CN108766176A - 一种教学用水槽沉积模拟实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种教学用水槽沉积模拟实验装置，它包括沉积模拟实验室(A)，所述沉积模拟实验室(A)包括地上一层(A1)和地下一层(A2)，所述地上一层(A1)包括实验区(B)和办公区(C)两部分组成，所述办公区(C)内设置有总控室(D)，所述实验区(B)的顶部安装有超声波探头(E)，所述超声波探头(E)通过数据处理器(F)与LED显示屏(G)连接，所述实验区(B)包括加砂器(1)、控制系统(2)和砂槽(5)；所述的砂槽(5)内盛有模拟砂，所述砂槽(5)下端与沉积回收装置(6)连接；它克服了现有的沉积模拟实验用水槽在进行使用时，由于装置本身过大，实现场地受限，使用时耗时耗力，实验项目较少的缺点，具有通过一体化流水操作，占地面积小围观对场地受限销，便于教学和科研的优点。
Description
技术领域
本发明涉及到沉积实验模拟技术领域，更加具体地为一种教学用水槽沉积模拟实验装置。
背景技术
河湖沉积模拟实验时沉积学、河流动力学、流体力学和水利学等的边缘学科，其以研究河湖中各类砂体的成因、分布特性、演化规律等为主要内容，开展河湖沉积模拟实验不仅具有理论意义，而且对油气勘探开发具有重要指导意义，河湖沉积模拟实验是一项复杂的地质基础实验，该类实验的开展不仅需要供水、供砂、搅拌、水槽、沉积体测量等一整套完善的实验设备，更需要指导实验设计和实施的理论和方法。模拟实验是建立在相似理论基础之上的，只有模型和原型确实相似时，才能将模型实验结果引申到原型上去。根据相似理论，模型与原型之间必须具备几何相似、运动相似和动力相似这三个基本条件。
现有的沉积模拟实验用水槽在进行使用时，由于装置本身过大，实现场地受限，使用时耗时耗力，实验项目较少，不便于模拟实验的快速进行，不便于教学观察和科研，而且在使用时，无法方便的实现盆地模拟，同时对于模拟区的有水区和无水区不便于进行检测和数据统计分析，并且在进行加砂时，加砂速度不便于进行控制，给装置的实验模拟教学使用带来了一定的影响。
发明内容
本发明的目的在于克服上述背景技术的不足之处，而提出一种教学用水槽沉积模拟实验装置。
本发明的目的是通过如下措施来实施的：一种教学用水槽沉积模拟实验装置，它包括沉积模拟实验室，所述沉积模拟实验室包括地上一层和地下一层，所述地上一层包括实验区和办公区两部分组成，所述办公区内设置有总控室，所述实验区的顶部安装有超声波探头，所述超声波探头通过数据处理器与LED显示屏连接，所述实验区包括加砂器、控制系统和砂槽；所述的砂槽内盛有模拟砂，所述砂槽下端与沉积回收装置连接，
所述地下一层内设置有活动底板控制系统，所述活动底板控制系统和控制系统分别与总控室和数据处理器相连接。
在上述技术方案中：所述加砂器包括加砂槽体和底座，所述加砂槽体的底部和底座相连接，所述加砂槽体的底部漏槽内活动卡接有放砂滚筒，所述放砂滚筒的侧表面设置有排砂槽，所述的放砂滚筒的一端通过滚轴连接有电机，所述的电机安装在所述加砂器的外部，所述电机与控制系统相连接。
在上述技术方案中：所述的超声波探头包括移动探头和下探探头，所述移动探头和下探探头分别与总控室相连接，且所述下探探头通过移动探头被总控室控制。
在上述技术方案中：所述砂槽的底板由至少15组的方板组成，所述底板的底部通过升降杆连接有升降电机，一组所述方板的底部四脚支撑有四组升降电机，所述砂槽的两侧分别等距离设置有至少两组出水口。
在上述技术方案中：所述升降电机与所述的活动底板控制系统相连接，所述升降杆和升降电机均位于地下一层内部，且所述升降电机的底部与所述地下一层的底部相连接并固定。
在上述技术方案中：所述沉积回收装置的一侧开设有收砂口，所述的排砂门的侧壁通过锁扣与所述沉积回收装置的侧壁相固定，位于所述排砂门底部的所述沉积回收装置的侧壁上连接有弧形导砂板，所述沉积回收装置的内腔壁安装有滤水板，
所述的滤水板与所述的沉积回收装置之间沿水平方向的夹角呈45度，且所述的滤水板斜向密封卡接在所述的沉积回收装置的内腔壁中，
所述的沉积回收装置外壁上设置有排水塞，所述的排水塞位于所述的滤水板的下方。
在上述技术方案中：所述移动探头和下探探头位于所述砂槽正上方且所述地上一层的屋顶，所述下探探头的顶部通过升降机与所述地上一层的屋顶相固定，所述移动探头的上端固定有电动推板，所述电动推板与所述地上一层的屋顶相固定，所述电动推板和升降机分别和总控室相连接。
