CN1174301C - 水力自动恒定水位溢流堰装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水力自动恒定水位溢流堰装置，包括水池、与水池连通的供水管、进水管和溢流口，水池由上游水池和下游水池构成，上游水池和下游水池通过竖直通道相连通，供水管和进水管与上游水池连通，竖直通道内设有能沿竖直通道上下运动的平衡箱体，平衡箱体上端靠下游一侧固联有一矩形薄壁堰板。本发明巧妙地利用水力自动调节溢流量，依据来流量的变化来改变溢流量，即来流量增大时而自动降低；当来流量减少时而自动升高，确保持中水位恒定不变，从而实现了真正的恒定水位。与实际应用中的平水池相比，完全改变了恒定水位的原理和方法，精度有很大地提高，占地面积小，性能稳定，成本低。

Description

水力自动恒定水位溢流堰装置

技术领域

本发明涉及一种水力自动恒定水位溢流堰装置。

背景技术

在涉及到水力或水利工程试验或工程应用时，常常需要恒定水位或水头，使流量施放或控制方便，并达到一定精度。如在水工、水力学、河流模拟等试验中，供水源的水位稳定十分重要，它可以确保试验流量施放准确，流量易于调节，从而提高了试验的模拟精度。在实际模型试验中，由于供水流量Q_供往往因电压、库水位等因素影响而不稳定；试验用水Q_用因试验要求会随时进行调节，也会引起供水源水位变化。供水源水位(或压力水头)的变化，直接影响试验用水的施放精度，从而影响试验结果的可信度。

在国内外有一定规模的试验场所，都会建一个平水池来稳定供水源水位。并在池顶面建有多处溢流槽，通过溢流槽来扩充溢流前沿长度；在池底部接有进水管和出水管，由供水泵从进水管向池内供水，由出水管施放模型试验用水。试验中，要求Q_供＞Q_用；其多余部分的水流Q_溢(Q_溢＝Q_供-Q_用)由溢流槽溢走，这样能够维持供水源的水位相对恒定。事实上，Q_溢是关于溢流水头H_溢的函数，即Q_溢＝f(H_溢)，Q_溢的变动会引起H_溢的变化，实际上就是池中水位不恒定，只有平水池面积足够大，平水池工作水头也较大，而实际模型试验用水流量及其变率不大时，池中水位才可以认为近似恒定不变，试验用水流量施放精度才可能达到要求。但实际应用中，平水池常受到场地空间的限制，面积一般都不会很大，工作水头也不高。若进行的模型试验流量相对较大，试验过程中流量调节较频繁，这种情况下池中水位变幅较大，将对试验用水流量的施放产生较大的影响。具体说来，假如在试验中需要调节阀门得到某一流量，即使此时所需要的流量在瞬时间内也调控得十分精确，但是由于施放流量发生了改变，从而会引起平水池中水位发生变化，也就是试验供水水头发生变化，此变化随后又反过来影响刚刚调节好的施放流量。如果要人工调控好某一流量，往往需要较长时间的多次反复修正，才能获得满足精度要求的某一流量，但这也只是在不受时间条件限制的情况下才能实现，而对于那些需要模拟流量施放过程的试验，在试验中还存在时间的模拟，受到时间的限制，此时要施放精确的流量几乎不可能实现。而在这样的模拟试验中，没有精确地模拟出流量变化过程，完全可能导致试验模拟失真。此外，施放流量会改变平水池中水位，水位的变化又反过来影响流量，这种影响在时间上是滞后的，滞后时间长短通常与整个供水系统的水流惯性有关，很难通过人工调节控制或者机电调控的办法来消除这种影响。因此，通过平水池来获得恒定水位，只是一个近似处理方法，而不能真正达到恒定水位(或工作水头)的目的。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种水力自动恒定水位溢流堰装置，该装置能自动调节溢流量，并使水位恒定。

本发明提供的技术方案是：一种水力自动恒定水位溢流堰装置，包括水池、与水池连通的供水管、进水管和溢流口，其特征在于：水池由上游水池和下游水池构成，上游水池和下游水池通过竖直通道相连通，供水管和进水管与上游水池连通，竖直通道内设有能沿竖直通道作上下运动的平衡箱体，平衡箱体上端靠下游一侧固联有一矩形薄壁堰板。

