CN107515096A - 四面生潮的多流态潮汐流模拟试验装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四面生潮的多流态潮汐流模拟试验装置及其方法。本发明中，试验水池下方均匀的布置六个蓄水池，蓄水池上方设有排水孔；分布式泵群中生潮双向潜水泵上方设有止水消能罩，蓄水池通过输水管与生潮双向潜水泵连接；控制配电柜连接并控制导流板和变频器，导流板设置在止水消能罩上方，变频器连接分布式泵群的生潮双向潜水泵电机；信息采集系统包括水位计、流速流向计，水位计及流速流向计布置在试验水池中，并与控制系统的控制配电柜相连。本发明能够针对不同试验工况，灵活的选择生潮边界数量，最高能达到四面生潮的效果，且能够模拟出旋转流、往复流、沿岸流、多向流等复杂流态，并可循环利用试验水体。

Description

四面生潮的多流态潮汐流模拟试验装置及其方法

技术领域

本发明属于一种潮汐模拟试验装置，特别涉及一种四面生潮的多流态潮汐流模拟试验装置。

背景技术

对于在河口及海洋环境中修建的各类工程，如港口、航道整治、围垦、浮式平台等工程，潮汐水流是其工程结构物所受的主要动力作用，并且常常多方向作用于工程结构物，影响着工程结构物的安全及使用。

水工物理模型试验是解决各类工程实际问题的一个重要研究手段，通过物理模型试验模拟工程结构物的受力情况，从而完成工程的设计建造工作。因此一套能多方向生潮的，适用于多种河口及海洋环境的潮汐流模拟试验装置具有重要的科研价值。

现有能够模拟潮汐流的水工模型试验装置大多只能产生单方向，或较少方向的潮汐流，不能同时在四个边界处产生潮汐流，对于海洋环境下的工程结构物模拟试验，不能保证潮汐潮流模拟的准确性。同时现有的模拟潮汐流试验装置大多只能模拟一种流态的潮流，适用性差，试验成本高。针对不同涉水工程，需发明一种能自由控制生潮边界数量，并能模拟多种流态潮流的装置，以降低试验成本，提高试验的可靠性及可操作性。

发明内容

针对现有技术的潮汐流模拟试验装置的不足，本发明提供一种四面生潮的多流态潮汐流模拟试验装置，利用分布式泵群控制技术，通过变频器直接控制生潮双向潜水泵电机，改变生潮双向潜水泵电机运行速度及运转方向，从而调节生潮双向潜水泵的进出水流量，按照给定的潮位过程曲线实时控制模型潮位，实现精确模拟涨落潮的目的；并通过改变导流板的方向，结合生潮双向潜水泵电机运行速度及运转方向，实现试验场内潮流的控制，模拟出旋转流、往复流、沿岸流、多向流等复杂流态；并能针对不同涉水工程生潮试验，自由选择生潮边界的数量，达到精确模拟实际工况的目的。

本发明具体通过如下技术方案实现：

四面生潮的多流态潮汐流模拟试验装置，包括试验水池、蓄水池、分布式泵群、控制系统、信息采集系统；

所述的试验水池作为涉水工程结构物布设区域，下方均匀布置若干个蓄水池，蓄水池用于储存收集试验用水；蓄水池上方设有排水孔，用于将试验水池中的水体排入蓄水池；

所述的分布式泵群包括若干组潜水泵机组，其中所有蓄水池中靠近试验水池侧边的所有蓄水池边上均布设有潜水泵机组，所有潜水泵机组形成一个沿试验水池侧边沿程布设的形状；每组潜水泵机组包括生潮双向潜水泵、止水消能罩、输水管，蓄水池通过输水管逐个与生潮双向潜水泵的一端入口连接，生潮双向潜水泵的另一端出口上方设有用于减弱水流冲击能量的止水消能罩，止水消能罩上方设置有用于改变进入试验水池的水流方向和流态的导流板；

所述的信息采集系统用于采集试验水池中的水流参数；所述控制系统用于根据信息采集系统采集的参数闭环控制导流板和生潮双向潜水泵。

作为优选，所述控制系统包括导流板、变频器、控制配电柜，控制配电柜连接并控制导流板和变频器，变频器连接分布式泵群的生潮双向潜水泵电机，控制配电柜同时连接信息采集系统，根据信息采集系统反馈的水位数据修正误差，并将修改后的参数发送给变频器，通过变频器改变生潮双向潜水泵电机运行速度及运转方向，实现闭环控制。

