CN105714730B - 水利工程多维调节试验平台 - Google Patents

Abstract

水利工程多维调节试验平台及其应用，属于水利工程类学科科学研究试验装置技术领域，包括固定三角支架、转动式三角支架、供水箱、稳水板、水槽、移动挡板、水面线调节挡板、上游水位测针、回水口、蓄水箱、三角堰回水口、三角堰稳水板、流量水位探测管、三角堰、坡度调节器、水泵、供水管、流量调节阀、排水管、排水阀。本发明能够实现堰、闸挡水及泄水水工建筑物的流量系数的测定、消能方式的确定并对堰、闸结构以及布置位置进行优化；利用水槽变坡功能，模拟不同坡比河道的水面曲线及其衔接形式；模拟渠道的最优坡比，以保证设计最优渠道断面；通过推动弹性移动挡板和铺设沙石等手段，模拟局部河道的水流流态、不同糙率河道的水流流态。

Description

水利工程多维调节试验平台

技术领域

本发明属于水利工程类学科科学研究试验装置技术领域，特别是涉及到一种水利工程多维调节试验平台。

背景技术

目前的水利工程科研工作中，由于水利工程的空间尺度较大，各种地形由于受到条件限制，模拟难度大，到目前为止，水利工程方面的试验装置比较鲜见。传统的科研手段一般都采用水泥、砖石等材料按相似准则修砌建筑物模型，在试验结束后再进行拆除。这种方式一方面造成了材料和人力资源的大量浪费，另一方面又因为建立试验模型的时间，无形中增加了试验的时间成本，降低了科研工作的效率。现有技术中缺乏结构简单、实现方便、成本低、使用操作方便、实用性强的能够形象直观揭示各种河道、各种坡度下，如何实现堰、闸挡水及泄水水工建筑物的泄流量测定、消能方式的确定等水利工程方面的试验装置。

在学生的水利工程创新性试验中，也需要既便于制作又便于操作，直观、形象、生动的试验装置，通过试验装置的演示，使学生深刻理解理论知识，开阔学生视野，启发学生创新思维能力，进而取得良好的学习和技术创新的效果。

因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供水利工程多维调节试验平台，用来解决现有技术中缺乏结构简单、实现方便且成本低、使用操作方便、实用性强的能够形象、直观揭示各种河道、各种坡度下，如何实现堰、闸挡水及泄水水工建筑物的泄流量测定、消能方式的确定等水利工程方面的试验装置，从而进行水利工程科研工作或者学生的创新性试验的技术问题。

水利工程多维调节试验平台，其特征是：包括固定三角支架、转动式三角支架、供水箱、稳水板、水槽、移动挡板、水面线调节挡板、上游水位测针、回水口、蓄水箱、三角堰回水口、三角堰稳水板、流量水位探测管、三角堰、坡度调节器、水泵、供水管、流量调节阀、排水管、排水阀，所述固定三角支架通过轴承与转动式三角支架连接；所述供水箱与转动式三角支架的上部固定连接；所述稳水板上设置有均匀分布的通孔，稳水板与供水箱的内侧壁固定连接并且稳水板与供水箱的内底面平行设置；所述水槽的一端与供水箱固定连接，水槽的另一端与坡度调节器连接，水槽的内部设置有移动挡板、水面线调节挡板和上游水位测针，水槽的底部设置有回水口；所述移动挡板为弹性板，移动挡板的两端与水槽的两端一一对应活动连接；所述水面线调节挡板的一端与水槽的内底部连接，水面线调节挡板的另一端通过定滑轮与水槽的内侧壁连接；所述上游水位测针与水槽的内侧壁活动连接；所述蓄水箱安装在水槽的下部，蓄水箱为双层结构，蓄水箱的第一层内部依次设置有三角堰稳水板、流量水位探测管、三角堰和三角堰回水口，蓄水箱的第一层与第二层之间通过三角堰回水口连通，蓄水箱的第二层内部设置有水泵；所述三角堰稳水板上设置有均匀分布的通孔；所述流量水位探测管通过软管与蓄水箱的第一层内底部连接，流量水位探测管的内部设置有水位测针；所述坡度调节器通过支架固定安装在蓄水箱的一端，坡度调节器通过铰链与水槽连接；所述水泵通过供水管与供水箱连接；所述供水管上设置有流量调节阀；所述排水管的一端与供水箱连接，排水管的另一端与蓄水箱的第二层连接，排水管上设置有排水阀。

所述固定三角支架的底部设置有4个调节旋钮。

所述供水管和排水管均为弹性管。

所述三角堰回水口的下部设置有回水挡板。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：

1.本发明可以通过改变具有弹性的移动挡板的形状和铺设沙石等手段，模拟局部河道的水流流态、不同糙率河道的水流流态，开展河道演变及河道糙率系数研究。

2.本发明可以通过改变具有弹性的移动挡板的位置改变渠宽、铺设不同建筑材料、加设多种交叉水工建筑物等手段，模拟渠道水流流态，开展渠道糙率系数研究，为工程设计选用糙率系数提供依据。

