CN113634017B - 一种波流水槽试验尾砂的沉砂循环装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水工模型试验技术领域，提供一种波流水槽试验尾砂的沉砂循环装置，通过在水槽主体的尾门的前端装有集砂装置，对较大粒径的推移质砂体进行一次收集，通过在水槽主体末端设置砂水分离装置，将消能后的尾水进行砂、水分离，所述砂水分离装置包括收集桶及安装在所述收集桶内的吸砂装置，对微小粒径的悬移质砂体进行二次收集，通过在所述收集桶上部设有排水口，将分离之后的清水通过回水管流入清水库，进行循环利用，通过设置计算机进行智能控制，不仅彻底解决了传统沉砂系统存在的问题，而且有效降低了试验成本。

Description

一种波流水槽试验尾砂的沉砂循环装置

技术领域

本发明涉及水工模型试验技术领域，特别涉及一种波流水槽试验尾砂的沉砂循环装置。

背景技术

泥砂运动试验是水工模型试验的重要组成部分之一，在海洋与近岸工程中，如挟砂水流紊动结构及输砂规律、湍流猝发与泥砂运动关系等试验都必须由泥砂运动试验来完成，因此，在水槽模型试验中使用波流动力做关于上述泥砂运动的试验都需要对试验尾砂进行水砂分离处理，并保持连续长时间的循环转换。

目前，在波流水槽中常采用在水槽尾端安装人字形尾门，并在尾门前端安装集砂杯的方法对试验尾砂进行水砂分离处理。但实际上由于水流动力等因素，集砂杯只能收集50%－65%试验尾砂，且收集的基本都是自重较大，颗粒较粗的底砂；而自重较小，颗粒较细的悬砂则无法被集砂杯收集，致使尾砂在波流水槽的下游随着水流进入回水道，进而进入试验用清水库，久而久之，清水库会积累大量的试验尾砂，导致清水库水体浑浊，水体不能用于其他清水试验，即不能循环使用，造成大量水体的浪费。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种波流水槽试验尾砂的沉砂循环装置，通过在水槽主体的尾门的前端装有集砂装置，对较大粒径的推移质砂体进行一次收集，通过在水槽主体的尾门后端装有消能装置，大大消减了水流紊乱能量；通过在水槽主体的末端设有砂水分离装置将消能后的尾水进行砂、水分离，所述砂水分离装置包括收集桶及安装在所述收集桶内的吸砂装置，对微小粒径的砂体进行二次收集；通过在所述收集桶上部设有排水口，将分离之后的清水通过回水管进入清水库，进行循环利用，通过计算机的智能控制，不仅有效地解决了传统沉砂系统存在的问题，而且有效降低了试验成本。

本发明提供的具体技术方案如下：

一种波流水槽试验尾砂的沉砂循环装置，包括，

水槽主体，用于承载试验水体的容器，包括水槽，所述水槽末端沿水流方向依次设有用于收集较大粒径的砂体的集砂装置、用于控制水位高度的尾门装置及用于消减水流紊乱能量的消能装置；

砂水分离装置，位于所述水槽主体末端，用于分离所述水槽排出的尾水、微小粒径的砂体，包括收集装置及吸砂装置，所述吸砂装置通过设有的旋转装置产生的向心力吸收微小粒径的所述砂体；

驱动装置，依据指令驱动尾门装置、砂水分离装置分别执行相应动作，包括驱动电机；

控制装置，依据预设程序实时控制所述驱动装置执行指令，包括计算机。

优选地，所述水槽主体还包括沿水流方向均匀设置的用于支撑水槽的支撑架，相邻所述支撑架间的水槽侧壁为透明壁。

进一步地，所述水槽内壁还安装有水位感应装置，所述水位感应装置与所述计算机连接，所述计算机依据水位信息实时控制所述尾门装置。

进一步地，所述集砂装置包括集砂杯，开口向上安装于所述水槽的底部，使得在涡流水体的作用下，较大粒径的砂体因自身重力而下沉至所述集砂杯中被自然收集。

优选地，所述收集装置包括内部为空腔室且上端开口的集砂桶，所述集砂桶包括位于上部的大直径圆柱体、位于下部的小直径圆柱体及中间连接的锥形体，所述集砂桶空腔室内安装有吸砂装置。

