CN112504745A - 一种泥沙絮凝取样实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种泥沙絮凝取样实验装置，属于工程机械领域；包括桁架、沉降机构、支撑机构、取样机构、取样压力控制机构和观察仓；沉降机构包括依次连接的混合桶、第一有机玻璃管道、第二有机玻璃管道，取样机构连接在沉降机构与观察仓之间；取样压力控制机构与取样机构连接，包括溢水器、溢水壳体和滑动组件；当需要取第二有机玻璃管道内的絮凝体时，设定溢水器内的水平面与混合桶内的水位相同，然后通过滑动组件使溢水器在溢水壳体内上下滑动，从而使得溢水器内的水平面与混合桶内的水位形成压差。本发明解决了泥沙絮凝体微观结构研究原位样本难以获取的困难，对研究河口泥沙输运沉降、污染物迁移扩散等有重要的意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种泥沙絮凝取样实验装置，属于工程机械领域。
背景技术
絮凝始终是细颗粒泥沙研究无法回避的基本过程，其在河口泥沙输运沉降、元素与营养盐循环、污染物迁移扩散、微生物附着与营养物供给等科学问题的交叉研究上都具有十分重要的意义。
絮凝体是一种内含丰富水份与孔隙，可能包含无机(如粘土矿物)和有机(如微生物、胞外聚合物、细菌)多源颗粒的松散结构。当外部作用力超过颗粒间的粘结力时，则会引起絮凝体的破碎或分散，通常有局部破碎(只有较小絮凝体和单独的分散颗粒从絮凝体主体上脱离)和整体破碎(絮凝体变成若干大小相近的小絮凝体)两种模式。另外，当泥沙颗粒间发生碰撞或颗粒距离较近时，由于泥沙颗粒表面的电化学作用或有机物胶结作用，也容易发生聚并粘合。也就是说，在局地物理(湍流剪切、差速沉降等)、化学(盐度、pH等)、生物(浮游植物、细菌)等多种因素作用下，絮凝体常常处于聚并和破碎的变化状态，其物质组成、粒径大小、有效密度和形态结构也随之不断调整。因此，如何尽可能对絮凝体实现无扰动的采样，对后续的实验观测至关重要。
发明内容
本发明提供了一种泥沙絮凝取样实验装置，该实验装置通过水流压差驱动的方法实现沉降桶内絮凝体的无扰取样，所得到的样本完整地保留了絮凝体的原有形态结构，实现了河水水流内部的泥沙絮凝体在高水压下取样且免收破坏的效果，解决了泥沙絮凝体微观结构研究原位样本难以获取的技术问题。
本发明采用的技术方案是：一种泥沙絮凝取样实验装置，包括桁架、沉降机构、支撑机构、取样机构、取样压力控制机构和观察仓；沉降机构包括依次连接的混合桶、第一有机玻璃管道、第二有机玻璃管道，混合桶置于桁架顶端上；第二有机玻璃管道位于桁架的下端，并固定在支撑机构上；取样机构连接在沉降机构与观察仓之间；取样压力控制机构与取样机构连接，包括溢水器、溢水壳体和滑动组件；当需要取第二有机玻璃管道内的絮凝体时，设定溢水器内的水平面与混合桶内的水位相同，然后通过滑动组件使溢水器在溢水壳体内上下滑动，从而使得溢水器内的水平面与混合桶内的水位形成压差。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
1、本实验装置引入了压差引流的方法实现泥沙絮凝体的有压流动采样过程，实验条件切合河口环境的水流特征，在此背景下所获得的泥沙絮凝体，保持了其产生时的原位状态，即采样过程基本不会对研究对象产生扰动或破坏，实现了河水水流内部的泥沙絮凝体在高水压下取样且免收破坏的技术效果，可以为泥沙絮凝体微观形态结构的进一步研究提供可靠的样本。
2、本实验装置解决了泥沙絮凝体微观结构研究原位样本难以获取的困难，为研究泥沙絮凝体形态结构、絮凝体演化过程，絮凝驱动机制等科学问题提供了高可靠性样本，对研究河口泥沙输运沉降、元素与营养盐循环、污染物迁移扩散、微生物生态环境有重要的意义。
附图说明
图1本发明实施例中泥沙絮凝取样实验装置的结构示意图；
图2本发明沉降机构示意图；
图3本发明排水机构示意图；
图4本发明支撑机构示意图；
图5本发明取样机构示意图之一；
图6本发明取样机构示意图之二；
图7本发明观察仓的取样压力控制机构示意图之一；
图8本发明观察仓的取样压力控制机构示意图之二；
图9本发明桁架示意图；
图10本发明观察仓内絮凝体微观结构可视化示意图；
