CN105716907A - 分层流水槽模型试验水样的多点同步采样系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分层流水槽模型试验水样的多点同步采样系统。包括若干采样装置、废水收集箱、为系统提供电力的发电机和提供负压的真空泵；单个采样装置由采样容器、采样位置调节器、采样钢管和辅助钢尺组成；采样容器顶部设置负压表、采样容器进水管；其中部设置水样取水管、采样开关转换装置；其下部和底部设置采样瓶和采样瓶安置台，采样容器出水口。本发明可实现分层流水槽模型试验中不同断面、不同液态以及不同水深位置的多点同步水样采样，避免了人工采样不及时与无法采样的情况，并保证分层流水槽模型试验结果的精度。本发明的水样多点同步采样系统采用真空吸水原理，其结构简单，操作方便，且经济适用，易于推广。

Description

分层流水槽模型试验水样的多点同步采样系统

技术领域

本发明涉及一种水样采样技术，特别涉及一种适用于室内外的分层流水槽模型试验水样的多点同步采集系统，属于水利工程中水工模型试验技术领域。

背景技术

近年来，越来越多的水利技术工程学者在投身于分层流相关课题的研究。作为分层流研究的重要手段，水工模型试验倍受研究人员的青睐，它不仅可以为水体分层流运动理论研究提供定性分析和定量的数据，也是解决实际水库中分层流问题的重要手段。分层流试验水样的取样本身难度较高，又要保证水样采样对水样测量的精度。一般情况下，由于水槽模型试验中水深相对较浅，加上目前水样的采集是人工采用针管或取样勺进行直接取样，这种水样取样方法直接影响水样采集的准确性及试验结果的精确性。且人工采样方式容易发生取样不及时或是取样经常失败的情况，因此，这对分层流水槽模型试验水样采样结果的精度会产生严重的影响。

针对上述情况，如能开发一种适用于分层流水槽模型试验的水样采样系统，即能解决目前迫切需要解决的分层流试验水样的取样技术问题，这也正是本发明的任务所在。

发明内容

本发明的目的正是针对现有技术中所存在的缺陷与不足，提出一种适用于室内外的分层流水槽模型试验水样的多点同步采样系统。所述的多点同步采样系统结构简单、安装与操作方便、且造价合理；其采样方式适用于不同的分层流流态、实现在不同流态下、不同断面、不同水深位置的分层流水槽模型试验水样的多点同步采样；同时还适用于不同长度、宽度与水深的分层流水槽模型试验，具有较强的适应性。

为实现本发明的上述目的，本发明是采用由以下技术措施构成的技术方案来实现的。

本发明所述的分层流水槽模型试验水样的多点同步采样系统，包括为系统提供电力的发电机和提供负压的真空泵、废水收集箱和若干采样装置；其中，废水收集箱设置有废水收集箱进水口和废水收集箱出气口；单个采样装置由采样容器、采样位置调节器、采样钢管和辅助钢尺组成；所述采样容器由采样瓶和采样瓶安置台、水样取水管、采样容器进水管和采样容器出水口、采样开关转换装置构成；采样容器顶部安装真空负压表；所述发电机与真空泵连接，真空泵与废水收集箱出气口连接，废水收集箱进水口与采样容器底端的采样容器出水口连接，采样瓶放置在采样容器底部的采样瓶安置台上，采样容器顶部的采样容器进水管一端通过连接管与水样取水管连接，另一端与固定在采样位置调节器上的采样钢管一端通过连接管连接，采样钢管另一端浸没在分层流水槽液面以下；所述采样位置调节器安装在分层流水槽上。

