CN106706264B - 取水明渠柔性拦污网及挂网墩台水动力响应试验测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种取水明渠柔性拦污网及挂网墩台水动力响应试验测量系统，包括波流试验水槽、拦污网及挂网墩台模型系统和拦污网运动自由度测量系统；拦污网及挂网墩台模型系统包括一道柔性网衣和两个挂网墩台，柔性网衣沿波流试验水槽的宽度方向设置，并采用架空绳索悬挂在两个挂网墩台上，两个挂网墩台压设在测力天平上，在柔性网衣的下端通过牵引绳索坠设锚碇块体，牵引绳索采用承高架承出试验设计最高水位；在牵引绳索的水上段上设有拉力传感器Ⅰ；在架空绳索上设有拉力传感器Ⅱ。本发明填补了当前水工力学物理模型试验中的空白，测量效率高、数据精确可靠，可为内河及沿海电厂、港口工程设计与科研提供技术支撑。

Description

取水明渠柔性拦污网及挂网墩台水动力响应试验测量系统

技术领域

本发明涉及河口海岸水动力学、流体力学等基础理论试验研究领域，特别涉及一种取水明渠柔性拦污网及挂网墩台水动力响应试验测量系统。

背景技术

近年来，由于海洋养殖业的迅速发展，海水环境的富营养化愈加严重，导致国内各在运电厂机组不同程度地爆发了由于水生物大量聚集性涌入而导致取水口堵塞滤网的事件，对电站的取水安全造成了较大影响。为减少机组运行时水中污染物漂浮进入取水明渠内对取水安全产生的影响，近年来广泛采用的措施为在取水明渠口内设置柔性拦污网结构，并将拦污网采用架空绳索悬挂在高桩墩台之上，拦污网下方采用绳索连接大自重的锚碇块体。柔性拦污网在自身柔度和运动惯性的作用下，可在渠道内水流、外海波浪的作用下发生往复振荡，并通过悬挂于挂网墩台上的架空绳索直接拉扯墩台上部结构，导致挂网墩台在随机、往复性荷载的作用下存在失稳风险；同时，柔性拦污网的网衣在浪、流耦合作用下将发生自由运动，产生较大的运动挠度，当引起的网衣运动冲量过大时将存在拦污网自身网衣破损的风险。第三，拦污网的自由运动同时通过连接绳索拉扯设置在拦污网水下的锚碇块体，存在块体失稳的风险。综上所述，对柔性拦污网及挂网墩台结构动力响应的试验研究直接影响取水工程安全，其经济价值和社会效益显著。

长期以来，河口海岸水力学物理模型力学试验均主要针对于刚性实体结构或简单的浮体结构，但对柔性拦污网及墩台结构这一复杂对象的模拟技术，以及测量技术在各行业试验的规范、规程中均无报道。首先，对挂网墩台的受力特性而言，其所受的外力不仅来自外部浪、流荷载，同时也包括柔性拦污网在往复运动下的惯性拉扯作用，受力结构十分复杂。其次，拦污网的锚碇块体绳索位于水下，常用的拉力传感器无法实现水下作业，是试验中的难点问题。第三，对拦污网自身的惯性运动导致的弯曲挠度测量方面，目前常用的接触式位移传感器受限于网衣的柔性，无法固定在网衣之上，且传感器的自重本身便会导致柔性网衣的大幅变形，从而不能用于测量网衣在波浪水流作用下的运动过程和运动量，导致接触式测量难以实现。经大量查阅现有公开发表的资料，当前对浪流耦合下取水明渠柔性拦污网及挂网墩台结构动力响应试验测量系统尚无报道。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种浪流耦合下取水明渠柔性拦污网及挂网墩台结构动力响应试验测量系统。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种取水明渠柔性拦污网及挂网墩台水动力响应试验测量系统，包括波流试验水槽、拦污网及挂网墩台模型系统和拦污网运动自由度测量系统；所述波流试验水槽的侧壁是采用透明有机玻璃制成的；所述拦污网及挂网墩台模型系统包括一道柔性网衣和两个挂网墩台，所述柔性网衣沿所述波流试验水槽的宽度方向设置，并采用架空绳索悬挂在两个所述挂网墩台上，两个所述挂网墩台压设在测力天平上，所述测力天平嵌装在所述波流试验水槽的底面上，在所述柔性网衣的下端通过牵引绳索坠设锚碇块体，所述锚碇块体落放在所述波流试验水槽的底面上，所述牵引绳索采用承高架承出试验设计最高水位，所述承高架与所述波流试验水槽的底部固接；在所述牵引绳索的水上段上设有拉力传感器Ⅰ；在所述架空绳索上设有拉力传感器Ⅱ；所述拦污网运动自由度测量系统包括摄像机、定位刻度板和多个颜色不同的有色轻质浮子，多个所述有色轻质浮子分布在所述柔性网衣的节点上，所述摄像机设置在所述波流试验水槽外，正对所述柔性网衣的一侧中部，所述定位刻度板设置在所述柔性网衣的另一侧并固定在所述波流试验水槽的侧壁内侧，所述定位刻度板设有采用遥控式可变色发光板制成的刻度板面板，在所述刻度板面板上设有网格型等间距的刻度线，所述刻度线是采用遥控式可变色发光电线制成的，所述摄像机采用所述定位刻度板作为坐标系追踪所述有色轻质浮子的位置随时间变化的运动轨迹。

