CN109024465A - 具有水沙分离功能的可变坡水流运动轨迹测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了具有水沙分离功能的可变坡水流运动轨迹测试仪，包括框架、翻转平台、收集槽以及驱动翻转平台转动的驱动装置。本发明通过在翻转平台设计绘图操作空间，操作者可以通过绘图通道进行标绘，提高模拟河道水流的流路和轨迹的标绘相符性；还可以通过驱动装置驱动翻转平台转动，可模拟不同坡度的河道水流运动，解决不同河流、不同河段的天然坡降模拟问题；另外，还设计具有水沙分离的收集槽。本发明可有效解决河道坡降的变化问题，并能提高河流的流路和轨迹标绘相符性，以及实现测试用水的水沙分离，实现循环使用，本发明结构简单，造价低，可广泛用于水利工程模拟测试。

Description

具有水沙分离功能的可变坡水流运动轨迹测试仪

技术领域

本发明涉及水工与河工模型试验技术领域，特别涉及一种具有水沙分离功能的可变坡水流运动轨迹测试仪。

背景技术

水利学界在对相关实践工程的工程影响进行分析，或开展相关专题研究时，经常需要对水流流动、河道演变、洪水演进、河流纵横向侵蚀等情况下的水流运动流路、轨迹等进行精细化测试。同时，还会深入了解和分析工程建设会否给相关河流自然环境带来不利影响，以及分析水流的流动冲刷会否影响水利工程建筑物运行安全。

利用河工模型大厅建造物理模型，由于在每一条不同河流的不同河段，其河道坡降均不相同，需要用水泥、砂浆、混凝土等材料修筑河流河床，工程费用高、耗时长、物资耗费严重。利用玻璃水槽进行试验，虽然可以有效解决河道坡降的变化问题，但由于水槽长度往往为数十米，宽度不过几米，对于自然客观世界中广泛存在的弯曲度较大的蜿蜒河流，在平面的相似性模拟方面存在不便，且难以模拟水流的横向淘刷、顶冲、侵蚀、展宽等系列变化，适用性不足。而且，无论是河工模型大厅物理模型，还是玻璃水槽，都存在河流流路和轨迹如何准确标绘的问题。

同时，传统的河工模型在其试验中需要启用泵送循环系统实现水沙的循环和传输，设备造价高，试验成本高，维修保养费用高，试验开展不便。此外，这类水沙循环试验装置，在装置出水处，虽设有沉沙池，但仍有大量泥沙随同水流流入回水渠中，导致整个循环流路里面的都是含沙的浑水。循环水中含有大量泥沙，未进行水沙分离，水沙流动过程中，会对循环管路系统造成磨损，大大降低使用寿命，且污染环境。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种具有水沙分离功能的可变坡水流运动轨迹测试仪，能解决坡度可变，满足不同河流、不同河段的天然坡降模拟问题，同时还能将实验所用的含沙浑水进行水沙分离，并分别收集，实现循环再用。

为解决上述技术问题所采用的技术方案：

具有水沙分离功能的可变坡水流运动轨迹测试仪，包括

框架，其包括位于两侧的两个侧架；

与所述框架铰接的翻转平台，该翻转平台包括面板、底板、位于两侧的两个连接架以及位于该面板上的流水槽，所述面板与所述底板相互平行，所述面板为透明材质构件，各所述连接架上部与所述面板连接，各所述连接架下部与所述底板连接，所述面板和底板之间形成绘图操作空间，该绘图操作空间包括绘图通道和操作入口，所述流水槽具有入水口和出水口，所述入水口不低于所述出水口，两个所述侧架之间具有供所述翻转平台转动的通行槽；

驱动所述翻转平台转动的驱动装置；以及

安装在所述翻转平台的收集槽，所述收集槽位于所述流水槽的出水口处，所述收集槽成型有容纳腔，所述收集槽包括周壁和底壁，所述收集槽内布置有拦沙组件，所述拦沙组件将所述容纳腔分割成若干个腔室，部分所述腔室为沙收集区，部分所述腔室为水收集区，所述周壁上沿最低位定义为基准位，所述拦沙组件上端均具有溢流部，该溢流部的最低位低于所述基准位。

