CN104281165B - 用于快速调整有压出流模型试验模拟水库水位的调稳装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于快速调整有压出流模型试验模拟水库水位的调稳装置，其构成为，设计有一个通过升降调节其内水位的调稳水箱，调稳水箱上方与大气连通，箱内设置有量水堰，将箱内分隔为平水池和集水槽，所述平水池通过至少含有一段软管的进水管与模型水库连通，所述集水槽设置有出水口，位于调稳水箱内的量水堰，其尺寸和设置位置应满足经调稳水箱排出的水流量为注入模拟水库水流量的1～5％。本发明克服了现有技术有压出流模型试验存在的模拟水库水位难以调整，水位稳定时间长，试验效率低等问题。

Description

用于快速调整有压出流模型试验模拟水库水位的调稳装置

技术领域

本发明属于水利水电工程模型试验技术领域，具体涉及一种用于快速调整有压出流模型试验模拟水库水位的调稳装置。

背景技术

水利水电工程中，常常需要设置有压出流的泄洪洞或放空洞等水工建筑物，对于这一类有压泄水建筑物，在设计建设之前需进行模型试验，取得相应的设计数据。采用现有技术的有压出流模型试验对这些泄水建筑物进行模型试验，在试验过程中存在，用于模型试验的模拟水库的进水阀门开度的微小调整，会引起水库水位的较大变化，很难将模拟水库的水位调整到试验需要的水位，并且水位稳定的时间很长，使得试验的效率很低，而这类泄水建筑物的模型试验，需要在模拟水库不同的水位下进行试验，因此，大量的时间花费在调整模拟水库水位上，模拟试验的时间很长。

发明内容

针对现有技术的有压出流模型试验存在的不足，本发明的目的旨在提供一种用于快速调整有压出流模型试验模拟水库水位的调稳装置，以解决现有技术有压出流模型试验存在的模拟水库水位难以调整，水位稳定时间长，试验效率低等问题。

本发明的基本思想是利用无压流的流量与水头的关系，设计一个与模型试验模拟水库连接在一起的调稳装置，将有压出流泄水建筑物系统转化为无压出流系统，在对泄水建筑物进行模型试验时，只需将模拟水库进水阀门的流量调整为略大于流经模型试验泄水建筑物的流量，使一部分水体流经调稳装置，通过调整调稳装置的位置，以实现快速将库区水位调整到需要的试验水位，提高试验效率。

本发明提供的用于快速调整有压出流模型试验模拟水库水位的调稳装置，设计有一个可通过升降调节其内水位的调稳水箱，调稳水箱上方与大气连通，箱内设置有量水堰，将箱内分隔为平水池和集水槽，所述平水池通过至少含有一段软管的进水管与模型水库连通，所述集水槽设置有出水口，位于调稳水箱内的量水堰，其尺寸和设置位置应满足经调稳水箱排出的水流量为注入模型水库水流量的1～5％。

在本发明的上述技术方案中，所述调稳水箱通过固定安装在模型水库库体外壁上的可带动调稳水箱上下移动的升降机构安置在模型水库库体外壁，也可为独立于模型水库的装置，通过自己的升降机构独立设置。优先采取前一种设计方案。

在本发明的上述技术方案中，所述升降机构可以是链轮机构、滑轮机构或由传动螺杆和导向支撑杆构成的升降机构，优先考虑采用由传动螺杆和导向支撑杆构成的升降机构，所述传动螺杆可转动不可轴向移动地安装在模型水库库体外壁上，与固定安置在调稳水箱上的传动螺母构成传动副，所述导向支撑杆固定安装在模型水库库体外壁上，与固定安装在调稳水箱上的滑动构件构成滑动副。

