CN103065537A - 一种旋转式多功能明渠试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转式多功能明渠试验装置，属于水利试验技术领域，该装置由水箱段、固定明渠段和旋转明渠段构成。水箱段分为两层三箱，下层为储水箱，上层由调节流量的挡板隔开，左侧为溢水过渡箱，右侧为稳水箱；固定明渠段由梯形截面的明渠出水槽和弧形截面回水渠道组成，出水槽和回水渠道之间是明渠水槽床底，在回水渠道出口为三角量水堰；旋转明渠段由两端支架支撑，固定在旋转轴上，有四个对称的明渠水槽，水槽之间由30°弧形水槽固定翼连接。本发明实现了在同一平台上开展四种以上明渠实验的目的，节约多个水泵，节省大量试验室空间和试验经费，结构合理，应用范围广，适应性强，具有重要的实用价值及推广应用前景。

Description

一种旋转式多功能明渠试验装置

技术领域：

本发明涉及一种旋转式多功能明渠试验装置，属于水利试验技术领域，实现在同一实验平台研究堰流、闸孔出流、圆柱绕流、明渠水跃和水跌以及丁坝、顺坝和锁坝附近的水流脉动压强等水流现象。

背景技术：

明渠水流实验在水利工程的建设和学科发展中占有重要的地位，水工模型实验是研究水力要素及水流现象的基本方法，堰流、闸孔出流、明渠水跃和水跌以及水工建筑物附近水流脉动压强等水流现象是高等院校水力学和流体力学课程的主要研究内容，观察实际水流现象可以验证水力学基本理论，增强感性认识，巩固理论知识。然而，现有的明渠实验装置存在设备体积大、占用实验室面积多，成本高的不足，致使配置的实验装置台套数都较少，一个实验装置一般也只能完成一类实验项目，难以满足实验教学需要，严重影响实验教学进度。本发明采用旋转方式创造性地将多种水力学明渠试验集为一身，能够节省大量实验室场地和空间，减少水泵数量，节约实验成本，克服了实验装置功能单一而占地面积大等缺点，为水力学实验的开展提供了新的思路。

发明内容：

本发明的目的：

提供一种旋转式多功能明渠试验装置，解决现有明渠试验装置功能单一、占地大、成本高等缺陷。装置的特殊设计实现了在一个水箱和一段固定明渠组成的实验平台上开展多种水力学明渠试验的目的，不仅节约水泵和水箱，而且节省占地面积和空间，适应性强，应用前景广阔。

本发明的技术方案：

旋转式多功能明渠试验装置由水箱、水泵、压力管道、消能罩、挡板、明渠水槽、回水渠道、水槽固定翼、旋转轴、支架、测针滑动架、活动水位测针、刻度尺等构成。

上述水箱分为两层三箱，下层为储水箱，上层由调节流量的有机玻璃挡板隔开，左侧为溢水过渡箱，右侧为稳水箱（明渠源头），储水箱中的水泵通过压力管道与消能罩相连，有机玻璃挡板可以在挡板滑动槽中上下滑动调节稳水箱水量的水位。固定明渠由梯形截面的明渠出水槽和弧形截面回水渠道组成，回水渠道底面由右向左为楔型曲面，出口端为测量实验流量的三角量水堰，出水槽和回水渠道之间是明渠试验水槽底床。旋转明渠由两端支架支撑，固定在旋转轴上，有四个对称的明渠水槽，水槽之间由30°弧形固定翼连接，槽底与旋转轴之间有四条回水渠道，对称明渠水槽每次旋转90°后，恰好与固定明渠装置完全吻合，从水箱出口到旋转明渠末端，明渠连接为一个整体，相应的回水渠道也连接为一整体，并与水箱相通，组成一个可循环系统。旋转明渠底坡可调节，不同的明渠水槽中可设置不同的水工建筑物用来完成不同的实验项目。

附图说明：

图1是本发明的一个结构示意图。

图2是图1中可旋转对称明渠水槽两端横截面图。

图中：1－旋转明渠水槽；2－明渠水槽底床；3－水槽固定翼；4－回水渠道进口；4^*－回水渠道出口（三角量水堰）；5－旋转轴；6－升降阀；7－支架；8－水泵；9－压力管道；10－刻度尺；11－储水箱；12－消能罩；13－溢水回流管；14－溢水过渡箱；15－挡板滑动槽；16－有机玻璃挡板；17－稳水箱（源头）；18－梯形水流出口；19－固定明渠水槽；20－水槽衔接缝（卡槽）；21－活动水位测针；22－测针滑动架；23－旋转轴凹槽。

具体实施方式：

如图1～2所示，该装置主体由水箱段、固定明渠段和旋转明渠段组成，材料为有机玻璃，另外还包括活动水位测针、旋转明渠支架和旋转轴等。

水箱段分为两层三箱，下层为储水箱11，储存足够的水量，储水箱中的水泵8通过压力管道9与消能罩12相连；上层由调节流量的有机玻璃挡板16隔开，右侧为稳水箱（明渠源头）17，消能罩12固定在稳水箱底部并与之相通，左侧为溢水过渡箱14，有机玻璃挡板在挡板滑动槽15中上下滑动调节稳水箱流量的水位，过量的水将跃过挡板流入溢水过渡箱14，并通过溢水回流管13返回储水箱11。

