CN105136427A - 一种小型沉积水槽泥沙循环及流量定量控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种小型沉积水槽泥沙循环及流量定量控制系统，包括：储存水的水箱；水沙混合箱，用于接收水和沙以形成水沙混合物；用于进行沉积模拟实验的水槽，具有上水口和下水口；水泵，具有：从水箱抽水的抽水口；将水泵所抽取的水的一部分提供给水沙混合箱的第一排水口；和将水泵所抽取的水的其余部分返回至水箱的第二排水口；滤沙装置，其接收从水槽排出的水沙混合物并将水沙混合物进行水和沙的分离，所分离出的水返回至水箱；和用于将所分离出的沙从滤沙装置传送至水沙混合箱的传送器。本发明的系统能实现同时进行的水循环和泥沙循环，并可以采用价格低廉的大流量水泵来实现对水流的定量控制，降低成本。

Description

一种小型沉积水槽泥沙循环及流量定量控制系统

技术领域

本发明涉及沉积模拟实验装置，具体涉及一种小型沉积水槽泥沙循环及流量定量控制系统。

背景技术

沉积模拟实验是沉积学研究领域的重要分支，也是沉积学由定性分析向定量研究的重要手段。加强沉积学室内模拟基础理论研究，再现各类砂体的形成过程、演变规律及其水动力学机制，得出室内模拟的一整套定性认识和定量参数并上升为理论，具有重要指导作用和应用价值。

目前的沉积模拟水槽实验通常是在水槽中盛放实验所需要的砂体，并引入由水槽一端流向另一端的单向水流。通过改变水流量、砂砾粒径等的相关参数来模拟相应因素对于砂体沉积分布等的影响。这是一种最为简单的由上到下的单向水流方式，并且实验水流不能实现定量控制，而实验后的泥沙往往会直接排掉。在另一些沉积模拟水槽实验中应用了水循环及对水流的控制，通过水泵将水槽的下水孔的水流重新注入水槽内，形成一个水循环系统，可对水流进行定性的大小控制，仍然无法实现对水流的大小进行定量控制。但是，为了实现精确的沉积模拟水槽实验，往往需要做到对实验的要素进行定量控制，作为实验关键要素的水流流量、流速的定量控制尤为重要。另外，从循环的角度来说，目前的沉积模拟水槽实验往往仅实现单纯的水循环，不能实现泥沙的循环。

因此，希望有一种小型沉积水槽泥沙循环及流量定量控制系统来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小型沉积水槽泥沙循环及流量定量控制系统，其满足实验中的水流流量、流速的定量控制且又能实现实验中的泥沙循环，从而来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种小型沉积水槽泥沙循环及流量定量控制系统，包括：

用于储存水的水箱；

水沙混合箱，用于接收水和沙以形成水沙混合物；

用于进行沉积模拟实验的水槽，具有从所述水沙混合箱接收所述水沙混合物的上水口和排出所述水沙混合物的下水口；

水泵，具有：

从所述水箱抽水的抽水口；

将所述水泵所抽取的水的一部分提供给所述水沙混合箱的第一排水口；和

将所述水泵所抽取的水的其余部分返回至所述水箱的第二排水口；

滤沙装置，其接收从所述水槽排出的所述水沙混合物并将所述水沙混合物进行水和沙的分离，所分离出的水返回至所述水箱；和

用于将所分离出的沙从所述滤沙装置传送至所述水沙混合箱的传送器。

可选地，该系统还包括泥沙泵，其将从所述水槽的所述下水口排出的所述水沙混合物泵送至所述滤沙装置；其中，所述滤沙装置布置在比所述水槽的所述下水口高的位置。

可选地，该系统还包括设置在所述泥沙泵与所述滤沙装置之间的三通接头，所述三通接头具有相互连通的进水口、出水口和分水口，所述进水口和所述出水口分别与所述泥沙泵和所述滤沙装置连通，所述三通接头的分水口处设有用于滤除沙的第一过滤器并与所述水箱相连通。

可选地，所述传送器为传送带。

可选地，所述传送器为网状结构的传送带，以使得所述传送带作为所述滤沙装置的至少一部分过滤器对所述水沙混合物进行水和沙的分离，并且将所分离出的沙从所述滤沙装置传送至所述水沙混合箱。

