專利名稱：用于潮汐河口泥沙物理模型的一種適時(shí)加沙系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及潮汐河口物理模型開展泥沙沖淤試驗(yàn)所需的一種加沙設(shè)施。
背景技術(shù)：
河口物理模型試驗(yàn)是河口治理、港航整治以及涉水工程研究的重要手段，泥沙沖淤引起的河口河床地形變化則是動(dòng)床模型試驗(yàn)的主要研究對(duì)象。為有效地復(fù)演潮汐河口的水沙運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，河口物理模型應(yīng)遵循幾何、動(dòng)態(tài)與動(dòng)力的相似準(zhǔn)則。當(dāng)涉及泥沙運(yùn)動(dòng)模擬時(shí)，除合理選擇模型沙外，還要求對(duì)模型加沙過程與數(shù)量進(jìn)行控制。傳統(tǒng)的方法一般多采用循環(huán)方式，在加沙循環(huán)管上開設(shè)大小不同的孔口，通過人工開閉加沙管上的加沙閥門與調(diào)節(jié)各孔口的開度來控制模型進(jìn)口加沙量。這種方法加沙精度差、自動(dòng)化程度低、費(fèi)時(shí)費(fèi)力、 人為干擾因素多，而且加沙流量受供水條件影響不易穩(wěn)定，加沙閥門至模型出沙段易成“盲腸段”而引起堵塞。因此，一般適用于恒定加沙的條件。以錢塘江為代表的潮汐河口，泥沙運(yùn)動(dòng)以懸沙為主，有別于一般河流的推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)。水體中的含沙量呈非恒定性，常隨潮汐大小、潮汐過程而變化，而且變化快、幅度大。因此，為滿足潮汐河口泥沙運(yùn)動(dòng)的相似性，加沙系統(tǒng)必須能隨潮汐水流變化進(jìn)行非恒定適時(shí)加沙，而傳統(tǒng)的加沙方法往往滿足不了上述的試驗(yàn)要求與控制精度。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種加沙系統(tǒng)，該系統(tǒng)能依據(jù)潮汐的大小與變化過程適時(shí)控制加沙時(shí)間與加沙數(shù)量，以滿足潮汐河口物理模型的加沙工作的需要。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是用于潮汐河口泥沙物理模型的一種適時(shí)加沙系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括裝有潛水?dāng)嚢杵骱蜐撍斏潮玫陌枭吵?、安裝在河口模型處的采用計(jì)算機(jī)控制的模型加沙裝置以及兩端分別連通拌沙池與模型加沙裝置的輸沙管道，輸沙管道上還裝有控制間閥與調(diào)壓
直ο所述的輸沙管道由進(jìn)水管與回水管組成，其中進(jìn)水管未端分成二路，一路通過法蘭與控制閘閥接通，另一路與回水管接通。所述的調(diào)壓裝置中，調(diào)壓管豎立安裝且其頂端接通一排氣管，排氣管的頂端裝有一排氣閥以及排氣罩；調(diào)壓管上還旁接一豎管，排氣管的底端以及豎管的底端分別通過回路管接通進(jìn)水管以及拌沙池。所述的模型加沙裝置包括出口端裝有快速開啟堵蓋的加沙管以及支撐加沙管的可調(diào)托架。所述控制閘閥通過電纜接通計(jì)算機(jī)，以實(shí)現(xiàn)開啟與關(guān)閉進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度和管理。本發(fā)明的工作原理如下(見圖1)基于循環(huán)供沙的原理，先將事先計(jì)算的模型沙沙量與水量加入拌沙池，開啟潛水?dāng)嚢杵鲾嚢杷郴旌衔?。?dāng)攪拌均勻使拌沙池內(nèi)的含沙量達(dá)到目標(biāo)值后，開啟潛水泵將水沙吸出進(jìn)入輸沙管道進(jìn)水管。水沙由進(jìn)水管流至控制閘閥，當(dāng)控制間閥開啟時(shí)，水沙通過軟管流到模型加沙裝置進(jìn)入試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，多余水沙?jīng)回水管進(jìn)調(diào)壓裝置流回拌沙池。