固定明渠段起始端与稳水箱17的梯形水流出口18以及储水箱11的回水渠道出口4^*固定并相通，固定明渠水槽19末端通过水槽衔接缝20和橡胶密封圈与旋转明渠水槽1左端某一明渠水槽相连接，固定明渠水槽19的床面也相应地与旋转明渠水槽底床2连接为一整体。固定明渠段的回水渠道底面为由右向左的楔型曲面，回水渠道出口4^*为测量实验流量的三角量水堰。

旋转明渠段由两端支架7支撑，固定在旋转轴5上，旋转轴架在两个支架上，旋转轴外缘两端表面分别有四个2cm×1cm×2cm的凹槽，凹槽分别垂直四个明渠底面，支架顶部有2cm×1cm×4cm的竖直凹槽，支架顶端凹槽与旋转轴凹槽间用8cm×1cm×6cm塞子销住固定渠身。旋转轴5为变直径柱体，右端直径比左端直径大，有利于水流回流。有四个对称的明渠水槽1，明渠水槽1的底坡由升降阀6控制，为正坡或平坡，范围在0～5°之间。明渠水槽1之间由四对30°弧形水槽固定翼3连接，水槽固定翼3与旋转轴5组合为整体，两端弧形固定翼（纵向）之间为空心，方便在明渠壁面处装测压管测定水流脉动压强。明渠水槽底床2与旋转轴5之间有四条60°弧形截面的回水渠道，回水渠道的渠底与旋转轴5紧密接触，由右向左形成一定角度的底坡，底坡由旋转轴5的轴径和升降阀6共同决定，但始终保持正坡渠底。明渠水槽底床2的右端为漏斗形，漏斗与回水渠道进口4相通，使得明渠水槽1中的水流正好跌落进入对应的回水渠道进口4中。旋转明渠水槽1每旋转90°后，恰好与固定明渠装置完全吻合，即某一条旋转明渠水槽1与固定明渠水槽19贯通，相应的回水渠道也与固定明渠段的回水渠道贯通。从梯形水流出口18到旋转明渠水槽1末端，明渠连接为一个整体，相应的回水渠道也连接为一整体，并与水箱相通，组成一个可循环系统。

旋转明渠段与固定明渠段之间，在衔接处通过水槽衔接缝（卡槽）和橡胶圈密封。

四个旋转明渠水槽1中可以设置不同的水工建筑物模型，如，堰（薄壁堰、实用堰、宽顶堰）、闸（平板、弧形）、坝（顺坝、丁坝、锁坝）和桥墩等，研究水力学中的薄壁堰流、实用堰流、宽顶堰流、闸孔出流、圆柱绕流、明渠水跃和水跌以及坝体附近的水流脉动等水流现象。

Claims (8)

1.一种旋转式多功能明渠试验装置，主体为四个可旋转的对称明渠水槽，水槽之间由弧形固定翼连接，槽底与旋转轴之间有回水渠道，另外包括水箱、连接水箱与旋转明渠水槽的固定明渠装置和支撑旋转明渠水槽的支架，其特征在于：所述可旋转的对称明渠水槽每次旋转90°后，恰好与固定明渠装置完全吻合，从水箱出口到旋转明渠末端，明渠连接为一个整体，相应的回水渠道也连接为一整体，并与水箱相通，组成一个可循环系统；旋转明渠底坡可调节，不同的明渠水槽中设置有不同的水工建筑物。

2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述的可旋转的对称明渠水槽可以在一个水箱和一段固定明渠组成的实验平台上实现多种水力学明渠试验，所述的中间固定明渠与水箱出口固定成一个整体，与可旋转的对称明渠水槽衔接处通过水槽衔接缝（卡槽）和橡胶圈密封。

3.根据权利要求1或2所述的试验装置，其特征在于：所述的试验装置在同一实验平台上完成四类水力学试验时，可以节约三个水泵和三个水箱的成本，同时节省三倍该实验平台的占地面积和空间。

4.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于：所述的旋转对称明渠水槽通过升降阀可以调节底坡0～5°，水槽两端的不同槽（横线）之间由30°弧形固定翼连接，水槽两端弧形固定翼（纵向）之间为空心，方便在设置水工建筑物的明渠壁面处装测压管测定水流脉动压强。

5.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于：所述的旋转轴架在两个支架上，旋转轴外缘两端表面分别有四个2cm×1cm×2cm的凹槽，凹槽分别垂直四个明渠底面，支架顶部有2cm×1cm×4cm的竖直凹槽，支架顶部凹槽与旋转轴凹槽间用8cm×1cm×6cm塞子销住固定渠身。

6.根据权利要求1或2所述的测试装置，其特征在于：所述的水箱分为两层三箱，下层为储水箱，上层由调节流量的挡板隔开，左侧为溢水过渡箱，右侧为稳水箱，储水箱中的水泵与稳水箱上的消能罩之间用压力管道连接。

7.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于：所述的回水渠道由可旋转的对称明渠水槽中的某一条回水渠道和固定明渠下部的回水渠道连接而成，可旋转的对称明渠水槽出口端底部为漏斗形，与回水渠道进口端相通，回水渠道底部具有一定倾角，进水端比出水端略高。

8.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于：所述的固定明渠水槽下部的回水渠道底面由右向左为楔型曲面，出口端为三角量水堰。

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