CN103809634B - 含水构造导通水流量控制装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了含水构造导通水流量控制装置及其工作方法，包括埋设于土壤模拟模型内的含水构造装置，所述含水构造装置分别通过含水构造进水管和含水构造出水管与水箱连接；所述含水构造进水管上设有用于控制含水构造进水管水流量的进水装置，所述含水构造出水管上设有用于控制含水构造出水管水流量的出水装置，所述进水装置和出水装置均与对含水构造装置的实时流量和总体流量控制并尽可能使含水构造装置的进水流量和出水流量的保持一致的流量控制器连接，所述流量控制器与计算机连接。该含水构造导通水流量控制装置具有廉价、流量大、吸程4米以上、能够通过少量泥沙、能够对实时流量和总体流量进行反馈控制和实时显示、自动化控制的特点。

Description

含水构造导通水流量控制装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种含水构造导通水流量控制装置，尤其涉及含水构造导通水流量控制装置及工作方法。

背景技术

随着生产力和科学技术的发展，愈来愈多的建筑物需要修建在具有复杂地质构造的岩基上或岩体内，如大坝、厂房、地下洞室等。这类建筑物的抗滑稳定性、地下结构的围岩稳定，基础变形对建筑物结构的影响等，都是地质力学模型所研究的对象。地质力学模型主要研究模拟岩体的断层、破碎带、软弱夹层等不连续构造对结构的应力分布和变形状态的影响及岩体稳定和工程安全问题它着重研究结构超出弹性范围以外的性能。

地质力学模型试验是研究地下溶洞、暗河等不良地质体对地质构造稳定性的影响的一种十分有效的手段。在模型试验中，常常使用含水构造来模拟溶洞、暗河等不良地质体，而研究溶洞、暗河等不良地质体中不同水的实时流量与地质构造稳定性的关系是十分重要的课题。试验开始时需要先往含水构造中注入一定量的水，因此需要流量控制装置具有总体流量控制功能，如果注入的水量不足或者过多将导致试验结果不准确；然后含水构造需要以一个设定的实时流量同步进水和出水以研究水实时流量与地质构造稳定性的关系，因此需要控制装置能够对进水实时流量和出水实时流量进行控制，如果进水实时流量与出水实时流量不一致将导致含水构造内水量不足或者水量过多溢出含水构造，因此需要流量控制装置具有实时流量控制功能。综上所述，迫切需要一种具有总体流量和实时流量控制的含水构造导通水流量控制装置。

现有的流量控制系统多用于城市供水和工厂用水中，大多以水压控制和水量定量控制为主，且要求水中不能含有较多杂质，因此完全不适用于含水构造导通水流量控制。现有能实现对实时流量进行精确控制的装置只有计量泵，但是计量泵有很多缺点，比如：价格很高，流量很小，吸程很小只有2米左右，无法对总体流量进行定量控制，没有反馈控制功能，不能通过泥沙等介质。综上所述，现有产品中完全没有适用于含水构造导通水流量控制的装置。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种含水构造导通水流量控制装置及工作方法，且该装置具有以下特点：廉价，流量大，吸程4米以上，能够通过少量泥沙，能够对实时流量和总体流量进行反馈控制和实时显示。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

含水构造导通水流量控制装置，包括埋设于土壤模拟模型内的含水构造装置，所述含水构造装置分别通过含水构造进水管和含水构造出水管与水箱连接；所述含水构造进水管上设有用于控制含水构造进水管水流量的进水装置，所述含水构造出水管上设有用于控制含水构造出水管水流量的出水装置，所述进水装置和出水装置均与对含水构造装置的实时流量和总体流量控制并使含水构造装置的进水流量和出水流量的保持一致的流量控制器连接，所述流量控制器与计算机连接。

