水力机械模型试验台的设计研究

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土木工程中的水力模型试验研究与应用

土木工程中的水力模型试验研究与应用水力模型试验是土木工程领域中一种重要的实验研究方法，它能够通过缩小比例尺，模拟真实工程中的水流过程，对水力学问题进行深入的研究与分析。

本文将探讨水力模型试验的原理、方法以及在土木工程中的应用。

首先，水力模型试验的原理是基于相似性原理，即在相似比例下，物理量之间的比值保持不变。

通过调节比例尺，我们可以将实际工程中的水流过程缩小到实验室中进行研究。

通过水力模型试验，我们可以得到一些关键参数，如流速、水位、压力以及水力力学特性等信息，这对于设计工程结构、预测水流行为以及解决实际问题具有重要意义。

水力模型试验的方法主要包括物理模型的制作、试验设备的布置以及数据的采集与分析。

首先，制作物理模型是试验的第一步，需要根据实际工程的几何形状和尺寸，按照一定比例进行缩放制作出模型。

在物理模型制作的过程中，需要考虑到材料的选择、模型的加工工艺以及模型的通水性能等因素。

其次，试验设备的布置是保证试验顺利进行的基础，需要合理设计和布置水槽、泵站、流量计等设备，以及确保试验的安全性和准确性。

最后，数据的采集与分析是水力模型试验的重要环节，通过使用传感器、探针等设备采集试验过程中的数据，并借助计算机等工具进行数据处理和分析，得出试验结果并进行评估。

水力模型试验在土木工程中具有广泛的应用。

首先，在水利工程领域，水力模型试验可以用来研究河流、水库、堤坝等水利建筑物的水流特性，通过模拟真实流动情况，分析流速、水位变化以及水波传播等问题，为工程设计和防洪工作提供重要依据。

其次，在海洋工程领域，水力模型试验可以用来研究海岸侵蚀、波浪对海岸结构的影响以及沉船沉降等问题，为港口建设、海岸保护等工作提供技术支持。

另外，在水下工程、水力发电、给排水工程等领域，水力模型试验也能够发挥重要作用。

除了以上应用之外，水力模型试验还有一些新的研究方向和应用领域值得关注。

例如，在生态工程领域，水力模型试验可以用于研究湿地恢复、水生态系统的模拟与评估，为保护生态环境和推动可持续发展提供支持。

基于NI的高精度水力机械试验台测试系统设计

1 测试系统方案
水力机械试验台由水库、校正池、折向器、称
作者简介：周同旭（1985-），男，硕士研究生，工程师， Email： dongdong993@
周同旭，等：基于 NI 的高精度水力机械试验台测试系统设计
电气传动 2016 年第 46 卷第 12 期
摘要：国家能源中小水电设备重点实验室水力机械试验台数据采集系统采用 NI 公司的 LabVIEW 软件和 PXI Express 硬件的测试方案，再配合一整套的高精度测试传感器和测量仪表，实现高速、高效、高精度和高吞吐量实时在线测量，在试验过程中最大程度上减少测量误差，提高测试精度。并能自动存储、开机自动恢复、显示、绘出实验结果和打印，保证了试验测量精度，提高试验效率。通过试验证明，该系统测量精度高，运行稳定可靠，操作方便，达到国际 IEC 相关标准。关键词：水力机械试验台； LabVIEW 软件；数据采集中图分类号： TP274 文献标识码： A DOI： 10.19457/j.1001-2095.20161215
行试验研究和分析，通过模拟运行下的高精度测量可获得模型水轮机在各种水工况下的参量，如水头、转速和效能数据。通过试验比对，检验水轮机设计方案优劣，确定其模型转轮的性能。最后利用相似原理推广到原型水轮机上，不仅缩短了水轮机转轮的开发周期，同时还节约了其制造成本。水力机械试验台采用 NI 公司的 LabVIEW 作为测试软件和 PXI Express 仪器作为测试硬件。通过软件的 DAQmx 和 PXI Express 仪器快速 PCI 总线的高吞吐量实现高精度测试，保证了测试系统的精度与性能，实现了整个试验台高综合测量精度与运行效率。

管道水力输送模型实验台研制的开题报告

管道水力输送模型实验台研制的开题报告一、课题背景随着国民经济的快速发展，水资源的需求量越来越大。

而水的输送是保证水资源离地理位置、金融投入等方面的多样性而实现水资源整合利用的关键步骤，因此管道水力输送模型实验台研发对于水输送系统的研究及信息化发展具有至关重要的意义。

