Mechanical Engineering and Design December 2013, Volume 2, Issue 4, PP.34-37
Development of a New Water-Saving Device Performance Testing Instrument Qi Si 1, #, Ruirui Hao 2, Zheng Chen 2, Xin Zhao 2 1. Beijing University of Technology, the College of Architecture and Civil Engineering, 100000, China 2. Beijing Municipal Water Conservation Office, 100000, China #Email: siqi29@163.com
Abstract The testing device of the novel water apparatus on its saving performance is mainly used for the instruction and scientific research application test of water supply system, which fills up the blank of similar products in the major universities and colleges teaching, and is significant investigating the flow characteristics of water apparatus test. The test device is characterized by large data rapid collection, small occupation, economical and practical, environment friendly, safe and reliability, stability in operation. Keywords: Water-saving Performance Test; Flow Characteristics; Flow Analyzer
一种新型用水器具节水性能 测试仪器的研制 司琦 1，郝瑞瑞 2，陈征 2，赵昕 2 1. 北京工业大学，北京市，100000 2. 北京市节约用水管理中心，北京市，100000 摘
要：新型用水器具节水性能测试装置（以下简称试验装置）主要用于对建筑给水系统用水器具节水性能测试的试验
教学与科研应用，本试验装置的研发填补了同类产品在各大中专院校实验教学中的空白，在用水器具出流特性的测试方 面具有重大意义。本试验装置具有数据采集量大且快、占地小、经济实用、环保无污染、安全可靠、运行稳定的特点。 关键词：节水性能测试；出流特性；流态分析仪
引言 建筑给水系统用水器具节水性能试验装置，是用于测试建筑给水系统中部分器具在不同工作压力下节 水性能的重要的实验教学和科研装置。随着城市水资源的日益短缺，节约用水已经成为我国节能减排国策 重要组成部分。在城市用水中，建筑用水占城市用水量的 40%～60%[1] [2]，所以做好建筑节水显得尤为必要。 给水系统用水器具作为建筑给水系统的重要组成部分和配水终端（减压阀、过滤器、水表、水龙头、淋浴 喷头等），其在不同工况下的节水性能对于真正实现建筑节水具有十分重要的意义，应用本装置可对减压 阀、水龙头等不同类型、不同规格、不同种类的建筑内部用水器具进行不同工况下的性能试验，测试结果 将为今后的建筑给水系统的工程设计、运行管理提供合理化建议，更进一步推进我国的节约用水工作。
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试验装置设计要求 试验装置的功能应包括：能够提供测试用水器具的各种测量信号并将信号传送至计算机；能够仿真模
拟实际的管网工况，可以满足对不同用水器具的测试；能够对压力进行无极调节并保证压力的稳定性；应 考虑试验装置测试的精确度、自动化水平等。鉴于此对于该试验装置的设计要求如下： - 34 www.ivypub.org/med
（1）高精度 本试验装置的应用压力传感器和电磁流量计分别采集压力值和流量值，试验装置的各种测量信号应该满 足用水器具各参数的精度要求。 （2）自动化程度高 该试验装置能够实现自动采集压力、流量数据，并通过采集卡将数据实时传输到计算机，通过计算机实 时绘制流量随压力变化曲线和压力随时间变化曲线。 （3）稳定性 该试验装置应该提供给用水器具的压力应该具有稳定性。 （4）压力无极调节 该试验装置提供的压力应该具有可任意调节性，保证可模拟任何管网压力工况。
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试验装置的研制 本试验装置总共分为三部分；一是压力提供和控制系统，二是供水管网和用水器具测试系统，三是数据
采集和处理系统。本试验装置整体结构示意图见图 1。
图 1 试验装置整体结构示意图
图 2 装置总体节点系统图
各节点说明： 1-循环水箱，2-调频水泵及配件，3-手动阀门，4-电磁流量计，5-压力传感器，6-减压阀，7-淋浴喷头， 8-水龙头，9-横向给水管段，10-横向给水管段，11-过滤器，12-水表。（图中的节点 6-减压阀，7-淋浴喷 头，8-水龙头，11-过滤器，12-水表，可以根据实际需要更换需要用水器具） - 35 www.ivypub.org/med
2.1 压力提供和控制系统 压力提供和控制系统是由与循环水箱 1 相连接的两台变频水泵 2 构成水源部分并提供模拟用水器具实际 工况的不同压力，水泵 2 的出水经过止回阀向测试管网供水，管网的供水压力可以通过变频水泵连续变频和 手动阀门的调节来控制。 为了模拟实际供水状况时，用水器具在不同压力的工况，本试验装置利用变频水泵模拟提供给水系统 用水器具在实际工况的不同压力值。为了防止因变频水泵的压力调节范围过大造成供水压力的不稳定而引 起测量误差，保证压力值的稳定，使其压力的波动值处于允许范围之内，本系统的压力提供系统由高压变 频泵扬程 H=60m 和低压变频泵扬程 H=30m 并联工作，分别提供节水器具测试所需的高压（0.30MPa～ 0.60MPa）和低压（0.05MPa～0.30MPa），使得水泵提供的压力区间跨度较小，从而使测试水压稳定、出流 压力的波动较小，保证测试的精度。变频水泵的工况采用连续变频方式，这种方式的特点在于可以连续的 以任意大小调节供水压力，可以对试验所需的压力点进行精确控制。同样，系统中设置了手动阀门，也可 以对系统的工作压力进行调节。