本发明具有如下优点：1、本发明通过方板、升降电机和活动底板控制系统之间的配合，可以在活动底板控制系统的控制下，实现每块方板形态的改变，整个方板构成砂槽，可以拼接出不同的底形，便于实现盆地的模拟。2、本发明通过加砂器、加砂滚筒和控制系统之间的配合，可以通过滚筒上的排砂槽，在滚筒转速改变的情况下，控制加砂速度，通过移动探头和下探探头之间的配合，可以控制两种探头对砂槽沉积砂内的有水区和无水区进行分析和识别工作。3、本发明通过一体化流水操作，占地面积小占地面积小可放置在室内供科研、教学使用，不用单独设置户外大型。如长江大学、中国石油大学(华东)的实验室都是户外建筑，使用起来不方便，利用率不高。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明实验区俯向视图。
图3为本发明方板和升降电机连接视图。
图4为本发明加砂器剖视图。
图5为本发明放砂滚筒放大视图。
图6为本发明沉积回收装置剖视图。
图7为本发明地上一层局部仰视图。
图8为本发明沿水流方向沉积砂剖视图。
图9为本发明垂直水流方向沉积砂剖视图。
图中：加砂器1、控制系统2、方板3-出水口4、砂槽5、沉积回收装置6、升降杆7、升降电机8、加砂槽体9、底座10、放砂滚筒11、排砂槽12、电机13、收砂口14、排砂门15、弧形导砂板16、滤水板17、排水塞18、移动探头19、下探探头20、电动推板21。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明一种教学用水槽沉积模拟实验装置，它包括沉积模拟实验室A，其特征在于：所述沉积模拟实验室A包括地上一层A1和地下一层A2，所述地上一层A1包括实验区B和办公区C两部分组成，所述办公区C内设置有总控室D，所述实验区B的顶部安装有超声波探头E，所述超声波探头E通过数据处理器F与LED显示屏G连接，所述实验区B包括加砂器1、控制系统2和砂槽5；所述的砂槽5内盛有模拟砂，所述砂槽5下端与沉积回收装置6连接，
所述地下一层A2内设置有活动底板控制系统H，所述活动底板控制系统H和控制系统2分别与总控室I和数据处理器F相连接。
所述加砂器1包括加砂槽体9和底座10，所述加砂槽体9的底部和底座10相连接，所述加砂槽体9的底部漏槽内活动卡接有放砂滚筒11，所述放砂滚筒11的侧表面设置有排砂槽12，所述的放砂滚筒11的一端通过滚轴连接有电机13，所述的电机13安装在所述加砂器1的外部，所述电机13与控制系统2相连接。
所述的超声波探头E包括移动探头19和下探探头20，所述移动探头19和下探探头20分别与总控室I相连接，且所述下探探头20通过移动探头19被总控室I控制。
所述砂槽5的底板由至少15组的方板3组成，所述底板的底部通过升降杆7连接有升降电机8，一组所述方板3的底部四脚支撑有四组升降电机8，所述砂槽5的两侧分别等距离设置有至少两组出水口4。
所述升降电机8与所述的活动底板控制系统H相连接，所述升降杆7和升降电机8均位于地下一层A2内部，且所述升降电机8的底部与所述地下一层A2的底部相连接并固定。
所述沉积回收装置6的一侧开设有收砂口14，所述的排砂门15的侧壁通过锁扣与所述沉积回收装置6的侧壁相固定，位于所述排砂门15底部的所述沉积回收装置6的侧壁上连接有弧形导砂板16，所述沉积回收装置6的内腔壁安装有滤水板17，
所述的滤水板17与所述的沉积回收装置6之间沿水平方向的夹角呈45度，且所述的滤水板17斜向密封卡接在所述的沉积回收装置6的内腔壁中，
所述的沉积回收装置6外壁上设置有排水塞18，所述的排水塞18位于所述的滤水板17的下方。
在上述技术方案中：所述移动探头19和下探探头20位于所述砂槽5正上方且所述地上一层A1的屋顶，所述下探探头20的顶部通过升降机与所述地上一层A1的屋顶相固定，所述移动探头19的上端固定有电动推板21，所述电动推板21与所述地上一层A1的屋顶相固定，所述电动推板21和升降机分别和总控室I相连接。
