CN109036028A - 基于cdio理念的组装式雷诺实验台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是基于CDIO理念的组装式雷诺实验台，它包括实验箱体，实验箱体的顶板与滑道滑动连接，实验箱体内放置实验组件、有色染料盒、雷诺喷针、高位水槽，实验组件包括实验管件、快接组件、参数测量组件；实验箱体的一侧为折叠式实验框架，折叠式实验框架的滑动支架与实验箱体底板滑动连接，水平折叠支架与实验箱体铰接，水平折叠支架与垂直折叠支架滑动连接，水平折叠支架设置下沉式安装槽，下沉式安装槽通过在水平折叠支架的两根横梁间固定两个侧板，两个侧板底部通过底板连接形成。实验时组装实验管路，实验完成后，将实验组件、有色染料盒、雷诺喷针、高位水槽收纳于实验箱体中。本发明为一个箱体式、可携带的小型组装式实验平台。

Description

基于CDIO理念的组装式雷诺实验台

技术领域

本发明涉及流体实验装置，具体涉及基于CDIO理念的组装式雷诺实验台。

背景技术

流体流动原理是多数工科专业的主要工程基础课程，涉及化工、机械等多个学科。目前与流体流动原理相关的实验装置，均需要专门设计和购置，设备单一且集成化程度低，实验设备体积较大占据着实验室大量空间，固定资产一次性投资大，运行、维护和管理成本都非常高。实验设备按预设的实验目的设计和安装完后，只能给学生开设一些演示性或验证性的实验，学生的参与度不高。而与流体流动原理相关的大部分实验装置在一些工艺单元的功能要求及设备要求上具有相同或相似性，如储存装置、管路、离心泵等，存在资源浪费的现象。传统实验装置基本可以完成与流体流动原理相关的专业课程实验，但以上实验装置还都是传统的设计模式，在培养学生创新能力，动手实践能力、工程实际问题解决能力上缺少积极性和激发能力。

发明内容

本发明的目的是提供基于CDIO理念的组装式雷诺实验台，这种基于CDIO理念的组装式雷诺实验台用于解决目前进行雷诺实验所需的各种设备需要专门购置，固定资产一次性投资大，运行、维护和管理成本高的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种基于CDIO理念的组装式雷诺实验台包括实验箱体，实验箱体的顶部具有滑道，顶板与滑道滑动连接，实验箱体底部四个角处设置有万向轮，实验箱体内放置实验组件、管路支架、动力循环装置、有色染料盒、雷诺喷针、高位水槽，实验组件包括实验管件、快接组件、参数测量组件；实验箱体的一侧为折叠式实验框架，折叠式实验框架包括水平折叠支架、垂直折叠支架、滑动支架，滑动支架与实验箱体底板通过滑道滑动连接，滑动支架设置有支腿，水平折叠支架一端与实验箱体铰接，水平折叠支架与垂直折叠支架滑动连接，水平折叠支架设置有下沉式安装槽，下沉式安装槽通过在水平折叠支架的两根横梁间固定两个侧板，两个侧板底部通过底板连接形成；

快接组件包括多个快接直通、多个快接弯头；参数测量组件包括温度压力一体表、涡轮流量计；实验管件包括管路串并联细管、管路串并联粗管、通用管、PPR管、快接闸阀，管路串并联细管、管路串并联粗管、通用管的材质均为透明有机玻璃；

组装雷诺实验管路时，将管路支架分别安装在实验箱体的顶部，各管路支架上均设置有管卡，将实验管件、参数测量组件通过快接组件连接起来，将高位水槽置于下沉式安装槽中；实验箱体下部出口连接直流水泵，直流水泵出口管路连接至高位水槽，直流水泵出口设置温度压力一体表，高位水槽的正面出口通过快接弯头连接通用管，通用管的另一端通过另一个快接弯头连接回实验箱体；高位水槽顶部设有有色染料盒，通过软管与雷诺喷针相连；高位水槽的右侧出口管路通过管路支架支撑，通用管作为观察雷诺实验现象的透明管，在通用管之后接有涡轮流量计，涡轮流量计两端接口分别装有快接直通，两个快接直通用于连接管件；快接闸阀安装在实验箱体上部入口前；

