出水池11，对应的另一端轴向深入透明塑料箱14，通过拍门13完成出流。进水流道6和直圆管ⅱ7连接处、直圆管ⅱ7和出水流道10连接处、圆形转弯管ⅰ16和直圆管
ⅴ
17连接处、圆形转弯管ⅱ19和直圆管
ⅴ
17连接处、直圆管
ⅴ
17和电磁流量计18两侧连接处以及直圆管
ⅵ
20和异径接头ⅱ21之间、异径接头ⅱ21和软接头ⅱ22之间、软接头ⅱ22 和供水泵23之间、供水泵23和调控闸阀1之间、调控闸阀1和软接头ⅰ2之间、软接头ⅰ2和异径接头ⅰ3之间、异径接头ⅰ3和直圆管ⅰ4之间均设有稳流板 24，用以改善水流流态。
[0061]
一种进出水流道及拍门的水头损失测试系统的使用方法，其特征是，
[0062]
步骤1)、在进水池5内设有进水流道进口测压断面a1，分别在进水池5两侧壁和底壁中部设取压管各一个，由稳压测压管测压；
[0063]
进水流道6出口与直圆管ⅱ7连接，直圆管ⅱ7上设有进水流道出口测压断面a2，进水流道出口测压断面a2上均布8个取压管，经压匀后接至稳压测压管；
[0064]
出水流道10进口与直圆管ⅱ7相连，直圆管ⅱ7上设有出水流道进口测压断面b1，出水流道进口测压断面b1上均布8个取压管，经压匀后接至稳压测压管；
[0065]
出水池11内设有出水流道出口测压断面b2，分别在出水池11两侧壁和底壁中部设取压管各一个，由稳压测压管测压；
[0066]
直圆管ⅲ12上设有拍门进水口侧测压断面c1，在拍门进水口侧测压断面c1 上均布8个取压管，经压匀后接至稳压测压管；
[0067]
在透明塑料箱14内设有拍门出水口侧测压断面c2，分别在透明塑料箱14 的侧壁和底壁中部设取压管一个，由稳压测压管测压；
[0068]
步骤2)、测量流量、水压力及流速；
[0069]
打开供水泵23，整个测试系统开始运行，水流依次经过调控闸阀1、软接头ⅰ2、异径接头ⅰ3、直圆管ⅰ4、进水池5、进水流道6、直圆管ⅱ7、模型泵8、旋度计9、出水流道10、出水池11、直圆管ⅲ12、拍门12、透明塑料箱14、直圆管ⅳ15、圆形转弯管ⅰ16、直圆管
ⅴ
17、电磁流量计18、圆形转弯管ⅱ19、直圆管
ⅵ
20、异径接头ⅱ21和软接头ⅱ22，形成一矩形管路循环系统；
[0070]
在测试系统运行的同时，旋度计9的螺旋桨在切向流速的作用下开始旋转，所述螺旋桨每旋转一圈，其叶片边缘管壁处的光电传感器通过光纤输出一个光脉冲，并发送信号数据到计算机，旋度计输出脉冲的取样时间设定为每次60s，由计算机记录下脉冲数并计算旋度计9的转速；同时，工作人员每隔60秒记录一次电磁流量计18读数和测压管读数；
[0071]
之后根据不同的试验要求，改变模型泵8的转速，精准调节试验流量并重复步骤2)，最终得出进水流道6、出水流道10及拍门13水头损失系统在不同流量工况下的水力数据；
[0072]
步骤3)、根据水头损失试验测试系统和测量结果，分别计算进水流道6、拍门13及出水流道10的水头损失；
[0073]
根据恒定总流能量方程，将进水流道进口测压断面a1、进水流道出口测压断面a2、上的水流看作渐变流，设进水流道进口测压断面a1和进水流道出口测压断面a2的平均流速、测压管水头分别为v
进
、h
进
和v
出
，h
出
，其中v
进
，v
出
可以根据电磁流量计18读数和测压断面的面积求得；h
进
和h
出
为相应的测压管读数；根据进水流道进口测压断面a1和进水流道出口测压断面a2两断面间的伯努利方程，得出两断面间的水头损失为：