作为优选，所述的信息采集系统包括水位计和流速流向计，水位计及流速流向计布置在试验水池中，并与控制系统的控制配电柜相连，实时将边界处的水位、流速、流向数据反馈到控制系统中。

作为优选，所述的蓄水池共6个，呈矩形阵列方式布置与试验水池下方。

本发明的另一目的在于提供一种利用所述试验装置的四面生潮的多流态潮汐流模拟试验方法，步骤如下：

保持排水孔关闭，往蓄水池中注入适量水，在控制配电柜上预设初始参数，包括变频器频率、导流板方向以及生潮边界数量参数；启动生潮双向潜水泵开始试验，生潮双向潜水泵从蓄水池中抽取水，经输水管的运输及止水消能罩的消能处理，穿过导流板，按照设定方向进入试验水池中，实现试验场内潮流流态的控制；试验过程中，水位计实时测量试验水池中分布式泵群附近的水位，并将水位数据反馈到控制配电柜中，流速流向计实时测量试验水池中分布式泵群附近水流的流速及流向，并将流速及流向数据反馈到控制配电柜中，控制配电柜根据预定的试验方案实时修正误差，并将修改后的参数发送给变频器和导流板，实现闭环控制；试验结束后，通过控制配电柜关闭生潮双向潜水泵，打开排水孔，试验水池中的水流入蓄水池，以备下次试验使用。

本发明的有益效果：

(1)本发明能够针对不同试验工况，灵活的选择生潮边界数量，最高能达到四面生潮的效果。

(2)本发明通过改变生潮双向潜水泵运行速度及运转方向、导流板方向，能够实现模拟旋转流、往复流、沿岸流、多向流等多种复杂潮汐流态的目的。

(3)本发明通过蓄水池储存收集试验用水，可实现水的循环利用，降低试验成本，减少水资源的浪费。

(4)本发明通过止水消能罩及分布式泵群布置减弱水流的冲击能量，并利用信息采集系统、控制系统及分布式泵群的协同工作，实现了闭环控制，减少了潮汐水流模拟的误差，提高了模型试验的可靠性。

附图说明

图1是本发明所述装置的整体布局图；

图2是本发明所述装置的A-A断面剖视图；

图中：1试验水池、2蓄水池、3控制配电柜、4分布式泵群、5信息采集系统、6排水孔、7导流板、8止水消能罩、9生潮双向潜水泵、10变频器、11输水管、12水位计、13流速流向计。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1至图2所示，一种四面生潮的多流态潮汐流模拟试验装置，包括试验水池1、蓄水池2、分布式泵群4、控制系统、信息采集系统5。试验水池1下方均匀的布置六个蓄水池2，蓄水池2上方设有排水孔6，用于将试验水池1中的水体排入蓄水池2。

分布式泵群包括若干组潜水泵机组，其中所有蓄水池2中靠近试验水池1侧边的所有蓄水池边上均布设有潜水泵机组，所有潜水泵机组形成一个沿试验水池侧边沿程布设的形状。其中试验水池1左右两侧的四个蓄水池2的两直角边均各布置七组潜水泵机组，试验水池1中间的两个蓄水池2只在一边布设八组潜水泵机组。每组潜水泵机组包括生潮双向潜水泵9、止水消能罩8、输水管11。生潮双向潜水泵9为一个能够通过改变水泵中电机旋转方向进而改变抽水方向的潜水泵。生潮双向潜水泵9上方设有止水消能罩8，用于减弱水流的冲击能量，生潮双向潜水泵9通过输水管11与蓄水池2连接。蓄水池2通过输水管11逐个与生潮双向潜水泵9的一端入口连接，生潮双向潜水泵9的另一端出口上方设有用于减弱水流冲击能量的止水消能罩8，止水消能罩8上方设置有用于改变进入试验水池的水流方向和流态的导流板7。

控制系统用于根据信息采集系统采集的参数闭环控制导流板和生潮双向潜水泵。控制系统包括导流板7、变频器10、控制配电柜3。控制配电柜3连接并控制导流板7和变频器10，变频器连接生潮双向潜水泵9，通过改变生潮双向潜水泵9电机上的交流电频率来改变生潮双向潜水泵9的运行速度。控制配电柜3连接信息采集系统5，根据信息采集系统5的水位计12反馈的水位数据，以及流速流向计13反馈的流速、流向数据修正误差，并将修改后的参数发送给变频器10，通过变频器10改变生潮双向潜水泵9运行速度及运转方向，从而调节生潮双向潜水泵9的进出流量，实现闭环控制。导流板7设置在止水消能罩8上方，通过控制配电柜3改变导流板7的方向，产生特定流态的水流。