实验完成后，拆卸雷诺实验管路，将实验组件、管路支架、动力循环装置、有色染料盒、雷诺喷针、高位水槽，收纳于实验箱体中。

上述方案中动力循环装置包括直流水泵、可充式锂电池，使用时将直流水泵安装在实验箱体滑动支架上，接通电源。

上述方案中任意一个快接组件均包括管接主体，管接主体的通孔内壁上设有第一环阶梯、第二环阶梯、第三环阶梯，第二环阶梯的直径大于第一环阶梯的直径，第三环阶梯的直径大于第二环阶梯的直径，第一环阶梯设置Y型橡胶密封圈，第二环阶梯上设置密封圈间隔垫片和O形密封圈；第三环阶梯上设置卡簧垫片和卡簧，卡簧垫片将O形密封圈接触压紧，锁圈为分体式的，脱扣具有凹槽，锁圈对扣在脱扣外，锁圈旋入管接主体将卡簧及卡簧垫片压紧。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明是解决传统流体流动原理实验装置上的不足，根据“构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate) ”的CDIO理念，设计一种可根据实验目的和工艺流程，自行设计和组装的雷诺实验台，基于CDIO理念设计研制，自由组装的结构形式体现实际工程的各个环节，使学生得到很好的工程训练，培养学生动手实践能力。

2、本发明做实验时，装置的设备、仪表、管路可通过自主设计、通过3D打印制作的快装接头连接，实现快速方便的拆卸，实验平台可以快速搭建。

3、合理收纳，拆卸后的每一模块放置于一个箱体内，便于管理与保养。同时，该箱体可以通过拉伸变为实验台，建立了一个箱体式、可携带的小型实验平台。

附图说明

图1是本发明中折叠收缩后的实验台结构示意图；

图2是本发明中抽拉出来后的实验台结构示意图；

图3是本发明中快接组件的结构示意图；

图4是本发明中实验组装后的结构示意图；

图5是本发明中实验箱体储物时的示意图。

图中： 1-万向轮，2-实验箱体，3-顶板，4-活动铰链，5-水平折叠支架，6-滑动支架，7-滑道，8-垂直折叠支架，9-管路支架，10-侧板，11-支腿，12-脱扣，13-锁圈，14-卡簧，15-卡簧垫片，16-O型密封圈，17-管接主体，18-Y型橡胶密封圈，19-密封圈间隔垫片，20-快接弯头，21-涡轮流量计，22-雷诺喷针，23-有色染料盒，24-高位水槽，25-直流水泵，26-快接直通，27-下沉式安装槽， 28-可充式锂电池，29-快接闸阀，30-通用管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

结合图1、图2、图3、图4、图5所示，这种基于CDIO理念的组装式雷诺实验台包括实验箱体2，实验箱体2的顶部具有滑道7，顶板3与滑道7滑动连接，实验箱体2底部四个角处设置有万向轮1，实验箱体2内放置实验组件、管路支架9、动力循环装置、有色染料盒23、雷诺喷针22、高位水槽24，实验组件包括实验管件、快接组件、参数测量组件；实验箱体2的一侧是折叠式实验框架，折叠式实验框架包括水平折叠支架5、垂直折叠支架8、滑动支架6，滑动支架6与实验箱体2底板通过滑道7滑动连接，滑动支架6设置有支腿11，水平折叠支架5一端与实验箱体2通过活动铰链4铰接，水平折叠支架5与垂直折叠支架8滑动连接；水平折叠支架5设置有下沉式安装槽27，下沉式安装槽27通过在水平折叠支架5的两根横梁间固定两个侧板10，两个侧板10底部通过底板连接形成。

参数测量组件包括温度压力一体表、涡轮流量计21；实验管件包括管路串并联细管、管路串并联粗管、通用管30、PPR管、快接闸阀29，管路串并联细管、管路串并联粗管、通用管30的材质均为透明有机玻璃；PPR管长度任意可截，以方便实验需要。不进行实验时，它们均合理的收纳在实验箱体2中，只有在进行实验时，才将其取出，按照一定次序连接成实验所需要的管路。

组装雷诺实验管路时，将管路支架9分别安装在实验箱体2的顶部，各管路支架9上均设置有管卡，将实验管件、参数测量组件通过快接组件连接起来，将高位水槽24置于下沉式安装槽27中；实验箱体2下部出口连接直流水泵25，直流水泵25出口管路连接至高位水槽24，直流水泵25出口设置温度压力一体表，高位水槽24的正面出口通过快接弯头20连接通用管30，通用管30的另一端通过另一个快接弯头20连接回实验箱体2；高位水槽24顶部设有有色染料盒23，通过软管与雷诺喷针22相连；高位水槽24的右侧出口管路通过管路支架9支撑，通用管30作为观察雷诺实验现象的透明管，在通用管30之后接有涡轮流量计21，涡轮流量计21两端接口分别装有快接直通26，两个快接直通26用于连接管件；快接闸阀29安装在实验箱体2上部入口前；将各个组件通过快接组件依次连接好以后，向实验箱体2内部注水，启动动力循环装置，即可进行实验；并且通过参数测量组件可以实现对实验数据的采集，方便后期的数据处理和分析。