进一步地，所述吸砂装置包括驱动电机、在所述驱动电机驱动下可旋转的内设空心腔的传动轴、垂直固装在所述传动轴上的旋转装置。

进一步地，所述旋转装置包括叶轮，所述叶轮位于所述小直径圆柱体上端部，且直径与所述小直径圆柱体内径相匹配，使得所述叶轮随所述传动轴旋转时产生的向心力能够使微小粒径的砂体沿所述空心腔吸出，实现砂、水分离。

进一步地，所述传动轴与所述集砂桶中心轴线重合，所述传动轴下端设有的吸砂口与所述集砂桶底部设有间距。

进一步地，所述集砂桶的上部的大直径圆柱体上设有排水口，所述排水口通过回水管与清水库相连。

进一步地，所述计算机包括储存单元与控制单元；所述储存单元用于储存试验程序、指令及采集的数据信息，所述控制单元与所述驱动电机、所述尾门控制器连接。

有益效果：

本发明提供一种波流水槽试验尾砂的沉砂循环装置，通过在水槽主体的尾门的前端装有集砂装置，对较大粒径的推移质砂体进行一次收集，通过在水槽主体的尾门后端装有消能装置，大大消减了水流紊乱能量；通过在水槽主体的末端设有砂水分离装置将消能后的尾水进行砂、水分离，所述砂水分离装置包括收集桶及安装在所述收集桶内的吸砂装置，对微小粒径的砂体进行二次收集；通过在所述收集桶上部设有排水口，将分离之后的清水通过回水管进入清水库，进行循环利用，通过计算机的智能控制，不仅有效地解决了传统沉砂系统存在的问题，而且有效降低了试验成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

在附图中：

图1是本发明技术方案结构示意图；

图2是图1的俯视图。

其中：

水槽基础1；支承机构2；水槽3；水槽侧壁4；集砂杯5；尾门6；尾门控制器7；消能网8；计算机9；排砂口10；驱动电机11；传动轴12；空心腔13；排水口14；叶轮15；集砂桶16；吸砂口17；小锥腔18；固定板19；砂体20；大直径圆柱体21；小直径圆柱体22；回水管23；清水库24；支撑架25；端盖26；水位仪27。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量；“若干个”指多于三个；说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

本发明优选实施例，参照图1、图2：

一种波流水槽试验尾砂的沉砂循环装置，包括水槽主体、砂水分离装置、驱动电机和计算机9。

水槽主体包括水槽3、用于支撑水槽3的支撑架25，位于水槽3下部设有起地基作用的水槽基础1，支承机构2底部固定安装在所述水槽基础1上，顶端与所述水槽主体底部连接。

所述支撑架25设有若干个，沿水流方向均匀设置在水槽3周边，相邻的所述支撑架25之间的水槽侧壁4为玻璃材料制做的透明壁，以便于试验观察。

所述水槽3末端沿水流方向依次设有用于收集较大粒径的砂体的集砂杯5、用于控制水位高度的尾门6及用于消减水流紊乱能量的消能网8。

尾门6通过螺栓安装在水槽3上，尾门6上通过螺栓安装尾门控制器7，尾门控制器7与计算机9相连；所述水槽侧壁4上还固定安装水位仪27，所述水位仪27与计算机9连接，水位仪27将检测的水位高度信息传输给计算机9，并储存在储存单元里，控制单元依据预设的水位高度及水位仪27传输的水位高度信息实时控制尾门控制器7，尾门控制器7控制尾门6的升起或下降，以维持水槽3内的水体高度满足试验预设要求。

所述集砂杯5安装在所述水槽3的底部，位于所述尾门6的前端约50cm处，且杯口与水槽3的底部平面通过密封胶连接，所述集砂杯5的下端通过螺纹活动安装有端盖26。当试验尾砂因水流的动力作用运动至集砂杯5上方时，由于所述尾门6的阻水作用，水流流速会骤减，在集砂杯5上方形成次涡流水体环境，此时粒径较大的砂体20会因自身重力作用沉淀到集砂杯5中，实现了对粒径较大的砂体20的一次收集，收集到的砂体20可在试验结束后打开所述集砂杯5的下边端盖26，砂体20漏出后移出供下次循环利用。

砂水分离装置，安装在所述水槽主体的末端下方，包括集砂桶16及吸砂装置。

粒径较小的砂体20随水流经消能网8后流入集砂桶16中。

所述集砂桶16由上端的大直径圆柱体21、下端的小直径圆柱体22及中间的连接部分锥体组成，中间为中空的腔室；所述大直径圆柱体21上端开口，所述大直径圆柱体21上端设有排水口14，所述小直径圆柱体22的下端腔室为呈锥形的小锥腔18，使得粒径较小的砂体20集中在底部，便于吸收。