[0074][0075]
式中：δh
直管
分别为所述进水流道进口测压断面a1和进水流道出口测压断面 a2之间直管段的沿程水头损失，可按达西公式计算，由于管道内的流动在阻力平方区，沿程水头损失系数按尼库拉兹经验公式计算；
[0076]
计算拍门13的水头损失时，根据恒定总流能量方程，将拍门进水口侧测压断面c1、拍门出水口侧测压断面c2上的水流看作渐变流，设拍门进水口侧测压断面c1和拍门出水口侧测压断面c2的平均流速、测压管水头分别为v
进
'、h
进
' 和v
出
'、h
出
'，其中v
进
'，v
出
'可以根据电磁流量计18读数和测压断面的面积求得；h
进
'和h
出
'为相应的测压管读数；根据拍门进水口侧测压断面c1和拍门出水口侧测压断面c2两断面间的伯努利方程，得出两断面间的水头损失为：
[0077][0078]
式中：δh
直管
'分别为所述拍门进水口侧测压断面c1和拍门出水口侧测压断面c2之间直管段的沿程水头损失，可按达西公式计算，由于管道内的流动在阻力平方区，沿程水头损失系数按尼库拉兹经验公式计算；当计算出水流道10的水头损失时，由于出水流道进口测压断面b1设在紧靠模型泵8导叶出口断面处，进入出水流道10的水流呈螺旋状并不符合渐变流的条件，故计算出水流道10 水力损失时须考虑导叶出口的环量对出水的影响，即：
[0079][0080]
式中：v
进切
，v
出”根据电磁流量计18读数和测压断面的面积求得；v
进切
为出水流道10进口的平均切向流速，根据所述旋度计9的转速求得；h
进”和h
出”为相应的测压管读数；δh
直管”分别为出水流道进口测压断面b1和出水流道出口测压断面b2之间直管段的沿程水头损失，可按达西公式计算，由于管道内的流动在阻力平方区，沿程水头损失系数按尼库拉兹经验公式计算。
[0081]
根据应用恒定总流能量方程的基本条件，测压断面应设在渐变流处，故进水流道进口测压断面a1设置在进水池5顺水流方向2/3处，进水流道出口测压断面a2设置在直管段ⅱ7中顺水流方向1/5处；由于模型泵8导叶出口处的环量对出水流道10的水力损失有一定
影响，故为了检测导叶出口水流具有的旋转角速度，出水流道进口测压断面b1设置在直管段ⅱ7顺水流方向4/5处，出水流道出口测压断面b2设置在出水池11顺水流方向1/4处；拍门进水口侧测压断面 c1设置在直管段ⅲ12顺水流方向5/6处，拍门出水口侧测压断面c2设置在透明塑料箱14顺水流方向1/3处。
[0082]
拍门的水头损失计算和进水流道的水头损失计算过程是完全一样的。
[0083]
如图1
‑
图3
‑
3所示：本实用新型一种进出水流道及拍门的水头损失测试系统包括：
[0084]
进水流道进口测压断面a1、进水流道出口测压断面a2、出水流道进口测压断面b1、出水流道出口测压断面b2、拍门进水口侧测压断面c1、拍门出水口侧测压断面c2、调控闸阀1、软接头ⅰ2、异径接头ⅰ3、直圆管ⅰ4、进水池5、进水流道6、直圆管ⅱ7、模型泵8、旋度计9、出水流道10、出水池11、直圆管ⅲ12、拍门13、透明塑料箱14、直圆管ⅳ15、圆形转弯管ⅰ16、直圆管
ⅴ
17、电磁流量计18、圆形转弯管ⅱ19、直圆管
ⅵ
20、异径接头ⅱ21、软接头ⅱ22、供水泵23、稳流板24、h型支撑架ⅰ25、h型支撑架ⅱ26、模型泵驱动电机27、支撑杆28、传动轴29。
[0085]