请参阅图1-9所示：本发明提供一种技术方案：一种教学用水槽沉积模拟实验装置，包括沉积模拟实验室，沉积模拟实验室包括地上一层和地下一层，地上一层分设有实验区和办公区，实验区包括加砂器1、控制系统2和砂槽5，砂槽5用于盛装模拟砂，砂槽5的另一端设置有沉积回收装置6，办公区内设置有总控室，实验区的顶部安装有超声波探头，超声波探头通过数据处理器连接有LED显示屏，地下一层设置有活动底板控制系统，活动底板控制系统和控制系统均与分别与总控室和数据处理器相连接。
其中：当砂槽5内通入水后，砂槽5内的模拟砂堆积成沉积砂，沉积砂可通过利用刻度尺进行沉积剖面测量，且可以通过沉积回收装置6进行沉积砂回收，先将砂槽5内装完砂后，再通入水进行砂槽5内，通过砂槽5内的水在模拟砂内液位下降，实现模拟砂模型随水流方向发生改变，可以通过沉积剖面的测量，实现对沿水流方向的沉积砂剖面和垂直于水流方向的沉积砂剖面的测量工作，了解到剖面沉积状况，在实验模拟完成后，可以通过利用沉积回收装置6对沉积砂进行清理回收使用，在图8中a1表示沿水流方向的剖面高度，b1表示沿水流方向的剖面宽度，在图9中a2表示垂直于水流方向的剖面宽度，b2表示垂直于水流方向的剖面宽度，可以利用刻度尺进行精准测量，并进行数据整理分析；加砂器1包括加砂槽体9和底座10，加砂槽体9的底部和底座10相连接，加砂槽体9的底部漏槽内活动卡接有放砂滚筒11，放砂滚筒11的侧表面设置有排砂槽12，放砂滚筒11的一端通过滚轴连接有电机13，电机安装在加砂器1的外部，电机13与控制系统2相连接，通过利用控制系统2可以控制电机1上的放砂滚筒11的转速，可以改变排砂槽12波动模拟砂速度的快慢，可以便于控制加砂速度；超声波探头包括移动探头19和下探探头20，移动探头19和下探探头20分别与总控室相连接，下探探头20通过移动探头19通过总控室所控制，在放水完成后，可以先利用总控室控制移动探头19先进行工作，移动探头19从无水区向有水区移动，识别无水区沉积物表面轮廓，同时识别出有水区的范围，移动探头19完成工作时，通过总控室分析，下探探头20会根据有水区的位置自动下探到水面上，再次扫描识别有水区沉积物表面轮廓；砂槽5的底板由至少15组的方板3组成，底板的底部通过升降杆7连接有升降电机8，一组方板3的底部四脚支撑有四组升降电机8，砂槽5的两侧分别等距离设置有至少两组出水口4，通过升降电机8对方板3的四脚进行支撑固定，可以推动方板3上下移动；升降电机8与活动底板控制系统相连接，升降杆7和升降电机8均位于地下一层内部，且升降电机8的底部与地下一层的底部相连接固定，通过活动底板控制系统对升降电机的单个调频控制，可以实现每个方板3的高度位置进行改变，同时利用多组方板3的升降拼凑，可以模拟出不同盆地的底形，如箕状断陷、双断陷、坳陷、中央隆起和斜坡盆地的模拟工作；沉积回收装置6的一侧开设有收砂口14，靠近收砂口14下方沉积回收装置6的侧壁通过转动销活动连接有排砂门15，排砂门15的侧壁通过锁扣与沉积回收装置6的侧壁相固定，靠近排砂门15底部沉积回收装置6的侧壁连接有弧形导砂板16，沉积回收装置6的内腔壁安装有滤水板17，滤水板17与水平方向呈45度夹角斜向密封卡接在沉积回收装置6的内腔壁中，靠近滤水板17下方沉积回收装置6的外侧壁螺接有排水塞18，将沉积砂通过收砂口14装入到沉积回收装置6内，通过斜放的滤水板17可以对沉积砂中的水实现充分过滤，沉积砂中的水体排放完成后，可以通过打开锁扣，再打开排砂门15，实现砂的重复循环模拟使用；移动探头20和下探探头19位于砂槽5正上方地上一层的屋顶，下探探头19的顶部通过升降机与地上一层的屋顶相固定，移动探头20的上端固定有电动推板21，电动推板21与地上一层的屋顶相固定，电动推板21和升降机分别和总控室相连接，通过总控室的控制，可以便于实现对应探头的识别探测工作，实现了探头之间的互不干扰。
本实施例的一个具体应用为：在使用本装置时，先将沉积模拟实验室的地上一层进行模拟前的盆地调整工作，通过活动底板控制系统通过调频控制升降电机8实现低速带动方板3上下移动，实现对整个砂槽5的盆地模拟处理，再通过利用控制系统2控制电机13的转速，带动加砂槽体9底部的放砂滚筒11转动时的转速进行调整，从而实现排砂槽12带动模拟砂排放速度进行调整，从而改变加砂速度，在砂槽5内通入水后，再通过总控室控制超声波探头的移动探头19在砂槽内移动，实现对无水区沉积物表面轮廓和有水区范围的识别工作，识别完成后，下探探头20会自动识别有水区，并下潜到水面上，扫描识别有水区沉积物表面轮廓，然后再将两次扫描的结果通过数据处理器进行拼接和处理，得到此时完整的沉积物表面轮廓，并且实验员可以通过LED显示屏了解各个子系统的运行情况和数据进行实时处理，待水分完全沉积后，可以通过利用刻度尺对沉积砂的沿水流方向和垂直于水流方向的剖面进行数据整理分析，总控室在实验时可以控制各个子系统，并对各个子系统的运行状态进行监控。