上述技术方案中，所述废水收集箱出气口设置在废水收集箱的顶部，所述废水收集箱进水口设置在废水收集箱的底部。

上述技术方案中，所述采样装置以及其中的采样容器、采样位置调节器、采样钢管和辅助钢尺数量的设置，应根据分层流水槽中不同采样断面数量进行相应设置与安装。

上述技术方案中，所述采样装置中采样容器底部的采样瓶安置台的高度应高出采样容器底部1-2cm；并在采样瓶安置台上每个采样瓶之间设置隔板，便于采样瓶的放置。

上述技术方案中，所述采样容器中采样瓶采用并排方式放置在采样瓶安置台上，其单排采样瓶数量与采样容器进水管和水样取水管的数量相同。

上述技术方案中，所述采样装置中采样钢管数量与单排采样瓶数量相同。

上述技术方案中，所述采样容器中采样开关转换装置由一个带有若干水样取水管安置孔的U型联动转片与转动开关构成。

上述技术方案中，所述采样开关转换装置中转动开关采用手动、电动或气动的方式进行开与关的控制。

上述技术方案中，所述采样装置中的辅助钢尺设置为水平辅助钢尺和垂直辅助钢尺，并固定在采样位置调节器上。

上述技术方案中，所述废水收集箱中废水收集箱进水口通过多联接头与多个采样容器连接，其采样容器与不同采样断面上固定在采样位置调节器上的采样钢管连通。

本发明所述的水样取水管通过水样取水管安置孔固定在采样开关转换装置的U型联动转片上，采样容器内水样取水管与采样容器进水管通过连接管进行连接，根据分层流不同断面的采样需求，只需要通过采样开关转换装置，转动U型联动转片，调整水样取水管的位置，即可实现水样采集与不采集状态的转换。

本发明所述分层流水槽模型试验水样的多点同步采样系统的基本原理：是利用真空泵抽气，使得废水收集箱及采样容器内形成负压；并通过采样位置调节器调节固定不同断面上的多个采样点的水平与水深位置，在采样容器内外压差作用之下，置于分层流水槽模型试验水体液面以下的采样钢管头部所处位置周围的水样会进入采样容器内，通过控制真空泵的运行功率，调节采样容器内外的压差，控制采样钢管进口的流速，以适应不同流态的分层流水槽模型试验，而采样系统是否采样通过控制采样开关转换装置来进行控制，不采样时水样进入废水收集箱，采样时水样则进入采样瓶。

本发明所述的真空负压表安装于采样容器顶部，是为了用于便于观测采样容器内的负压值，以保证采样容器不受负压破坏。

本发明所述的采样容器顶部设置的采样容器进水管，其中部设置的水样取水管和底部的采样瓶均为若干数量，均与采样装置中的采样钢管数量配套；其中采样容器进水管两端预留有一定长度，以便与水样取水管通过连接管进行连接；再通过采样容器进水管与采样钢管的连接，很方便地使水样从水样取水管中进入采样瓶。

本发明所述分层流水槽模型试验水样的多点同步采样系统是在采样方式，采样体积和操作过程均应满足分层流水槽模型试验测量要求的基础上，提出相应的技术要求：首先，采样系统的采样方式能够适合于不同的分层流流态，且对分层流流态运动过程的影响小，并可实现在不同流态下、不同断面、不同水深位置的分层流水槽模型试验水样的多点同步采样工作；其次，采样系统能适用于不同长度、不同宽度与不同水深的分层流水槽模型试验，具有较强的适应性；再次，采样系统可以方便的控制水样的采样，可以减少以往人工采用针管采样或采用采样勺取样产生的误差，同时避免了采样不及时或无法采样情况的发生，从而进一步保证分层流水槽模型试验采样及时性和测验结果的精确性，进而提高了分层流水槽模型试验研究与分析的准确性和可靠性；最后，采样系统还满足了工作原理与系统结构简单、造价合理和操作方便等特点。

本发明与现有技术相比具有以下优点及有益的技术效果：

1、本发明设计的分层流水槽模型试验水样的多点同步采样系统，结合采样位置调节器可以精确的定位多个采样点的水平与水深位置；同时，根据试验需要，可以对分层流水槽模型试验不同断面、不同水层进行同步、准确的采样，适应性强。