上述供水泵23的供水能力满足试验流量范围的要求，通过改变调控闸阀1 的开度调整供水流量。
[0086]
上述测量流道水力损失的试验流量范围对应于原型的最大流量和最小流量。原型最大流量取设计流量的1.25倍，原型最小流量取设计流量的0.75倍。
[0087]
上述模型泵8布置在直圆管ⅱ7中，通过改变模型泵8的转速精准调节试验流量，所述模型泵8通过传动轴29由模型泵驱动电机27控制启动。
[0088]
上述出水池11通过“h”型固定架26固定支撑，透明塑料方箱14通过“h”型固定架25固定支撑，模型泵驱动电机27通过支撑杆28固定支撑，所述固定支架与支撑杆使得整套测试系统成为一个整体，便于移动。
[0089]
上述拍门13通过刚性轴铰接的方式连接于直圆管12尾端上部，能够保证拍门13灵活启闭。
[0090]
上述进水流道进口的测压断面a1设置在进水池5内，分别在进水池5两侧壁和底壁中部设取压管各一个，由稳压测压管测压。
[0091]
上述进水流道6出口与一等径的直圆管ⅱ7相连接，进水流道出口的测压断面a2设置在该直管上，在该测压断面上均布8个取压管，经压匀后接至稳压测压管。
[0092]
上述出水流道10进口与一等径的直圆管ⅱ7相连，出水流道进口的测压断面b1设置在该直管上，在该测压断面上均布8个取压管，经压匀后接至稳压测压管。
[0093]
上述出水流道出口的测压断面b2设置在出水池11内，分别在出水池两侧壁和底壁中部设取压管各一个，由稳压测压管测压。
[0094]
上述拍门进水口侧的测压断面c1设置在直圆管ⅲ12上，在该测压断面上均布8个取压管，经压匀后接至稳压测压管。
[0095]
上述拍门出水口侧的测压断面c2设置在透明塑料箱14内，分别在所述透明塑料箱14的侧壁和底壁中部设取压管一个，由稳压测压管测压。
[0096]
上述旋度计9输出脉冲的取样时间设定为每次60s。
[0097]
使用方法如下：
[0098]
1)拟定模型管道尺寸、进出水流道尺寸和拍门尺寸；
[0099]
根据不同的模型比尺，优选拟定所述水头损失测试系统的管道尺寸和进出水流道
尺寸并可结合试验需求设计调整某个管道段类型；之后根据门重和浮力及其相应的力矩通过配重法拟定模型拍门的类型和尺寸，结合不同的实验要求在直圆管12尾端上部安装不同类型和尺寸的拍门。
[0100]
2)选定测压断面；
[0101]
根据应用恒定总流能量方程的基本条件，测压断面应设在渐变流处，故进水流道进口测压断面a1设置在进水池5顺水流方向2/3处，进水流道出口测压断面a2设置在直管段ⅱ7中顺水流方向1/5处；由于模型泵8导叶出口处的环量对出水流道10的水力损失有一定影响，故为了检测导叶出口水流具有的旋转角速度，出水流道进口测压断面b1设置在直管段ⅱ7顺水流方向4/5处，出水流道出口测压断面b2设置在出水池11顺水流方向1/4处；拍门进口测压断面c1 设置在直管段ⅲ12顺水流方向5/6处，拍门出口测压断面c2设置在透明塑料箱 14顺水流方向1/3处。
[0102]
3)测量流量、水压力及流速；
[0103]
打开供水泵23，整个测试系统开始运行，水流依次经过调控闸阀、软接头ⅰ、异径接头ⅰ、直圆管ⅰ、进水池、进水流道、直圆管ⅱ、模型泵、旋度计、出水流道、出水池、直圆管ⅲ、拍门、透明塑料箱、直圆管ⅳ、圆形转弯管ⅰ、直圆管
ⅴ
、电磁流量计、圆形转弯管ⅱ、直圆管
ⅵ
、异径接头ⅱ和软接头ⅱ，形成一矩形管路循环系统。
[0104]
