CN105865707A - 一种水力冲刷测力装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水力冲刷测力装置，包括两端开口的平直管体，所述管体内设有用以测量液体流速的流速传感器和用以测量相应流速下的水力冲刷作用力的压力传感器，所述流速传感器和所述压力传感器均与控制系统连接。通过控制系统的数字显示屏可以精确读取不同流速水流的冲刷作用力，测试完成后水由出水口排出，完成一个测试循环。本专利研究了不同水流速情况下水力冲刷作用力的测试方法，解决了水力冲刷作用难以精确测量的问题。与前人研究相比，更贴近实际应用，所得出的水力冲刷测力装置及测试方法结构简单，便于操作。

Description

一种水力冲刷测力装置及测试方法

技术领域

本发明涉及一种水力冲刷测力装置及测试方法。

背景技术

长期工作于动力水中的地下工程结构较之其它部位更容易发生损坏，其根本原因是水下结构承受水力冲刷作用，结构材料遭到水流动力冲刷侵蚀而破坏。因此，精确的测量结构承受水力冲刷作用力，对水下结构的设计具有指导性意义。我国已开展了大量的水力冲刷试验研究工作，并做出一定的成果。但由于试验工作中大多采用精密测量仪器，价格昂贵，环境要求苛刻。实际工程中，受成本、环境等因素影响，使得试验受到极大的限制。

在实际工程中，对于不同的砂土会有不同的临界冲刷力，当水流的实际冲刷力大于该值时，砂土会被水流冲刷带走，进而造成潜蚀或管涌。因此对于不同的砂土，有必要测得其对应的临界冲刷力。

冲刷力的大小，一方面与水流流速有关，另一方面也与水质的情况有关。不同的水质，对应不同的粘度，对于同一冲刷力，往往会对应不同的水流流速。然而目前，并没有能够获取不同水质下，测量流速与水流冲刷力之间对应关系的相关装置及相应方法。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种水力冲刷测力装置及测试方法，该装置结构简单，方便实用，可用于测量不同水质下的水流和水力冲刷作用力之间的作用关系。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种水力冲刷测力装置，包括两端开口的平直管体，所述管体内设有用以测量液体流速的流速传感器和用以测量相应流速下的水力冲刷作用力的压力传感器，所述流速传感器和所述压力传感器均与控制系统连接。

管体平直，可以保证通过管体内的液体流速均匀，即管体内不同截面处的水流速度相等，即使流速传感器和压力传感器设置在不同的截面处，也可以准确测得相应流速下对应的水力冲刷作用力。

所述流速传感器和所述压力传感器均布置在所述管体的管壁处。管体内同一截面的不同位置处的流速有所差异，即位于管体中间的流速要大于管壁处的流速。将流速传感器和压力传感器均置于管壁处，可以保证二者所在的流速相等，可以准确测得相应流速下对应的水力冲刷作用力，使得测量的数值更加准确。

所述控制系统包括用以显示水流速度和水利冲刷作用力的显示屏。

所述管体由钢化透明玻璃制成，可以清楚直观的观察到管内液体的流动情况。

所述压力传感器为高精度压力传感器,所述高精度压力传感器的测量精度为0.25％～0.05％。

所述流速传感器和所述压力传感器均至少设置一个。

一种水力冲刷测力试验装置，包括河道模拟池，所述河道模拟池上设有水泵，所述河道模拟池内设有所述水力冲刷测力装置，通过所述水泵控制流入所述河道模拟池内的液体的流速，进而测量不同流速下的不同水力冲刷作用力。通过水泵控制液体流速，可以方便测量不同流速下对应的水力冲刷作用力。

所述河道模拟池包括外壁及内壁，外壁及内壁之间为用于容纳水的空间。河道模拟池设置为环形，可以使水流循环，有利于精确控制水流的流速，进而控制管体内水流的流速，提高试验效率。

一种水力冲刷测力装置的测试方法，包括以下步骤：

步骤1：液体从进水口流入管体；

步骤2：流速传感器和压力传感器分别将所测得的流速数据信号和压力数据信号传输至控制系统；

步骤3：所述控制系统根据流速数据和压力数据获得所述液体在不同流速下对应的不同水力冲刷作用力。

步骤1中，所述液体为从工程现场采集的水样。由于不同的水质会对应不同的粘度，进而产生不同的流速和水力冲刷作用力的对应关系。从工程现场采集水样，使试验更加具有针对性，提高试验的准确性。

本发明的有益效果是：

水力冲刷测力装置可以测试不同水流速度情况下水力冲刷作用力的测试，解决了水力冲刷作用力难以精确测量的问题。与前人研究相比，更贴近实际应用，所得出的水力冲刷测力装置及测试方法结构简单，便于操作。