图中各标号：1-桁架、2-第一双头螺丝、3-第一有机玻璃管、4-支架、5-第一平板、6-第一软管、7-水阀、8-溢水器、9-第二软管、10-溢水壳体、11-混合桶、12-螺栓、13-螺母、14-第一有机玻璃管道、15-第二有机玻璃管道、16-法兰板、17-橡胶垫、18-弹簧、19-第一橡皮圈、20-有机玻璃法兰、21-第二有机玻璃管、22-第二平板、23-第三有机玻璃管、24-观察仓、25-第四有机玻璃管、26-连接器、27-绳、28-丝杆、29-第二橡皮圈、30-第二双头螺丝、31-拨动器、32-第五有机玻璃管、33-显微镜、34-线缆、35-计算机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步详细描述，但本发明的实施方式并不限于此。
实施例
如图1-10所示，本发明的泥沙絮凝取样实验装置，包括桁架、排水机构、沉降机构、支撑机构、取样机构、取样压力控制机构和观察仓；具体包括桁架1、第一双头螺丝2、第一有机玻璃管3、支架4、第一平板5、第一软管6、水阀7、溢水器8、第二软管9、溢水壳体10、混合桶11、螺栓12、螺母13、第一有机玻璃管道14、第二有机玻璃管道15、法兰板16、橡胶垫17、弹簧18、第一橡皮圈19、有机玻璃法兰20、第二有机玻璃管21、第二平板22、第三有机玻璃管23、观察仓24、第四有机玻璃管25、连接器26、绳27、丝杆28、第二橡皮圈29、第二双头螺丝30、拨动器31、第五有机玻璃管32、显微镜33、线缆34和计算机35。其中，显微镜33、线缆34和计算机35组成絮凝体图像采集系统。
沉降机构包括依次连接的混合桶11、第一有机玻璃管道14、第二有机玻璃管道15，其中第一有机玻璃管道设有若干级，混合桶与第一有机玻璃管道之间、相邻两级第一有机玻璃管道之间、第一有机玻璃管道与第二有机玻璃管道之间通过有机玻璃法兰20、螺栓12和螺母13连接在一起，混合桶置于桁架顶端上；第二有机玻璃管道位于桁架的下端，并固定在支撑机构上。
支撑机构包括第一双头螺丝2、两个法兰板16和两个橡胶垫17，第一双头螺丝通过螺母13与两个法兰板固定在一起，两个橡胶垫分别位于两个法兰板上，一个法兰板与第二有机玻璃管道15连接，另外一个法兰板与桁架连接。
排水机构包括第一有机玻璃管3、第二有机玻璃管21和水阀7，第二有机玻璃管21、水阀7、第一有机玻璃管3连接在一起，水阀位于两个有机玻璃管之间；并由第二有机玻璃管21穿过有机玻璃法兰20中间的孔，与第二有机玻璃管道15内部连通。
取样机构与沉降机构的第二有机玻璃管道连接，包括第四有机玻璃管25、第五有机玻璃管32、拨动器31、水阀7、第三有机玻璃管23。第五有机玻璃管32位于第四有机玻璃管25内，第五有机玻璃管32和第四有机玻璃管25之间设有起密封防止漏水作用的第二橡皮圈29；拨动器31粘接在第五有机玻璃管32上，推动拨动器31时可以使得第五有机玻璃管32在第四有机玻璃管25内左右移动。第四有机玻璃管25的一端穿过第二有机玻璃管道15上的孔，第四有机玻璃管25另一端通过第三有机玻璃管23、水阀7与观察仓连接；本实施例中，第四有机玻璃管的另一端依次与水阀7、第三有机玻璃管23、水阀7、观察仓24、水阀7、第三有机玻璃管23、第一软管6连接在一起。
本实施例中，取样机构固定在第二平板22上，第二平板通过丝杆28与第一平板5连接，第一平板通过支架4固定在桁架1上。具体来说，四个丝杆28通过螺母13将第一平板5和第二平板22连接在一起，支架4和第二双头螺丝30通过螺栓12、螺母13将第一平板5固定在桁架1上。
取样压力控制机构包括溢水壳体10、溢水器8、弹簧18、连接器26、第一软管6、第二软管9及绳27。第一软管6的一端与取样机构中的第三有机玻璃管连接，另一端与连接器26的一端连接在一起；连接器26的另一端与溢水器8连接，第一橡皮圈19位于溢水器8和溢水壳体10之间起密封作用，弹簧18位于溢水器8和溢水壳体10之间，溢水壳体10通过螺栓12和螺母13固定在桁架1上；第二软管9与溢水壳体10上的排水孔连接起排水作用，绳27穿过连接器26上的孔，在第一橡皮圈19和弹簧18作用下，拉动绳27使得溢水器8在溢水壳体10内上下滑动。
本发明实用装置的主要工作原理为：
