CN111074839A - 一种多功能实验水槽出水口的真空吸盘式密封盖板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能实验水槽出水口的真空吸盘式密封盖板，多功能实验水槽包括第一直段水槽、U型弯段水槽和第二直段水槽；密封盖板位于第一直段水槽出水区的出水口处，密封盖板包括升降盖板以及位于升降盖板底部的升降机构，升降机构包括电机、与电机输出轴固定连接的减速机以及通过传动杆与减速机传动连接的丝杆升降机，丝杆升降机的丝杆与升降盖板通过轴承固定连接；所述密封盖板还包括位于升降盖板底部的真空吸附装置，真空吸附装置包括位于其上部的真空吸盘以及与真空吸盘腔体连接的真空发生器。

Description

一种多功能实验水槽出水口的真空吸盘式密封盖板

技术领域

本发明涉及一种多功能实验水槽出水口的真空吸盘式密封盖板，属于基础实验设施技术领域。

背景技术

弯道变坡水槽主要是通过设定实验水槽中水流的工作条件，如水位、流速、含沙量、边界条件等，进而研究该条件下的水流的运动过程，完成相应的实验教学、科学研究和工程设计等任务。近年来，随着水力学、水流泥沙基础研究、河床冲刷演示研究和计算机仿真技术的发展，开发与应用实验水槽，全面研究水流、波浪与结构物之间的相互作用，已成为国内外重点研究的方向之一。实验水槽具有测量精确、造价低、易于模型制作等优点，但是水槽在使用一段时间后，水槽出水口处的盖板漏水问题一直存在。

多功能弯道变坡实验水槽的直段水槽末端设置出水口，目的是单独使用直段水槽试验时，实验水槽中的水能直接排出，不受水槽弯道对水流流态的影响。如测量水槽内水流的瞬时速度场，通过对测量区域二维及三维流场的测量，研究微观尺度上的紊流及层流运动机理。当河床冲刷演示研究时，需要弯段水槽参与工作，这样水槽中的水流需要经过出水口盖板。盖板处漏水相当于给水槽中的流体进行了分流，会使给定条件下水流的流态发生改变，尤其是底层层流不稳定性增强，给数值模拟带来误差，所以为了更好地解决水槽底板漏水问题，需要解决盖板的密封性问题，增强数值模拟的真实性。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种多功能实验水槽出水口的真空吸盘式密封盖板，当将多功能实验水槽的直段水槽和弯段水槽闭合时，直段水槽的水需要流经出水口的盖板到达弯段水槽，本发明的密封盖板一方面解决了现有直段水槽出水口的盖板盖上后与直段水槽底板(底面)不平整的问题，另一方面还能解决现有直段水槽出水口的盖板长时间应用后出现的漏水问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术手段如下：

一种多功能实验水槽出水口的真空吸盘式密封盖板，所述多功能实验水槽包括第一直段水槽、U型弯段水槽和第二直段水槽；所述密封盖板位于第一直段水槽出水区的出水口处，密封盖板包括升降盖板以及位于升降盖板底部的升降机构，升降机构包括电机、与电机输出轴固定连接的减速机以及通过传动杆与减速机传动连接的丝杆升降机，丝杆升降机的丝杆与升降盖板通过轴承固定连接；所述密封盖板还包括位于升降盖板底部的真空吸附装置，真空吸附装置包括位于其上部的真空吸盘以及与真空吸盘腔体连接的真空发生器。

其中，所述升降盖板与出水口接触部设有密封圈。

其中，所述真空吸盘采用丁腈橡胶制成，升降盖板为玻璃盖板。

其中，当将升降盖板下降至出水口处时，启动真空吸附装置，真空吸附装置通过真空吸盘将升降盖板紧紧吸牢；当只有直段水槽工作时，关闭真空吸附装置，使升降盖板与真空吸盘围合的空腔处于零负压，然后启动升降机构，升降盖板在升降机构的带动下上升，使出水口起到排水作用。