此外，采用水力输送技术，能够克服地形、地貌、交通等因素对水资源利用的限制，发挥远距离、大规模搬运水的作用，实现城乡一体化、全国水网优化配置及环境可持续性等目标。

所以，研制一款管道水力输送模型实验台有助于提升国家水资源保障能力和绿色能源开发和利用水平。

二、研究目的本研究的目的在于构建一种管道水力输送模型实验台，用于模拟管道水力输送过程中的流态变化、水质特性、停运原因分析，以及外部因素（如地理位置、人为等）对输水效果的影响，为对水力输送系统的优化提供实验依据及支持。

三、研究内容1. 输水的物理过程分析与建模，针对实验对象进行流量、压力等参数的测量与分析，带宽计算等数据处理；2. 拟定实验方案，设计样品，制作液晶屏幕、滚轮及流量计等相关配件；3. 实验数据分析，记录水质监测器实时数据，归纳总结罐体内各个层面的水质变化和流态特征，分析输送效率；4. 结合实验数据，设计管道工程案例，梳理输送的优缺点，为今后的科研成果输出提供依据。

四、进度安排1. 第一阶段（1月-3月）：调查水力输送模型在工程实践中的应用情况，确定实验方案，打造基础数据；2. 第二阶段（4月-5月）：拟定模型实验台技术方案，设计制作样品，开发配套软件、控制系统等；3. 第三阶段（6月-8月）：搭建水力输送模型实验台，进行初步模拟实验，优化模型，并择人才梳理优化管道工程的方向；4. 第四阶段（9月-11月）：根据实验方案设计完成直管、弯头和阀门等管道工程配件，并采用加工机械进行制作；5. 第五阶段（12月-2月）：对实验设备进行检修与调整，进行全面测试与验证，统计数据，并围绕实验结果投稿各类期刊。

水力机械综合试验台水力循环系统模块化设计

ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｈｅｒｍｏｐｈｙｓｉｃｓ，ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ，ａｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｓｍｏｄｕｌａｒｌｙｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｉｎａｌｉｍｉｔｅｄｓｐａｃｅ，ａｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｔｈｅｌａｒｇｅ－ｃａｐａｃｉｔｙａｎｄ
ｆｌｅｘｉｂｌｅ－ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｓｒｅａｌｉｚｅｄ．ＴｈｉｓｔｅｓｔｒｉｇｍｅｅｔｓｔｈｅｒｅｌｅｖａｎｔＩＥＣｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓａｎｄｃｏｍｅｓｕｐｔｏｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｔｅａｃｈｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｆｏｒｈｙｄｒａｕｌｉｃｍｏｄｅｌｔｅｓｔｕｎｉｔｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｙｐｅｓ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｕｎｃｔｉｏｎｓ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｉｔｃａｎｅｘｔｅｎｄａｎｄｃｏｍｐｌｅｔｅｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｔｅｓｔ，ａｎｄｈａｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｈｉｇｈｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｍｕｌｔｉ＿ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ，ｆｌｅｘｉｂｌｅｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．