2、本发明设计的分层流水槽模型试验水样的多点同步采集系统，采用真空泵辅助取样，通过调整真空泵的功率，可以控制采样钢管进口的流速，避免对分层流水槽模型试验局部流态产生影响，适用于各种流态的分层流水槽模型试验水样采样。

3、本发明设计的分层流水槽模型试验水样的多点同步采样系统，其所述的采样容器内设有采样开关转换装置，通过电动、气动或手动等方式进行控制，可以快速改变水样取水管管口的方向，实现水样采集与不采集状态的转换。

4、本发明设计的分层流水槽模型试验水样的多点同步采样系统，其整体体积小，工作原理简单，安装方便，操作使用极为方便，系统安装后，除采样钢管位置由人工调整外，其余部件均可通过开关电动控制，极大地减少了人力，提高了采样的效率，避免了传统人工采样不及时或无法采样的情况；且系统所需材料成本低，造价合理，经济适用，易于推广。

附图说明

图1本发明所述分层流水槽模型试验水样的多点同步采样系统整体结构方框示意图；

图2本发明所述分层流水槽模型试验水样的多点同步采样系统整体结构连接安装示意图；

图3本发明图2中所述采样容器结构示意图，其中(a)为正视图，(b)为侧视图；

图4本发明图2中所述采样开关转换装置结构示意图，其中(a)为俯视图，(b)为正视图。

附图中各代号含义：1发电机；2真空泵；3废水收集箱；4废水收集箱出气口；5废水收集箱进水口；6采样装置；7采样容器；8真空负压表；9采样瓶；10水样取水管；11采样容器出水口；12采样容器进水管；13采样开关转换装置；14采样瓶安置台；15采样钢管；16辅助钢尺；17采样位置调节器；18分层流水槽；19U型联动转片；20转动开关；21水样取水管安置孔。

具体实施方式

下面结合附图并用具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应理解为是对本发明保护范围的任何限定。

本发明所述分层流水槽模型试验的多点同步采样系统的整体结构框图图1中，所述的发电机1与真空泵2连接，真空泵2与废水收集箱3连接，废水收集箱3与若干个采样装置6连接，具体采样装置6由本发明的采样系统图2中给出解释；所述发电机1、真空泵2、废水收集箱3和采样装置6共同构成本发明的分层流水槽模型试验水样的多点同步采样系统；通过所述采样系统中的采样装置6与分层流水槽18相连接。

本发明所述的多点同步采样系统的整体结构连接关系如图2所示，所述发电机1、真空泵2与废水收集箱3它们三者均放置在水平地面上；采样装置6由采样容器7、采样位置调节器17、采样钢管15和辅助钢尺16组成；其中，采样容器7由采样瓶9和采样瓶安置台14、水样取水管10、采样容器进水管12和采样容器出水口11、采样开关转换装置13构成。采样容器7顶部安装真空负压表8；所述发电机1与真空泵2连接，真空泵2与废水收集箱出气口4连接，废水收集箱进水口5与采样装置6中采样容器7底端的采样容器出水口11连接，采样容器7内的采样瓶9放置在采样容器7底部的采样瓶安置台14上，水样取水管10固定在采样开关转换装置13上，采样开关转换装置可将水样取水管在水平方向和垂直方向进行调节，采样开关转换装置与采样容器7上端的采样容器进水管12一端通过连接管连接，而水样取水管10对准采样瓶9瓶口位置；采样容器进水管12另一端与固定在配有辅助钢尺16的采样位置调节器17上的采样钢管15一端通过连接管连接，采样钢管15另一端浸没在分层流水槽18试验液面以下；采样位置调节器17安装在分层流水槽18上，通过采样位置调节器17上的辅助钢尺16可调整采样钢管15在分层流水槽18测量断面上的横向位置与垂向位置。