其中，所述第一直段水槽还包括进水区、尾门、出水区以及与U型弯段水槽的连接部。

有益效果：本发明密封盖板采用真空吸盘对玻璃材质的盖板进行吸附，真空吸盘对玻璃材质的盖板吸附能力强，同时盖板材质与水槽底板材质一致，受温度和外界压力影响时变化基本一致，不易变形，结合玻璃盖板周边套有密封圈从而很好地解决了水槽盖板漏水的问题；另外盖板表面没有凸起，与水槽底板能很好地整合为一体，从而减少盖板对水流流态的影响。当将多功能实验水槽的直段水槽和弯段水槽闭合时，直段水槽的水需要流经出水口的盖板，本发明的密封盖板不仅解决了现有直段水槽出水口的盖板盖上后与直段水槽底面不平整的问题，还解决了现有直段水槽出水口的盖板在长时间应用后出现的漏水问题，从而提高了水流流速场参数研究的精度。

附图说明

图1为多功能实验水槽弯段水槽和直段水槽闭合时的结构示意图；

图2为多功能实验水槽弯段水槽和直段水槽分离时的结构示意图；

图3为多功能实验水槽弯段水槽和直段水槽闭合时的侧视图；

图4为多功能实验水槽弯段水槽的后视图；

图5为第一直段水槽为变坡水槽时的侧视图；

图6为本发明密封盖板打开时的结构示意图；

图7为本发明密封盖板闭合时的结构示意图；

图8为本发明密封盖板闭合时的俯视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案做进一步说明，但是本发明所要求保护的范围并不局限于此。

如图1～8所示，本发明多功能实验水槽，包括第一直段水槽1、U型弯段水槽2和第二直段水槽3，第一直段水槽1、U型弯段水槽2和第二直段水槽3均为玻璃制水槽箱体，玻璃制水槽箱体外固定有多段钢加强筋46，玻璃制水槽箱体底部的外侧固定有钢板，U型弯段水槽2下方铺设有钢制导轨4，U型弯段水槽2底部设有滚轮5，滚轮5置于导轨4上，导轨4通过钢件固定在地面上；第一直段水槽1和第二直段水槽3通过钢支撑结构6固定在地面上；第一直段水槽1和U型弯段水槽2连接处的左右两侧以及第二直段水槽3和U型弯段水槽2连接处的左右两侧均对称设有闭合机构，闭合机构包括与U型弯段水槽2固定连接的第一钢制推板7(第一钢制推板7与U型弯段水槽2出口截面处的钢加强筋46通过焊接固定连接)、与直段水槽固定连接的第二钢制推板8(第二钢制推板8与直段水槽出口截面处的钢加强筋46通过焊接固定连接)、与第一钢制推板7固定连接的第一钢制半球9、与第二钢制推板8固定连接的第二钢制半球10、与第二钢制半球10通过管道(气管)11连接的真空发生器12以及驱动第一钢制推板7相对第二钢制推板8移动的驱动装置；驱动装置包括伺服电机13、与伺服电机13驱动端固定连接的滚珠丝杆14以及套设在滚珠丝杆14外与滚珠丝杆14传动连接的滑套组件15，滑套组件15的其中一个端部与第一钢制推板7固定连接。第一直段水槽1在与U型弯段水槽2的连接处设有密封圈I41，密封圈I41包覆在第一直段水槽1出口截面处钢加强筋46的外围，第二直段水槽3在与U型弯段水槽2的连接处也设有密封圈II42，密封圈II42包覆在第二直段水槽3出口截面处钢加强筋46的外围。