水力机械的设计及其水动力特性研究

水力机械的设计及其水动力特性研究水力机械是利用水力能量转换为机械能或电能的设备。

水力机械的应用广泛，涵盖了水力发电、水运输、农业灌溉、城市供水等领域。

在这些领域中，水力机械的设计和水动力特性研究至关重要。

一、水力机械的设计水力机械的设计是一项复杂的工作，需要考虑多种因素。

首先，设计师需要确定水流的流动状态，包括水流速度、流量、水流方向等。

然后，设计师需要确定水力机械的大小、形状、叶轮类型以及其它参数，如进口角、出口角等。

在进行水力机械的设计时，设计师还需要考虑水力机械的材料选择、制造工艺、运行环境和维护等方面的问题。

同时，设计师还需要考虑经济因素，如成本、效率和耐用性等。

二、水力机械的水动力特性研究水力机械的水动力特性是指水流通过机械时，产生的涡流、压力损失、振动和噪声等现象。

水力机械的水动力特性研究是为了改进水力机械的设计和优化机械的性能。

通常情况下，水力机械的水动力特性研究可以分为以下几个方面。

1.流场测量和分析流场测量和分析是研究水力机械水动力特性的关键。

通过使用不同的流量测量和分析方法，可以更好地了解水流对机械的影响。

2.雷诺数和尺寸效应尺寸效应是指在不同尺度下水动力现象的变化。

在研究水力机械的水动力特性时，尤其需要考虑这一点。

同时，需要注意雷诺数的影响，因为不同的雷诺数可能会导致不同的水动力现象。

3.减阻和流阻减阻和流阻是影响水力机械水动力特性的两个关键因素。

减阻可以帮助机械更好地排水和节省能量。

流阻则会导致压力损失和阻力增加，降低机械的效率。

4.振动和噪声水力机械的振动和噪声对机械的使用寿命和效率有很大的影响。

因此，在研究机械的水动力特性时，需要考虑振动和噪声的影响，并采取措施来减少它们的影响。

总之，水力机械的设计和水动力特性研究是非常重要的。

通过不断地研究和改进，可以优化机械的性能，提高水利设施的效率和可靠性。

水轮机模型试验装置设计进步与创新

图１模型试验装置设计框图
在整个研发过程中，从水轮机专业角度４模型试验装置设计工作的创新与人，
拓展
模型试验装置设计工作绝非简单的机械加工设计。首先，为水力研发课题的重作
和试验装置设计与水力因素相结合的层次
段管路设计工作；转轮安装装置设计；各试
验台机械配件设计等基础性设计工作。为试验台的建设做出了贡献。
５模型试验装置设计工作的项目
化建设
从水力研发项目立项之初，置设计装
（３潮汐电站水轮机模型和离心泵１）
一
结构，减小了蜗壳和尾水管表面粗糙度，但内表面型线精度仍待提高，同时还存在刚度不够等其它问题。（）３蜗壳和尾水管采用铸铝分上下或
左右随型铸造，内腔数控加工然后把合成
一
波逐阶而上的创新历程，以设计水平的进
步、设计方案的高要求带动加工制造水平的进步，以模型转轮为例，以前每片叶片全为
步提高。另外在不同水头段密封型式结
构设计和导水机构浮动底环的结构设计使动、部件之间间隙控制水平得到了很大静
的提高。
相关质量控制体系（Ｓ９０）建立，Ｉ００１的模
３模型水轮机试验装置设计的程序化
型试验装置设计质量的提高得到了可靠保证。模型试验装置设计框图见图１。
模型的设计研制完成，是东方电机水力更

水力机械多功能模型试验台循环管路系统水力设计

313 密封系统自激振动稳定性分析
(1) 轴向气锤Байду номын сангаас激振动
因为气膜轴向阻尼 (所有自激频率下都没有
出现负的轴向阻尼) ,所以系统恒稳定[10] 。
(2) 角向摆动自激振动
工作浮环的转动惯量为 :
I
n
= ∑[ i =1
mi
R2i
+ 4
r2i + ei ]
≈01001347 (kg·m2)
(6)
据前述理论 , 经有限元程序动态分析计算得
5 结语
(1) 目前国内尚无一种水力机械模型试验台做到了既可以做立式模型试验又可以做到卧式模型试验 ,而本模型试验台方案真正达到了“一套模型试验台多种功能”的目的。 (下转第 25 页)
Vol. 29 ,No. 11 ,2001 FLUID MACHINERY 25
3 循环管道系统水力计算
循环管道系统水力计算的主要内容包括循环
系统水流循环时间、循环系统水流阻力计算和水
温变化等计算。
311 循环系统水流循环时间
循环系统水流循环时间的计算目的是保证循
环系统有足够时间把在低压时从水中析出的空气
重新溶解到水中。循环系统水流循环时间 :
t =ΣV/ Q
(1)
式中 ΣV ———循环系统总容积 ,
式灯泡贯流式机组则是开发低水头水力资源的较好方式 ,与立式轴流式水轮机相比 ,具有过流通道的水力损失小、施工方便、过流能力较高、比转速大及效率较高等优点。因此 , 本模型试验台的模型机选用卧式灯泡贯流式机组 , 以后根据需要亦可更换模型机组 , 如换成立式混流机组和立式轴流机组。
211 压力箱尺寸与容积确定压力箱的功能是为了消除进入机组的水流扰动 ,使进入机组前的流速分布比较均匀。为保证进入模型机组前的水流达到稳定 , 在压力箱内加设了稳流栅 ,参见图 3 。压力箱的尺寸 (轴线长 × 宽 ×高) 2000 ×2500 ×4000mm ,容积为 20m3 。