上述竖直通道和平衡箱体呈相对应的长方体。

上述竖直通道和箱体周壁光滑或设有若干个导轮，松散约束平衡箱体的上下运动。

本发明巧妙地利用水力自动调节溢流量，依据来流量的变化而变化，即当来流量增大时平衡箱体自动降低将其溢走；当来流量减少时平衡箱体自动升高，确保池中水位恒定不变，从而实现了真正的恒定水位。与实际应用中的平水池相比，本发明中的自动溢流堰恒定水位的原理和方法有了全新的改变，大大地提高了恒定水位的精度，且占地面积小，性能稳定，成本低。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1、图2所示，本发明包括上游水池1和下游水池2、上游水池溢流口11和下游水池溢流口12、与上游水池1连通的试验供水管8和进水管7，上游水池1和下游水池2通过竖直通道相连通，竖直通道内设有能沿竖直通道上下运动的平衡箱体5，竖直通道或平衡箱体侧壁上设有滑动导轮9，平衡箱体5上靠上游水池溢流口11一侧固定着矩形薄壁堰板4，随箱体5一起升降；竖直通道呈长方体；平衡箱体5为长方体空箱，下端部分置于下游水池2中，在箱底6上受到池水的浮托力F的作用而平衡。箱体5四周侧面平滑，依靠在周边导轮9上，可随着上端水重G和下端浮托力F的改变而升降。由于导轮9及约束定位梁10仅防箱体倾覆，所以产生滑动摩擦阻力很小，可以忽略不计。竖直通道与箱体5的周边间隙应满足其漏水量小于上游水池1的供水量。沿周边间隙漏水，可用于补充下游水池2中水量。下游水池2周边有足够的自由溢流宽度，平衡箱体5周边缝隙漏水以及因平衡箱体5下沉而排开的水量，可由此溢走；当平衡箱体5自动上升时，下端排水量会减少，这变化的水体可以由漏水量很快补充。因此，下游水池2中的水位14基本上维持不变。

上述进水管7和试验供水管8布置多少关系不大，位置尽量靠近平衡箱体5，以使精度更高。箱体5大小尺寸应考虑供水量及泄水量的要求，一般来说，箱体5断面面积不大于1平方米，足够满足一般供水的调节水位要求。为了维持箱体5在上下浮动时不至于倾覆，在其周边设置的定位梁10及滑动导轮9，不宜对箱体5约束得太紧，以免对箱壁产生摩擦力而影响恒定水位的精度。从矩形薄壁堰板4溢出的水流经溢流口11进入溢流口11下的泄水槽3，从泄水槽3泻向下游，不宜直接泻入下游水池2。为了保证下游水池2水面相对稳定，下游水池2的面积尽可能大些，一般有4平方米足够，且池周边溢流沿线长度也尽可能长。

箱体5的重量W一旦确定，溢流堰上水位13就确定了。若在某一状态下，箱体5下部分浸在下游水池2的水中处于平衡状态，当供水或用水发生变化而使水位13有降低的趋势时，平衡箱体5会自动上升，减小溢流来维持水位13的稳定；水位13有升高的趋势时，平衡箱体5会自动下降，增加溢流来维持水位13的稳定。一般来说，只要自动溢流堰上有溢流存在，它就能正常工作，维持其控制的水位不变。

Claims (3)

1.一种水力自动恒定水位溢流堰装置，包括水池、与水池连通的供水管、进水管和溢流口，其特征在于：水池由上游水池和下游水池构成，上游水池和下游水池通过竖直通道相连通，供水管和进水管与上游水池连通，竖直通道内设有能沿竖直通道作上下运动的平衡箱体，平衡箱体上端靠下游一侧固联有一矩形薄壁堰板。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：竖直通道和平衡箱体呈相对应的长方体。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：竖直通道和箱体周壁光滑或设有若干个导轮，松散约束平衡箱体的上下运动。