可选地，所述滤沙装置包括滤网形式的过滤器。

可选地，所述传送带具有一个或多个止挡条，所述止挡条从所述传送带的外表面向外凸出并且沿着垂直于所述传送带的传送方向延伸。

可选地，所述水沙混合箱内设有可更换的加沙筛网，以便从向所述水沙混合箱内加入的沙中选择出预定粒径范围的沙与水形成所述水沙混合物。

可选地，所述水箱的容量大于所述水槽的最大容量。

可选地，该系统还包括设置在所述水泵的第一排水口与所述水沙混合箱之间的第一阀门，用于调节所述水泵向所述水沙混合箱提供的水流量。

可选地，所述水槽的所述下水口处设有用于调节从所述下水口排出的所述水沙混合物的流量的第二阀门。

可选地，所述水槽的所述上水口处设有用于调节从所述水沙混合箱中进入水槽的水沙混合物的流量的第三阀门。

可选地，所述水箱处设有水位刻度，用于标识水箱内所容纳的水的水位。

可选地，所述水泵具有固定的抽水流量。

本申请的发明人发现，要在沉积模拟实验中实现对流量的定量控制，一种简单的方式是采用能够定量控制水量的水泵，但是这种水泵的价格往往较高。而对于普通的工业用水泵，虽然价格低廉，但是其水泵的流量往往很大，不适合小型水槽的沉积模拟实验。按照本发明的小型沉积水槽泥沙循环及流量定量控制系统可以采用价格低廉的大流量水泵来实现对水流的定量控制，降低成本。此外，按照本发明的系统还实现了同时进行的水循环和泥沙循环。根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的小型沉积水槽泥沙循环及流量定量控制系统的结构原理图；和

图2是图1所示小型沉积水槽泥沙循环及流量定量控制系统的A部分的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例的小型沉积水槽泥沙循环及流量定量控制系统的结构原理图。如图1所示，本发明实施例提供了一种小型沉积水槽泥沙循环及流量定量控制系统，该系统一般性地可包括水箱1、水沙混合箱2、水槽3、水泵4和滤沙装置5。

水箱1用于储存进行沉积模拟试验所需要的水。水泵4具有抽水口40、第一排水口41和第二排水口42。水泵4经由抽水口40从水箱1抽水，经由第一排水口41将水泵4所抽取的水的一部分提供给水沙混合箱2，并经由第二排水口42将水泵4所抽取的水的其余部分返回至水箱1。水沙混合箱2接收来自水泵40的水和以合适方式加入在其内的沙，以形成水沙混合物。用于进行沉积模拟实验的水槽3经由其上水口31从水沙混合箱2接收水沙混合物，并经由其下水口32排出水沙混合物。滤沙装置5可以接收从水槽3排出的水沙混合物，将水沙混合物进行水和沙的分离。滤沙装置5所分离出的水可以返回至水箱1，以实现水的循环利用；所分离出的沙可以利用传送器6将其从滤沙装置5传送至水沙混合箱2，以实现沙的循环利用。

在工作时，水流从水箱1中经水泵4的抽水口40进入水泵4，进入水泵4中的水一部分经由第一排水口41进入水沙混合箱2，其余部分的水通过第二排水口42返回至水箱1中。进入到水沙混合箱2中的水携带其中的沙一起通过水槽3的上水口31进入到水槽3中，其中，水沙混合箱2中的沙一方面可以是实验开始前或实验过程中手工加入的沙，另一方面可以是由传送器6从滤砂装置5输送来的循环使用的沙。水槽3中的水沙混合物进行沉积模拟试验后经由下水口32排出。所排出的水沙混合物被送至滤沙装置5中，通过滤沙装置5中的过滤器对水沙混合物中的水和沙进行分离，将分离出的水送回到水箱1中循环使用，将分离出的沙通过传送器6送到水沙混合箱2中作再次循环使用。

在沉积模拟实验中，水槽3的下水口32通常会布置在相对较低的位置。因此，为了使得水槽3排出的水沙混合物能够达到布置位置相对较高的滤沙装置5，在本发明的一个实施例中，在水槽3的下水口32处还设有泥沙泵7，用来将从所述水槽3的所述下水口32排出的所述水沙混合物泵送至所述滤沙装置5。