实验完成后，拆卸雷诺实验管路，将实验组件、管路支架9、动力循环装置、有色染料盒23、雷诺喷针22、高位水槽24，收纳于实验箱体2中。

本发明原理如下：本发明适用雷诺实验，实验所需的实验管路均由各种零件通过快接结构连接而成。实验时按照说明书中推荐的实验管路搭建流程图依次连接相关设备及零件，向水箱中充入适量高度的水，将直流水泵25的电源接线与直流电源的正负极相连，水在水泵提供的动力下在实验管路中实现循环，管路中包含各种阀门和测量仪表，可以实现对流量的精确控制以及具体数据的测量。

动力循环装置包括直流水泵25、可充式锂电池28，使用时将直流水泵25安装在实验箱体2滑动支架6上，接通电源。用接管将实验箱体2和直流水泵25的吸入端连接，接通电源即可启动直流水泵25，待直流水泵25运转稳定后，即可开始实验。

快接组件包括多个快接直通26、多个快接弯头20；快接组件采用金属卡簧14和双重密封设计。任意一个快接组件均包括管接主体17，管接主体17的通孔内壁上设有第一环阶梯、第二环阶梯、第三环阶梯，第二环阶梯的直径大于第一环阶梯的直径，第三环阶梯的直径大于第二环阶梯的直径，第一环阶梯设置Y型橡胶密封圈18，第二环阶梯上设置密封圈间隔垫片19和O形密封圈16；第三环阶梯上设置卡簧垫片15和卡簧14，卡簧垫片15将O形密封圈16接触压紧，锁圈13为分体式的，脱扣12具有凹槽，锁圈13对扣在脱扣12外，锁圈13旋入管接主体17将卡簧14及卡簧垫片15压紧。对于快接直通26来说，将一段管的一端***脱扣12，将锁圈13对扣在脱扣12外，再次锁圈13连同脱扣12、管的端头一起旋转入管接主体17内，通过锁圈13与管接主体17螺纹连接实现锁圈13旋入管接主体17内，拧紧后即完成直通一端的连接，同样将管另一端也如此连接，即将直通快速连接起来，直通与管接主体17、锁圈13、脱扣12、卡簧垫片15、卡簧14、密封圈间隔垫片19、O形密封圈16、Y型橡胶密封圈18构成快接直通26，由于管接主体17的两端为对称的，通过管接主体17另一端即可实现管与另一根管的连接，或实现直管与弯头的连接，同样快接弯头20由弯头与管接主体17、锁圈13、脱扣12、卡簧垫片15、卡簧14、密封圈间隔垫片19、O形密封圈16、Y型橡胶密封圈18构成。

本发明实验时，各个组件之间相互结合、约束，共同完成实验过程。具体工作过程如下：实验前先将实验箱体2的顶板3打开，把实验箱体2内部的所有实验设备及零件取出，选出对应实验所需的零件个数，将实验台拉伸开，将高位水槽24置于下沉式安装槽27中，将管路支架9垂直安装于实验水箱顶部和折叠式实验框架的顶部，它是实验设备搭建的基础，在搭建好的实验台上按照说明书中推荐的实验管路搭建流程图依次连接相关设备及零件，直流水泵25与实验箱体2（实验箱体2做为水箱使用）之间用金属软管相连接，直流水泵出口管路连接至高位水槽24，直流水泵出口设置温度压力一体表，高位水槽24的正面出口通过快接弯头20连接通用管30，通用管30的另一端通过另一个快接弯头20连接回实验箱体2；高位水槽24顶部设有有色染料盒23，通过软管与雷诺喷针22相连；高位水槽24的右侧出口管路通过管路支架9支撑，通用管30作为观察雷诺实验现象的透明管，在通用管30之后接有涡轮流量计21，涡轮流量计21两端接口分别装有快接直通26，两个快接直通26用于连接管件；快接闸阀29安装在实验箱体2上部入口前；将各个组件通过快接组件依次连接好以后，向实验箱体2内部注水，启动动力循环装置，即可进行实验。闸阀安装在整个实验管路最后为了控制实验管路中的流量。由闸阀接出的管件返回实验箱体2内，形成一个可实现水循环的回路，完成雷诺实验装置的组装。向水箱中充入适量高度的水，将直流水泵25的电源接线与直流电源的正负极相连，水在水泵提供的动力下在实验管路中实现循环，可以实现对流量的精确控制以及具体数据的测量，将实验数据记录在相应的表格中，方便后期的数据处理和分析。实验完成后将所有部件合理收纳在实验箱体2中。