在测试系统运行的同时，旋度计9的螺旋桨在切向流速的作用下开始旋转，所述螺旋桨每旋转一圈，其叶片边缘管壁处的光电传感器通过光纤输出一个光脉冲，并发送信号数据到计算机，旋度计输出脉冲的取样时间设定为每次60s，由计算机记录下脉冲数并计算旋度计9的转速。同时，工作人员每隔60秒记录一次流量计读数和测压管读数。
[0105]
之后根据不同的试验要求，改变模型泵8的转速，精准调节试验流量并重复步骤3，最终得出上述进出水流道及拍门水头损失系统在不同流量工况下的水力数据。
[0106]
4)计算进水流道、拍门及出水流道的水头损失；
[0107]
根据水头损失试验测试系统和测量结果，分别计算进水流道6、拍门13及出水流道10的水头损失；
[0108]
根据恒定总流能量方程，将进水流道进口测压断面a1、进水流道出口测压断面a2、上的水流看作渐变流，设进水流道进口测压断面a1和进水流道出口测压断面a2的平均流速、测压管水头分别为v
进
、h
进
和v
出
，h
出
，其中v
进
，v
出
可以根据电磁流量计18读数和测压断面的面积求得；h
进
和h
出
为相应的测压管读数；根据进水流道进口测压断面a1和进水流道出口测压断面a2两断面间的伯努利方程，得出两断面间的水头损失为：
[0109][0110]
式中：δh
直管
分别为所述进水流道进口测压断面a1和进水流道出口测压断面 a2之间直管段的沿程水头损失，可按达西公式计算，由于管道内的流动在阻力平方区，沿程水头损失系数按尼库拉兹经验公式计算；
[0111]
计算拍门13的水头损失时，根据恒定总流能量方程，将拍门进水口侧测压断面c1、拍门出水口侧测压断面c2上的水流看作渐变流，设拍门进水口侧测压断面c1和拍门出水口侧测压断面c2的平均流速、测压管水头分别为v
进
'、h
进
' 和v
出
'、h
出
'，其中v
进
'，v
出
'可以根据电磁流量计18读数和测压断面的面积求得；h
进
'和h
出
'为相应的测压管读数；根据拍门进水
口侧测压断面c1和拍门出水口侧测压断面c2两断面间的伯努利方程，得出两断面间的水头损失为：
[0112][0113]
式中：δh
直管
'分别为所述拍门进水口侧测压断面c1和拍门出水口侧测压断面c2之间直管段的沿程水头损失，可按达西公式计算，由于管道内的流动在阻力平方区，沿程水头损失系数按尼库拉兹经验公式计算；当计算出水流道10的水头损失时，由于出水流道进口测压断面b1设在紧靠模型泵8导叶出口断面处，进入出水流道10的水流呈螺旋状并不符合渐变流的条件，故计算出水流道10 水力损失时须考虑导叶出口的环量对出水的影响，即：
[0114][0115]
式中：v
进切
，v
出”根据电磁流量计18读数和测压断面的面积求得；v
进切
为出水流道10进口的平均切向流速，根据所述旋度计9的转速求得；h
进”和h
出”为相应的测压管读数；δh
直管”分别为出水流道进口测压断面b1和出水流道出口测压断面b2之间直管段的沿程水头损失，可按达西公式计算，由于管道内的流动在阻力平方区，沿程水头损失系数按尼库拉兹经验公式计算。
[0116]
综上，本实用新型介绍了一种进出水流道及拍门的水头损失测试系统，具有较高的推广应用价值。
[0117]
上述内容已经用一般性文字和具体实施步骤对本实用新型作了较为详尽的描述，但并非是对本实用新型进行限制，在不偏离本实用新型精神的基础上所进行的相关修改，都属于本实用新型要求保护的范围。