CN110930851B - 挑射流动床冲刷实验装置及实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挑射流动床冲刷实验装置，包括挑射流角度控制装置、框架结构、传动装置、沙斗和实验水槽，所述挑射流角度控制装置包含第一支架、第一套筒，第一套筒套在第一支架上，并通过第一套筒固定螺栓锁紧，所述伸缩杆的一端与第一套筒固定连接，角度盘固定在伸缩杆上，指示杆套在伸缩杆上，伸缩杆另一端上套有第二套筒，第二套筒与固定管固定连接，固定管与来流管道连接，在第二套筒上设有锁紧第二套筒的伸缩杆固定螺栓。本发明的挑射流动床冲刷实验装置，通过调整固定管的角度，从而调整挑射流的角度，以及通过传动装置以及沙斗，能精确的铺设不同厚度的沙子，结构巧妙，能够通过该装置对挑流消能进行验证。

Description

挑射流动床冲刷实验装置及实验方法

技术领域

本发明涉及挑射流动床冲刷实验装置及实验方法，属于水工领域。

背景技术

挑流消能水舌与下游河道或坝基处的水流衔接势必形成冲刷坑。对于挑流消能而言，能量的耗散在于来流至消能工前段、空中消能和下游旋滚冲刷耗能三部分，而约有50％-80％的能量却是在冲刷坑中消散。巨大不稳定的动水压力脉动、掺气、紊动和淹没旋滚等多种复杂水力条件混掺以及多尺度的河床空间地质条件，使得冲刷坑在形成过程中对河道冲刷以及结构稳定带来不同程度的威胁和危害。

泄水建筑物采用挑流消能，需要进行岩基冲刷的估算。有关规范明文规定，对于重大工程，对此均需通过水工模型试验研究来论证。而目前尚未出现专门的挑射流试验装置，因此，有必要提出一种针对挑射流冲刷试验的装置。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种挑射流动床冲刷实验装置及实验方法，能对挑射流的角度和铺沙厚度进行精确控制，该设施经济简单，运行方便。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的挑射流动床冲刷实验装置，包括挑射流角度控制装置、框架结构、传动装置、沙斗和实验水槽，所述挑射流角度控制装置包含第一支架、第一套筒、第一套筒固定螺栓、角度盘、伸缩杆、伸缩杆固定螺栓、指示杆、固定管和固定管固定螺栓，第一套筒套在第一支架上，并通过第一套筒固定螺栓锁紧，所述伸缩杆的一端与第一套筒固定连接，角度盘固定在伸缩杆上，指示杆套在伸缩杆上，伸缩杆另一端上套有第二套筒，第二套筒与固定管固定连接，固定管与来流管道连接，在第二套筒上设有锁紧第二套筒的伸缩杆固定螺栓；所述传动装置安装在框架结构上，传动装置与沙斗连接，沙斗位于实验水槽上方；通过传动装置带动沙斗在框架结构上往复运动，从而铺设厚度均匀的沙层。

作为优选，所述框架结构包含第二支架、第三套筒、第三套筒螺母、横梁、纵梁、第一圆水准器，第二支架上设置可垂向运动的第三套筒，水槽两侧的两个套筒间固定设置横梁，横梁设置凹槽，两横梁的凹槽间搭接纵梁，横梁两端分别设置第一圆水准器。

作为优选，所述传动装置包括滑行块、横杆、纵杆、前盘、后盘、前盘绳索和后盘绳索，所述横杆和纵杆连接成一个框架，在横杆的两端均连接有滑块，滑块沿纵梁滑动，两个纵杆分别与前盘和后盘连接，在前盘和后盘中分别安装有前盘绳索和后盘绳索，通过前盘绳索和后盘绳索带动滑块前后移动。

作为优选，所述指示杆包含相互垂直的两个杆，分别为指针杆和横杆，所述横杆套在伸缩杆上并与第二套筒固定连接。

作为优选，所述沙斗包括本体、隔板、竖板、斜板和背扣，所述本体的侧面安装有背扣，背扣通过下接挂扣与纵杆连接，在本体下方设有竖板，竖板与斜板连接，在本体内安装有调整沙量的隔板。

一种挑射流动床冲刷实验装置的实验方法，包括以下步骤：

步骤一：实验前，根据水槽位置选择合适的位置放置挑射流角度控制装置，观察圆水准器，待圆水准器中气泡居于正中位置，则挑射流角度控制装置放置平整；

步骤二：将挑射流来流管道插入固定管，旋转固定管固定螺栓，固定来流管道，调节第一高度和伸缩杆长度，定位挑射流来流管道位置，旋转指示杆，通过指示杆中指针杆指向的角度确定挑射流出流角度；