所述水箱上设有水箱进水管和水箱排水管，所述水箱进水管上设有水箱进水电磁阀，所述水箱排水管上设有水箱排水电磁阀，所述水箱上还设有水位控制器，所述水位控制器分别与水箱进水电磁阀和水箱排水电磁阀连接。

所述含水构造装置顶端设有含水构造通气管，所述含水构造装置两端分别与含水构造进水管和含水构造出水管连接，所述含水构造进水管与含水构造连接的位置设有含水构造进水过滤网，所述含水构造出水管与含水构造连接的位置设有含水构造出水过滤网，所述含水构造进水管与水箱连接的位置设有水箱过滤网。

所述进水装置包括依次连接的进水过滤器、进水柱塞泵、进水流量计和进水单向阀，其中所述进水过滤器安装在含水构造进水管与水箱连接的一端，所述进水柱塞泵与进水变频电机连接，所述进水变频电机与进水变频器连接，所述进水变频器与流量控制器连接。

所述出水装置包括依次连接的出水单向阀、出水过滤器、出水流量计和出水柱塞泵，所述出水单向阀安装在含水构造装置与含水构造出水管连接的一端；所述出水柱塞泵与出水变频电机连接，所述出水变频电机与出水变频器连接，所述出水变频器与流量控制器连接。

所述进水柱塞泵和出水柱塞泵的内部结构是一样的。

所述出水柱塞泵包括柱塞缸，所述柱塞缸安装在含水构造出水管上，所述柱塞缸内部设有柱塞，所述柱塞通过连杆与皮带轮连接，所述皮带轮通过皮带与出水变频电机连接，所述柱塞缸与含水构造出水管连接的两端分别设有密封塞。

所述进水柱塞泵包括柱塞缸，所述柱塞缸安装在含水构造进水管上，所述柱塞缸内部设有柱塞，所述柱塞通过连杆与皮带轮连接，所述皮带轮通过皮带与进水变频电机连接，所述柱塞缸与含水构造进水管连接的两端分别设有密封塞。

所述水箱的材料为透明有机玻璃，所述含水构造进水管、含水构造出水管、含水构造通气管均使用透明PVC管。

所述含水构造装置由非金属材料制成，表面具有若干孔隙，能够以慢速率向外渗水。

所述土壤模拟模型包括模型外壳，所述模型外壳内部含有相似填充材料，所述相似填充材料中埋有用于模拟溶洞的含水构造装置、含水构造进水管、含水构造出水管和含水构造通气管，所述含水构造装置埋深4米，所述含水构造通气管上端露出相似填充材料的上表面；所述水箱和进水装置均位于土壤模拟模型的上方，所述相似填充材料中插入探头，所述探头与探测仪器连接，所述探测仪器、流量控制器、计算机均位于土壤模拟模型一侧的设备控制台上。

所述模型外壳、含水构造装置、含水构造进水管、含水构造出水管、含水构造通气管、含水构造进水过滤网、含水构造出水过滤网均使用非金属材料。

含水构造导通水流量控制装置的工作方法，包括如下步骤：

水箱进水管在水箱进水电磁阀的控制下向水箱供水，水箱中的水在出水电磁阀的控制下通过水箱排水管排出，水箱通过含水构造进水管为含水构造装置供水，从含水构造装置中排出的水通过含水构造出水管排向水箱，含水构造进水管和含水构造出水管的进水量和出水量分别通过进水装置和出水装置控制，所述进水装置和出水装置分别通过对含水构造装置的实时流量和总体流量控制并使含水构造装置的进水流量和出水流量的保持一致的流量控制器控制，所述流量控制器通过计算机控制。

所述进水装置的工作方法为：

进水柱塞泵将水从水箱中抽出并冲入含水构造装置中，进水流量计检测含水构造进水管中水的实时流量，进水单向阀使含水构造进水管中的水只能从水箱流向含水构造装置中而不能倒流，防止柱塞泵在启动或停止时产生的水倒流现象造成设备损坏。