當(dāng)控制間閥關(guān)閉時(shí)，水沙經(jīng)回水管進(jìn)調(diào)壓裝置直接流回拌沙池。 由于控制閘閥開或關(guān)、開啟時(shí)間的長短將決定泥沙模型試驗(yàn)何時(shí)開始加沙與加沙數(shù)量的多少，因此，通過分析潮汐河口試驗(yàn)水域?qū)崪y含沙量與潮汐大小、潮汐過程的關(guān)系，得到泥沙模型試驗(yàn)的加沙時(shí)間與加沙數(shù)量。然后，通過人機(jī)對(duì)話設(shè)定控制軟件的相關(guān)數(shù)據(jù)，利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸加沙指令控制閘閥開啟、開啟時(shí)間以及關(guān)閉。從而，實(shí)現(xiàn)了潮汐河口泥沙物理模型加沙工作的自動(dòng)控制與適時(shí)加沙的目的。本發(fā)明的有益效果是，采用本發(fā)明對(duì)潮汐河口物理模型進(jìn)行非恒定加沙實(shí)現(xiàn)了適時(shí)控制，輔以調(diào)壓裝置穩(wěn)壓和穩(wěn)流作用，保證了模型試驗(yàn)的加沙精度；而且，在整個(gè)加沙過程中從攪拌、輸沙、控制閘閥開關(guān)與開啟時(shí)間均按預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行控制，完全消除了人為因素的影響，提高了模型加沙的自動(dòng)化控制程度，大幅度提高了加沙的工作效率，而且顯著降低科研人員的工作強(qiáng)度和工作量。

圖1是本發(fā)明的水沙輸移過程基本原理圖。圖2是本發(fā)明所述加沙系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明中的調(diào)壓裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明所述模型加沙裝置中的加沙管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明所述模型加沙裝置中的可調(diào)托架的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1拌沙池、2潛水?dāng)嚢杵鳌?潛水輸沙泵、4輸沙管道進(jìn)水管、5輸沙管道回水管、6控制間閥、7模型加沙裝置、8調(diào)壓管裝置、9計(jì)算機(jī)、71加沙管、72可調(diào)托架、73快速開啟堵蓋、711加沙出水孔、721半圓形凹槽、722滑桿、723滑套、7M鎖緊螺釘、725支腳、81 調(diào)壓管、82排氣管、83排氣閥、84排氣罩。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明以錢塘江河口模型加沙系統(tǒng)為實(shí)施例，說明具體的實(shí)施方案。如圖2所示，該系統(tǒng)由拌沙池1、潛水?dāng)嚢杵?、潛水輸沙泵3、輸沙管道進(jìn)水管4、 輸沙管道回水管5、控制間閥6、模型加沙裝置7、調(diào)壓裝置8、計(jì)算機(jī)及其控制軟件9等組成。攪拌池1由混凝土制成，用于配制并容置含沙渾水，容量的大小取決于潮汐河口泥沙模型的加沙量，本實(shí)施例中攪拌池深2米，直徑3米，容水約14立方米，攪拌池離地面 1米，埋入地面1米，結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土。潛水?dāng)嚢杵?安裝于攪拌池1的底部，通過驅(qū)動(dòng)潛水?dāng)嚢杵?使池內(nèi)的水沙混合物以一定的均速運(yùn)動(dòng)，不至于使攪拌池1內(nèi)的模型沙產(chǎn)生沉降，從而保證了渾水含沙量保持基本恒定。本實(shí)施例為盡量減輕噪音影響及可靠性，采用德國產(chǎn)潛水?dāng)嚢杵?型號(hào) TR21. 145-4)，其攪拌力強(qiáng)，噪聲小，離攪拌器5米的距離時(shí)仍有50%的攪拌力，其攪拌方向及高度按要求可調(diào)整。潛水輸沙泵3安裝在攪拌池1內(nèi)，其出口端通過法蘭與輸沙管道中的進(jìn)水管4連接，其功能是將攪拌池1內(nèi)水沙混合物輸送到進(jìn)水管4內(nèi)。