步骤三：在实验水槽两侧合适位置放置框架结构的四个第二，安装第二支架上的第三套筒和横梁，并根据沙斗据横梁垂直距离和铺沙厚度调节套筒高度，假设水槽底部据横梁垂直距离，设为h₁(cm)，沙斗据横梁垂直距离a(cm，a为定值)，铺沙厚度d₁(cm)，则：

h₁＝a+d₁

微调与横梁固定连接的第三套筒，待横梁两端圆水准器的气泡正中，固定第三套筒；

步骤四：将滑块穿过纵梁，并将纵梁搭接在横梁的凹槽中，前、后盘连接的绳索分别挂于横梁上，拉动前盘绳索，使传动装置处于水槽最前端，挂接沙斗，关闭沙斗中隔板，向本体中装置沙A；

步骤五：拉动与后盘连接的绳索，使沙斗的竖板处于铺沙区域的初始段，打开沙斗中的隔板，并匀速拉动与后盘连接的绳索，使沙均匀落在水槽中，落在水槽底部的沙在竖板的作用下抹平，若落沙速度交快，则稍微减少隔板开度；若落沙速度较慢，则稍微增加隔板开度，待沙斗竖板运行至铺沙区域末端后，关闭隔板；

步骤六：观察沙A表面是否平整，不平整，则重复步骤五，其中将隔板开度设置比步骤五中隔板开度要小。沙A表面平整，则此时沙A结束；

步骤七：拉动前盘绳索，使传动装置处于水槽最前端，提出沙斗，倒出剩余沙A；调整支架上的套筒高度，使每个第二套筒升高d₂(cm)；

步骤八：挂接沙斗，关闭沙斗中隔板，向本体中装置沙B后，拉动与后盘连接的绳索，使沙斗的竖板处于铺沙区域的初始段，打开沙斗中的隔板，并匀速拉动后盘，使沙落在水槽中，并在竖板的作用下抹平，待沙斗竖板运行至铺沙区域末端后，关闭隔板。

步骤九：观察沙B表面是否平整，不平整，则重复步骤八，其中将隔板开度设置比步骤八中隔板开度要小，沙B表面平整，则此时沙B结束，此时在水槽底部布设了两层不同粒径、不同厚度的沙，并且沙面平整。

在本发明中，所述盛沙斗内侧开横孔，与横孔垂直方向上设置斜壁。所述滑行块中空，穿过桁架结构的纵梁，可沿纵梁前后移动。所述横梁和纵梁的断面为矩形。所述第二支架上标识刻度尺。所述第一套筒和第二套筒可沿第一支架和第二支架垂向运动。所述伸缩杆可沿水平方向伸缩，可沿其径向旋转，并通过伸缩杆固定螺栓固定。所述固定管侧壁设置四个固定管固定螺栓，螺母伸入固定管内部，其前端设置圆弧型垫片。所述指示杆包括相互垂直的两个杆：指针杆和横杆，所述横杆可沿伸缩杆伸缩。所述套筒都可从支架上拆卸，便于存储和运输。

有益效果：本发明的挑射流动床冲刷实验装置，通过调整固定管的角度，从而调整挑射流的角度，以及通过传动装置以及沙斗，能精确的铺设不同厚度的沙子，结构巧妙，能够通过该装置对挑流消能进行验证。

附图说明

图1挑射流动床冲刷试验装置三维示意图。

图2挑射流角度控制装置三维示意图。

图3框架结构三维示意图。

图4传动装置三维示意图。

图5沙斗三维示意图。

图6指示杆剖面图。

图7固定管固定螺栓示意图。

图8沙斗剖面图。

挑射流角度控制装置1、框架结构2、传动装置4、沙斗5、实验水槽3、第一支架6、第一套筒7、第一套筒固定螺栓8、角度盘9、伸缩杆11、第一套筒固定螺栓12、指示杆10、固定管13、固定管固定螺栓14、第二圆水准器15、第二支架18、第三套筒19、第三套筒固定螺栓20、横梁21、纵梁22、第一圆水准器23、滑块24、横杆25、纵杆26、前盘27、后盘28、前盘绳索29、后盘绳索30、挂扣31、本体36、隔板35、竖板33、斜板34、背扣32、指针杆16、横杆17。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1至图8所示，本发明的挑射流动床冲刷实验装置，包括挑射流角度控制装置1、框架结构2、传动装置4、沙斗5和实验水槽3，所述挑射流角度控制装置1包含第一支架6、第一套筒7、第一套筒固定螺栓12、角度盘9、伸缩杆11、伸缩杆11固定螺栓、指示杆10、固定管13和固定管固定螺栓14，第一套筒7套在第一支架6上，并通过第一套筒固定螺栓8锁紧，第一支架上安装有第二圆水准器15，第一套筒7通过第一套筒固定螺栓12锁紧，所述伸缩杆11的一端与第一套筒固定连接，角度盘9固定在伸缩杆11上，指示杆10套在伸缩杆11上，伸缩杆11另一端上套有第二套筒，第二套筒与固定管13固定连接，固定管13与来流管道连接，在第二套筒上设有锁紧第二套筒的伸缩杆固定螺栓12；所述传动装置4安装在框架结构2上，传动装置4与沙斗5连接，沙斗5位于实验水槽3上方；通过传动装置4带动沙斗5在框架结构2上往复运动，从而铺设厚度均匀的沙层。