所述出水装置的工作方法与进水装置的工作方法一致。

所述进水柱塞泵的工作方法为：

变频器为变频电机供电，变频电机通过皮带驱动皮带轮，皮带轮带动柱塞缸内的柱塞运动，柱塞通过运动带动含水构造进水管内密封塞的开启与闭合，从而控制进水流量。

所述出水柱塞泵的工作方法与进水柱塞泵的工作方法一致。

所述进水流量计的工作方法为：

进水流量计采集实时流量实际值并负反馈到流量控制器上，流量控制器则根据实时流量实际值和实时流量设定值进行负反馈控制；

当进水流量计采集到的实时流量实际值小于实时流量设定值时，流量控制器控制进水变频器增加输出交流电的频率，使进水变频电机的转速增加从而增大柱塞泵的流量；

反之，当进水流量计采集到的实时流量实际值大于实时流量设定值时，流量控制器控制进水变频器降低输出交流电的频率，使进水变频电机的转速降低从而减小进水柱塞泵的流量。

所述出水流量计的工作方法与所述进水流量计相同。

所述水箱中装有水位控制器，水位控制器装有高中低3条水位检测线A、B、C，分别位于水箱中不同高度的位置，

当水位控制器检测到水箱中的水位低于检测线C时，水位控制器控制水箱进水电磁阀打开水箱进水管为水箱供水；

当水位控制器检测到水箱中的水位高于检测线B时，水位控制器控制水箱进水电磁阀关闭水箱进水管停止为水箱供水；

当水位控制器检测到水箱中的水位高于检测线A时，水位控制器控制水箱进水电磁阀打开水箱排水管排出水箱中的水；

当水位控制器检测到水箱中的水位低于检测线B时，水位控制器控制水箱排水电磁阀关闭水箱排水管停止水箱排水；

除了自动水位控制外，还能够手动操作水位控制器控制水箱进水电磁阀打开和关闭，手动为水箱供水或排水；水位控制器使水箱中始终存有水，且水不会溢出水箱。

本发明的有益效果：

(1)水位控制器使水箱中始终存有一定量的水且不会溢出水箱，从而为含水构造提供充足的用水，且不用人工干预，极大地提高了整套装置的自动化程度。

(2)柱塞泵具有很大的流量和送水压力，且具有外部调压装置能根据需要调节送水压力，还可以通过一定量的泥沙，能够很好的模拟溶洞中的高压导通水，而且柱塞泵的吸程高达5米以上，可以适用于埋深较大的含水构造。

(3)变频器只需产生在一定频率范围内变化的交流电就可以控制变频电机的转速，从而控制柱塞泵的流量，可以很容易且较准确的实现实时流量控制，同时记录工作时间还可以对总体流量进行定量控制。

(4)流量控制器和流量计构成反馈流量控制系统，能够实现对实时流量的准确控制，同时还可以对实时流量和总体流量进行设定和显示，大大提供了整套装置的自动化程度。

(5)含水构造进水管顶端安装有过滤网，可以防止异物堵塞含水构造进水管。

(6)空气通过含水构造通气孔进出含水构造，保持含水构造中的气压正常，从而使水能够流畅的进出含水构造，且当含水构造中的水过量时能够通过含水构造通气孔排出。

(7)含水构造导通水流量控制装置具有以下特点：(1)廉价、(2)流量大、(3)吸程4米以上、(4)能够通过少量泥沙、(5)能够对实时流量和总体流量进行反馈控制和实时显示、(6)自动化控制。

(8)分别使用两套独立的柱塞泵和流量计进行含水构造进水流量和出水流量反馈控制，并通过同一个流量控制器进行总体控制，能够对含水构造的总体流量和实时流量进行控制，并能使进水流量和出水流量保持一致。