3.本发明能够实现堰、闸挡水及泄水水工建筑物的流量系数的测定、消能方式的确定并对堰、闸结构以及布置位置进行优化，对其上下游水流流态的观察及评价，有利于河道两岸岸坡的稳定评估。

4.本发明利用水槽的变坡功能，可以模拟不同坡比河道的水面曲线及其衔接形式，借此评价河道底部的局部冲涮情况。

5.由于渠道的设计与实际的施工存在很大的差别，所以在渠道断面设定后，利用本发明中的变坡水槽可以模拟渠道的最优坡比，以保证设计最优渠道断面。

6.本发明可以应用于学生的创新性试验以及多种水利工程科研试验。

7.本发明通过推动具有弹性的移动挡板，可以模拟各种宽度、各种形状的河道；固定三角支架和坡度调节器配合使用，能够模拟正坡或逆坡条件下的不同坡比河道，一个试验装置即可完成多种试验，免去了模型建立和拆除的过程，操作简单，有效降低了时间成本、人力资源成本以及材料成本，具有极高的经济效益和社会效益。

8.本发明尤其适合进行对比试验，使用同一个试验装置，只改变一个条件，保持其他试验条件不变，得到的试验数据进行对比，可靠性更高。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：

图1为本发明水利工程多维调节试验平台的试验平台结构示意图。

图2为本发明水利工程多维调节试验平台的试验平台俯视结构示意图。

图3为本发明水利工程多维调节试验平台的试验平台侧视结构示意图。

图4为本发明水利工程多维调节试验平台的试验平台A-A方向的剖视结构示意图。

图5为本发明水利工程多维调节试验平台的试验平台B-B方向的剖视结构示意图。

图中，1-固定三角支架、2-转动式三角支架、3-供水箱、4-稳水板、5-水槽、6-移动挡板、7-水面线调节挡板、8-上游水位测针、9-回水口、蓄水箱10、11-三角堰回水口、12-三角堰稳水板、13-流量水位探测管、14-三角堰、15-坡度调节器、16-水泵、17-供水管、18-流量调节阀、19-排水管、20-排水阀、21-调节旋钮、22-回水挡板。

具体实施方式

如图所示，水利工程多维调节试验平台，其特征是：包括固定三角支架1、转动式三角支架2、供水箱3、稳水板4、水槽5、移动挡板6、水面线调节挡板7、上游水位测针8、回水口9、蓄水箱10、三角堰回水口11、三角堰稳水板12、流量水位探测管13、三角堰14、坡度调节器15、水泵16、供水管17、流量调节阀18、排水管19、排水阀20，所述固定三角支架1通过轴承与转动式三角支架2连接；所述供水箱3与转动式三角支架2的上部固定连接；所述稳水板4上设置有均匀分布的通孔，稳水板4与供水箱3的内侧壁固定连接并且稳水板4与供水箱3的内底面平行设置；所述水槽5的一端与供水箱3固定连接，水槽5的另一端与坡度调节器15连接，水槽5的内部设置有移动挡板6、水面线调节挡板7和上游水位测针8，水槽5的底部设置有回水口9；所述移动挡板6为弹性板，移动挡板6的两端与水槽5的两端一一对应活动连接；所述水面线调节挡板7的一端与水槽5的内底部连接，水面线调节挡板7的另一端通过定滑轮与水槽5的内侧壁连接；所述上游水位测针8与水槽5的内侧壁活动连接；所述蓄水箱10安装在水槽5的下部，蓄水箱10为双层结构，蓄水箱10的第一层内部依次设置有三角堰稳水板12、流量水位探测管13、三角堰14和三角堰回水口11，蓄水箱10的第一层与第二层之间通过三角堰回水口11连通，蓄水箱10的第二层内部设置有水泵16；所述三角堰稳水板12上设置有均匀分布的通孔；所述流量水位探测管13通过软管与蓄水箱10的第一层内底部连接，流量水位探测管13的内部设置有水位测针；所述坡度调节器15通过支架固定安装在蓄水箱10的一端，坡度调节器15通过铰链与水槽5连接；所述水泵16通过供水管17与供水箱3连接；所述供水管17上设置有流量调节阀18；所述排水管19的一端与供水箱3连接，排水管19的另一端与蓄水箱10的第二层连接，排水管19上设置有排水阀20。

所述固定三角支架1的底部设置有4个调节旋钮21。

所述供水管17和排水管19均为弹性管。

所述三角堰回水口11的下部设置有回水挡板22。

水利工程多维调节试验平台的应用，其特征是：应用于河道河岸的局部抗冲变形试验；渠道的正坡试验及渠道的逆坡试验；局部河床的抗冲试验；溢流堰的流量系数的测定和泄水建筑物的消能试验。

供水箱3、水泵16、供水管17组成供水系统，接通电源，水泵16启动，水流经供水管17到达供水箱3，供水系统的流量控制由供水管17上安装的流量调节阀18控制。

来自供水管17的水流是高压高速水流，水流的冲击力较大，不利于水槽5的正常工作。在供水箱3内安装有高压高速水流消能设施稳水板4，它可以把高压高速水流变成较平稳水流以利于水槽工作部位的正常工作。稳水板4由多级孔板构成，板的大小，板上孔径的直径根据设计流量的大小来设定。