上述未详细说明的部分均为现有技术。
Claims (7)
1.一种教学用水槽沉积模拟实验装置，它包括沉积模拟实验室
(A)，其特征在于：所述沉积模拟实验室(A)包括地上一层(A1)和地下一层(A2)，所述地上一层(A1)包括实验区(B)和办公区(C)两部分组成，所述办公区(C)内设置有总控室(D)，所述实验区(B)的顶部安装有超声波探头(E)，所述超声波探头(E)通过数据处理器(F)与LED显示屏(G)连接，所述实验区(B)包括加砂器(1)、控制系统(2)和砂槽(5)；所述的砂槽(5)内盛有模拟砂，所述砂槽(5)下端与沉积回收装置(6)连接，
所述地下一层(A2)内设置有活动底板控制系统(H)，所述活动底板控制系统(H)和控制系统(2)分别与总控室(I)和数据处理器(F)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种教学用水槽沉积模拟实验装置，其特征在于：所述加砂器(1)包括加砂槽体(9)和底座(10)，所述加砂槽体(9)的底部和底座(10)相连接，所述加砂槽体(9)的底部漏槽内活动卡接有放砂滚筒(11)，所述放砂滚筒(11)的侧表面设置有排砂槽(12)，所述的放砂滚筒(11)的一端通过滚轴连接有电机(13)，所述的电机(13)安装在所述加砂器(1)的外部，所述电机(13)与控制系统(2)相连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种教学用水槽沉积模拟实验装置，其特征在于：所述的超声波探头(E)包括移动探头(19)和下探探头(20)，所述移动探头(19)和下探探头(20)分别与总控室(I)相连接，且所述下探探头(20)通过移动探头(19)被总控室(I)控制。
4.根据权利要求3所述的一种教学用水槽沉积模拟实验装置，其特征在于：所述砂槽(5)的底板由至少15组的方板(3)组成，所述底板的底部通过升降杆(7)连接有升降电机(8)，一组所述方板(3)的底部四脚支撑有四组升降电机(8)，所述砂槽(5)的两侧分别等距离设置有至少两组出水口(4)。
5.根据权利要求4所述的一种教学用水槽沉积模拟实验装置，其特征在于：所述升降电机(8)与所述的活动底板控制系统(H)相连接，所述升降杆(7)和升降电机(8)均位于地下一层(A2)内部，且所述升降电机(8)的底部与所述地下一层(A2)的底部相连接并固定。
6.根据权利要求5所述的一种教学用水槽沉积模拟实验装置，其特征在于：所述沉积回收装置(6)的一侧开设有收砂口(14)，所述的排砂门(15)的侧壁通过锁扣与所述沉积回收装置(6)的侧壁相固定，位于所述排砂门(15)底部的所述沉积回收装置(6)的侧壁上连接有弧形导砂板(16)，所述沉积回收装置(6)的内腔壁安装有滤水板(17)，
所述的滤水板(17)与所述的沉积回收装置(6)之间沿水平方向的夹角呈45度，且所述的滤水板(17)斜向密封卡接在所述的沉积回收装置(6)的内腔壁中，
所述的沉积回收装置(6)外壁上设置有排水塞(18)，所述的排水塞(18)位于所述的滤水板(17)的下方。
7.根据权利要求5或6所述的一种教学用水槽沉积模拟实验装置，其特征在于：所述移动探头(19)和下探探头(20)位于所述砂槽(5)正上方且所述地上一层(A1)的屋顶，所述下探探头(20)的顶部通过升降机与所述地上一层(A1)的屋顶相固定，所述移动探头(19)的上端固定有电动推板(21)，所述电动推板(21)与所述地上一层(A1)的屋顶相固定，所述电动推板(21)和升降机分别和总控室(I)相连接。
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- 2018-06-29 CN CN201810696162.1A patent/CN108766176B/zh active Active
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