2.2 供水管网和用水器具测试系统 供水管网和用水器具测试系统由横向给水管段 9 和竖向给水管段 10 分为上、下两个测试管网。在上管 网中：支路 1 设置了手动阀门 3，电磁流量计 4，压力传感器 5，减压阀 6，当水泵向管网中供水时，可以 通过手动阀门 3 调节通过减压阀 6 的流量，流量数据的采集通过电磁流量计 4 完成，压力传感器 5 测试减 压阀 6 前后的压力值，以测定减压阀 6 的减压效果；支路 2 设置了手动阀门 3，电磁流量计 4，压力传感器 5，水龙头 8，过滤器 11，普通水表 12，通过手动阀门 3 调节通过过滤器 6 和水表 12 的流量，电磁流量计 4 可以校正水表 12 的流量，测定水表的计量准确性，同时可以测定水龙头在不同工作压力下的出流量，压 力传感器 5 可以测试过滤器 11、水表 12 前后的压力，压力差值可以反应水流经过过滤器 11 和水表 12 的水 头损失。下层管网在横向给水管段上设置手动阀门 3，电磁流量计 4，压力传感器 5，淋浴喷头 7，水龙头 8，当水泵向管网中供水时，可以通过手动阀门 3 调节淋浴喷头 7 和水龙头 8 的出流量和出流压力，出流压 力通过水龙头和淋浴喷头前的压力传感器 5 测定，出流量由电磁流量计 4 测定。
2.3 压力提供和控制系统 数据采集和处理系统是由数据采集卡、电缆和利用 LAB view 软件开发的给水系统测试软件构成。电磁 流量计 4 和压力传感器 5 输出的数据信号，通过数据电缆经接线板传送给电脑上安装的 PCI6220 采集卡，利 用电脑上安装的给水系统测试软件将电磁流量计 4 和压力传感器 5 输出的电信号转换为测试器具的压力值和 流量值，并能将数值即时显示在软件界面，与此同时计算机利用本软件可以即时生成压力—时间曲线，流 量—时间曲线。 给水系统测试软件界面主要分为 4 个功能区：1）压力—时间曲线，流量—时间曲线显示区；2）压力和 流量数据实时显示区；3）数据保存区；4）采样率调节区。
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试验装置的操作方式及试验功能
3.1 操作方式 本着占地小，经济实用且能达到预期目的的要求，本实用新型装置由 2 台变频水泵作为管网供水装置， 其中高压泵和低压泵各 1 台，水源采用不锈钢循环水箱。 本装置采用 2 种不同管径（DN15mm，DN20mm）的铸铁管模拟供用户使用的给水管网；设置 4 个相同 管径的电磁流量计来测定经过给水系统器具的出流量；5 个用水节点处设置 8 个压力传感器来测定节点水 压；水泵的供水除一部分经配水终端（水龙头、淋浴喷头）回流到水源水箱，其余部分由回流管回流至水 - 36 www.ivypub.org/med
箱；整套装置右下端设有泄水阀，可放空管路，水箱下部也设有放空阀，以备在装置不运行时，排空水箱。 管路当中设置有 10 个手动阀门，通过调节用水阀门开启度不同来实现各个支路水量的变化，从而使得 各个节点的压力值变化，模拟各个节点在实际使用中的工况；与此同时利用水泵控制柜变频按钮连续变频 实现水泵的供水压力和供水量的变化来改变节点处的工作压力。
3.2 试验功能 本装置可以完成以下测试和试验功能：1）减压阀在不同工况下的减压效果以及能量损失规律；2）过滤 器在不同工况下的水头损失规律；3）水表在不同工况下的水头损失和计量准确性；4）水龙头、淋浴喷头 在不同工况下的出流特征；5）各种室内给水阀门性能及阻力规律。具有测定方法方便快捷，测定结果精 确；设备拆装方便，试验范围广等特点。
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结论 试验装置实现了对不同用水器具节水性能、出流特性的测试分析，提高了测试用水器具的测试分析效
率及准确度，填补了同类产品在各大中专院校实验教学中的空白，解决了以往测试方法受人为影响因素大 的问题。
REFERENCES [1]
“Waste Not, Want Not: The Potential for Urban Water Conservation in California”. Produced by the Pacific Institute for Studies in Development, Environment, and Security November 2003.Grisham, A., and Fleming, W. M. (1989)
[2]
“Long-term Options for Municipal Water Conservation” Uniform Plumbing Code, IAPMO,2003, ISBN:RES10703
【作者简介】 1
司琦（1984- ），男，蒙古族，硕
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陈征（1976- ），男 ，汉 ，学士，
士，助理工程师，市政工程方向，
工程师 ，节水管理研究方向，河海
2011 至 今 ， 北 京 工 业 大 学 硕 士 。
大学给排水专业 1995-1999.
Email: siqi29@163.com。
Email: vip95ccc@163.com。
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郝瑞瑞（1969- ），女，汉,学士学
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赵昕 (1988- ) ，女， 汉族， 学士
位，高级工程师，质量管理及标准
学位， 2007 年 9 月-2011 年 7 月就读
化研究方向，1990 年毕业于沈阳工
于北京工业大学。
业学院机械工程系计量专业。
Email: mouyunshengx@163.com.
Email: 1102346106@qq.com。
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