附图说明

图1为含水构造导通水流量控制装置连接示意图；

图2为实时流量反馈控制系统框图；

图3为含水构造导通水流量控制装置安装示意图；

图中：1.水箱进水管，2.水箱进水电磁阀，3.水位控制器，4.水箱，5.水箱过滤网，6.含水构造进水管，7.水箱排水管，8.进水过滤器，9.进水柱塞泵，10.进水变频电机，11.进水流量计，12.进水变频器，13.进水单向阀，14.含水构造通气管，15.含水构造装置，16.流量控制器，17.计算机，18.含水构造出水管，19.皮带，20.密封塞，21.柱塞缸，22.柱塞，23.连杆，24.皮带轮，25.进水装置，26.探头，27.探测仪器，28.模型外壳，29.相似填充材料，30.设备控制台，31.实时流量设定值，32.扰动，33.实时流量实际值，34.负反馈，35.出水单向阀，36.出水过滤器，37.出水流量计，38.出水柱塞泵，39.出水变频电机，40.出水变频器，41.出水装置，42.水箱排水电磁阀，43.含水构造进水过滤网，44.含水构造出水过滤网。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

图1为含水构造导通水流量控制装置连接示意图，

含水构造导通水流量控制装置，包括含水构造装置15，所述含水构造装置15分别通过含水构造进水管6和含水构造出水管18与水箱4连接；所述含水构造进水管6上设有进水装置25，所述含水构造出水管18上设有出水装置41，所述进水装置25和出水装置41均与流量控制器16连接，所述流量控制器16与计算机17连接。

所述水箱4上设有水箱进水管1和水箱排水管7，所述水箱进水管1上设有水箱进水电磁阀2，所述水箱排水管7上设有水箱排水电磁阀42，所述水箱4上还设有水位控制器3，所述水位控制器3分别与水箱进水电磁阀2和水箱排水电磁阀42连接。

所述含水构造装置15顶端设有含水构造通气管14，所述含水构造装置15两端分别与含水构造进水管6和含水构造出水管18连接，所述含水构造进水管6与含水构造连接的位置设有含水构造进水过滤网43，所述含水构造出水管18与含水构造连接的位置设有含水构造出水过滤网44，所述含水构造进水管6与水箱4连接的位置设有水箱过滤网5。

所述进水装置25包括依次连接的进水过滤器8、进水柱塞泵9、进水流量计11和进水单向阀13，其中所述进水过滤器8安装在含水构造进水管6与水箱4连接的一端，所述进水柱塞泵9与进水变频电机10连接，所述进水变频电机10与进水变频器12连接，所述进水变频器12与流量控制器16连接。

所述出水装置41包括依次连接的出水单向阀35、出水过滤器36、出水流量计37和出水柱塞泵38，所述出水单向阀35安装在含水构造装置15与含水构造出水管18连接的一端；所述出水柱塞泵38与出水变频电机39连接，所述出水变频电机39与出水变频器40连接，所述出水变频器40与流量控制器16连接。

所述进水柱塞泵9和出水柱塞泵38的内部结构是一样的。

所述出水柱塞泵38包括柱塞缸21，所述柱塞缸21安装在含水构造出水管18上，所述柱塞缸21内部设有柱塞22，所述柱塞22通过连杆23与皮带轮24连接，所述皮带轮24通过皮带19与出水变频电机39连接，所述柱塞缸21与含水构造出水管18连接的两端分别设有密封塞20。

所述出水柱塞泵38包括柱塞缸21，所述柱塞缸21安装在含水构造进水管6上，所述柱塞缸21内部设有柱塞22，所述柱塞22通过连杆23与皮带轮24连接，所述皮带轮24通过皮带19与进水变频电机10连接，所述柱塞缸21与含水构造进水管6连接的两端分别设有密封塞20。