在所述波流试验水槽的一端设有推板式造波机，另一端设有消波箱，在所述波流试验水槽的一侧外部设有与其平行的循环水管，在所述循环水管内安装有循环水泵。

在所述承高架的顶部及底部两侧均安装有定滑轮，所述牵引绳索绕经所有所述定滑轮。

本发明具有的优点和积极效果是：填补了当前水工力学物理模型试验中缺乏浪流耦合下取水明渠柔性拦污网及挂网墩台结构动力响应试验测量技术的空白，能够实时测量浪流耦合下取水明渠柔性拦污网及挂网墩台结构动力响应，具有高度的一体化、自动化特征，且实施方便、可靠性强、测量效率高、数据精确可靠，可为内河及沿海电厂、港口工程设计与科研提供技术支撑。

附图说明

图1是本发明的纵向立面示意图；

图2是本发明的横向立面示意图；

图3是本发明的俯视图；

图4是本发明的定位刻度板示意图。

图中：1、波流试验水槽；2、推板式造波机；3、循环水泵；4、循环水管；5、定滑轮；6、拉力传感器Ⅰ；7、锚碇块体；8、承高架；9、牵引绳索；10、拉力传感器Ⅱ；11、挂网墩台；12、定位刻度板；13、柔性网衣；14、测力天平；15、消波箱；16、架空绳索；17；有色轻质浮子；18、侧壁；19；摄像机；20、遥控式可变色发光电线。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参见图1～图4，一种取水明渠柔性拦污网及挂网墩台水动力响应试验测量系统，包括波流试验水槽1、拦污网及挂网墩台模型系统和拦污网运动自由度测量系统。

所述波流试验水槽1的侧壁是采用透明有机玻璃制成的。

所述拦污网及挂网墩台模型系统包括一道柔性网衣13和两个挂网墩台11，所述柔性网衣13沿所述波流试验水槽1的宽度方向设置，并采用架空绳索16悬挂在两个所述挂网墩台11上，两个所述挂网墩台11压设在测力天平14上，所述测力天平14嵌装在所述波流试验水槽1的底面上，用于测量浪流作用下挂网墩台11的各向总力和总力矩。在所述柔性网衣13的下端通过牵引绳索9坠设锚碇块体7，所述锚碇块体7落放在所述波流试验水槽1的底面上，所述牵引绳索9采用承高架8承出试验设计最高水位，所述承高架8与所述波流试验水槽1的底部固接。

所述拦污网及挂网墩台模型系统按水工物理模型理论将以上要素按比例尺缩放，模型比例尺设计应满足结构物尺寸几何相似、流速相似、结构受力相似、波高相似、波周期相似、网衣透水率相似等模型相似条件。