在本发明中，所述框架结构2包含第二支架18、第三套筒8、第三套筒螺母7、横梁21、纵梁22、第一圆水准器23，第二支架18上设置可垂向运动的第三套筒19，并通过第三套筒固定螺栓20锁紧，水槽两侧的两个套筒间固定设置横梁21，横梁21设置凹槽，两横梁21的凹槽间搭接纵梁22，横梁21两端分别设置第一圆水准器23。

在本发明中，所述传动装置4包括滑行块、横杆1725、纵杆26、前盘27、后盘28、前盘绳索29和后盘绳索30，所述横杆1725和纵杆26连接成一个框架，在横杆1725的两端均连接有滑块24，滑块24沿纵梁22滑动，两个纵杆26分别与前盘27和后盘28连接，在前盘27和后盘28中分别安装有前盘绳索29和后盘绳索30，通过前盘绳索29和后盘绳索30带动滑块24前后移动。所述指示杆10包含相互垂直的两个杆，分别为指针杆16和横杆1725，所述横杆1725套在伸缩杆11上并与第二套筒固定连接。

在本发明中，所述沙斗5包括本体36、隔板35、竖板33、斜板34和背扣32，所述本体36的侧面安装有背扣32，背扣32通过下接挂扣31与纵杆26连接，在本体36下方设有竖板33，竖板33与斜板34连接，在本体36内安装有调整沙量的隔板35。

一种挑射流动床冲刷实验装置的实验方法，包括以下步骤：

步骤一：实验前，根据水槽位置选择合适的位置放置挑射流角度控制装置1，观察第二圆水准器15，待圆水准器中气泡居于正中位置，则挑射流角度控制装置1放置平整；

步骤二：将挑射流来流管道插入固定管13，旋转固定管固定螺栓14，固定来流管道，调节第一高度和伸缩杆11长度，定位挑射流来流管道位置，旋转指示杆10，通过指示杆10中指针杆16指向的角度确定挑射流出流角度；

步骤三：在实验水槽3两侧合适位置放置框架结构2的四个第二，安装第二支架18上的第三套筒和横梁21，并根据沙斗5据横梁21垂直距离和铺沙厚度调节套筒高度，假设水槽底部据横梁21垂直距离，设为h₁(cm)，沙斗5据横梁21垂直距离a(cm，a为定值)，铺沙厚度d₁(cm)，则：

h₁＝a+d₁

微调与横梁21固定连接的第三套筒，待横梁21两端圆水准器的气泡正中，固定第三套筒；

步骤四：将滑块24穿过纵梁22，并将纵梁22搭接在横梁21的凹槽中，前、后盘28连接的绳索分别挂于横梁21上，拉动前盘绳索29，使传动装置4处于水槽最前端，挂接沙斗5，关闭沙斗5中隔板35，向本体36中装置沙A；

步骤五：拉动与后盘28连接的绳索，使沙斗5的竖板33处于铺沙区域的初始段，打开沙斗5中的隔板35，并匀速拉动与后盘28连接的绳索，使沙均匀落在水槽中，落在水槽底部的沙在竖板33的作用下抹平，若落沙速度交快，则稍微减少隔板35开度；若落沙速度较慢，则稍微增加隔板35开度，待沙斗5竖板33运行至铺沙区域末端后，关闭隔板35；

步骤六：观察沙A表面是否平整，不平整，则重复步骤五，其中将隔板35开度设置比步骤五中隔板35开度要小。沙A表面平整，则此时沙A结束；

步骤七：拉动前盘绳索29，使传动装置4处于水槽最前端，提出沙斗5，倒出剩余沙A；调整支架上的套筒高度，使每个第二套筒升高d₂(cm)；

步骤八：挂接沙斗5，关闭沙斗5中隔板35，向本体36中装置沙B后，拉动与后盘28连接的绳索，使沙斗5的竖板33处于铺沙区域的初始段，打开沙斗5中的隔板35，并匀速拉动后盘28，使沙落在水槽中，并在竖板33的作用下抹平，待沙斗5竖板33运行至铺沙区域末端后，关闭隔板35。