其中，第一直段水槽1包括进水区16、尾门17、出水区18以及与U型弯段水槽2的连接部19，出水区18处设有出水口，出水口处设有密封盖板，密封盖板包括升降盖板20以及位于升降盖板20底部的升降机构(升降机构均防水)，升降机构包括固定在地面的电机22、与电机22输出轴固定连接的减速机23以及通过传动杆24与减速机23传动连接的丝杆升降机25，丝杆升降机25也固定在地面上，丝杆升降机25的丝杆47与升降盖板20通过轴承48固定连接；密封盖板还包括位于升降盖板20底部的真空吸附装置26，真空吸附装置26放置在地面上，真空吸附装置26包括位于其上部的真空吸盘27以及与真空吸盘27腔体连接的真空发生器51，当直段水槽与弯段水槽同时工作时，闭合盖板，即将升降盖板20下降至出水口处时(即升降盖板20闭合时)，此时启动真空吸附装置26，真空吸附装置26通过真空吸盘27将升降盖板20紧紧吸牢(使真空吸盘27与玻璃盖板之间的腔体内产生负气压)，真空吸盘27采用丁腈橡胶制成，升降盖板20为玻璃盖板；升降盖板20与出水口结合处设有橡胶密封圈21，密封圈21起到很好的密封作用，不仅使水槽底部平整，而且使出水口处不漏水。当只有直段水槽工作时，关闭真空发生器，使升降盖板20与真空吸盘27之间围合的腔体处于零负压(解除其负压状态)，然后启动升降机构，升降盖板20上升至一定高度，使出水口起到排水作用，此时将位于升降盖板20底部的真空吸附装置26移开，打开升降盖板20下方对应地面上的盖板50(地面上的盖板50的口径小于升降盖板20的口径)，盖板50下方为地下循环水库，地下循环水库的水通过提升泵打入第一直段水槽1的进水区16中，实现水的循环利用。丝杆升降机25外可套设保护罩，防止水溅入丝杆47。

第二钢制推板8顶部和伺服电机13侧边均设有限位传感器28，限位传感器28为超声波传感器或红外传感器，限位传感器28通过电缆或无线通讯方式与外部PLC控制箱连接。第二钢制半球10上还设有漏气阀29，第二钢制半球10内还设有压力传感器49，当需要将弯段水槽和直段水槽分开时，关闭闭合装置的真空发生器12，打开第二钢制半球10上的漏气阀29，启动驱动装置，在驱动装置带动下，第一钢制推板7带动弯段水槽沿着钢制导轨4向后移动，从而实现弯段水槽和直段水槽的分离。

钢制导轨4两侧设有挡板30，滚轮5位于两个挡板30之间，导轨4两侧设置挡板30能够让滚轮5在既定的轨道内前后移动，滚轮5中心穿有转轴31，转轴31的两个端部分别通过连接杆32与U型弯段水槽2底部连接，连接杆32一端固定在U型弯段水槽2底部，连接杆32另一端与转轴31转动连接。

本发明多功能实验水槽的第一直段水槽1也可以是变坡直段水槽(当直段水槽与弯段水槽分离，仅在直段水槽做研究时，才对其进行变坡操作)，变坡直段水槽为玻璃制水槽箱体33，玻璃制水槽箱体外固定有多段钢加强筋34，玻璃制水槽箱体33底部外侧固定有钢板35，变坡直段水槽下方设有至少三个千斤顶36，千斤顶36的固定端37固定在地面上，千斤顶36的驱动端38与玻璃制水槽箱体33底部通过连接件39转动连接，连接件39一端通过转动轴40与驱动端38转动连接，连接件39另一端与玻璃制水槽箱体33底部固定连接，玻璃制水槽箱体33底部还设有距离传感器43，距离传感器43为红外传感器或超声波传感器，用来检测传感器安装点与地面的距离。即本发明实验水槽，第一直段水槽1和第二直段水槽3可以均为不变坡水槽，都通过钢支撑结构6固定在地面上；也可以第一直段水槽1为变坡水槽，通过千斤顶36固定在地面上，第二直段水槽3为不变坡水槽，通过钢支撑结构6固定在地面上。

本发明多功能实验水槽还包括现场PLC控制器以及人机交互终端，人机交互终端与PLC控制器无线通信连接。千斤顶的驱动装置、距离传感器43、驱动装置的伺服电机13、真空发生装置26、真空发生器12、限位传感器28、漏气阀29、压力传感器49、升降机构21(电机22)分别通过有线电缆或无线通讯方式与PLC控制器连接。

