CN104964852A - 具有自动补偿功能的环形密闭水槽取样装置及取样方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有自动补偿功能的环形密闭水槽取样装置及取样方法，该装置包括取样杆、第一蠕动泵、第二蠕动泵、三通阀、样品储存器和补偿装置，所述三通阀经软管分别连接取样杆、第一蠕动泵和第二蠕动泵，第一蠕动泵与样品储存器连通；第二蠕动泵与补偿装置连通，样品储存器和补偿装置分别放置于支承台下支架和上支架；所述取样杆插入环形密闭水槽中，三通阀、第一蠕动泵和第二蠕动泵均受控制器时序控制。本发明采用等效体积法，确保取出样品体积等于补偿加入水量体积，以维持水槽总体水量不变，保证试验中各项水动力参数无变化，提高实验结果的精确性和重复性。

Description

具有自动补偿功能的环形密闭水槽取样装置及取样方法

技术领域

本发明涉及一种具有自动补偿功能的环形密闭水槽取样装置及取样方法，属于环形密闭水槽试验取样研究领域。

背景技术

天然河流的水体中，一般都含有一定量的泥沙，其对水流的流动结构特性、河道演变规律、水利工程建设等均会产生重要影响。目前，主要依靠现场试验和直水槽室内试验进行研究，然而，直水槽长度有限，且入流口和出流口对水流皆有影响，环形密闭水槽更适用于研究水沙之间相互作用规律以及污染物的迁移转化机理。环形密闭水槽从理论上讲可模拟无限长直水槽，其优点在于：其水体环境是封闭的，无入流和出流的物理边界；不需回水装置和消能设施，不破坏泥沙的絮凝状态；操作方便，试验水深、含沙浓度、水流速度可方便地进行调节。

泥沙对污染物的吸附试验是研究污染物在水体和泥沙之间迁移转化规律的代表性试验，主要包括吸附动力学试验和等温平衡吸附试验。现阶段，在环形密闭水槽中进行试验取样，必须停止环形密闭水槽转动才能取样，影响试验的连续性和合理性。每个取样时间点需从水槽中取出水样，检测此时水体中污染物的浓度。同时，每次取出一定体积的样品后，水槽中水量会相应减少，若每次取样100ml，一组实验取样50次，水槽中水量会减少5000ml，相对于总水量的变化即会达到1％以上。

水量损失会对水槽中水流结构产生影响，水位降低，流速改变，甚至泥沙的运动状态也会发生变化。此外，水量损失会导致水沙比例发生改变，进而影响吸附过程。所以，需考虑取样的自动补偿方法，减小或消除因水量变化引起的实验误差。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种具有自动补偿功能的环形密闭水槽取样装置及取样方法，保证取样的时候水样总体体积不变，使得试验过程中水动力条件不改变，保证实验结果的精确性。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的具有自动补偿功能的环形密闭水槽取样装置，包括第一蠕动泵、第二蠕动泵和三通阀，所述三通阀经软管分别连接取样杆、第一蠕动泵和第二蠕动泵，取样杆通过固定装置安装在环形密闭水槽上，第一蠕动泵与样品储存器连通，第二蠕动泵与补偿装置连通，样品储存器和补偿装置分别放置于支承台下支架和上支架，样品存储器和补偿装置形状均为倒漏斗形，且容积相同。

作为优选，所述固定装置包括固定块、锁紧螺钉和插销，固定块安装在环形密闭水槽上部，中心设有取样孔，相应环形密闭水槽上盖板处设有相同大小孔，插销直径与取样孔直径相同，插销插入取样孔后下部与环形密闭水槽上盖板下平面齐平，确保环形密闭水槽旋转时取样孔和插销对水流流态无干扰；固定块的侧面设有螺纹孔，螺纹孔内安装有锁紧螺钉，锁紧螺钉的头部安装有圆弧状的聚四氟乙烯锁紧块，通过拧紧螺钉带动聚四氟乙烯锁紧块挤压取样杆从而锁紧取样杆。