在所述牵引绳索9的水上段上设有拉力传感器Ⅰ6，用于测量牵引绳索9在浪流作用下的拉力。

在所述架空绳索16上设有拉力传感器Ⅱ10，用于测量架空绳索16在浪流作用下的拉力。

所述测力天平14、所述拉力传感器Ⅰ6和所述拉力传感器Ⅱ10均与采样控制系统连接。

所述拦污网运动自由度测量系统捕捉拦污网的运动过程和运动挠度，包括摄像机19、定位刻度板12和多个颜色不同的有色轻质浮子17，多个所述有色轻质浮子17分布在所述柔性网衣13的节点上，所述摄像机19设置在所述波流试验水槽外，正对所述柔性网衣13的一侧中部，所述定位刻度板12设置在所述柔性网衣13的另一侧并固定在所述波流试验水槽的侧壁18内侧，所述定位刻度板12包括采用遥控式可变色发光板制成的刻度板面板，在所述刻度板面板上设有网格型等间距刻度线，所述刻度线是采用遥控式可变色发光电线20制成的，所述摄像机19采用所述定位刻度板12作为坐标系追踪所述有色轻质浮子17的位置随时间变化的运动轨迹。

在本实施例中，在所述波流试验水槽1的一端设有推板式造波机2，另一端设有消波箱15，在所述波流试验水槽1的一侧外部设有与其平行的循环水管4，在所述循环水管4内安装有循环水泵3，采用循环水泵3和循环水管4生成目标流速，采用推板式造波机2生成目标波浪，通过消波箱15消除波浪的反射。在所述承高架8的顶部及底部两侧均安装有定滑轮5，所述牵引绳索9绕经所有所述定滑轮5。

本发明的工作原理：

开启推板式造波机2和循环水泵3构造试验的波浪、水流环境，并启动采样控制系统通过拉力传感器Ⅱ10、测力天平14和拉力传感器Ⅰ6同步采集架空绳索16的拉力、挂网墩台11的总力和总力矩以及锚碇块体7牵引绳索9的拉力等数据。

开启定位刻度板12，根据试验室内光线情况，调节其刻度板面板和刻度线的颜色，使之与柔性网衣13上的有色轻质浮子17的颜色具备较大色差。

当多个颜色不同的有色轻质浮子17与定位刻度板12的刻度板面板和刻度线的色差对比明显后，开启摄像机19，并以50Hz的帧速拍照，追踪柔性网衣13不同位置的有色轻质浮子17随时间的变化过程，进而通过定位刻度板12上的坐标监控浮子的位置，最终通过分析不同帧时的拍摄照片得到柔性网衣13的运动轨迹和瞬时运动速度。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种取水明渠柔性拦污网及挂网墩台水动力响应试验测量系统，其特征在于，包括波流试验水槽、拦污网及挂网墩台模型系统和拦污网运动自由度测量系统；

所述波流试验水槽的侧壁是采用透明有机玻璃制成的；

所述拦污网及挂网墩台模型系统包括一道柔性网衣和两个挂网墩台，所述柔性网衣沿所述波流试验水槽的宽度方向设置，并采用架空绳索悬挂在两个所述挂网墩台上，两个所述挂网墩台压设在测力天平上，所述测力天平嵌装在所述波流试验水槽的底面上，在所述柔性网衣的下端通过牵引绳索坠设锚碇块体，所述锚碇块体落放在所述波流试验水槽的底面上，所述牵引绳索采用承高架承出试验设计最高水位，所述承高架与所述波流试验水槽的底部固接；

在所述牵引绳索的水上段上设有拉力传感器Ⅰ；在所述架空绳索上设有拉力传感器Ⅱ；

所述拦污网运动自由度测量系统包括摄像机、定位刻度板和多个颜色不同的有色轻质浮子，多个所述有色轻质浮子分布在所述柔性网衣的节点上，所述摄像机设置在所述波流试验水槽外，正对所述柔性网衣的一侧中部，所述定位刻度板设置在所述柔性网衣的另一侧并固定在所述波流试验水槽的侧壁内侧，所述定位刻度板包括由可变色发光板制成的刻度板面板，在所述刻度板面板上设有网格型等间距的刻度线，所述刻度线是采用遥控式可变色发光电线制成的，所述摄像机采用所述定位刻度板作为坐标系追踪所述有色轻质浮子的位置随时间变化的运动轨迹。

2.根据权利要求1所述取水明渠柔性拦污网及挂网墩台水动力响应试验测量系统，其特征在于，在所述波流试验水槽的一端设有推板式造波机，另一端设有消波箱，在所述波流试验水槽的一侧外部设有与其平行的循环水管，在所述循环水管内安装有循环水泵。

3.根据权利要求1所述取水明渠柔性拦污网及挂网墩台水动力响应试验测量系统，其特征在于，在所述承高架的顶部及底部两侧均安装有定滑轮，所述牵引绳索绕经所有所述定滑轮。

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