CN1318831C

CN1318831C - 在海流作用下海底输沙状况的模拟装置

Info

Publication number: CN1318831C
Application number: CNB2005100661289A
Authority: CN
Inventors: 林缅; 袁志达
Original assignee: Institute of Mechanics of CAS
Current assignee: Institute of Mechanics of CAS
Priority date: 2005-04-21
Filing date: 2005-04-21
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2025-04-21
Also published as: CN1664253A

Abstract

本发明公开了一种在海流作用下海底输沙状况的模拟装置，该装置包括控制装置、一开口向上的U形管，所述U形管一端与大气连通，其另一端通过管道与风机相接，在风机与U形管相连的管道上设置有一控制阀；所述U形管底段上带有一水平设置的海床模型安装段，该海床模型安装段底部设置有海床模型；所述风机、控制阀与所述控制装置电连接。利用本模拟装置既可以对不同形状表面的海床在海流作用下的输沙情况进行量化研究，又能够对具体的输沙形态进行研究，从而为在各种表面形状海床上的管线铺设和工程建设提供理论依据，避免设计上的盲目性。

Description

在海流作用下海底输沙状况的模拟装置

技术领域

本发明涉及一种用于模拟在海流作用下海底输沙状况的装置。

背景技术

随着海洋矿业资源的不断开发、跨海通讯事业的发展，以及海上工程设施的建设，人们在海底铺设的管线越来越多。由于这些管线长期处于极其恶劣的工作环境中，除了承受海水的高压外，其所处的海床还始终受到潮流、波浪流的冲刷和淘蚀，而一旦管线周围的海床被淘空，使管线处于悬空状态，则很容易造成管线的断裂。因此，为了保证管线的安全，管线最好具有足够的埋设深度。由于铺设这些管线是在深底作业，随着管线埋设深度的增加，施工难度和施工成本急剧增加，因此，为管线设计提供准确的海床受洋流冲刷状况的试验数据尤为重要，以使管线既处于安全的深度，又不额外加大施工成本。而目前国内外还没有能够提供有关海流作用下海底输沙状况研究的装置。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种在海流作用下海底输沙状况的模拟装置。

为实现本发明的目的，本发明提供的一种在海流作用下海底输沙状况的模拟装置包括控制装置、一开口向上的U形管，所述U形管一端与大气连通，其另一端通过管道与风机相接，在风机与U形管相连的管道上设置有一控制阀；所述U形管底段上带有一水平设置的海床模型安装段，该海床模型安装段底部设置有海床模型；所述风机、控制阀与所述控制装置电连接。

进一步，所述U形管侧壁上设置有压力传感器，U形管底段的底部设置有排水阀。

进一步，所述控制阀包括腔体，腔体上设置有分别与所述风机管道和所述U形管相连的接口，腔体内铰接有一可翻转的阀板，该阀板与其铰接轴相固定，腔体上设置有两个与阀板工作位置相匹配的开放口，腔体外侧安装有一步进式伺服电机，该电机的输出轴与所述阀板的回转轴相连。

进一步，所述海床模型安装段的断面为矩形，其一侧立面上设置有遮光层，另一侧立面为一由透明材料制成的可拆卸的封板，该封板与所述U形管本体之间气密连接；海床模型安装段封板一侧外部设置有摄像机，海床模型安装段上方设置有垂直下射的激光片光源，海床模型安装段顶面上中间部位设置有与所述激光片光源的光束相匹配的条状透视窗，所述顶面的其他部分设置有遮光层；所述摄像机及所述激光片光源均与所述控制装置电连接，并在控制装置的控制下工作。

进一步，所述封板里侧设置有一耐磨层。

进一步，所述海床模型表面浮粘有一层沙粒。

进一步，所述控制阀的工作频率与所述U形管的共振频率相同。

利用本模拟装置既可以对不同形状表面的海床在海流作用下的输沙情况进行量化研究，又能够对具体的输沙形态进行研究，从而为在各种表面形状海床上的管线铺设和工程建设提供理论依据，避免设计上的盲目性。

附图说明

图1为本发明模拟装置工作状态局部剖视示意图；

图2为图1中A向局部示意图；

图3为图1中B-B剖面图；

图4为图1中C向局部示意图；

图5为另一种海床模型断面示意图。

具体实施方式

如图1至图4所示，U形管8开口垂直向上设置，其右端呈开放状态，与大气连通，在适当高度处设置有一压力传感器9，U形管8左端通过管道2与一风机1相接，管道2与U形管8之间设置有一控制阀3，U形管8底段中部设置有海床模型安装段20，海床模型14安装在该安装段20内，海床模型安装段20上方设置有一激光片光源7，海床模型安装段20的一侧设置有一摄像机16(见图3)。