在本发明的一个实施例中，还包括设置在所述泥沙泵7与所述滤沙装置5之间的三通接头8。所述三通接头8具有相互连通的进水口81、出水口82和分水口83。所述进水口81和所述出水口82分别与所述泥沙泵7和所述滤沙装置5连通，所述三通接头8的分水口83处设有用于滤除沙的第一过滤器9并与所述水箱1相连通。这样，在泥砂泵7向滤沙装置5泵送的水沙混合物的过程中，水沙混合物中的一部分水会先经由第一过滤器9和分水口83返回水箱1，从而降低泥砂泵7向滤沙装置5泵送的水沙混合物中的水量或者说水压。这样，降低水量或水压后的水沙混合物可以以较低的流速进入到滤沙装置5中，从而防止滤沙装置5接收到的水沙混合物中的水量过大而影响滤沙装置5的过滤效果以及影响传送器6的对沙的输送。

滤沙装置5可以包括一个壳体以及设置在壳体内的适合于对水沙混合物中的水和沙进行分离的常规过滤器，如滤网11等。所述传送器6可以为传送带的形式。这样，由滤沙装置5滤出的沙可以由传送带传送到水沙混合箱2中。在一个未明显示出的实施例中，可以将滤网11的平面倾斜设置，而将传送带设置成在滤网11的下边缘，这样当滤网11上积蓄的沙量达到一定程度时就会因重力而滑动至传送带上。

图2中示出了在本发明的另一个实施例中滤沙装置和传送器的结构示意图，其中，所述传送器6为网状结构的传送带60。这样的传送带60实际上可以作为滤沙装置5的过滤器使用。如图2所示，进入滤沙装置5的水沙混合物中的至少一部分会首先经过传送带60，传送带60对所述水沙混合物进行水和沙的分离。这样，传送带60所过滤出的沙会直接沉积在传送带60的表面并被传送带60输送至水沙混合箱2。与图1类似地，在该滤沙装置5内还设有作为过滤器的滤网11。该滤网11可以对经传送带60过滤的水沙混合物进行二次过滤，也可以对未经过传送带60而直接到达滤网11的水沙混合物进行过滤，由此确保从滤沙装置5返回水箱1的水被充分过滤。在另一未示出的实施例中，也可以省略图2所示的滤沙装置5中的滤网11，而仅有传送带60作为滤沙装置5的过滤器。这在确保到达滤沙装置5的水沙混合物均能经过传送带60且该传送带60的网状结构设置成能够对水沙混合物充分过滤的情况下是特别合适的。换句话说，在前述各个实施例中，该传送带60可以作为滤沙装置5仅有的过滤器使用，也可以与其它过滤器如滤网11组合使用。

如图2所示，所述传送带60可以具有一个或多个止挡条10。所述止挡条10可以从所述传送带60的外表面向外凸出并且沿着垂直于所述传送带60的传送方向延伸，也就是在图2的视图中垂直于纸面延伸。这特别适合于传送带60从低处向高处输送沙的情况，可以有效地增强传送带60的输送能力。这样的止挡条10同样适合于前文描述的其它实施例的传送带。

在本发明的一个实施例中，尽管未示出，可以在所述水沙混合箱2内设有可更换的加沙筛网，以便从向所述水沙混合箱2内加入的沙中选择出预定粒径范围的沙与水形成所述水沙混合物。实验者可以根据实验需要，更换不同目数的加沙筛网，以便加入所需粒径的沙。

再返回参考图1，可以理解，由于为水泵4设置了第二排水口42，这样就允许使用大抽水量的水泵40，而水泵40所抽取的过量的水可以经由第二排水口42返回水箱1。进一步地，为了能够定性控制系统中的循环水量，如图1所示，可以在所述水泵4的第一排水口41与所述水沙混合箱2之间设置第一阀门91，用于调节所述水泵4向所述水沙混合箱2提供的水流量。这样，根据实验对水沙混合物的需求，通过调节第一阀门91来调节向水沙混合箱2的供水量。此外，为了能够定量控制系统中在水箱1外的循环水量，还可以在水箱1处设置水位刻度C，用于标识水箱1内所容纳的水的水位。水箱1外的循环水量可根据水箱1初始水位刻度和实验过程中水箱1的当前水位刻度的差值来确定。可以理解，当需要增加该系统的循环水量时，可以调节第一阀门91，使得水泵4所抽取的水中有更多的部分经由第一排水口41进入到水沙混合箱2中参与循环，而相应地有更少的水经由第二排水口42返回至水箱1。这样的结果是使得水箱1中的水位下降，通过根据水位刻度C比较当前水位与初始水位的差值，就可以定量地确定有多少水量在水箱2之外参与循环。由此，在本发明可以采用具有固定的抽水流量的水泵4，而无需采用可调节流量的水泵4来确定循环水量。可以理解，所述水箱1的初始水位对应的储水量要大于该系统工作时所需要的最大水量。