水力机械试验台智能控制系统设计

ＺＫ０ｎ－ａＺｔ６Ｙｉｇｎｎ，ＨＡＮＧａ－、ＮＧａｇＱｉｎｌ，７ｉＩＹｎ
（．ａｉｎｔｔｏＬｒｅｌｔｃｃｉｅ，ａｉ１０４ｈａ２ＨｉｎｊｎＡａｅｏＳｅ￣ｓａｉ１０９Ｃｉａ１ＨｒｎＩｓｔｅｆａＥｅｒＭａｈｒＨｒｎ５００Ｃｉ；．ｅｏｇａｇｃｄｍｙｆｄｎ，ｒｎ５００ｈ）ｂｉｕｇｃｉｎｙｂｎｌｉＨｂｎ
《动技与用》００第２卷期自化术应２１年９第６
经验交流
ＴｃｉａＩｍｍｕｎｃｔｓｅｌｈｎｃＣｏｉａｉｏｎ
水力机械试验台智能控制系统设计
赵英男，千里，张王阳
（．１哈尔滨大电机研究所，黑龙江哈尔滨１０４；．５００２黑龙江省科学院，龙江哈尔滨ｌ０９）黑５００
１引言
对水力发电设备生产厂家来说，高水头水力机械试
的布线，使电缆的配线、安装、操作与维护费用大幅可减少。２由于数字传输精度大大高于模拟信号，（）使检测精
度大提高，很容易实现万分之几的检发展的基础，是进行水力
ＡｂｔａｔＴｈｉｌｕｓａｏｔｄｉｈｌｃｒｃｃｎｒｌｙｔｍｆｔｅｈｇｅｄｈｄａｌｃｍａｈｎｒｅｔｓａｄｔａｏａｅｎｔｅｓｒｃ：ｅｆｅｄｂｓｉｄｐｅｎｔｅｅｅｔｉｏｔｏｓｅｏｈｉｈｈａｙｒｕｉｃｉｅｙｔｓｔｎｈｔｌｃｔｓｉｈｓＨａｂｎＩｓｉｔｆＬａｇｅｔｉａｈｎｒ．ｉｐｐｒｉｕｔａｅｈｌｃｒｃｃｎｒｌｓｓｅｐｏｅｕｅａｄｍｅｈｄｂｒｉｎｔｔｅｏｒｅＥｌｃｒｃＭｃｉｅｙＴｈｓａｅｌｓｒｔｓｔｅｅｅｔｉｏｔｏｙｔｍｒｃｄｒｎｔｏｙｕｌｔｅＰｈＲＯＦＢＵＳｆｅｄｂｓＴｈｄａｔｇｓａｄｃａａｔｒｓｉｓｏｅｆｅｄｂｓａｅｓｍｍａｉｅ．Ｉｉｌｕ．ｅａｖｎａｅｎｈｒｃｅｉｔｃｆｔｉｌｕｒｕｈｒｚｄ