所述水箱4的材料为透明有机玻璃，所述含水构造进水管6、含水构造出水管18、含水构造通气管14均使用透明PVC管。

所述含水构造装置15由非金属材料制成，表面具有若干孔隙，能够以很慢的速率向外渗水。

含水构造导通水流量控制装置的工作方法，包括如下步骤：

水箱进水管1在水箱进水电磁阀2的控制下向水箱4供水，水箱4中的水在出水电磁阀的控制下通过水箱排水管7排出，水箱4通过含水构造进水管6为含水构造装置15供水，从含水构造装置15中排出的水通过含水构造出水管18排向水箱4，含水构造进水管6和含水构造出水管18的进水量和出水量分别通过进水装置25和出水装置41控制，所述进水装置25和出水装置41分别通过流量控制器16控制，所述流量控制器16通过计算机17控制。

所述进水装置25的工作方法为：

进水柱塞泵9将水从水箱4中抽出并冲入含水构造装置15中，流量计检测含水构造进水管6中水的实时流量，进水单向阀13使含水构造进水管6中的水只能从水箱4流向含水构造装置15中而不能倒流，防止柱塞泵在启动或停止时产生的水倒流现象造成设备损坏。

所述出水装置41的工作方法与进水装置25的工作方法一致。

所述进水柱塞泵9的工作方法为：

变频器为变频电机供电，变频电机通过皮带19驱动皮带轮24，皮带轮24带动柱塞缸21内的柱塞22运动，柱塞22通过运动带动含水构造进水管6内密封塞20的开启与闭合，从而控制进水流量。

所述出水柱塞泵38的工作方法与进水柱塞泵9的工作方法一致。

所述流量控制器16的工作方法为：

所述进水流量计11和出水流量计37分别产生一个与实际流量成正比的电信号并发送给流量控制器16，所述流量控制器16根据这个电信号进行流量反馈控制，流量控制器16对含水构造的进水变频器12和出水变频器40分别进行控制，进水变频器12和出水变频器40分别控制进水变频电机10和出水变频电机39，所述进水变频电机10和出水变频电机39分别控制进水柱塞泵9和出水柱塞泵38，进水柱塞泵9和出水柱塞泵38分别控制进水流量和出水流量，从而实现了流量控制器16对实时流量和总体流量控制，使含水构造的进水流量和出水流量尽可能的保持一致；所述流量控制器16允许设定和显示需要控制的实时流量和总体流量，并能够对整套流量控制装置的启动和停止进行控制，计算机17能够对流量控制器16进行远程通信控制，使得操作人员在远处进行监控。

水箱4使用透明有机玻璃制作而成，含水构造进水管6、含水构造出水管18、含水构造通气管14均使用透明PVC管，透明水箱4和管道可以清晰的看到内部水的流向和状态，有利于故障排除和试验观测。水箱进水管1向水箱4供水，水箱4中的水通过水箱排水管7排出，水箱进水管1和水箱排水管7分别通过水箱进水电磁阀2和水箱排水电磁阀42进行控制，含水构造进水管6顶端安装有水箱过滤网5，可以防止异物堵塞含水构造进水管6，含水构造进水管6与水箱4的底部相连，水箱4通过含水构造进水管6为含水构造装置15供水，从含水构造装置15中排出的水通过含水构造出水管18排向水箱4，从而使含水构造装置15中的水循环使用，节约用水。水箱4中装有水位控制器3，水位控制器3装有3条水位检测线A、B、C，分别位于水箱4中不同高度的位置，当水位控制器3检测到水箱4中的水位低于检测线C时，水位控制器3控制水箱进水电磁阀2打开水箱进水管1为水箱4供水；当水位控制器3检测到水箱4中的水位高于检测线B时，水位控制器3控制水箱进水电磁阀2关闭水箱进水管1停止为水箱4供水；当水位控制器3检测到水箱4中的水位高于检测线A时，水位控制器3控制水箱进水电磁阀2打开水箱排水管7排出水箱4中的水；当水位控制器3检测到水箱4中的水位低于检测线B时，水位控制器3控制水箱排水电磁阀42关闭水箱排水管7停止水箱4排水；除了自动水位控制外，还可以手动操作水位控制器3控制水箱进水电磁阀2打开和关闭，手动为水箱4供水或排水。水位控制器3可以使水箱4中始终存有一定量的水，且水不会溢出水箱4，从而为含水构造装置15提供充足的用水，且不用人工干预，极大地提高了整套装置的自动化程度。