此外，如图1所示，可以在所述水槽3的所述下水口32处设有用于调节从所述下水口32排出的所述水沙混合物的流量的第二阀门92。还可以在所述水槽3的所述上水口31处上设有用于调节从所述水沙混合箱2中进入水槽3的流量的第三阀门93。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种小型沉积水槽泥沙循环及流量定量控制系统，其特征在于，包括：

用于储存水的水箱(1)；

水沙混合箱(2)，用于接收水和沙以形成水沙混合物；

用于进行沉积模拟实验的水槽(3)，具有从所述水沙混合箱(2)接收所述水沙混合物的上水口(31)和排出所述水沙混合物的下水口(32)；

水泵(4)，具有：

从所述水箱(1)抽水的抽水口(40)；

将所述水泵(4)所抽取的水的一部分提供给所述水沙混合箱(2)的第一排水口(41)；和

将所述水泵(4)所抽取的水的其余部分返回至所述水箱(1)的第二排水口(42)；

滤沙装置(5)，其接收从所述水槽(3)排出的所述水沙混合物并将所述水沙混合物进行水和沙的分离，所分离出的水返回至所述水箱(1)；和

用于将所分离出的沙从所述滤沙装置(5)传送至所述水沙混合箱(2)的传送器(6)。

2.根据权利要求1所述的小型沉积水槽泥沙循环及流量定量控制系统，其特征在于，还包括泥沙泵(7)，其将从所述水槽(3)的所述下水口(32)排出的所述水沙混合物泵送至所述滤沙装置(5)；其中，所述滤沙装置(5)布置在比所述水槽(3)的所述下水口(32)高的位置。

3.根据权利要求2所述的小型沉积水槽泥沙循环及流量定量控制系统，其特征在于，还包括设置在所述泥沙泵(7)与所述滤沙装置(5)之间的三通接头(8)，所述三通接头(8)具有相互连通的进水口(81)、出水口(82)和分水口(83)，所述进水口(81)和所述出水口(82)分别与所述泥沙泵(7)和所述滤沙装置(5)连通，所述三通接头(8)的分水口(83)处设有用于滤除沙的第一过滤器(9)并与所述水箱(1)相连通。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的小型沉积水槽泥沙循环及流量定量控制系统，其特征在于，所述传送器(6)为传送带(60)。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的小型沉积水槽泥沙循环及流量定量控制系统，其特征在于，所述传送器(6)为网状结构的传送带(60)，以使得所述传送带(60)作为所述滤沙装置(5)的至少一部分过滤器对所述水沙混合物进行水和沙的分离，并且将所分离出的沙从所述滤沙装置(5)传送至所述水沙混合箱(2)。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的小型沉积水槽泥沙循环及流量定量控制系统，其特征在于，所述滤沙装置(5)包括滤网(11)形式的过滤器。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的小型沉积水槽泥沙循环及流量定量控制系统，其特征在于，所述传送带(60)具有一个或多个止挡条(10)，所述止挡条(10)从所述传送带(60)的外表面向外凸出并且沿着垂直于所述传送带(60)的传送方向延伸。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的小型沉积水槽泥沙循环及流量定量控制系统，其特征在于，还包括设置在所述水泵(4)的第一排水口(41)与所述水沙混合箱(2)之间的第一阀门(91)，用于调节所述水泵(4)向所述水沙混合箱(2)提供的水流量。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的小型沉积水槽泥沙循环及流量定量控制系统，其特征在于，所述水箱(1)处设有水位刻度，用于标识水箱(1)内所容纳的水的水位。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的小型沉积水槽泥沙循环及流量定量控制系统，其特征在于，所述水泵(4)具有固定的抽水流量。