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０引言
水电是清洁能源，可再生、无污染、运行费用低，
ｔｏｆｔｅｍｏｌｔｓｏｓｌｏｙｒｕｉａｈｎｒｒｒｅｅＴｈｏｃｄ－ｅｓｓｅｉｌｖｌｅｗｉｈｄａｂｅｓｉｅｉｅｅｏｅｏａｉｎｏｈｄｅｅｔｃｎｏｅｆｒｈｄａｌｃｍｃｉｅｙａｅｂｉｆｄ．ｅｆｒｅｐｒｓｐｃａａｖｔｒｗａｌｌｄｓｄｖｌｐｄｔ —
ｓｖｎａｕｂｅｗａｅｓｕｃ．ＴｉｓｃｎｏｅｉｔｃｎｃｌｕｈｎｉａｅｙｂｔｈｎｓｏｉｔｒＥｅｔｃｌｇｎｅｉｇａｄＣｉａａｉｇｖｌａｌｔｒｅｏｒｅｈｓｔｔｏｓｌｅｈｉａｌａｔｅｔｔｄｂｏｈＣｉｅｅＳｃｅｙｆｌｃｒａｒｅｓｙｃｏｉＥｎｉｅｒｎｈｎｎ
证叶片角度调整精度的同时又提高了工作效率；取了保持试验水质清洁的相关措施，约了宝贵的水资源。该试采节验台通过了由中国电机工程学会和中国水力发电工程学会组织的技术鉴定，到国际先进水平。达
Ｌｉ，ＣＵＣｈＨＥＮＬａｇｎａ，ＸＩｉｎ－ｉｎＯＮＧＪａ — ｉｇｉｎｐｎ，ＴｋｏＴｋｍｉａ，ＮｏｉｔｋａｅｏｕｙｒＯａｅｏ
（．ｏｈａＨｄｏＰｗｒ（ｎｚｏ）Ｃ．ＬｄＨｎｚｏ３０１，ｈｎ；．ｏｈｂｏｐｒｔｎＴｋｏ１ＴｓｉｙｒｏｅＨａｇｈｕｏ，ｔ，ａｇｈｕ１０６Ｃｉａ２ＴｓｉａＣｒｏａｉ，ｏｙ）ｂｏ
关键词：水力机械；模型试验台；流量率定；扭矩测量；特殊阀；叶片联调
中图分类号：ＫＴ７文献标识码：Ａ
ＳｔｙｏｓｇｆＭｏｅｓｎｏｅｆｙｒｕｉａｈｉｅｙｕｄｎＤｅｉｎｏｄｌＴｅｔＣｏｓｌｏｒＨｄａｌｃＭｃｎｒ
Ａｂｔａｔｔｄｎｍａｎｐｐｌｅｓｓｍ，ｄｓｈｒｅｃｌｒｔｎｓｓｅ，ｔｒｕａｕｅｎｙｔｍ，ｅｃｏｅｔｓｃｎｏｅｉｏｓｒｅｓｒｃ：Ｓｕｙｏｉｉｅｉｙｔｎｅｉｃａｇａｉａｉｙｔｍｏｑｅｍｅｓｒｍｅｔｓｓｅｂｏｔｆｔｅｔｏｓｌｎｃｎｔｕ — ｈ
ＳｃｅｙｆｒＨｙｒｐｗｅｇｎｅｒｎｇ，ｐｏｉｇｉｒａｈｓｔｅｉｔｒａｉｎｌａａｅｅｅ．ｏｉｔｄｏｏｒＥｎｉｅｉｏｒｖｎｔｅｃｅｈｎｅｎｔｏａｄｖｎｃｄｌｖ１
Ｋｅｏｄ：ｙｒｕｃｍｃｉｒ；ｏｅｔｔｏｓｌ；ｉｈｒａｂａｏ；ｏｕｅｓｒｍｎ；ｐｃｌａｅｊｉｌｅａｊｓｅｔｙｗｒｓＨｄａｌａｈｎｙｍｄｌｅｎｏｄｓａｅｃｌｒｔｎｔｑｅｍａｕｅｅｔｓｅｉｌ；ｏｔａｄｔｎｉｅ－ｓｃｅｃｇｉｉｒａｖｖｎｂｄｕｍ
西北水电・【２年・－２）ｌ增７１１Ｊ
文章编号：０６２１（０２ｓ —０１— ０１０－６０２１）１０３４
１３
水力机械模型试验台的设计研究
卢池，年，建德宫１，竹陈梁熊平，健男，大典男２
（．１东芝水电设备（州）限公司，州３０１；．式会社东芝，杭有杭１０６２株东京）
摘要：扼要介绍在水力机械定系统、扭矩测量系统等进行的研
究。开发了闸板可抽取式强迫压紧特殊阀，杜绝了管路内漏现象的发生；引进了模型水轮机叶片角度联调机构，在保
ｖｉｏｃｒｎｅｆｎｒｒｅｋｇｆｉｌｅｈｉｔｄｓｎｅｈｎｓｒｌｄｎｌｏｏｅｔｒｉｅｓｐｌｄａｓｒｇｔｄｏｃｕｒｃｔｏａａｅｐｉ．Ｔｅｏｊｔｇｍｃａｉｆａｅａｇｅｆｄｌｕｂｎｐｉ，ｓｉｅａ — ｄｅｏｉｅｌｉｏｐｅｎｊｎａｕｉｍｏｂｍｉａｅｕｎｈｊｓｎｒｉｏｆｈｌｅａｇｎｐｏｉｇｗｒｆｃｎｙａｅ．Ｒｌｖｎｍａｕｅｒｋｎｔｋｅｓｗｔｕｌｙｃａ，ｕｔｇｐｅｓｎｏｔｅｂａｎｌａｄｉｒｖｏｋｅｉｃｓｌｅａｔｅｓｒｓｅｔｅｅｐｔｔａｅｑａｔｌｎｉｃｉｄｅｍｎｉｅｗ１ｅａａｏｅｒｉｅ