本實(shí)施例考慮噪音影響及可靠性，采用德國產(chǎn)潛水泵(型號(hào)FA08. 34-1)，該泵最大流量50T/h，揚(yáng)程20m，可過最大沙粒直徑0. 45mm，滿足最大水沙供給量0. lm3/s，模型沙粒徑0. 2-0. 3mm的使用要求。輸沙管道進(jìn)水管4的左端與潛水輸沙泵3連接，右端分成二路，一路通過法蘭與控制閘閥6連接，另一路與輸沙管道的回水管5連接。本實(shí)施例采用直徑50mm的無縫鋼管， 管道外部除銹上防銹漆，外面用淡藍(lán)漆裝飾?；厮?的一端與輸沙管道的進(jìn)水管4相通，另一端與調(diào)壓裝置8中的調(diào)壓管81 相通。本實(shí)施例采用直徑50mm的無縫鋼管，管道外部除銹上防銹漆，外面用淡藍(lán)漆裝飾。控制閘閥6的一端與輸沙管道進(jìn)水管4相通，另一端(通過軟管)與模型加沙裝置7相通?？刂崎l閥6通過電纜與計(jì)算機(jī)9接通，并由計(jì)算機(jī)9實(shí)時(shí)控制。本實(shí)施例采用常州市遠(yuǎn)恒自控閥門有限公司生產(chǎn)的調(diào)節(jié)型電動(dòng)閥(型號(hào)Z15-24W)，該裝置的輸出扭矩為150N. m，可有效地避免粒徑為0. 2-0. 3mm的塑料沙因進(jìn)入軸承縫隙而引起閥門卡死的現(xiàn)象。模型加沙裝置7與控制閘閥6通過軟管7-1相連通；該模型加沙裝置由加沙管71、 可調(diào)托架72與快速開啟堵蓋73組成，末端(出口端)配有快速開啟堵蓋73，便于快速清理管內(nèi)沉積物。加沙管71上依據(jù)加沙量的大小與加沙位置，等距布置加沙出水孔711。加沙管71架在可調(diào)托架72上，置于河口模型的上面。所述的可調(diào)托架72設(shè)有固定加沙管71的半圓形凹槽721。凹槽721與可上下移動(dòng)的滑桿722相連?；瑮U722置于滑套723內(nèi)。所述的滑套723上設(shè)有鎖緊滑桿722的鎖緊螺釘724，并固定在支腳725上。本實(shí)施例中的加沙管道采用直徑25mm的自來水鍍鋅管道，管道上設(shè)有直徑為0. 5cm的加沙出水孔，其間距為 IOcm0調(diào)壓裝置8與輸沙管道回水管5相連通，由調(diào)壓管81、排氣管82、排氣閥83與排氣斗84組成。由于調(diào)壓裝置8中的調(diào)壓管81與大氣相通，始終保持標(biāo)準(zhǔn)氣壓，從而保證了水沙壓力穩(wěn)定與供沙量的準(zhǔn)確。為了防止管內(nèi)水壓過大，水沙混合物通過排氣閥83沖出， 調(diào)壓管81豎立安裝并保持一定的高度，其頂端安裝排氣管82。排氣管82與快速排氣閥83 相連。為防止排氣時(shí)，造成水霧，在排氣閥83外側(cè)設(shè)有排氣罩84。本實(shí)施例調(diào)壓管采用直徑50mm的無縫鋼管，高度7米。計(jì)算機(jī)9通過電纜與控制閘閥6連接；相應(yīng)地，計(jì)算機(jī)配備由VB語言編寫的控制軟件。本實(shí)施例中控制軟件是錢塘江河口模型生潮控制軟件中的一個(gè)模塊，其功能是利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸加沙指令，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)控制閘閥的開啟(包括開啟時(shí)間)以及關(guān)閉。本發(fā)明實(shí)施例-錢塘江河口模型加沙系統(tǒng)的滿足如下使用條件1、加沙系統(tǒng)能滿足以塑料沙為模型沙的使用要求，該模型沙中值粒徑0.2 0. 3mm，硬度較硬；2、最大水沙混合物含沙量濃度100kg/m3 ；3、最大加沙流量0. lm3/s ；4、水沙輸送最長距離IOOm ；5、攪拌與輸沙噪音小，輸沙管道不易銹蝕。本發(fā)明的工作過程是①收集研究水域的潮位、流速、含沙量變化過程的實(shí)測資料，分析其合理性，建立不同潮差與含沙量的關(guān)系；②依據(jù)試驗(yàn)邊界，計(jì)算試驗(yàn)期間的加沙總量、加水總量以及試驗(yàn)過程中的加沙開啟時(shí)間、加沙歷時(shí)、加沙關(guān)閉時(shí)間；③在攪拌池中加入需要的模型沙與水量，開啟潛水?dāng)嚢杵?