本发明所述的多点同步采样系统图3中所示采样容器的正视图(a)和侧视图(b)，所述采样容器7内设置的采样瓶安置台14距离采样容器7底部有一定高度；采样时，控制采样开关转换装置13，调整水样取水管10出流方向，使水流出流射入到一侧的采样瓶9内；采样容器7顶部设置的真空负压表8用以观测采样容器7内的负压值，以避免负压过大对采样容器造成损坏。

本发明所述的多点同步采样系统图4中，采样开关转换装置13由U型联动转片19与转动开关20构成；其中U型联动转片19上设置有水样取水管安置孔21，以固定水样取水管10；转动开关20则可以设置成电动、气动或手动等开启方式，当采用手动方式时，旋转转动开关20，改变水样取水管方向即可。

实施例

本实施例所采用的仪器、设备及材料：

所用发电机1采用泽藤本田的SHX1000型发电机，最大功率0.9KW，为真空泵2供电；真空泵2采用台式循环水多用真空泵，型号SHZ-D(III)，扬程8m，抽气量10L/Min；所述废水收集箱3、采样容器7、采样瓶安置台14及U型联动转片采用透明有机玻璃材料制成；采样容器进水管12、水样取水管10及采样钢管15采用316L型不锈钢钢管，钢管外直径6毫米，内直径5毫米；所述采样容器进水管12、水样取水管10及采样钢管15之间的连接管均采用内直径为5mm，外直径8mm的进口硅胶管，其余所述连接管内径为1.6cm；采样容器7中设置的采样容器进水管12、水样取水管10数量均与采样瓶安置台14上单排放置的五个采样瓶9相对应，采样瓶材质为玻璃，底部直径3.7cm，高7cm，采样瓶安置台14上放置的五个采样瓶9之间用隔离将每个采样瓶隔开并固定。

采用本发明所述的分层流水槽模型试验水样的多点同步采样系统进行采样的操作过程如下：

试验前，按图2所示结构安装连接好各仪器和部件，并根据分层流水槽模型试验采样的需求，在分层流水槽18上安装相应的采样装置，本实例共安装三个采样装置6，即将分层流水槽分为三个不同断面进行采样，各不同采样断面上安装一个采样容器7、采样位置调节器17和辅助钢尺16，因此，在分层流水槽18上共安装有三个采样容器7、三个采样位置调节器17和三个辅助钢尺16；而每个断面布设有五个采样钢管15，五个采样容器进水管12、五个水样取水管10和五个采样瓶9；此次试验水槽水深为50cm，根据经验公式分析，预计分层流中重水层厚度能达到25cm，因此，采样位置调节器17上设有水平与垂直的辅助钢尺16，通过采样位置调节器17可以随意调整采样钢管15在测量断面上的水平与竖直位置，对所有采样钢管15头部水平与垂直位置进行调整确定，自底部2cm位置至22cm位置，每隔5cm布设一个采样点；将各采样瓶9放置在采样瓶安置台14上，并调整电动采样开关转换装置13，使各采样容器进水管12通过连接管连接的水样取水管10的管口呈竖直状态。同时，将各采样容器7安置在分层流水槽顶端。

分层流水槽模型试验开始后，待异重流运动到最后一个采样断面时，开启发电机1对真空泵2进行供电，当真空泵2进行工作时，采样系统中的废水收集箱3与采样容器7内形成负压，此时水样会从采样钢管15流经连接管，再进入采样容器7内；试验过程中，应注意观测采样容器7顶部的真空负压表8以避免采样容器7内的负压值过大。由于各采样钢管15入水深度不同，每个采样点需排出的废水量不同，经过多次采样试验，得知采样钢管15没入水中50cm深时其钢管内的废水排出时间需要10s，因此，自排水到采样的时间间隔设置为12s。待排水12s后，打开3个不同采样断面上的电动采样开关转换装置13，调整水样取水管10的方向进行采样，同时，废水经连接管由采样容器出水口11通过废水收集箱进水口5进入废水收集箱3。待各采样瓶9装满水样后，关闭采样开关转换装置13，使水样取水管10方向恢复原状，而后停止真空泵2的工作，关闭发电机1即可。