作为优选，所述取样杆位于环形密闭水槽的一端设有过滤装置，过滤装置为椭圆球状，横截面形态为椭圆，纵截面形态为圆，两端开口直径为5D₅₀，中间段直径为(10-15)D₅₀，D₅₀为试验用沙的中值粒径，过滤装置中部设有过滤网。

一种上述的具有自动补偿功能的环形密闭水槽取样装置的取样方法，包括以下步骤：

(1)插销插入取样孔，环形密闭水槽旋转，旋转一定时间后，拔出插销，插入取样杆，并采用聚四氟乙烯锁紧块固定取样杆；

(2)控制器控制三通阀，开启第一蠕动泵，关闭与第二蠕动泵接口，环形密闭水槽中的含沙水体经由过滤装置、取样杆和三通阀被第一蠕动泵送至样品存储器；

(3)样品存储器取样完成后控制器控制第一蠕动泵停止动作，关闭三通阀相应接口；

(4)控制器开启第二蠕动泵及相应三通阀接口，补偿装置中的补充液经由三通阀、取样杆和过滤装置被泵送到环形密闭水槽中，每次所取样品与补充液体积相等，从而实现取样前后水量平衡。

(5)拔出取样杆，插入插销，循环试验；

在本发明中，环形密闭水槽设有上盖板，盖在水槽上部，形成封闭水槽，导致水槽取样难度大，直接开孔，对流态有影响，因而采用固定装置和插销形式，插销插入取样孔，下部与上盖板齐平，则对流态就无干扰，取样时再插入，确保流态符合工况要求。样品存储器和补偿装置形状均为倒漏斗形，且容积相同，确保取样体积与补充体积相等，补偿装置倒置是确保其中溶液全部被泵入到环形密闭水槽。

有益效果：本发明的具有自动补偿功能的环形密闭水槽取样装置，具体以下优点：

1、本发明利用蠕动泵进行自动取样，可节约时间，取样体积精确。

2、本发明在取样时可过滤泥沙，避免取样装置堵塞；补充水样时水流可将附着在过滤网上的泥沙颗粒冲回密闭水槽。

3、本发明设计了取样自动补偿装置，可保证在取样的同时环形密闭水槽中的水样体积总体不减少，保证水量平衡，使试验过程中水动力条件不改变，同时不会影响泥沙对污染物的吸附作用，保证实验结果的精确性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明过滤装置的结构图；

图3为本发明中锁紧螺钉的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1至图3所示，本发明的具有自动补偿功能的环形密闭水槽取样装置，包括第一蠕动泵2、第二蠕动泵3和三通阀1，所述三通阀1的三个口分别为第一接口、第二接口和第三接口，第一蠕动泵2一端通过第一软管与第二接口连通，第一蠕动泵2另一端通过第二软管9与样品储存器5连通；第二蠕动泵3一端通过第三软管与第三接口连通，第二蠕动泵3另一端通过第四软管13与补偿装置4连通，样品储存器5和补偿装置4均放置在支架台14的下支架和上支架上；所述第一接口与取样杆8一端连通，取样杆8另一端插入到环形密闭水槽6中，三通阀1、第一蠕动泵2和第二蠕动泵3均与控制器10连接。

在本发明中，所述取样杆8上设有显示高度的刻度，可用于精确定位取样深度，取样杆8通过固定装置11固定在环形密闭水槽6上。固定装置11包括固定块、锁紧螺钉和插销，所述固定块安装在环形密闭水槽6上，中心设有取样孔，相应环形密闭水槽上盖板处设有相同大小孔，插销直径与取样孔直径相同，插销插入取样孔后下部与环形密闭水槽上盖板下平面齐平。固定块的侧面设有螺纹孔，螺纹孔内安装有锁紧螺钉18，锁紧螺钉18的头部安装有圆弧状的聚四氟乙烯锁紧块17，通过拧紧螺钉带动聚四氟乙烯锁紧块17挤压取样杆8从而锁紧取样杆8。