(1)第二橡皮圈29位于第五有机玻璃管32和第四有机玻璃管25之间起密封防止漏水作用；推动拨动器31时可以使得第五有机玻璃管32在第四有机玻璃管25内左右移动，使得第五有机玻璃管32能够深入第二有机玻璃管道15内进行管道内部空间絮凝体的取样，样品在水流带动作用下流到观察仓24内，关闭观察仓24左右的水阀7完成絮凝体取样。
(2)第一橡皮圈19位于溢水器8和溢水壳体10之间起密封作用，弹簧18位于溢水器8和溢水壳体10之间，溢水壳体10固定在桁架1上，第二软管9与溢水壳体10上的排水孔连接起排水作用；在第一橡皮圈19和弹簧18作用下，拉动穿过连接器26的绳27使溢水器8在溢水壳体10内上下滑动。当需要取第二有机玻璃管道15内的絮凝体时，设定溢水器8内的水平面与混合桶11内的水位相同，拉动绳27使得溢水器8内的水平面与混合桶11内的水位形成较低的压差，以形成低压水流，从而将第二有机玻璃管道15内部的水引向第五有机玻璃管32内流动，最终流入观察仓，实现通过低压流动对高压空间内絮凝体取样的过程。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本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 (8)
1.一种泥沙絮凝取样实验装置，其特征在于，包括桁架、沉降机构、支撑机构、取样机构、取样压力控制机构和观察仓；
沉降机构包括依次连接的混合桶、第一有机玻璃管道、第二有机玻璃管道，混合桶置于桁架顶端上；第二有机玻璃管道位于桁架的下端，并固定在支撑机构上；
取样机构连接在沉降机构与观察仓之间；
取样压力控制机构与取样机构连接，包括溢水器、溢水壳体和滑动组件；当需要取第二有机玻璃管道内的絮凝体时，设定溢水器内的水平面与混合桶内的水位相同，然后通过滑动组件使溢水器在溢水壳体内上下滑动，从而使得溢水器内的水平面与混合桶内的水位形成压差。
2.根据权利要求1所述的泥沙絮凝取样实验装置，其特征在于，取样机构包括第四有机玻璃管、第五有机玻璃管、拨动器、水阀、第三有机玻璃管；第五有机玻璃管位于第四有机玻璃管内，拨动器设在第五有机玻璃管上，推动拨动器时第五有机玻璃管在第四有机玻璃管内左右移动；第四有机玻璃管的一端与第二有机玻璃管道连接，另一端通过水阀、第三有机玻璃管与观察仓连接。
3.根据权利要求2所述的泥沙絮凝取样实验装置，其特征在于，取样压力控制机构包括溢水壳体、溢水器、弹簧、连接器、第一软管、第二软管及绳；第一软管的一端与取样机构中的第三有机玻璃管连接，另一端与连接器的一端连接在一起；连接器的另一端与溢水器连接，第一橡皮圈位于溢水器和溢水壳体之间，弹簧位于溢水器和溢水壳体之间，溢水壳体固定在桁架上；第二软管与溢水壳体上的排水孔连接，绳穿过连接器上的孔，在第一橡皮圈和弹簧作用下，拉动绳使得溢水器在溢水壳体内上下滑动。
4.根据权利要求2所述的泥沙絮凝取样实验装置，其特征在于，第五有机玻璃管和第四有机玻璃管之间设有用于密封的橡皮圈。
5.根据权利要求1所述的泥沙絮凝取样实验装置，其特征在于，所述泥沙絮凝取样实验装置还包括排水机构，排水机构包括第一有机玻璃管、第二有机玻璃管和水阀，水阀位于两个有机玻璃管之间；并由第二有机玻璃管与沉降机构的第二有机玻璃管道内部连通。
6.根据权利要求1所述的泥沙絮凝取样实验装置，其特征在于，沉降机构的第一有机玻璃管道设有若干级，混合桶与第一有机玻璃管道之间、相邻两级第一有机玻璃管道之间、第一有机玻璃管道与第二有机玻璃管道之间通过有机玻璃法兰连接在一起。
7.根据权利要求1所述的泥沙絮凝取样实验装置，其特征在于，支撑机构包括两个法兰板和两个橡胶垫，两个法兰板固定在一起，两个橡胶垫分别位于两个法兰板上，一个法兰板与第二有机玻璃管道连接，另外一个法兰板与桁架连接。
8.根据权利要求1所述的泥沙絮凝取样实验装置，其特征在于，取样机构固定在第二平板上，第二平板通过丝杆与第一平板连接，第一平板通过支架固定在桁架上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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