在本发明的上述技术方案中，快速调稳装置最好设计有升降微调机构。所述升降微调机构可优先考虑设计成由固定于传动螺杆上的蜗轮和与蜗轮相匹配的丝杆构成。

在本发明的上述技术方案中，所述传动螺母和所述滑动构件均优先考虑设计成通过固定构件固定安装在调稳水箱箱体外。

在本发明的上述技术方案中，所述调稳水箱优先设计成上方为敞开结构。

在本发明的上述技术方案中，位于调稳水箱内的量水堰最好为设计有倒三角形缺口的量水堰。

在本发明的上述技术方案中，所述平水池最好通过软管进水管与模拟水库连通；所述集水槽的出水口最好位于集水槽的槽底。

本发明提供的用于快速调整有压出流模型试验模拟水库水位的调稳装置，是发明人基于对泄水建筑物有压泄流和无压泄流过程中的流量与水头之间关系的深刻理解而提出的。有压泄流的流量公式为：在同一时段内，泄流水流体积与水库中水体积变化量相等，即Qdt＝-ΩdH₁(式中Ω为库区截面积，μ为有流量系数，A为有压出流孔口面积，负号是因为dt时段内水头H值的变化与流量Q变化相反)，将有压流公式带入以上微分式可推求得到移项得到有压泄流水头随时间变化的速率为：而无压三角形量水堰泄流量公式为：Q＝1.4H₂ ^2.5，同理可推求得到 $\frac{d{H}_2}{\mathrm{dt}}=-\frac{1.4}{\mathrm{\Ω}}{H_2}^{2.5},$ 无压矩形堰流量公式为： $Q=\mathrm{mb}\sqrt{2g}{H_2}^{1.5},$ 同理可推求得到(上述两式中，μ为有压孔流量系数，H₂为堰上水头，Ω为库区截面积)。从上述微分式可以清晰地看到，有压泄流的与水头H₁呈0.5次方关系，无压三角量水堰泄流的与水头H₂呈2.5次方关系，无压矩形量水堰泄流的与水头H₂呈1.5次方关系，由曲线分析可知，无压流公式曲线增长速率远较有压流快，即模拟水库区来流流量发生变化，无压泄流较之有压泄流，水库的水位随着时间的变化速率远较有压孔口为迅，也就是说无压流库区平衡稳定时间较之于有压孔口显著变短。

本发明基于发明人对泄水建筑物有压泄流和无压泄流过程中的流量与水头之间关系的深刻理解，所提出的用于快速调整有压出流模型试验模拟水库水位的调稳装置，通过设置与模拟水库连通的调稳装置，将水工建筑物系统的有压出流模型试验转变为无压出流模型试验，泄水建筑物进行模型试验时，只需将模拟水库进水阀门的流量调整为略大于流经模型试验泄水建筑物的流量，使一部分水体流经调稳装置，通过调整调稳装置的位置，即可快速将水库区水位调整到需要的试验水位进行试验，克服了现有技术有压出流模型试验存在的模拟水库水位难以调整，水位稳定时间长，试验效率低等问题。本发明的提出，改变了泄水建筑物模型试验长期采用的试验方法，为泄水建筑物模型试验技术的进步作出了贡献。

附图说明

附图1是本发明一个实施例的整体结构立体示意图。

附图2是附图1所示调稳装置量水堰的正面结构示意图。

附图3是本发明另一个实施例的整体结构立体示意图。

附图4是附图3所示调稳装置量水堰的正面结构示意图。

附图5是附图1和附图3中A部分所示微调装置的放大结构示意图。

上述附图中各图示标号标识的对象分别为：1-模型水库；2-压力管道(模拟放空隧洞或者导流隧洞)；3-调稳水箱；4-螺杆；5-导向支撑杆；6-量水堰；7-螺母套；8-滑动套管；9-固定支架；10-固定板；11-固定支架；12-进水软管；13-止水夹；14-出水管；15-刻度盘；16-丝杆；17-从动齿轮；18-主动齿轮；19-蜗轮。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步的详细说明。有必要指出的是，以下实施例只用于对本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术熟悉人员根据上述发明内容，对本发明做出一些非本质的改进和调整进行具体实施，是非常容易做到的，因此，这样的改进与调整应仍属于本发明的保护范围。

