CN111282339A - 一种用于环形水槽的抽滤式水沙分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于环形水槽的抽滤式水沙分离装置，包括水沙样品分离装置和抽滤装置，水沙样品分离装置包括水沙混合液收集腔，水沙混合液收集腔下端密封连有交替设置的隔离腔和过滤腔，过滤腔的底板上设置有过滤元件，混合液收集腔、隔离腔和过滤腔的底板上均开设有圆形贯通流水孔，隔离腔的底板上设置有机动密封装置，抽滤装置包括清液收集腔，清液收集腔与最下方的隔离腔密封连接，清液收集腔侧面设置有抽气孔，清液收集腔底部设置有出水阀，抽气孔通过导管连有气泵。本发明提供的一种用于环形水槽的抽滤式水沙分离装置，能够对从工作状态下的环形水槽中流出的水沙混合液样品进行快速分离，减少泥沙与水体接触时间，提高实验结果准确性。

Description

一种用于环形水槽的抽滤式水沙分离装置

技术领域

本发明涉及一种用于环形水槽的抽滤式水沙分离装置，属于水沙分离技术领域。

背景技术

在众多关于水沙相互作用的实验中需同时对水体样品和泥沙样品有准确的把握。环形水槽是常见的用于涉及水沙运动过程实验的实验仪器，其成功模拟了无限长的直槽，从技术角度提升了泥沙启动、悬扬、沉降等运动过程观测的可行性。利用环形水槽开展动力条件下泥沙对污染物吸附的实验研究中，泥沙运动过程的数学描述需要分析泥沙样品的物理参数，因此需对取出的样品及时进行化学分析。

环形水槽主要通过剪力环和水槽的相对旋转创造水动力，随转速增加取样难度也相应增加。直接从水槽取出样品均为水沙混合样品，必须进一步处理才能满足化学分析实验的标准，例如放入离心机离心以及过滤等，这些处理常消耗很长时间，降低了实验效率，且此类处理过程中泥沙与水体持续保持接触，吸附反应仍然进行，实验结果的准确性大打折扣。

基于上述可知，目前利用环形水槽开展的水沙实验中，取样难度大并且难以及时分离水样和沙样，造成实验效率低下并且无法保障实验结果的准确性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种能够对从工作状态下的环形水槽中流出的水沙混合液样品进行快速分离，减少泥沙与水体接触时间，提高实验结果准确性的用于环形水槽的抽滤式水沙分离装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于环形水槽的抽滤式水沙分离装置，包括水沙样品分离装置和抽滤装置，所述水沙样品分离装置包括水沙混合液收集腔，所述水沙混合液收集腔上面设置有样品进口，所述水沙混合液收集腔下端密封连有交替设置的隔离腔和过滤腔，所述过滤腔的底板上设置有过滤元件，多个所述过滤腔内的过滤元件孔隙自上向下逐渐减小，所述混合液收集腔、隔离腔和过滤腔的底板上均开设有圆形贯通流水孔，所述隔离腔的底板上设置有用于堵住所述水沙混合液收集腔或者隔离腔上圆形贯通流水孔的机动密封装置，所述抽滤装置包括清液收集腔，所述清液收集腔与最下方的所述隔离腔连接，所述清液收集腔侧面设置有抽气孔，所述清液收集腔底部设置有出水阀，所述抽气孔通过导管连有气泵。

所述水沙混合液收集腔、隔离腔、过滤腔和清液收集腔均为内径大小一致圆柱形且腔室下部内缩，从上往下为依次套接，所述水沙混合液收集腔、隔离腔、过滤腔和清液收集腔上端内壁均设置有密封胶圈。

所述水沙混合液收集腔、隔离腔、过滤腔和清液收集腔的外壁均设置有固定卡口，不同腔室之间采用所述固定卡口连接固定。

所述机动密封装置为米字形，机动密封装置上设置有堵住所述圆形贯通流水孔的圆形凸块，所述水沙混合液收集腔、隔离腔和过滤腔的底板下面均开设有用于容纳所述圆形凸块的圆形凹槽。