吸砂装置安装在所述集砂桶16腔室内，包括通过紧固件安装在集砂桶16开口部的固定板19，通过紧固件固定安装在固定板19上的驱动电机11，所述驱动电机11驱动传动轴12旋转，所述传动轴12竖向位于所述集砂桶16的中心，所述传动轴12中心轴线与所述集砂桶16的中心轴线重合，所述传动轴12下端设有的吸砂口17与所述集砂桶16底部设有间距L，L设为3cm。

进一步地，所述传动轴12上紧固安装叶轮15，所述叶轮15位于小直径圆柱体22腔室的上端部，且直径与所述小直径圆柱体22腔室内径相匹配，使得所述叶轮15随所述传动轴12旋转时，小直径圆柱体22腔室的水与微小粒径的砂体20在腔室内旋转；所述传动轴12内部设有贯通的空心腔13，叶轮15旋转产生的向心力使微小粒径的砂体20沿所述空心腔13吸出，并经排砂口10排出，实现了对微小粒径的砂体20的二次收集，并实现砂、水分离。

驱动电机11与计算机9相连，计算机9依据排砂口10的出砂量实时调整传动轴12的转速，进而实时调整叶轮15的旋转速度，控制吸砂口17对所述微小粒径的砂体20的吸收量。

分离后的尾水经所述集砂桶16的上端的排水口14经回水管23流入到清水库24中，实现循环使用。

上述说明示出并描述了本申请的优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种波流水槽试验尾砂的沉砂循环装置，设有用于承载试验水体的水槽主体，包括水槽，其特征在于：

所述水槽末端沿水流方向依次在尾门装置前端设有用于收集大粒径的砂体的集砂装置、在尾门装置后端设有用于分离微小粒径的砂体的砂水分离装置，在所述砂水分离装置前还设有用于消减水流紊乱能量的消能装置；

所述集砂装置包括集砂杯，所述集砂杯包括含中空腔的上柱体和下锥体，所述集砂杯上端开口安装于所述水槽的底部中间部位，下端开口装有端盖，位于所述尾门装置前端预设位置，使得在涡流水体的作用下，大粒径的砂体因自身重力而下沉至所述集砂杯中被自然收集；

所述砂水分离装置，包括收集装置及吸砂装置，所述收集装置包括用于收集消能后的水流的集砂桶，所述集砂桶包括位于上部的大直径圆柱体、位于下部的小直径圆柱体及中间连接的锥形体；所述吸砂装置包括旋转装置，所述旋转装置包括位于所述小直径圆柱体上端部的叶轮，所述叶轮直径与所述小直径圆柱体内径相匹配，使得所述叶轮随传动轴旋转时产生的向心力能够使微小粒径的砂体沿空心腔吸出，所述集砂桶大直径圆柱体上端设有排水口，实现砂、水分离；

驱动装置，依据指令驱动尾门装置、砂水分离装置分别执行相应动作，包括驱动电机；

控制装置，依据预设程序实时控制所述驱动装置执行指令，包括计算机。

2.根据权利要求1所述的波流水槽试验尾砂的沉砂循环装置，其特征在于：所述水槽主体还包括沿水流方向均匀设置的用于支撑水槽的支撑架，相邻所述支撑架间的水槽侧壁为透明壁。

3.根据权利要求2所述的波流水槽试验尾砂的沉砂循环装置，其特征在于：所述水槽内壁还安装有水位感应装置，所述水位感应装置与所述计算机连接，所述计算机依据水位信息实时控制所述尾门装置。

4.根据权利要求1所述的波流水槽试验尾砂的沉砂循环装置，其特征在于：所述吸砂装置包括驱动电机、在所述驱动电机驱动下可旋转的内设空心腔的所述传动轴、垂直固装在所述传动轴上的所述旋转装置。

5.根据权利要求4所述的波流水槽试验尾砂的沉砂循环装置，其特征在于：所述传动轴与所述集砂桶中心轴线重合，所述传动轴下端设有的吸砂口与所述集砂桶底部设有间距。

6.根据权利要求5所述的波流水槽试验尾砂的沉砂循环装置，其特征在于：所述排水口通过回水管与清水库相连。

7.根据权利要求3所述的波流水槽试验尾砂的沉砂循环装置，其特征在于：所述计算机包括储存单元与控制单元；所述储存单元用于储存试验程序、指令及采集的数据信息，所述控制单元与所述驱动电机、尾门控制器连接。

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