信息采集系统用于采集试验水池中的水流参数。信息采集系统5包括水位计12、流速流向计13，水位计12及流速流向计13布置在试验水池1中，并与控制配电柜3相连，实时将边界处的水位、流速、流向数据反馈到控制系统中。

本发明的实施过程如下：根据试验要求，确定试验方案，包括试验水池中需要产生潮汐流的边界以及潮汐流流态、流速等相关参数。保持排水孔6关闭，往蓄水池2中注入适量水，注水量以满足试验需要为准。在控制配电柜3上设定变频器10频率、导流板7方向以及生潮边界数量等参数，启动生潮双向潜水泵9，开始试验。生潮双向潜水泵9从蓄水池2中抽取水，经输水管11的运输及止水消能罩8的消能处理，穿过导流板7，按照设定方向流出，实现试验场内潮流流态的控制。

试验过程中，水位计12实时测量试验水池1中分布式泵群4附近的水位，并将水位数据反馈到控制配电柜3中，流速流向计13实时测量试验水池1中分布式泵群4附近水流的流速及流向，并将流速及流向数据反馈到控制配电柜3中，控制配电柜3实时修正误差，并将修改后的参数发送给变频器10和导流板7，实现闭环控制。试验结束后，在控制配电柜3上关闭生潮双向潜水泵9，打开排水孔6，试验水池中的水流入蓄水池2，以备下次试验使用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种四面生潮的多流态潮汐流模拟试验装置，其特征在于：包括试验水池、蓄水池、分布式泵群、控制系统、信息采集系统；

所述的试验水池作为涉水工程结构物布设区域，下方均匀布置若干个蓄水池，蓄水池用于储存收集试验用水；蓄水池上方设有排水孔，用于将试验水池中的水体排入蓄水池；

所述的分布式泵群包括若干组潜水泵机组，其中所有蓄水池中靠近试验水池侧边的所有蓄水池边上均布设有潜水泵机组，所有潜水泵机组形成一个沿试验水池侧边沿程布设的形状；每组潜水泵机组包括生潮双向潜水泵、止水消能罩、输水管，蓄水池通过输水管逐个与生潮双向潜水泵的一端入口连接，生潮双向潜水泵的另一端出口上方设有用于减弱水流冲击能量的止水消能罩，止水消能罩上方设置有用于改变进入试验水池的水流方向和流态的导流板；

所述的信息采集系统用于采集试验水池中的水流参数；所述控制系统用于根据信息采集系统采集的参数闭环控制导流板和生潮双向潜水泵。

2.根据权利要求1所述的一种四面生潮的多流态潮汐流模拟试验装置，其特征在于：所述控制系统包括导流板、变频器、控制配电柜，控制配电柜连接并控制导流板和变频器，变频器连接分布式泵群的生潮双向潜水泵电机，控制配电柜同时连接信息采集系统，根据信息采集系统反馈的水位数据修正误差，并将修改后的参数发送给变频器，通过变频器改变生潮双向潜水泵电机运行速度及运转方向，实现闭环控制。

3.根据权利要求2所述的一种四面生潮的多流态潮汐流模拟试验装置，其特征在于：所述的信息采集系统包括水位计和流速流向计，水位计及流速流向计布置在试验水池中，并与控制系统的控制配电柜相连，实时将边界处的水位、流速、流向数据反馈到控制系统中。

4.根据权利要求1所述的一种四面生潮的多流态潮汐流模拟试验装置，其特征在于：所述的蓄水池共6个，呈矩形阵列方式布置与试验水池下方。

5.一种利用如权利要求1所述试验装置的四面生潮的多流态潮汐流模拟试验方法，其特征在于，步骤如下：

首先保持排水孔关闭，往蓄水池中注入适量水，在控制配电柜上预设初始参数，包括变频器频率、导流板方向以及生潮边界数量参数；启动生潮双向潜水泵开始试验，生潮双向潜水泵从蓄水池中抽取水，经输水管的运输及止水消能罩的消能处理，穿过导流板，按照设定方向进入试验水池中，实现试验场内潮流流态的控制；试验过程中，水位计实时测量试验水池中分布式泵群附近的水位，并将水位数据反馈到控制配电柜中，流速流向计实时测量试验水池中分布式泵群附近水流的流速及流向，并将流速及流向数据反馈到控制配电柜中，控制配电柜根据预定的试验方案实时修正误差，并将修改后的参数发送给变频器和导流板，实现闭环控制；试验结束后，通过控制配电柜关闭生潮双向潜水泵，打开排水孔，试验水池中的水流入蓄水池，以备下次试验使用。