CN101788377A - 旋转百叶门重力式内孤立波造波机 - Google Patents

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旋转百叶门重力式内孤立波造波机，由百叶门、联动控制组成，百叶门由若干细长薄型不锈钢叶片组成，全部叶片构成的“隔门”采用重叠方式排列，闭合时重叠部分具有良好的密封性；联动控制机构由联杆滑块、滑动导轨、汽缸和汽泵组成，每块不锈钢叶片与上下轴铆接，所有的上轴与对应上轴的联杆滑块的一端相接，所有联杆滑块均绕对应的叶片上轴旋转，所有联杆滑块的另一端与汽缸活塞杆连接，联杆滑块在滑动导轨上做往复运动，汽缸活塞带动活塞杆作往复运动时，带动联杆滑块运动，带动叶片的上轴同时旋转90度，实现百叶门的同步开启和闭合。本发明以界面密度落差产生内孤立波的机构运动幅度大大减小，造波质量得到有效提高，机械装置整体结构简洁、操作简单。

Description

旋转百叶门重力式内孤立波造波机
技术领域
本发明是一种模拟海洋波的重要实验装置，尤其是涉及密度分层水槽中产生内孤立波的装置，特别适用于横向宽、垂向深的大型水槽内模拟密度分层海洋中的大振幅内孤立波。
背景技术
密度的垂向变化是海洋的重要特征，海洋内波是发生在密度稳定层化的海水内部的一种波动，其最大振幅出现在海洋内部。一方面，海洋内波在海洋中起着重要的动力学作用，对提高海洋初级生产力以及海洋环境和生态保护具有重要的影响；另一方面，海洋内波尤其是大振幅内孤立波会对海上石油钻探与开采设施的安全作业产生影响，也是威胁水下航行器安全的重大隐患。通过在分层流试验水槽中模拟实际的海洋内孤立波，测试其与模型相互作用的特性，是目前内孤立波及其模型实验研究的基本方法。试验结果的准确性及可靠性很大程度上取决于实验室模拟的内孤立波是否能够准确反映自然的内孤立波。
实验室用于产生内孤立波的装置大致分为两类：一类是在水槽中通过直接扰动两层流体密度界面的机械装置产生内孤立波，常用的机械装置有活塞式和摇板式等。这类装置常用于界面清晰、尤其是互不溶混的两种密度流体界面，其控制内孤立波要素(如波幅和波长等)的机构较为复杂。另一类是利用置于水槽一端的“隔门”两侧形成的流体密度界面落差，通过机械装置将“隔门”瞬间开启，由密度界面高度落差的重力运动产生内孤立波，常用的机械装置有提升闸门式、卷帘门式和槽拉门式等。这类装置主要优点是控制原理简单、且不受两种流体介质界面溶混与否限制，故应用较为广泛。后一类装置的主要问题是当水槽宽度和深度尺寸变大时，设计相应尺寸“隔门”的瞬间开启机构变大，由于水槽通常由玻璃材料建造，导致安全性变差；又由于“隔门”的尺寸变大，其瞬间开启时的运动幅度变大，加剧了对水体的扰动，导致内孤立波的造波质量受到直接影响，以致影响实验结果。
发明内容
本发明目的是：为克服大型分层流试验水槽中相互溶混界面内孤立波造波机体积大、安全性差，以及造波质量不易控制等不足，同时遵循结构简洁、操作安全便利的原则，本发明提出并试制成功一种新型内孤立波造波装置-旋转百叶门重力式内波造波装置。这种造波装置的“隔门”瞬间开启机构不仅大小得到有效控制，而且瞬间开启快，对水体扰动小，操作安全便利，能提供较理想质量的内孤立波造波。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：旋转百叶门重力式内孤立波造波装置，由百叶门、联动控制组成；百叶门由若干细长薄型不锈钢叶片组成，每块叶片可同步瞬间旋转开启和闭合，根据分层流水槽横截面实际大小和机械结构设计限制确定叶片的数量和尺寸规格，取百叶门叶片数目为n(如n＝18，一般10-30之间)，单叶片长度为L(如L＝600mm，一般300-1000mm)、宽度为D(如D＝70mm，一般40-100mm)、厚度为d(如d＝1.7mm)、叶片间距为l(如l＝6mm，一般4-10mm)，全部叶片构成的“隔门”采用重叠方式排列，闭合时重叠部分具有良好的密封性；百叶门的高度低于液面以保持顶部的溢流通道，闭合时即形成新型内波造波装置的“隔门”；单块叶片的设计宽度越小，开启时旋转的阻力就越小，对水体的扰动也就越小。
联动控制机构由联杆滑块、滑动导轨、汽缸和汽泵组成。每块不锈钢叶片与上下轴铆接，所有叶片的上轴与对应上轴的联杆滑块的一端相接，所有联杆滑块均绕对应的叶片上轴旋转，所有联杆滑块的另一端与汽缸活塞杆连接，联杆滑块在滑动导轨上做往复运动，气缸活塞由汽泵提供气源驱动。汽缸活塞带动活塞杆作往复运动时，带动联杆滑块运动，并带动18块叶片的上轴同时旋转90°度，实现百叶门的同步开启和闭合。简而言之，即通过将叶片与可在直线导轨上做往复运动的滑块连接，采用气动换向阀的操作方式，以压缩空气为动力驱动气缸活塞，由活塞连接杆带动滑块往复运动，使叶片旋转90°度，实现百叶门的同步“瞬时”开启和闭合。
另设有纵移轨道机构，由安装在分层流水槽长度方向两侧的直线导轨、滚珠丝杆和两台蜗轮蜗杆减速器组成，两台蜗轮蜗杆减速器串行联接，并联接滚珠丝杆和直线导轨驱动百叶门与联动控制箱沿直线导轨运动，其向前和向后运动由方向摇柄或步进电机驱动蜗轮蜗杆完成。
本发明旋转百叶门重力式内孤立波造波装置是适用于大型分层流水槽中的实验设备，在利用密度落差产生内孤立波的造波机构中首次采用了旋转百叶门形式的造波方案，可根据水槽横截面实际尺寸大小确定百叶门叶片的数目、宽度和长度，采用闭合百叶门沿水槽纵向移动和顶部溢流调节水体方式实现界面密度落差条件，以气动活塞运动与联动控制实现百叶门的同步“瞬时”开启，由密度界面高度落差的重力运动产生内孤立波。百叶门的开启速度和角度可根据试验要求进行调节。旋转百叶门重力式内孤立波造波装置安装在直线导轨上，百叶门和联动控制箱组成的造波机主体安装于沿水槽长度方向铺设的直线导轨上，两台减速器通过串行联结带动滚珠丝杆，采用方向摇柄或步进电机控制方式实现造波机主体沿水槽纵向的移动。通过移动闭合百门，经顶部溢流通道调节上层流体在栅门两侧的体积，以达到控制“挡板”两侧密度界面高度落差之目的。利用方向摇柄或步进驱动的操纵方式，通过两台蜗轮蜗杆减速器的串行联结带动直线滚珠丝杆，驱动百叶门和控制箱沿线性导轨在水槽纵向的移动。保持两层流体总深度高于百叶门，向前(或向后)移动闭合百叶门，使上层流体经顶部溢流通道自动调节在百叶门两侧的体积，以提升(或降低)水槽一端两层流体密度界面位置，形成百叶门两侧密度界面高度落差。
本发明的有益效果是，以界面密度落差产生内孤立波的机构运动幅度大大减小，机构运动对大型水槽的安全性得到可靠保证，造波质量得到有效提高，机械装置整体结构简洁、操作简单。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构原理图。
图2是本发明实施例的侧视图。
图3是本发明装置实际造波效果示例。
图中，1.栅叶片，2.叶片上轴，3.叶片下轴，4.联动控制箱，5.联杆滑块，6.气缸活塞，7.滑动导轨，8.换向阀，9.蜗轮蜗杆减速器，10.滚珠丝杆，11.直线导轨，12.方向摇柄，13.步进电机，14.汽泵，15.玻璃水槽，16.盐水层，17.清水层。
具体实施方式
在图1中，每块叶片1通过叶片上轴2、叶片下轴3与联动控制箱体4连接，叶片上轴一端2与联杆滑块一端5连接，联杆滑块另一端由气缸活塞6带动在滑动导轨7上做往复运动，往复运动方向由换向阀8控制。
两台蜗轮蜗杆减速器9串行联结，通过滚珠丝杆10驱动百叶门与联动控制箱4沿直线导轨11运动，其向前和向后运动由方向摇柄12或步进电机13控制。
在图2所示实施例中，第I步：根据分层流水槽中实际需产生的内孤立波属性，如下凹(上凸)、波高、波长和波数目，由相关公式计算，确定百叶门的初始位置L0和水平向左(右)移动距离S；第II步：由换向阀8控制开启百叶门，再由方向摇柄12或步进电机13控制百叶门水平移动至初始位置；第III步：由换向阀8控制关闭百叶门，再由方向摇柄12或步进电机13控制将百叶门水平向左(右)移动距离S，经顶部溢流通道调节上层流体在百叶门两侧的体积，由此形成百叶门两侧的密度界面落差；第IV步：由换向阀8控制瞬间开启百叶门，密度界面高度落差在重力作用下发展成下凹(上凸)型内孤立波。