水箱4通过含水构造进水管6为含水构造装置15供水，从上到下含水构造进水管6上依次连接有进水过滤器8、进水柱塞泵9、进水流量计11、进水单向阀13。进水过滤器8能够防止异物损坏进水柱塞泵9及进水流量计11，进水柱塞泵9将水从水箱4中抽出并冲入含水构造装置15中，进水流量计11能够检测含水构造进水管6中水的实时流量，进水单向阀13使含水构造进水管6中的水只能从水箱4流向含水构造装置15中而不能倒流，防止进水柱塞泵9在启动或停止时产生的水倒流现象造成设备损坏。含水构造装置15由非金属材料制成，表面具有若干孔隙，能够以很慢的速率向外渗水；含水构造进水管6和含水构造出水管18与含水构造装置15连接处分别装有含水构造进水过滤网43和含水构造出水过滤网44，能够防止异物堵塞管道；含水构造装置15顶端装有含水构造通气孔14，空气通过含水构造通气孔14进出含水构造装置15，保持含水构造装置15中的气压正常，从而使水能够流畅的进出含水构造装置15，且当含水构造装置15中的水过量时能够通过含水构造通气孔14排出，能够防止由于含水构造装置15破损造成大量水流出破坏含水构造装置15周围的物质。含水构造装置15通过含水构造出水管18将水排向水箱4，从下到上含水构造出水管18上依次连接有出水单向阀35、出水过滤器36、出水流量计37、出水柱塞泵38。

出水柱塞泵38主要由皮带19、密封塞20、柱塞缸21、柱塞22、连杆23、皮带轮24构成。密封塞20在柱塞22往复工作时交替打开和关闭从而使水流入和流出柱塞缸21，皮带轮24通过连杆23带动柱塞22在柱塞缸21中往复运动。柱塞22从柱塞缸21中抽出时能够产生真空从而将水吸入柱塞缸21中，柱塞22压入柱塞缸21中从而将水压出柱塞缸21，因此柱塞泵具有很大的抽水吸力和送水压力，并且具有外部调压装置能根据需要调节送水压力，能够很好的模拟溶洞中的高压导通水。柱塞22压入柱塞缸21底部时二者之间依然存在一定空间，因此柱塞泵可以通过一定量的泥沙，很适用于导通水中含有少量泥沙的试验情况。出水变频电机39通过皮带19驱动皮带轮24，带动出水柱塞泵38工作，排水变频器40为出水变频电机39供电。柱塞缸21的直径是固定的，柱塞22往复运动一次的行程是固定的，因此皮带轮24每转动一圈出水柱塞泵38所能抽上来的水量是固定的，皮带轮24与出水变频电机39之间的减速比也是固定的，因此只需控制出水变频电机39的转速即可控制出水柱塞泵38的实时流量，再对出水变频电机39的转动时间进行控制即可控制出水柱塞泵38一段时间内的总体流量。出水变频电机39的转速与输入交流电的频率成正比，因此排水变频器40只需能够产生在一定频率范围内变化的交流电就可以控制出水变频电机39的转速，从而控制出水柱塞泵38的流量。进水柱塞泵9的结构、工作方式和出水柱塞泵38相同。