作为上述技术方案的进一步改进，所述驱动装置为电动推杆，该电动推杆的机座与所述框架铰接，该电动推杆的动作端与所述翻转平台铰接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述框架还包括底架，两个所述侧架固接在该底架两侧，各所述连接架中部外侧均布置有转轴，各所述侧架布置有供相应所述转轴转动的轴孔，所述翻转平台布置有量角器。

作为上述技术方案的进一步改进，两个所述连接架上部均布置有挡水壁，所述面板和两个所述挡水壁共同形成所述流水槽。

作为上述技术方案的进一步改进，所述流水槽中布置有导流组件，该导流组件将所述出水口引导成若干个导流口，各所述导流口位于相应所述沙收集区上方或斜上方，所述导流组件包括至少两个相互连接的导流板，两个所述导流板内侧端面之间所形成的夹角定义为α，所述α∈(0,180°)，两个所述导流板外侧端面均朝向所述入水口，两个所述导流板的自由端分别与所述流水槽侧板形成相应的所述导流口。

作为上述技术方案的进一步改进，所述拦沙组件包括至少一个拦沙坎，各所述拦沙坎顶部均具有一溢流面，各所述溢流面组成所述拦沙组件的溢流部。

作为上述技术方案的进一步改进，所述收集槽呈长条状，所述收集槽横截面呈U型状，各所述拦沙坎沿所述收集槽宽度方向竖直布置，所述收集槽内布置至少两个所述拦沙坎从而形成至少三个所述腔室，位于所述容纳腔中部的腔室为所述水收集区，其余所述腔室为所述沙收集区。

作为上述技术方案的进一步改进，所述周壁包括第一侧壁、第二侧壁以及两个端部侧壁，所述第一侧壁和第二侧壁分别位于所述收集槽的两侧，两个所述端部侧壁分别位于所述收集槽的两端，各所述端部侧壁均布置有收集开关。

作为上述技术方案的进一步改进，各所述收集开关包括开设在相应所述端部侧壁上的缺口、布置在该缺口处的卡板槽以及置入在所述卡板槽中的挡板。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一侧壁上部向外侧折弯，从而形成所述收集槽的引流部；所述第二侧壁上部向内侧折弯，从而形成所述收集槽的防溅部。

本发明的有益效果是：本发明通过设计绘图操作空间，在面板上模拟水流流动时，可以通过操作入口放置纸张，水流流路和轨迹通过透明的面板映入纸张上，操作者可以通过绘图通道进行标绘，提高模拟河道水流的流路和轨迹的标绘相符性；还可以通过驱动装置驱动翻转平台转动，可模拟不同坡度的河道水流运动，解决不同河流、不同河段的天然坡降模拟问题；另外，还设计具有水沙分离的收集槽，含沙浑水从入水口流向出水口，并流向收集槽中的沙收集区，由于拦沙组件顶部的溢流部低于收集槽的周壁，含沙浑水的泥沙会沉积在沙收集区中，水则会漫过拦沙组件的溢流部，流向水收集区，从而实现水沙分离。本发明可有效解决河道坡降的变化问题，并能提高河流的流路和轨迹标绘准确性，以及实现测试用水的水沙分离，实现循环使用，本发明结构简单，造价低，可广泛用于水利工程模拟测试。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。