所述过滤腔底板上可拆卸设置有用于固定所述过滤元件的固定板，所述固定板上开设有所述圆形贯通流水孔。

所述过滤元件包括纱布、滤网、滤纸或者滤膜

所述收集腔与所述气泵之间设置有保护腔。

所述气泵置于环形水槽中心，通电后远程遥控。

本发明的有益效果：本发明提供的一种用于环形水槽的抽滤式水沙分离装置，够对从工作状态下的环形水槽中流出的水沙混合液样品进行分离，直接取出清液样品和不同粒径的泥沙样品，一定程度上减少了取样过程中水沙相互作用时间，提高了实验结果的精确度和实验的整体效率；并通过对过滤元件的调控，满足不同的实验需求，具有操作简单、提升实验效率、可重复使用等优点。

附图说明

图1位本发明一种用于环形水槽的抽滤式水沙分离装置的整体示意图；

图2为本发明中水沙混合液收集腔的结构示意图；

图3为本发明所述的隔离腔的结构示意图；

图4为本发明所述的过滤腔的结构示意图；

图5为本发明所述的清液收集腔的结构示意图；

图6为本发明隔离腔上机动密封装置的结构示意图；

图7为本发明中固定板的结构示意图。

图中附图标记如下：1-水沙混合液收集腔；2-隔离腔；3-过滤腔；4-清液收集腔；5-保护腔；6-气泵；7-机动密封装置；8-固定卡口；9-圆形凹槽；10-固定板；11-导管；12-样品进口；13-密封胶圈；14-抽气孔；15-出水阀；16-圆形贯通流水孔；17-圆形凸块；18-提线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述，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到图5所示，本发明公开一种用于环形水槽的抽滤式水沙分离装置，包括水沙样品分离装置和抽滤装置。水沙样品分离装置包括水沙混合液收集腔1，水沙混合液收集腔1位于整个装置的最上端，与环形水槽取样口相连。水沙混合液收集腔1上面设置有样品进口12，用来连接本发明与环形水槽，环形水槽中的样品将从样品进口15进入水沙混合液收集腔1。水沙混合液收集腔1下端密封连有交替设置的隔离腔2和过滤腔3，隔离腔2和过滤腔3的个数可以根据实验需求存在多个。隔离腔2用于隔离其他腔室，位于不同腔室间，用于短时间阻止样品下泄，方便取出过滤腔3中的泥沙样品或更换其中的过滤元件。过滤腔3是整个装置的核心结构，位于不同隔离腔2之间，水沙样品主要在此腔中进行过滤、分离。最下方的隔离腔2下部接有清液收集腔4。

水沙混合液收集腔1、隔离腔2、过滤腔3和清液收集腔4均为内径大小一致圆柱形且腔室下部内缩，水沙混合液收集腔、隔离腔和过滤腔的腔室底板以上部分为圆柱形内壁半径为40mm，底板以下部分内缩2.5mm(内壁半径37.5mm)并向下延伸10mm。多个腔室从上往下为依次套接，水沙混合液收集腔1、隔离腔2、过滤腔3和清液收集腔4上端内壁均设置有密封胶圈13，保证设备整体的气密性。水沙混合液收集腔1、隔离腔2、过滤腔3和清液收集腔4的外壁均设置有固定卡口8，不同腔室之间采用固定卡口8连接固定。

过滤腔3的底板上设置有过滤元件，多个过滤腔3内的过滤元件孔隙自上向下逐渐减小。不同的过滤元件可依据实验需求放置，例如纱布、滤网、滤纸、滤膜等，但是要保证最后一级过滤腔放置的过滤元件为0.45μm的滤膜，以保证进入清液收集腔4的滤液为清液。所有过滤元件可以随时更换。如图7所示，过滤腔3底板上可拆卸设置有用于固定过滤元件的固定板10，固定板10上开设有圆形贯通流水孔16。固定板10上连有提线18，用于帮助拆卸固定板10。当发生堵塞时，需要更换过滤腔中的过滤元件时，就需要拆卸对应过滤腔中的固定板10。