进水流量计11、出水流量计37可以产生一个与实际流量成正比的电信号，流量控制器16可以根据这个电信号进行流量反馈控制，流量控制器16可以对含水构造装置15的进水流量和出水流量分别进行控制，包括实时流量和总体流量控制，使含水构造装置15的进水流量和出水流量尽可能的保持一致。总体流量＝实时流量*工作时间，当需要对总体流量进行定量控制时，流量控制器16控制柱塞泵以恒定的实时流量进行工作，同时启动定时器进行定时，根据总体进水流量计算公式，达到所需的工作时间后立即停止柱塞泵工作，从而对总体流量进行定量控制。流量控制器16可以设定和显示需要控制的实时流量和总体流量，并能够对整套流量控制装置的启动和停止进行控制，大大提供了整套装置的自动化程度。计算机17可以对流量控制器16进行远程通信控制，使得操作人员可以在远处进行监控。

图2为实时流量反馈控制系统框图，实时流量设定值31输入到流量控制器16中，流量控制器16控制进水变频器12带动进水变频电机10转动，从而使进水柱塞泵9以一定的实时流量输出，由于存在扰动32施加到进水柱塞泵9上，导致进水柱塞泵9输出的实时流量实际值33与实时流量设定值31存在一定误差，进水流量计11采集实时流量实际值33并负反馈34到流量控制器16上，流量控制器16则根据实时流量实际值33和实时流量设定值31进行负反馈34控制。

当进水流量计11采集到的实时流量实际值33小于实时流量设定值31时，流量控制器16控制进水变频器12增加输出交流电的频率，使进水变频电机10的转速增加从而增大柱塞泵的流量；

反之，当进水流量计11采集到的实时流量实际值33大于实时流量设定值31时，流量控制器16控制进水变频器12降低输出交流电的频率，使进水变频电机10的转速降低从而减小进水柱塞泵9的流量。

出水柱塞泵38、出水流量计37的实时流量反馈控制系统与此相同。

图3为含水构造导通水流量控制装置安装示意图，模型外壳28内部含有相似填充材料29，相似填充材料29中埋有含水构造装置15、含水构造进水管6、含水构造出水管18和含水构造通气管14，含水构造装置15埋深4米左右，含水构造通气管14上端露出相似填充材料29的上表面，模型外壳28、含水构造装置15、含水构造进水管6、含水构造出水管18、含水构造通气管14、含水构造进水过滤网43、含水构造出水过滤网44均使用非金属材料。水箱4和进水装置25等均位于模型上方，进水装置25主要包括进水过滤器8、进水柱塞泵9、进水变频电机10、进水流量计11、进水变频器12、进水单向阀13，排水装置41主要包括排水单向阀35、排水过滤器36、出水流量计37、出水柱塞泵38、出水变频电机39、排水变频器40。探测仪器27、流量控制器16和计算机17均位于模型一侧的设备控制台30上。探头26插入相似填充材料29中，探测仪器27与探头26连接，探测仪器27为探头26供电并采集数据，含水构造装置15模拟溶洞，相似填充材料29模拟实际岩石、土壤，整套系统可以完成溶洞尺寸和溶洞内导通水流量与探测仪器27探测结果的关系的试验。

上文中未详细说明的部件均使用成品器件。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.含水构造导通水流量控制装置，其特征是，包括埋设于土壤模拟模型内的含水构造装置，所述含水构造装置分别通过含水构造进水管和含水构造出水管与水箱连接；所述含水构造进水管上设有用于控制含水构造进水管水流量的进水装置，所述含水构造出水管上设有用于控制含水构造出水管水流量的出水装置，所述进水装置和出水装置均与对含水构造装置的实时流量和总体流量控制并使含水构造装置的进水流量和出水流量的保持一致的流量控制器连接，所述流量控制器与计算机连接。

2.如权利要求1所述的含水构造导通水流量控制装置，其特征是，所述水箱上设有水箱进水管和水箱排水管，所述水箱进水管上设有水箱进水电磁阀，所述水箱排水管上设有水箱排水电磁阀，所述水箱上还设有水位控制器，所述水位控制器分别与水箱进水电磁阀和水箱排水电磁阀连接。