Claims (2)

1.旋转百叶门重力式内孤立波造波机，其特征是由百叶门、联动控制组成，百叶门由若干细长薄型不锈钢叶片组成，每块叶片可同步瞬间旋转开启和闭合，百叶门叶片数目为n，单叶片长度为L、宽度为D、叶片间距为d，全部叶片构成的“隔门”采用重叠方式排列，闭合时重叠部分具有良好的密封性；联动控制机构由联杆滑块、滑动导轨、汽缸和汽泵组成，每块不锈钢叶片与上下轴铆接，所有的上轴与对应上轴的联杆滑块的一端相接，所有联杆滑块均绕对应的叶片上轴旋转，所有联杆滑块的另一端与汽缸活塞杆连接，联杆滑块在滑动导轨上做往复运动，汽缸活塞带动活塞杆作往复运动时，带动联杆滑块运动，带动叶片的上轴同时旋转90度，实现百叶门的同步开启和闭合。
2.由权利要求1所述的旋转百叶门重力式内孤立波造波机，其特征是另设有纵移轨道机构，由安装在水槽长度方向两侧的直线导轨、滚珠丝杆和两台蜗轮蜗杆减速器组成，两台蜗轮蜗杆减速器串行联接，并联接滚珠丝杆和直线导轨驱动百叶门与联动控制箱沿直线导轨运动，其向前和向后运动由方向摇柄或步进电机驱动蜗轮蜗杆完成，旋转百叶门重力式内孤立波造波机安装在直线导轨上。
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