水沙混合液收集腔1、隔离腔2和过滤腔3均设有底板构建，底板上环形布置直径大小2mm的圆形贯通流水孔19与圆形凹槽9，每条环形分布线中，8个圆形贯通流水孔16与8个圆形凹槽9相间均匀排列。隔离腔2的底板上设置有用于堵住水沙混合液收集腔1或者隔离腔2上圆形贯通流水孔16的机动密封装置7，可以在更换过滤原件过程中可阻隔样品下泄。当需隔离样品时，转动隔离腔2使机动密封装置堵住上面底板上的圆形贯通孔即可，再次旋转隔离腔2使机动密封装置7回到上面底板9上的圆形凹槽9位置可让装置重新流通。如图6所示，机动密封装置7为米字形，各板高10mm，长37.5mm，邻板夹角45°，各板底部均布6个圆形凸起块17，用于堵住圆形贯通流水孔16。水沙混合液收集腔1、隔离腔2和过滤腔3的底板下面均开设有用于容纳圆形凸块17的圆形凹槽9。当因使用时间过长导致过滤腔3内过滤元件堵塞需要进行更换时，旋转隔离腔2使其内部的机动密封装置7卡住底板上的圆形贯通流水孔16，阻止溶液流通即可取出对应过滤腔中的泥沙样品并更换新的过滤元件，更换完毕后继续旋转隔离腔使其内部的机动密封装置7卡在圆形凹槽9中，溶液即可继续流通。

本发明的整个工作过程为：水沙混合液通过样品进口12流入水沙混合液收集腔1，从底板上的圆形贯通流水孔16流入隔离腔2再流入过滤腔3，样品经过滤腔2中过滤元件过滤，泥沙样品被留在腔室中，过滤后的溶液流入下一级隔离腔2后再进入下一级过滤腔3过滤，如此直至过滤后的清液经过最后一级隔离腔2流入清液收集腔，打开清液收集腔4的出水阀15即可取出清液样品。

抽滤装置包括清液收集腔4，清液收集腔4与最下方的过滤腔3密封连接，清液收集腔3用于收集滤后清液。清液收集腔内壁高50mm，底部留出水阀15，侧壁距上沿10mm处留有抽气孔14，抽气孔14通过导管11连有气泵6。气泵6置于环形水槽中心，通电可远程遥控。收集腔4与气泵6之间设置有保护腔5，保护腔5主要起保护气泵6的作用，防止抽滤过程中清液收集腔4中的清液过载溢出，液体倒灌损坏气泵6。气泵6置于环形水槽中心，通电后远程遥控。打开气泵6可抽取各腔室内的空气，装置内很快会处于低压甚至真空状态，压力差会加速溶液的过滤，提高实验效率，当保护腔5内有液体进入，及时关闭气泵6，放置倒灌损坏仪器。

本发明装置的连接顺序如下：根据实验需求确定隔离腔2和过滤腔3的个数和每个过滤腔3中放置的过滤元件的类型，每个过滤腔3总是配备一个隔离腔2，其中最后一级过滤腔3中的过滤元件必须为孔径0.45μm的滤膜以保证进入清液收集腔4的滤液为清液。然后完成隔离腔2中机动密封装置7的安置和过滤腔3中过滤元件和固定板10的放置。随后按顺序组装各个腔室，顶端为水沙混合液收集腔1，下接交替安置的隔离腔2和过滤腔3，最后接清液收集腔4，闭合固定卡口8连接各个腔室并确保整体的密封性。清液收集腔4通过导管连接保护腔5和气泵6。最后将水沙混合液收集腔1的样品进口与环形水槽取样口相连。