3.如权利要求1所述的含水构造导通水流量控制装置，其特征是，所述含水构造装置顶端设有含水构造通气管，所述含水构造装置两端分别与含水构造进水管和含水构造出水管连接，所述含水构造进水管与含水构造连接的位置设有含水构造进水过滤网，所述含水构造出水管与含水构造连接的位置设有含水构造出水过滤网，所述含水构造进水管与水箱连接的位置设有水箱过滤网。

4.如权利要求1所述的含水构造导通水流量控制装置，其特征是，所述进水装置包括依次连接的进水过滤器、进水柱塞泵、进水流量计和进水单向阀，其中所述进水过滤器安装在含水构造进水管与水箱连接的一端，所述进水柱塞泵与进水变频电机连接，所述进水变频电机与进水变频器连接，所述进水变频器与流量控制器连接。

5.如权利要求1所述的含水构造导通水流量控制装置，其特征是，所述出水装置包括依次连接的出水单向阀、出水过滤器、出水流量计和出水柱塞泵，所述出水单向阀安装在含水构造装置与含水构造出水管连接的一端；所述出水柱塞泵与出水变频电机连接，所述出水变频电机与出水变频器连接，所述出水变频器与流量控制器连接。

6.如权利要求4或5所述的含水构造导通水流量控制装置，其特征是，

所述进水柱塞泵和出水柱塞泵的内部结构是一样的；

所述出水柱塞泵包括柱塞缸，所述柱塞缸安装在含水构造出水管上，所述柱塞缸内部设有柱塞，所述柱塞通过连杆与皮带轮连接，所述皮带轮通过皮带与出水变频电机连接，所述柱塞缸与含水构造出水管连接的两端分别设有密封塞。

7.如上述任一权利要求所述的含水构造导通水流量控制装置的工作方法，其特征是，包括如下步骤：

水箱进水管在水箱进水电磁阀的控制下向水箱供水，水箱中的水在出水电磁阀的控制下通过水箱排水管排出，水箱通过含水构造进水管为含水构造装置供水，从含水构造装置中排出的水通过含水构造出水管排向水箱，含水构造进水管和含水构造出水管的进水量和出水量分别通过进水装置和出水装置控制，所述进水装置和出水装置分别通过对含水构造装置的实时流量和总体流量控制并使含水构造装置的进水流量和出水流量的保持一致的流量控制器控制，所述流量控制器通过计算机控制。

8.如权利要求7所述的方法，其特征是，

所述进水装置的工作方法为：

进水柱塞泵将水从水箱中抽出并冲入含水构造装置中，进水流量计检测含水构造进水管中水的实时流量，进水单向阀使含水构造进水管中的水只能从水箱流向含水构造装置中而不能倒流，防止柱塞泵在启动或停止时产生的水倒流现象造成设备损坏；

所述出水装置的工作方法与进水装置的工作方法一致。

9.如权利要求7所述的方法，其特征是，

所述进水柱塞泵的工作方法为：

变频器为变频电机供电，变频电机通过皮带驱动皮带轮，皮带轮带动柱塞缸内的柱塞运动，柱塞通过运动带动含水构造进水管内密封塞的开启与闭合，从而控制进水流量；

所述出水柱塞泵的工作方法与进水柱塞泵的工作方法一致。

10.如权利要求8所述的方法，其特征是，

所述进水流量计的工作方法为：

进水流量计采集实时流量实际值并负反馈到流量控制器上，流量控制器则根据实时流量实际值和实时流量设定值进行负反馈控制；

当进水流量计采集到的实时流量实际值小于实时流量设定值时，流量控制器控制进水变频器增加输出交流电的频率，使进水变频电机的转速增加从而增大柱塞泵的流量；

反之，当进水流量计采集到的实时流量实际值大于实时流量设定值时，流量控制器控制进水变频器降低输出交流电的频率，使进水变频电机的转速降低从而减小进水柱塞泵的流量；

所述出水流量计的工作方法与所述进水流量计相同。