实施实例1

本实施例提供的用于快速调整有压出流模型试验模拟水库水位的调稳装置，其结构如附图1、2、5所示，其所适用的模拟水库，水深约为3～4米，通过阀门注入模拟水库的水流量约为(100～200)L/s。以此流量的(1～2)/50作为调节流量。调稳装置的结构为，在模拟水库1外壁面通过升降机构安装有调稳水箱3，调稳水箱整体由透明有机玻璃制作，调稳水箱上方为敞开口结构，箱内设置有量水堰6，将箱内分隔为平水池和集水槽，所述平水池通过橡胶进水软管12与模型水库连通，所述橡胶进水软管，其强度应满足模拟水库最大水压的需要，断面积应满足调节流量进水需要，同时控制橡胶进水软管中的水流速度不超过1m/s。一般断面积在(50～100)cm²范围即可满足。所述集水槽槽底设置有与出水管14连接的出水口。所述量水堰为矩形量水堰，如图2所示，其尺寸和设置位置应满足调节流量经调稳水箱排出的需要。所述升降机构由主升降机构和升降微调机构构成，其中所述主升降机构由传动螺杆4和导向支撑杆5构成，所述传动螺杆可转动不可轴向移动地安装在模拟水库库体外壁上，与通过固定支架9固定安置在调稳水箱下方的传动螺母套7构成传动副，传动螺杆的上端设置转动手柄；所述导向支撑杆固定安装在模拟水库库体外壁上，与通过固定支架9固定安置在调稳水箱下方的滑动套8构成滑动副。所述升降微调机构由固定于传动螺杆上的从动齿轮17，安装在导向支撑杆上与从动齿轮17构成齿轮传动副的主动齿轮18、与主动齿轮联结为一体的蜗轮19、与蜗轮相匹配的丝杆16和固定在丝杆上用于确定升降机构微调距离的刻度盘15构成。

实施实例2

本实施例提供的用于快速调整有压出流模型试验模拟水库水位的调稳装置，其结构如附图3、4所示，其结构与实施例1中的调稳装置的结构基本相同，所不同的地方，一是量水堰6为中部设计有倒三角形缺口的量水堰，二是构成升降机构的升降微调机构，升降微调机构由固定于传动螺杆上的蜗轮、与涡轮相匹配的安装在微调机构壳体上的丝杆16和固定在丝杆上用于确定升降机构微调距离的刻度盘15构成。

Claims (8)

1.一种用于快速调整有压出流模型试验模拟水库水位的调稳装置，其特征在于，设计有一个通过升降调节其内水位的调稳水箱，调稳水箱上方与大气连通，箱内设置有量水堰，将箱内分隔为平水池和集水槽，所述平水池通过至少含有一段软管的进水管与模型水库连通，所述集水槽设置有出水口，位于调稳水箱内的量水堰，其尺寸和设置位置应满足经调稳水箱排出的水流量为注入模拟水库水流量的1～5％；所述调稳水箱通过固定安装在模拟水库库体外壁上的可带动调稳水箱上下移动的升降机构安置在模拟水库库体外壁上；所述升降机构由传动螺杆和导向支撑杆构成，所述传动螺杆可转动不可轴向移动地安装在模型水库库体外壁上，与固定安置在调稳水箱上的传动螺母套构成传动副，所述导向支撑杆固定安装在模拟水库库体外壁上，与固定安装在调稳水箱上的滑动构件构成滑动副。

2.根据权利要求1所述的用于快速调整有压出流模型试验模拟水库水位的调稳装置，其特征在于，快速调稳装置还设计有升降微调机构。

3.根据权利要求2所述的用于快速调整有压出流模型试验模拟水库水位的调稳装置，其特征在于，所述升降微调机构由固定于传动螺杆上的蜗轮和与蜗轮相匹配的丝杆构成。

4.根据权利要求1或2或3所述的用于快速调整有压出流模型试验模拟水库水位的调稳装置，其特征在于，所述传动螺母套和所述滑动构件均通过固定支架固定安装在调稳水箱箱体外。

5.根据权利要求4所述的用于快速调整有压出流模型试验模拟水库水位的调稳装置，其特征在于，所述传动螺母套和所述滑动构件均通过固定支架固定安装在调稳水箱箱体外下方。

6.根据权利要求4所述的用于快速调整有压出流模型试验模拟水库水位的调稳装置，其特征在于，所述调稳水箱为上方敞开结构。

7.根据权利要求4所述的用于快速调整有压出流模型试验模拟水库水位的调稳装置，其特征在于，所述量水堰为中部设计有倒三角形缺口的量水堰。

8.根据权利要求4所述的用于快速调整有压出流模型试验模拟水库水位的调稳装置，其特征在于，所述平水池通过软管进水管与模拟水库连通，所述集水槽的出水口位于集水槽的槽底。