水槽5内设置有移动挡板6和回水口9，根据实际工作需要，移动挡板6可以组成不同宽度的工作水槽。工作时，水流由供水箱3进入，在由移动挡板6组成的工作水槽内演示水流流态、水流特性。水流流过三角堰14。三角堰14的水位由流量水位探测管13内设置的水位测针测得。流量水位探测管13内设置的水位测针位于量水堰口上游，安装部位应位于距离量水堰口3～4倍的堰上水头部位，目的也是为了增加流量水位探测管13内设置的水位测针的测量精度。最后水流经三角堰回水口11流入蓄水箱10内的流量测量系统。

水面线调节挡板7逆时针转动，与水平面的夹角为0°～90°，水面线调节挡板7的调节高度最大为水槽5的设计高度。

坡度调节器15顺时针转动，带动水槽5、供水箱3和转动式三角支架2以轴承为转动轴转动，变为正坡；坡度调节器15逆时针转动，带动水槽5、供水箱3和转动式三角支架2以轴承为转动轴转动，变为逆坡。

流量测量系统由三角堰稳水板12、流量水位探测管13、三角堰14和三角堰回水口11组成。回水口9将来自水槽工作部位的水流引入蓄水箱10，经三角堰稳水板12稳定后，水流变得较为平稳，这样可以增加流量水位探测管13内水位测针的测量精度。流量水位探测管13的底面通过与蓄水箱10的水体相连，流量水位探测管13内的液面与三角堰14处的液面齐平。最后水流通过三角堰回水口11回到蓄水箱10的下层。

排水管19、排水阀20用于在水泵16停止运行后，放出供水箱3中剩余的水。固定三角支架1的底部设置的4个调节旋钮21，用来调整固定三角支架1的底部平衡和稳定。

水利工程多维调节试验平台的应用，其特征是：应用于河道河岸的局部抗冲变形试验；渠道的正坡试验及渠道的逆坡试验；局部河床的抗冲试验；溢流堰的流量系数的测定和泄水建筑物的消能试验。

Claims (4)

1.水利工程多维调节试验平台，其特征是：包括固定三角支架(1)、转动式三角支架(2)、供水箱(3)、稳水板(4)、水槽(5)、移动挡板(6)、水面线调节挡板(7)、上游水位测针(8)、回水口(9)、蓄水箱(10)、三角堰回水口(11)、三角堰稳水板(12)、流量水位探测管(13)、三角堰(14)、坡度调节器(15)、水泵(16)、供水管(17)、流量调节阀(18)、排水管(19)、排水阀(20)，所述固定三角支架(1)通过轴承与转动式三角支架(2)连接；所述供水箱(3)与转动式三角支架(2)的上部固定连接；所述稳水板(4)上设置有均匀分布的通孔，稳水板(4)与供水箱(3)的内侧壁固定连接并且稳水板(4)与供水箱(3)的内底面平行设置；所述水槽(5)的一端与供水箱(3)固定连接，水槽(5)的另一端与坡度调节器(15)连接，水槽(5)的内部设置有移动挡板(6)、水面线调节挡板(7)和上游水位测针(8)，水槽(5)的底部设置有回水口(9)；所述移动挡板(6)为弹性板，移动挡板(6)的两端与水槽(5)的两端一一对应活动连接；所述水面线调节挡板(7)的一端与水槽(5)的内底部连接，水面线调节挡板(7)的另一端通过定滑轮与水槽(5)的内侧壁连接；所述上游水位测针(8)与水槽(5)的内侧壁活动连接；所述蓄水箱(10)安装在水槽(5)的下部，蓄水箱(10)为双层结构，蓄水箱(10)的第一层内部依次设置有三角堰稳水板(12)、流量水位探测管(13)、三角堰(14)和三角堰回水口(11)，蓄水箱(10)的第一层与第二层之间通过三角堰回水口(11)连通，蓄水箱(10)的第二层内部设置有水泵(16)；所述三角堰稳水板(12)上设置有均匀分布的通孔；所述流量水位探测管(13)通过软管与蓄水箱(10)的第一层内底部连接，流量水位探测管(13)的内部设置有水位测针；所述坡度调节器(15)通过支架固定安装在蓄水箱(10)的一端，坡度调节器(15)通过铰链与水槽(5)连接；所述水泵(16)通过供水管(17)与供水箱(3)连接；所述供水管(17)上设置有流量调节阀(18)；所述排水管(19)的一端与供水箱(3)连接，排水管(19)的另一端与蓄水箱(10)的第二层连接，排水管(19)上设置有排水阀(20)。

2.根据权利要求1所述的水利工程多维调节试验平台，其特征是：所述固定三角支架(1)的底部设置有4个调节旋钮(21)。

3.根据权利要求1所述的水利工程多维调节试验平台，其特征是：所述供水管(17)和排水管(19)均为弹性管。

4.根据权利要求1所述的水利工程多维调节试验平台，其特征是：所述三角堰回水口(11)的下部设置有回水挡板(22)。