步骤九：观察沙B表面是否平整，不平整，则重复步骤八，其中将隔板35开度设置比步骤八中隔板35开度要小，沙B表面平整，则此时沙B结束，此时在水槽底部布设了两层不同粒径、不同厚度的沙，并且沙面平整。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种挑射流动床冲刷实验装置，其特征在于：包括挑射流角度控制装置、框架结构、传动装置、沙斗和实验水槽，所述挑射流角度控制装置包含第一支架、第一套筒、第一套筒固定螺栓、角度盘、伸缩杆、伸缩杆固定螺栓、指示杆、固定管和固定管固定螺栓，第一套筒套在第一支架上，并通过第一套筒固定螺栓锁紧，所述伸缩杆的一端与第一套筒固定连接，角度盘固定在伸缩杆上，指示杆套在伸缩杆上，伸缩杆另一端上套有第二套筒，第二套筒与固定管固定连接，固定管与来流管道连接，在第二套筒上设有锁紧第二套筒的伸缩杆固定螺栓；所述传动装置安装在框架结构上，传动装置与沙斗连接，沙斗位于实验水槽上方；通过传动装置带动沙斗在框架结构上往复运动，从而铺设厚度均匀的沙层；所述框架结构包含第二支架、第三套筒、第三套筒螺母、横梁、纵梁、第一圆水准器，第二支架上设置可垂向运动的第三套筒，水槽两侧的两个套筒之间固定设置横梁，横梁设置凹槽，两横梁的凹槽间搭接纵梁，横梁两端分别设置第一圆水准器；所述传动装置包括滑行块、横杆、纵杆、前盘、后盘、前盘绳索和后盘绳索，所述横杆和纵杆连接成一个框架，在横杆的两端均连接有滑块，滑块沿纵梁滑动，两个纵杆分别与前盘和后盘连接，在前盘和后盘中分别安装有前盘绳索和后盘绳索，通过前盘绳索和后盘绳索带动滑块前后移动；所述指示杆包含相互垂直的两个杆，分别为指针杆和横杆，所述横杆套在伸缩杆上并与第二套筒固定连接；所述沙斗包括本体、隔板、竖板、斜板和背扣，所述本体的侧面安装有背扣，背扣通过下接挂扣与纵杆连接，在本体下方设有竖板，竖板与斜板连接，在本体内安装有调整沙量的隔板。

2.一种如权利要求1所述的挑射流动床冲刷实验装置的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：实验前，根据水槽位置选择合适的位置放置挑射流角度控制装置，观察圆水准器，待圆水准器中气泡居于正中位置，则挑射流角度控制装置放置平整；

步骤二：将挑射流来流管道插入固定管，旋转固定管固定螺栓，固定来流管道，调节第一高度和伸缩杆长度，定位挑射流来流管道位置，旋转指示杆，通过指示杆中指针杆指向的角度确定挑射流出流角度；

步骤三：在实验水槽两侧合适位置放置框架结构的四个第二，安装第二支架上的第三套筒和横梁，并根据沙斗据横梁垂直距离和铺沙厚度调节套筒高度，假设水槽底部据横梁垂直距离，设为h₁(cm)，沙斗据横梁垂直距离a(cm， a为定值)，铺沙厚度d₁(cm)，则：

h₁=a+d₁

微调与横梁固定连接的第三套筒，待横梁两端圆水准器的气泡正中，固定第三套筒；

步骤四：将滑块穿过纵梁，并将纵梁搭接在横梁的凹槽中，前、后盘连接的绳索分别挂于横梁上，拉动前盘绳索，使传动装置处于水槽最前端，挂接沙斗，关闭沙斗中隔板，向本体中装置沙A；

步骤五：拉动与后盘连接的绳索，使沙斗的竖板处于铺沙区域的初始段，打开沙斗中的隔板，并匀速拉动与后盘连接的绳索，使沙均匀落在水槽中，落在水槽底部的沙在竖板的作用下抹平，若落沙速度交快，则稍微减少隔板开度；若落沙速度较慢，则稍微增加隔板开度，待沙斗竖板运行至铺沙区域末端后，关闭隔板；

步骤六：观察沙A表面是否平整，不平整，则重复步骤五，其中将隔板开度设置比步骤五中隔板开度要小，沙A表面平整，则此时沙A结束；

步骤七：拉动前盘绳索，使传动装置处于水槽最前端，提出沙斗，倒出剩余沙A；调整支架上的套筒高度，使每个第二套筒升高d₂(cm)；

步骤八：挂接沙斗，关闭沙斗中隔板，向本体中装置沙B后，拉动与后盘连接的绳索，使沙斗的竖板处于铺沙区域的初始段，打开沙斗中的隔板，并匀速拉动后盘，使沙落在水槽中，并在竖板的作用下抹平，待沙斗竖板运行至铺沙区域末端后，关闭隔板；

步骤九：观察沙B表面是否平整，不平整，则重复步骤八，其中将隔板开度设置比步骤八中隔板开度要小，沙B表面平整，则此时沙B结束，此时在水槽底部布设了两层不同粒径、不同厚度的沙，并且沙面平整。

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