本发明多功能实验水槽的工作过程：

当研究水槽直段水流流速和流态时，需要在无水的情况下将多功能实验水槽的U型弯段水槽与直段水槽分离，从而使直段水槽独立工作。将U型弯段水槽和直段水槽在连接的情况下进行分离，其分离过程为：PLC控制器关闭四个真空发生器12，同时关闭真空发生器12与球体(第一钢制半球9与第二钢制半球10围合成球体)连接管道11上的进气阀，打开漏气阀29，从而使球体内的气压慢慢恢复成与大气压相同；当球体内的压力传感器49检测到球体内的气压与大气压相同时，PLC控制器启动四个伺服电机13，伺服电机13转动带动滚珠丝杆14转动，从而使套设在滚珠丝杆14上的滑套组件15相对滚珠丝杆14向左(向后)移动，滑套组件15带动与其固定连接的第一钢制推板7向后移动，从而带动与第一钢制推板7固定连接的U型弯段水槽2通过滚轮5沿着导轨4向后移动，当滑套组件15的左端部到达位于伺服电机13侧边的限位传感器28时，PLC控制器关闭伺服电机13，从而实现了U型弯段水槽和直段水槽的分离；此时关闭真空吸附装置26，使升降盖板20与真空吸盘27之间围合的腔体处于零负压，然后启动升降机构，升降盖板20上升至一定高度，使出水口起到排水作用，此时将位于升降盖板20底部的真空吸附装置26移开即可使第一直段水槽1可独立工作。

当河床冲刷演示实验需要弯段水槽时，将U型弯段水槽与直段水槽闭合，水槽直段和弯段闭合过程如下：PLC控制器启动四个伺服电机13(此时伺服电机13的转动方向与U型弯段水槽与直段水槽分离时的转动方向相反)，伺服电机13转动带动滚珠丝杆14转动，从而使套设在滚珠丝杆14上的滑套组件15相对滚珠丝杆14向右(向前)移动，滑套组件15带动与其固定连接的第一钢制推板7向前移动，从而带动与第一钢制推板7固定连接的U型弯段水槽2通过滚轮5沿着导轨4向前移动，当第一钢制推板7与第二钢制推板8接触到时，第二钢制推板8顶部的限位传感器28将信号发送给PLC控制器，PLC控制器关闭伺服电机13，同时开启四个真空发生器12，关闭漏气阀29，开启真空发生器12与球体连接管道11上的进气阀，通过压力传感器49检测球体内的真空值，使球体内的真空值始终保持在使U型弯段水槽和直段水槽紧密连接的范围内。

Claims (5)

1.一种多功能实验水槽出水口的真空吸盘式密封盖板，其特征在于：所述多功能实验水槽包括第一直段水槽、U型弯段水槽和第二直段水槽；所述密封盖板位于第一直段水槽出水区的出水口处，密封盖板包括升降盖板以及位于升降盖板底部的升降机构，升降机构包括电机、与电机输出轴固定连接的减速机以及通过传动杆与减速机传动连接的丝杆升降机，丝杆升降机的丝杆与升降盖板通过轴承固定连接；所述密封盖板还包括位于升降盖板底部的真空吸附装置，真空吸附装置包括位于其上部的真空吸盘以及与真空吸盘腔体连接的真空发生器。

2.根据权利要求1所述的多功能实验水槽出水口的真空吸盘式密封盖板，其特征在于：所述升降盖板与出水口接触部设有密封圈。

3.根据权利要求1所述的多功能实验水槽出水口的真空吸盘式密封盖板，其特征在于：所述真空吸盘采用丁腈橡胶制成，升降盖板为玻璃盖板。

4.根据权利要求1所述的多功能实验水槽出水口的真空吸盘式密封盖板，其特征在于：当将升降盖板下降至出水口处时，启动真空吸附装置，真空吸附装置通过真空吸盘将升降盖板紧紧吸牢；当只有直段水槽工作时，关闭真空吸附装置，使升降盖板与真空吸盘围合的空腔处于零负压，然后启动升降机构，升降盖板在升降机构的带动下上升，使出水口起到排水作用。

5.根据权利要求1所述的多功能实验水槽出水口的真空吸盘式密封盖板，其特征在于：所述第一直段水槽还包括进水区、尾门、出水区以及与U型弯段水槽的连接部。

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