附图说明

图1是水力冲刷测力装置结构示意图；

其中1.进水口；2.流速测量装置；3.测力装置；4.出水口；5.测试管；6.流速传感器；7.高精度压力传感器；8.数字显示屏。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明进行详细说明。

实施例：

一种水力冲刷测力装置，结构简单，方便实用，可用于水流的水力冲刷作用力测量的装置，测试不同流速情况下水流的水力冲刷作用力，研究水流对水下结构的冲刷作用，为水下结构的合理设计提供依据。

具体包括进水口1、流速测量装置2、测力装置3、出水口4和测试管5。测试时，水由进水口1流入测试管，通过流速测量装置2可以测试得到水流速度大小，测力装置3由一系列高精度压力传感器7构成，可以精确测试不同流速水流的冲刷作用力，测试完成后测试管中的水由出水口4排出，完成一个测试循环。

流速测量装置2上安装有至少一个流速传感器6，流速传感器6可以根据测试管中不同水流速度大小产生不同的电磁信号，并将与流速成正比关系的电磁信号传至计算机系统，通过数字显示屏8读取水流速度大小。

测力装置3包括一系列高精度压力传感器7，通过高精度压力传感器7将电信号传递至计算机系统，通过数字显示屏可以读取水力冲刷作用力。

测试管5为钢化透明玻璃材料制作而成，可以直接观测测试管内水流情况。

水力冲刷测力装置不仅可以应用于河道现场，还可以通过室内试验进行相应测量。在进行室内试验时，则采用水力冲刷测力试验装置。水力冲刷测力试验装置包括河道模拟池，所述河道模拟池上设有水泵，所述河道模拟池内设有所述水力冲刷测力装置，通过所述水泵控制流入所述河道模拟池内的液体的流速，进而测量不同流速下的不同水力冲刷作用力。所述河道模拟池包括外壁及内壁，外壁及内壁之间为用于容纳水的空间。河道模拟池设置为环形，可以使水流循环，有利于精确控制水流的流速，进而控制管体内水流的流速，提高试验效率。

一种用于水力冲刷测力装置的测试方法，包括以下步骤：

A.在进行水力冲刷测力时，水由进水口1流入测试管5，通过流速测量装置2上的流速传感器6测量测试管5中水流速度，并将电磁信号传至计算机系统，通过数字显示屏8即可读取水流速度大小。

B.水力冲刷测试装置3由高精度压力传感器7组成，可以精确测试不同流速水流的冲刷作用力，高精度压力传感器7将信号传至计算机系统，通过数字显示屏8即可读取水流的水力冲刷作用力。

C.测试完成后测试管5中的水由出水口4排出，完成一个测试循环。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，未予以详细说明的部分，为现有技术，在此不进行赘述。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种水力冲刷测力装置，其特征在于：包括两端开口的平直管体，所述管体内设有用以测量液体流速的流速传感器和用以测量相应流速下的水力冲刷作用力的压力传感器，所述流速传感器和所述压力传感器均与控制系统连接。

2.根据权利要求1所述的一种水力冲刷测力装置，其特征在于：所述流速传感器和所述压力传感器均布置在所述管体的管壁处。

3.根据权利要求1所述的一种水力冲刷测力装置，其特征在于：所述控制系统包括用以显示水流速度和水利冲刷作用力的显示屏。

4.根据权利要求1所述的一种水力冲刷测力装置，其特征在于：所述管体由钢化透明玻璃制成。

5.根据权利要求1所述的一种水力冲刷测力装置，其特征在于：所述压力传感器为高精度压力传感器，所述压力传感器为高精度压力传感器，所述高精度压力传感器的测量精度为0.25％～0.05％。

6.根据权利要求1或5所述的一种水力冲刷测力装置，其特征在于：所述流速传感器和所述压力传感器均至少设置一个。

7.一种水力冲刷测力试验装置，其特征在于：包括河道模拟池，所述河道模拟池上设有水泵，所述河道模拟池内设有所述水力冲刷测力装置，通过所述水泵控制流入所述河道模拟池内的液体的流速，进而测量不同流速下的不同水力冲刷作用力。

8.根据权利要求7所述的一种水力冲刷测力试验装置，其特征在于：所述河道模拟池包括外壁及内壁，外壁及内壁之间为用于容纳水的空间。

9.一种水力冲刷测力装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：液体从进水口流入管体；

步骤2：流速传感器和压力传感器分别将所测得的流速数据信号和压力数据信号传输至控制系统；

步骤3：所述控制系统根据流速数据和压力数据获得所述液体在不同流速下对应的不同水力冲刷作用力。

10.根据权利要求9所述的一种水力冲刷测力装置的测试方法，其特征在于：步骤1中，所述液体为从工程现场采集的水样。