图1是本发明实施例的第一种视角的结构示意图；

图2是本发明实施例的第二种视角的结构示意图；

图3是本发明实施例的俯视图；

图4是图3中D-D向的剖视图，即本发明实施例的剖视图，其中翻转平台处于水平状态；

图5是本发明实施例的剖视图，其中翻转平台处于倾斜状态；

图6是本发明中翻转平台的结构示意图；

图7是本发明中收集槽第一种视角的结构示意图；

图8是本发明中收集槽第二种视角的结构示意图，其中收集开关打开；

图9是本发明中收集槽的剖视图；

图10是图8中A圈的局部放大图；

图11是图8中B圈的局部放大图；

图12是图1中C圈的局部放大图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。

参照图1至图12，一种具有水沙分离功能的可变坡水流运动轨迹测试仪，包括框架、翻转平台20、收集槽40以及驱动翻转平台20转动的驱动装置。

其中框架包括位于两侧的两个侧架12，两个侧架12之间具有供翻转平台 20转动的通行槽。作为优选，框架还包括底架11，两个侧架12固接在该底架 11两侧，翻转平台两侧中部均布置有转轴，各侧架12布置有供相应转轴转动的轴孔，翻转平台20布置有量角器29，可以通过该量角器29查看翻转平台20 的角度。作为优选，底架11底部布置有至少三个撑脚组件13，本实施例中，底架11底部两侧均布置四个撑脚组件13。各撑脚组件13包括布置有外螺纹的调节杆以及安装在该调节杆下端的支撑底座，底架11布置有供各调节杆穿过的螺纹孔。通过各撑脚组件13，可以调节框架水平，保证本发明试验仪在测试过程中，稳定可靠。

翻转平台20与框架铰接，翻转平台20包括面板21、底板22、位于两侧的两个连接架23以及位于该面板21上的流水槽，面板21与底板22相互平行，面板21为透明材质构件，各连接架23上部与面板21连接，各连接架23下部与底板22连接，各转轴布置在相应的连接架23上，面板21和底板22之间形成绘图操作空间，该绘图操作空间包括绘图通道26和操作入口27，操作者可以通过操作入口27放置纸张，水流流路和轨迹通过透明的面板21映入纸张上，操作者可以通过绘图通道26进行标绘，提高模拟河道水流的流路和轨迹的标绘相符性。作为优选，透明材质构件为钢化玻璃，一方面，钢化玻璃强度高，不易弯折，确保了翻转平台20在水平放置及不同坡度翻转时，面板21上端面保持平整平直，避免了在每个不同工况修建模型边界时，都需要重新测量和控制坡面平整的问题。作为优选，各连接架23均为桁架结构。进一步的，底板22 下端面布置有若干个加强肋板25，各加强肋板25沿底板22宽度方向布置。

作为优选，驱动装置为电动推杆31，该电动推杆31的机座与框架铰接，该电动推杆31的动作端与翻转平台20铰接。如图4所示，本实施例中，电动推杆31回缩其动作端，翻转平台20处于水平状态，此时，流水槽的入水口与出水口等高，可模拟平坦河流的水流情况。如图5所示，电动推杆31伸出其动作端，将翻转平台20一端抬升，而翻转平台20的另一端相应下沉，使用者通过控制电动推杆31动作端的行程来控制翻转平台20的坡度，实现流水槽的坡度要求，以实现不同河段水流运动的模拟要求。

具体而言，两个连接架23上部均布置有挡水壁24，面板21和两个挡水壁 24共同形成一个流水槽，流水槽具有入水口和出水口，入水口不低于出水口。流水槽中布置有导流组件，导流组件靠近出水口处，导流组件将出水口引导成若干个导流口，导流组件包括至少两个相互连接的导流板81，两个导流板81 内侧端面之间所形成的夹角定义为α，α∈0,180°，两个导流板81外侧端面均朝向入水口，两个导流板81的自由端分别与流水槽侧板形成相应的导流口。