Claims (10)

1.一种分层流水槽模型试验水样的多点同步采样系统，其特征在于包括发电机(1)、真空泵(2)、废水收集箱(3)和若干采样装置(6)；其中，废水收集箱上设有废水收集箱出气口(4)和废水收集箱进水口(5)；单个采样装置(6)由采样容器(7)、采样位置调节器(17)、采样钢管(15)和辅助钢尺(16)组成；所述采样容器(7)由采样瓶(9)和采样瓶安置台(14)、水样取水管(10)、采样容器进水管(12)和采样容器出水口(11)、采样开关转换装置(13)组成；采样容器(7)顶部安装真空负压表(8)；所述发电机(1)与真空泵(2)连接，真空泵与废水收集箱出气口(4)连接，废水收集箱进水口(5)与采样容器(7)底端的采样容器出水口(11)连接，采样瓶(9)放置在采样容器底部的采样瓶安置台(14)上，采样容器顶部的采样容器进水管(12)一端通过连接管与水样取水管(10)连接，另一端与固定在采样位置调节器(17)上的采样钢管(15)的一端通过连接管连接，采样钢管(15)另一端浸没在分层流水槽(18)液面以下；所述采样位置调节器(17)安装在分层流水槽(18)上。

2.根据权利要求1所述的分层流水槽模型试验水样的多点同步采样系统，其特征在于所述的废水收集箱出气口(4)设置在废水收集箱(3)的顶部；所述的废水收集箱进水口(5)设置在废水收集箱(3)的底部。

3.根据权利要求1所述的分层流水槽模型试验水样的多点同步采样系统，其特征在于所述采样装置(6)以及其中的采样容器(7)、采样位置调节器(17)、采样钢管(15)和辅助钢尺(16)数量的设置，应根据分层流水槽中不同采样断面数量进行相应设置与安装。

4.根据权利要求1或3所述的分层流水槽模型试验水样的多点同步采样系统，其特征在于所述采样装置(6)中采样容器(7)底部的采样瓶安置台(14)的高度应高出采样容器(7)底部1-2cm，并在采样瓶安置台(14)上每个采样瓶之间设置隔板，便于采样瓶的放置。

5.根据权利要求4所述的分层流水槽模型试验水样的多点同步采样系统，其特征在于所述采样容器(7)中采样瓶(9)采用并排方式放置在采样瓶安置台(14)上，其单排采样瓶(9)数量与采样容器进水管(12)和水样取水管(10)的数量相同。

6.根据权利要求5所述的分层流水槽模型试验水样的多点同步采样系统，其特征在于所述采样装置(6)中采样钢管(15)数量与单排采样瓶(9)数量相同。

7.根据权利要求1所述的分层流水槽模型试验水样的多点同步采样系统，其特征在于所述采样容器(7)中采样开关转换装置(13)由一个带有若干水样取水管安置孔(21)的U型联动转片(19)与转动开关(20)构成。

8.根据权利要求7所述的分层流水槽模型试验水样的多点同步采样系统，其特征在于所述采样开关转换装置(13)中转动开关(20)采用手动、电动或气动的方式进行开与关的控制。

9.根据权利要求1所述的分层流水槽模型试验水样的多点同步采样系统，其特征在于所述采样装置(6)中的辅助钢尺(16)设置为水平辅助钢尺和垂直辅助钢尺，并固定在采样位置调节器(17)上。

10.根据权利要求1或2或3所述的分层流水槽模型试验水样的多点同步采样系统，其特征在于所述废水收集箱(3)中废水收集箱进水口(5)通过多联接头与多个采样容器(7)连接，其采样容器(7)与不同采样断面上固定在采样位置调节器(17)上的采样钢管(15)连通。