；④?dāng)攪拌池的水沙攪拌均勻后，開啟潛水輸沙泵；⑤打開控制閘閥的電源，啟動(dòng)與計(jì)算相連的控制箱；⑥開啟計(jì)算機(jī)，打開控制軟件，按照加沙開啟時(shí)間、加沙歷時(shí)、加沙關(guān)閉時(shí)間等輸入控制參數(shù)，運(yùn)行控制軟件；⑦控制閘閥接受控制軟件通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸?shù)募由持噶?，進(jìn)行開啟或關(guān)閉，當(dāng)控制閘閥開啟時(shí)水沙混合物通過加沙管道進(jìn)入模型，實(shí)現(xiàn)加沙的目的。⑧在設(shè)置的加沙過程完成后，關(guān)閉控制軟件、計(jì)算機(jī)、控制間閥、潛水輸沙泵、潛水?dāng)嚢杵鞯仍O(shè)備。⑨輸沙管道與調(diào)壓管內(nèi)的水沙混合物因重力作用自流到攪拌池，而加沙管道內(nèi)殘留水沙混合物則通過打開活動(dòng)堵頭，直接沖洗干凈。⑩系統(tǒng)完成工作任務(wù)，保養(yǎng)維修，下次再用。
權(quán)利要求1.用于潮汐河口泥沙物理模型的一種適時(shí)加沙系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括裝有潛水?dāng)嚢杵鳍坪蜐撍斏潮芒堑陌枭吵?1)、安裝在河口模型(10)處的采用計(jì)算機(jī)控制的模型加沙裝置(7)以及兩端分別連通拌沙池與模型加沙裝置的輸沙管道，輸沙管道上還裝有控制閘閥(6)與調(diào)壓裝置(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于潮汐河口泥沙物理模型的一種適時(shí)加沙系統(tǒng)，其特征在于所述的輸沙管道由進(jìn)水管⑷與回水管(5)組成，其中進(jìn)水管未端分成二路，一路通過法蘭與控制閘閥(6)接通，另一路與回水管(5)接通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于潮汐河口泥沙物理模型的一種適時(shí)加沙系統(tǒng)，其特征在于所述的調(diào)壓裝置(8)中，調(diào)壓管(81)豎立安裝且其頂端接通一排氣管(82)，排氣管的頂端裝有一排氣閥(8 以及排氣罩(84)；調(diào)壓管上還旁接一豎管，排氣管的底端以及豎管的底端分別通過回路管接通進(jìn)水管以及拌沙池。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于潮汐河口泥沙物理模型的一種適時(shí)加沙系統(tǒng)，其特征在于所述的模型加沙裝置(7)包括出口端裝有快速開啟堵蓋(7 的加沙管(71)以及支撐加沙管的可調(diào)托架(72)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于潮汐河口泥沙物理模型的一種適時(shí)加沙系統(tǒng)，其特征在于所述控制閘閥(6)通過電纜接通計(jì)算機(jī)(9)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及潮汐河口物理模型開展泥沙沖淤試驗(yàn)所需的一種加沙設(shè)施。所要解決的技術(shù)問題是提供的系統(tǒng)能依據(jù)潮汐的大小與變化過程適時(shí)控制加沙時(shí)間與加沙數(shù)量，以滿足潮汐河口物理模型的加沙工作的需要。技術(shù)方案是用于潮汐河口泥沙物理模型的一種適時(shí)加沙系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括裝有潛水?dāng)嚢杵骱蜐撍斏潮玫陌枭吵?、安裝在河口模型處的采用計(jì)算機(jī)控制的模型加沙裝置以及兩端分別連通拌沙池與模型加沙裝置的輸沙管道，輸沙管道上還裝有控制閘閥與調(diào)壓裝置。所述的輸沙管道由進(jìn)水管與回水管組成，其中進(jìn)水管未端分成二路，一路通過法蘭與控制閘閥接通，另一路與回水管接通。
文檔編號(hào)E02B1/02GK202181535SQ20112022858
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者曾劍, 潘存鴻, 熊紹隆, 陳剛, 韓海騫 申請(qǐng)人:浙江省水利河口研究院