收集槽40安装在翻转平台20的端部并位于流水槽的出水口处，收集槽40 成型有容纳腔，收集槽40包括周壁和底壁43，具体而言，收集槽40呈长条状，收集槽40横截面呈U型状，周壁包括第一侧壁41、第二侧壁42以及两个端部侧壁，第一侧壁41和第二侧壁42分别位于收集槽40的两侧，两个端部侧壁分别位于收集槽40的两端。收集槽40内布置有拦沙组件，拦沙组件将容纳腔分割成若干个腔室，部分腔室为沙收集区，部分腔室为水收集区，各导流口位于相应沙收集区上方或斜上方，周壁上沿最低位定义为基准位，拦沙组件上端均具有溢流部，该溢流部的最低位低于基准位。作为优选，拦沙组件包括至少一个拦沙坎60，各拦沙坎60顶部均具有一溢流面61，各溢流面61组成拦沙组件的溢流部。作为优选，各拦沙坎60沿收集槽40宽度方向竖直布置，收集槽40 内布置至少两个拦沙坎60从而形成至少三个腔室，位于容纳腔中部的腔室为水收集区，其余腔室为沙收集区。在本实施例中，拦沙坎60共两个，腔室共三个，其中一个腔室是位于收集槽40中部的水收集区，另外两个腔室是位于收集槽 40两端的沙收集区，两个沙收集区刚好接收两个导流口所流下的含沙浑水。其中，水收集区布置有下漏口45，该下漏口45下方布置有流水收集盒70。作为优选，各端部侧壁，即位于两个沙收集区的周壁，均布置有收集开关。各收集开关包括开设在相应端部侧壁上的缺口、布置在该缺口处的卡板槽51以及置入在卡板槽51中的挡板52，即挡板52可拆卸。

使用本发明时，通过驱动装置调节好坡度，模拟河流所需要的坡度，而后引导含沙浑水流入流水槽的入水口，如图1至图3所示，用箭头表示含沙浑水的水流方向。模拟河流上游来水来沙量不大的工况，含沙浑水经导流组件流向各导流口，并分别流向两个沙收集区。为使含沙浑水能顺利流入收集槽50，作为优选，第一侧壁41上部向外侧折弯，从而形成收集槽40的引流部，即含沙浑水从引流部流入沙收集区。为了防止含沙浑水流速过快，从而冲击第二侧壁 42并溅起，作为优选，第二侧壁42上部向内侧折弯，从而形成收集槽40的防溅部。

本实施例中，含沙浑水分别流入两个沙收集区，由于沙的密度比水大，会沉积在沙收集区的底部。另一方面，收集槽40横截面呈U型状，在沙收集区中， U型状的收集槽40有利于流入其内的泥沙沉积到收集槽40底部。此时，各拦沙坎60远离水收集区的端面为拦沙阻隔面。另外，挡板52高于拦沙坎60，水会漫过拦沙坎60顶部的溢流面61，并流向收集槽40中部的水收集区，并从下漏口45流出，并通过流水收集盒70予以收集，可再次循环使用。而两个沙收集区的泥沙需要清理时，无需拆除收集槽，只需要取出位于收集槽40两端的挡板52，即可轻松将沙收集区的泥沙清扫排出。

含沙浑水在流水槽的流动过程中，水流流路和轨迹通过透明的面板21映入纸张上，操作者可以通过绘图通道26进行标绘，提高模拟河道水流的流路和轨迹的标绘准确性。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.具有水沙分离功能的可变坡水流运动轨迹测试仪，其特征在于：包括框架，其包括位于两侧的两个侧架(12)；

与所述框架铰接的翻转平台(20)，该翻转平台(20)包括面板(21)、底板(22)、位于两侧的两个连接架(23)以及位于该面板(21)上的流水槽，所述面板(21)与所述底板(22)相互平行，所述面板(21)为透明材质构件，各所述连接架(23)上部与所述面板(21)连接，各所述连接架(23)下部与所述底板(22)连接，所述面板(21)和底板(22)之间形成绘图操作空间，该绘图操作空间包括绘图通道(26)和操作入口(27)，所述流水槽具有入水口和出水口，所述入水口不低于所述出水口，两个所述侧架(12)之间具有供所述翻转平台(20)转动的通行槽；