本发明装置的使用步骤如下：完成装置组装后，关闭清液收集腔4的出水阀，打开气泵6和连接环形水槽取样口与水沙混合液收集腔1样品进口的橡皮管上的止水夹，整个装置开始工作。观察保护腔5，当发现有清液倒灌时，关闭气泵6并重新夹紧止水夹，打开清液收集腔4的出水阀即可取清液样品。待水沙混合液过滤完成后，打开连接过滤腔3的固定卡口8即可取出腔内过滤后的泥沙样品。

最后介绍泥沙样品堵塞过滤元件问题的解决方法。旋转隔离腔2使其中安置的机动密封装置7堵住上方底板上的圆形贯通孔，此时溶液被阻止流入下一级过滤腔3，解除固定卡口8后对下一级过滤腔3进行更换过滤元件操作，完成后重新连接装置和固定卡口8，旋转隔离腔使其中机动密封装置7回到上方底板上的圆浅凹槽9位置，整个装置即可继续工作。

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 (8)

1.一种用于环形水槽的抽滤式水沙分离装置，其特征在于：包括水沙样品分离装置和抽滤装置，所述水沙样品分离装置包括水沙混合液收集腔(1)，所述水沙混合液收集腔(1)上面设置有样品进口(12)，所述水沙混合液收集腔(1)下端密封连有交替设置的隔离腔(2)和过滤腔(3)，所述过滤腔(3)的底板上设置有过滤元件，多个所述过滤腔(3)内的过滤元件孔隙自上向下逐渐减小，所述混合液收集腔(1)、隔离腔(2)和过滤腔(3)的底板上均开设有透水孔(16)，所述隔离腔(2)的底板上设置有用于堵住所述水沙混合液收集腔(1)或者隔离腔(2)上透水孔(16)的机动密封装置(7)，所述抽滤装置包括清液收集腔(4)，所述清液收集腔(4)与最下方的所述隔离腔(2)密封连接，所述清液收集腔(4)侧面设置有抽气孔(14)，所述清液收集腔(4)底部设置有出水阀(15)，所述抽气孔(14)通过导管(11)连有气泵(6)。

2.根据权利要求1所述的一种用于环形水槽的抽滤式水沙分离装置，其特征在于：所述水沙混合液收集腔(1)、隔离腔(2)、过滤腔(3)和清液收集腔(4)均为内径大小一致圆柱形且腔室下部内缩，从上往下为依次套接，所述水沙混合液收集腔(1)、隔离腔(2)、过滤腔(3)和清液收集腔(4)上端内壁均设置有密封胶圈(13)。

3.根据权利要求1所述的一种用于环形水槽的抽滤式水沙分离装置，其特征在于：所述水沙混合液收集腔(1)、隔离腔(2)、过滤腔(3)和清液收集腔(4)的外壁均设置有固定卡口(8)，不同腔室之间采用所述固定卡口(8)连接固定。

4.根据权利要求1所述的一种用于环形水槽的抽滤式水沙分离装置，其特征在于：所述机动密封装置(7)为米字形，机动密封装置(7)上设置有堵住所述透水孔(16)的圆形凸块(17)，所述水沙混合液收集腔(1)、隔离腔(2)和过滤腔(3)的底板下面均开设有用于容纳所述圆形凸块(17)的圆形凹槽(9)。

5.根据权利要求1所述的一种用于环形水槽的抽滤式水沙分离装置，其特征在于：所述过滤腔(3)底板上可拆卸设置有用于固定所述过滤元件的固定板(10)，所述固定板(10)上开设有所述圆形贯通流水孔(16)。

6.根据权利要求1所述的一种用于环形水槽的抽滤式水沙分离装置，其特征在于：所述过滤元件包括纱布、滤网、滤纸或者滤膜。

7.根据权利要求1所述的一种用于环形水槽的抽滤式水沙分离装置，其特征在于：所述收集腔(4)与所述气泵(6)之间设置有保护腔(5)。

8.根据权利要求1所述的一种用于环形水槽的抽滤式水沙分离装置，其特征在于：所述气泵(6)置于环形水槽中心，通电后远程遥控。

Images