在本发明中，所述取样杆8位于环形密闭水槽6的一端设有过滤装置7，过滤装置7为椭圆球状，横截面形态为椭圆，纵截面形态为圆，所述过滤装置7两端直径为5D₅₀，中间段直径取(10-15)D₅₀，D₅₀为试验用沙的中值粒径，过滤装置7中设有过滤网15，避免取样中泥沙颗粒进入取样杆8堵塞取样通道，补充水样时水流可将附着在过滤网15上的泥沙颗粒冲回密闭水槽6。所述样品存储器和补偿装置4的容积相同，开口皆为圆台形，可控制取样体积和补充液体积相同。

一种上述的具有自动补偿功能的环形密闭水槽6取样装置的取样方法，包括以下步骤：

(1)插销插入取样孔，环形密闭水槽旋转，旋转一定时间后，拔出插销，插入取样杆，并采用聚四氟乙烯锁紧块17固定取样杆8；

(2)控制器10控制三通阀1第三接口关闭、第二接口打开，开启第一蠕动泵2，环形密闭水槽6中的含沙水体经由过滤装置7、取样杆8和三通阀1被第一蠕动泵2送至样品存储器；

(3)样品存储器取样完成后控制器10控制第一蠕动泵2停止动作，三通阀1第二接口关闭；

(4)控制器10开启第三接口，第二蠕动泵3动作，补偿装置4中的补充液经由三通阀1、取样杆8和过滤装置7被泵送到环形密闭水槽6中，每次所取样品与补充液体积相等，从而实现取样前后水量平衡；

(5)拔出取样杆8，插入插销，循环试验。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.具有自动补偿功能的环形密闭水槽取样装置，其特征在于：包括第一蠕动泵、第二蠕动泵和三通阀，所述三通阀经软管分别连接取样杆、第一蠕动泵和第二蠕动泵，取样杆通过固定装置安装在环形密闭水槽上，第一蠕动泵与样品储存器连通，第二蠕动泵与补偿装置连通，样品储存器和补偿装置分别放置于支承台下支架和上支架，样品存储器和补偿装置形状均为倒漏斗形，且容积相同。

2.根据权利要求1所述的具有自动补偿功能的环形密闭水槽取样装置，其特征在于：所述固定装置包括固定块、锁紧螺钉和插销，固定块安装在环形密闭水槽上部，中心设有取样孔，相应环形密闭水槽上盖板处设有相同大小孔，插销直径与取样孔直径相同，插销插入取样孔后下部与环形密闭水槽上盖板下平面齐平；固定块的侧面设有螺纹孔，螺纹孔内安装有锁紧螺钉，锁紧螺钉的头部安装有圆弧状的聚四氟乙烯锁紧块，通过拧紧螺钉带动聚四氟乙烯锁紧块挤压取样杆从而锁紧取样杆。

3.根据权利要求2所述的具有自动补偿功能的环形密闭水槽取样装置，其特征在于：所述取样杆位于环形密闭水槽的一端设有过滤装置，过滤装置为椭圆球状，横截面形态为椭圆，纵截面形态为圆，两端开口直径为5D₅₀，中间段直径为(10-15)D₅₀，D₅₀为试验用沙的中值粒径，过滤装置中部设有过滤网。

4.一种如权利要求1至3任一项所述的具有自动补偿功能的环形密闭水槽取样装置的取样方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)插销插入取样孔，环形密闭水槽旋转，旋转一定时间后，拔出插销，插入取样杆，并采用聚四氟乙烯锁紧块固定取样杆；

(2)控制器控制三通阀，开启第一蠕动泵，关闭与第二蠕动泵接口，环形密闭水槽中的含沙水体经由过滤装置、取样杆和三通阀被第一蠕动泵送至样品存储器；

(3)样品存储器取样完成后控制器控制第一蠕动泵停止动作，关闭三通阀相应接口；

(4)控制器开启第二蠕动泵及相应三通阀接口，补偿装置中的补充液经由三通阀、取样杆和过滤装置被泵送到环形密闭水槽中，每次所取样品与补充液体积相等，从而实现取样前后水量平衡。

(5)拔出取样杆，插入插销，循环试验。