驱动所述翻转平台(20)转动的驱动装置；以及

安装在所述翻转平台(20)的收集槽(40)，所述收集槽(40)位于所述流水槽的出水口处，所述收集槽(40)成型有容纳腔，所述收集槽(40)包括周壁和底壁(43)，所述收集槽(40)内布置有拦沙组件，所述拦沙组件将所述容纳腔分割成若干个腔室，部分所述腔室为沙收集区，部分所述腔室为水收集区，所述周壁上沿最低位定义为基准位，所述拦沙组件上端均具有溢流部，该溢流部的最低位低于所述基准位。

2.根据权利要求1所述的具有水沙分离功能的可变坡水流运动轨迹测试仪，其特征在于：所述驱动装置为电动推杆(31)，该电动推杆(31)的机座与所述框架铰接，该电动推杆(31)的动作端与所述翻转平台(20)铰接。

3.根据权利要求1所述的具有水沙分离功能的可变坡水流运动轨迹测试仪，其特征在于：所述框架还包括底架(11)，两个所述侧架(12)固接在该底架(11)两侧，各所述连接架(23)中部外侧均布置有转轴，各所述侧架(12)布置有供相应所述转轴转动的轴孔，所述翻转平台(20)布置有量角器(29)。

4.根据权利要求1或2或3所述的具有水沙分离功能的可变坡水流运动轨迹测试仪，其特征在于：两个所述连接架(23)上部均布置有挡水壁(24)，所述面板(21)和两个所述挡水壁(24)共同形成所述流水槽。

5.根据权利要求4所述的具有水沙分离功能的可变坡水流运动轨迹测试仪，其特征在于：所述流水槽中布置有导流组件，该导流组件将所述出水口引导成若干个导流口，各所述导流口位于相应所述沙收集区上方或斜上方，所述导流组件包括至少两个相互连接的导流板(81)，两个所述导流板(81)内侧端面之间所形成的夹角定义为α，所述α∈(0,180°)，两个所述导流板(81)外侧端面均朝向所述入水口，两个所述导流板(81)的自由端分别与所述流水槽侧板形成相应的所述导流口。

6.根据权利要求4所述的具有水沙分离功能的可变坡水流运动轨迹测试仪，其特征在于：所述拦沙组件包括至少一个拦沙坎(60)，各所述拦沙坎(60)顶部均具有一溢流面(61)，各所述溢流面(61)组成所述拦沙组件的溢流部。

7.根据权利要求6所述的具有水沙分离功能的可变坡水流运动轨迹测试仪，其特征在于：所述收集槽(40)呈长条状，所述收集槽(40)横截面呈U型状，各所述拦沙坎(60)沿所述收集槽(40)宽度方向竖直布置，所述收集槽(40)内布置至少两个所述拦沙坎(60)从而形成至少三个所述腔室，位于所述容纳腔中部的腔室为所述水收集区，其余所述腔室为所述沙收集区。

8.根据权利要求7所述的具有水沙分离功能的可变坡水流运动轨迹测试仪，其特征在于：所述周壁包括第一侧壁(41)、第二侧壁(42)以及两个端部侧壁，所述第一侧壁(41)和第二侧壁(42)分别位于所述收集槽(40)的两侧，两个所述端部侧壁分别位于所述收集槽(40)的两端，各所述端部侧壁均布置有收集开关。

9.根据权利要求8所述的具有水沙分离功能的可变坡水流运动轨迹测试仪，其特征在于：各所述收集开关包括开设在相应所述端部侧壁上的缺口、布置在该缺口处的卡板槽(51)以及置入在所述卡板槽(51)中的挡板(52)。

10.根据权利要求8所述的具有水沙分离功能的可变坡水流运动轨迹测试仪，其特征在于：所述第一侧壁(41)上部向外侧折弯，从而形成所述收集槽(40)的引流部；所述第二侧壁(42)上部向内侧折弯，从而形成所述收集槽(40)的防溅部。