Claims (3)

1.一种基于CDIO理念的组装式雷诺实验台，其特征在于：这种基于CDIO理念的组装式雷诺实验台包括实验箱体（2），实验箱体（2）的顶部具有滑道（7），顶板（3）与滑道（7）滑动连接，实验箱体（2）底部四个角处设置有万向轮（1），实验箱体（2）内放置实验组件、管路支架（9）、动力循环装置、有色染料盒（23）、雷诺喷针（22）、高位水槽（24），实验组件包括实验管件、快接组件、参数测量组件；实验箱体（2）的一侧为折叠式实验框架，折叠式实验框架包括水平折叠支架（5）、垂直折叠支架（8）、滑动支架（6），滑动支架（6）与实验箱体底板通过滑道（7）滑动连接，滑动支架（6）设置有支腿（11），水平折叠支架（5）一端与实验箱体（2）铰接，水平折叠支架（5）与垂直折叠支架（8）滑动连接，水平折叠支架（5）设置有下沉式安装槽（27），下沉式安装槽（27）通过在水平折叠支架（5）的两根横梁固定两个侧板（10），两个侧板（10）底部通过底板连接形成；

快接组件包括多个快接直通（26）、多个快接弯头（20）；参数测量组件包括温度压力一体表、涡轮流量计（21）；实验管件包括管路串并联细管、管路串并联粗管、通用管（30）、PPR管、快接闸阀（29），管路串并联细管、管路串并联粗管、通用管（30）的材质均为透明有机玻璃；

组装雷诺实验管路时，将管路支架（9）分别安装在实验箱体（2）的顶部，各管路支架（9）上均设置有管卡，将实验管件、参数测量组件通过快接组件连接起来，将高位水槽（24）置于下沉式安装槽（27）中；实验箱体（2）下部出口连接直流水泵（25），直流水泵出口管路连接至高位水槽（24），直流水泵出口设置温度压力一体表，高位水槽（24）的正面出口通过快接弯头（20）连接通用管（30），通用管（30）的另一端通过另一个快接弯头（20）连接回实验箱体（2）；高位水槽（24）顶部设有有色染料盒（23），通过软管与雷诺喷针（22）相连；高位水槽（24）的右侧出口管路通过管路支架（9）支撑，通用管（30）作为观察雷诺实验现象的透明管，在通用管（30）之后接有涡轮流量计（21），涡轮流量计（21）两端接口分别装有快接直通（26），两个快接直通（26）用于连接管件；快接闸阀（29）安装在实验箱体（2）上部入口前；

实验完成后，拆卸雷诺实验管路，将实验组件、管路支架（9）、动力循环装置、有色染料盒（23）、雷诺喷针（22）、高位水槽（24），收纳于实验箱体（2）中。

2.根据权利要求1所述的基于CDIO理念的组装式雷诺实验台，其特征在于：所述的动力循环装置包括直流水泵（25）、可充式锂电池（28），使用时将直流水泵（25）安装在实验箱体滑动支架（6）上，接通电源。

3.根据权利要求2所述的基于CDIO理念的组装式雷诺实验台，其特征在于：所述的任意一个快接组件均包括管接主体（17），管接主体（17）的通孔内壁上设有第一环阶梯、第二环阶梯、第三环阶梯，第二环阶梯的直径大于第一环阶梯的直径，第三环阶梯的直径大于第二环阶梯的直径，第一环阶梯设置Y型橡胶密封圈（18），第二环阶梯上设置密封圈间隔垫片（19）和O形密封圈（16）；第三环阶梯上设置卡簧垫片（15）和卡簧（14），卡簧垫片（15）将O形密封圈（16）接触压紧，锁圈（13）为分体式的，脱扣（12）具有凹槽，锁圈（13）对扣在脱扣（12）外，锁圈（13）旋入管接主体（17）将卡簧（14）及卡簧垫片（15）压紧。