控制阀3的壳体18与U形管8一体制成，其内腔通过转轴4安装有一阀板6，控制阀3壳体一侧外表面设置有一步进式伺服电机17(见图4)，该伺服电机17的输出轴与转轴4相连，控制阀3的壳体18上设置有两个开放口5，该两个开放口5的位置分别与阀板6的两个工作位置相对应，即：阀板6在图示位置时，上方开放口5使管道2与大气连通，右侧开放口5使U形管8左端与大气连通；阀板6旋转90度左右处于其第2个工作位置时，两个开放口5均被阀板6封闭，管道2与U形管8左端相连通。

U形管8由透明材料制成，其断面为矩形(见图3)，其底段底壁上设置有一排水阀21，U形管8底段中部的海床模型安装段20一侧设置有一可拆卸的封板10，摄像机16位于封板10一侧，海床模型安装段20中与封板10相对的另一侧壁上设置有一遮光层13，海床模型安装段20顶壁上同样设置有一遮光层13，该遮光层13中部开有一与激光片光源7的下射光束12形状相匹配的条状透光窗口11。

本模拟装置工作时，首先卸下封板10，将海床模型14放入安装段20底壁上，并在海床模型14表面铺设一层适当厚度的沙粒15，然后重新安装封板10，并向U形管8中放入适量的水19。通过控制装置(图中未示出)设定控制阀3中阀板6的摆动频率，启动风机1向外抽风。随着阀板6在其两个工作位置的循环切换，U形管8中的水19在风机1和大气的作用下在管内往复振荡，位于海床模型处的水流由此形成往复流动的波浪流对沙粒15进行冲刷，并将沙粒15向模型两侧或一侧输移。

由于U形管8内的水流开始振荡的初期振幅不稳定，为了摄取有效的海流输沙形态，必须待水流稳定振荡后进行，这时通过压力传感器9可以对水流是否稳定振荡进行检测，待水流稳定振荡后，压力传感器9将检测信号发送给控制装置，控制装置控制激光片光源7及摄像机16开始工作。

采用激光片光源，并将光束照射在海床表面沙层的中间部位，同时在摄像机对面的U形管侧壁上设置遮光层，可以保证摄像机仅摄取沙层中间部位在水流作用下的输移图像，有助于消除沙层边界部位的影响，从而获取与实际情况更接近的图像信息。

为了减少封板10里侧受沙粒磨损后对摄像机摄取的图像信息产生干扰，封板10里侧可以设置一层可更换的耐磨层(图中未示出)。

为了保证U形管8内的水流产生稳定的振荡，阀板6的切换频率最好与U形管8的自振频率相同。

如图5所示，针对不同形态海床在海流作用下的输沙状况，可以通过更换具有不同表面形状的海床模型来加以研究。

为了使海床模型的表面形态更接近实际情况，模型表面需粘接一层沙粒层，该层沙粒仅其与模型本体相对的一侧表面与模型本体相粘接，沙粒的其他表面均以其自然形态裸露在外(图中末示出)。

Claims

1.一种在海流作用下海底输沙状况的模拟装置，其特征在于，包括控制装置、一开口向上的U形管，所述U形管一端与大气连通，其另一端通过管道与风机相接，在风机与U形管相连的管道上设置有一控制阀；所述U形管底段上带有一水平设置的海床模型安装段，该海床模型安装段底部设置有海床模型；所述风机、控制阀与所述控制装置电连接。

2.如权利要求1所述的一种在海流作用下海底输沙状况的模拟装置，其特征在于，所述U形管侧壁上设置有压力传感器，U形管底段的底部设置有排水阀。

3.如权利要求2所述的一种在海流作用下海底输沙状况的模拟装置，其特征在于，所述控制阀包括腔体，腔体上设置有分别与所述风机管道和所述U形管相连的接口，腔体内铰接有一可翻转的阀板，该阀板与其铰接轴相固定，腔体上设置有两个与阀板工作位置相匹配的开放口，腔体外侧安装有一步进式伺服电机，该电机的输出轴与所述阀板的回转轴相连。

4.如权利要求3所述的一种在海流作用下海底输沙状况的模拟装置，其特征在于，所述海床模型安装段的断面为矩形，其一侧立面上设置有遮光层，另一侧立面为一由透明材料制成的可拆卸的封板，该封板与所述U形管本体之间气密连接；海床模型安装段封板一侧外部设置有摄像机，海床模型安装段上方设置有垂直下射的激光片光源，海床模型安装段顶面上中间部位设置有与所述激光片光源的光束相匹配的条状透视窗，所述顶面的其他部分设置有遮光层；所述摄像机及所述激光片光源均与所述控制装置电连接，并在控制装置的控制下工作。

5.如权利要求4所述的一种在海流作用下海底输沙状况的模拟装置，其特征在于，所述封板里侧设置有一耐磨层。

6.如权利要求5所述的一种在海流作用下海底输沙状况的模拟装置，其特征在于，所述海床模型表面浮粘有一层沙粒。

7.如权利要求6所述的一种在海流作用下海底输沙状况的模拟装置，其特征在于，所述控制阀的工作频率与所述U形管的共振频率相同。