CN204212098U - 一种不对水沙试验过程产生扰动的集沙装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种不对水沙试验过程产生扰动的集沙装置。所述集沙装置包括集沙槽、出沙转轴、出沙电机、接沙槽输送轨道和至少两个接沙槽，所述集沙槽置于其中一个接沙槽的上方，其出沙口正对该接沙槽的接沙口，所述出沙转轴置于集沙槽的出沙口，在出沙转轴上对称开设有两个大小相同的接沙凹槽，出沙电机置于出沙转轴的一端，带动出沙转轴转动使两个接沙凹槽交替正对集沙槽的出沙口和集沙槽下方接沙槽的进沙口；每个接沙槽通过底部的行走滑轮置于接沙槽输送轨道上，并依次沿着接沙槽输送轨道行走置于集沙槽的下方。本实用新型结构简单，可以实现在不中断水沙试验的条件下，收集观测固定断面的输沙量数据，对水沙试验过程不产生影响。

Description

一种不对水沙试验过程产生扰动的集沙装置

技术领域

本实用新型涉及水利工程实验技术领域，具体是一种不对水沙试验过程产生扰动的集沙装置。

背景技术

泥沙运动规律是河流动力力学最基本也是最重要的研究内容。泥沙运动规律的研究包括了泥沙运动力学、河床演变与整治、工程泥沙、航道与港口治理、水土流失与治理等多方面的内容，涉及水文学、水力学、地理学、以及环境与生态学、沉积学等多个学科。泥沙颗粒在流体作用下起动、翻滚、跳跃、悬浮、输移和沉降等过程直接影响地貌发育和环境演变，泥沙运动导致的固体物质从山区搬向平原和海洋，对冲积平原和三角洲的形成以及海洋环境中沉积过程有着重大影响。伴随人类自身生存环境的发展以及其它相关领域的不断进步，泥沙运动规律的研究在解决人类发展所面临的环境、资源、人口问题及可持续发展方面将发挥重要作用。

在科学家们长期实践及不断探索的基础上，泥沙运动力学的研究已经取得了不少突出的成绩。在我国，早在公元前256年的战国末期，李冰父子在修建都江堰工程时就采用“乘势利导、因时制宜”的方法，巧妙地运用泥沙运动规律，解决了引水防沙中的泥沙问题，保证都江堰工程成功运行几千年。张瑞瑾、窦国仁、钱宁、沙玉清等科学家为我国泥沙运动力学的发展奠定了基础，逐步发展与完善了泥沙学科体系，在理论研究上取得了国际领先水平的成果，在应用上成功地解决了如长江葛洲坝工程、三峡工程和黄河小浪底工程中的重大工程泥沙问题。

一般而言，泥沙运动研究的主要手段包括理论分析、实地观测、数模计算、物模试验等。理论分析一般适用于相对简单的水沙问题；实地观测需要耗费较大的人力物力，而且在有些情形中不易于实现；数模计算在最近几十年中得到了巨大的发展，就现状来说，对长距离的一维河床变形预测，数模以其周期短，投资少的巨大优势，在应用上已居于统治地位；但对于长距离的二维以及三维水沙问题，由于边界条件过于复杂，特别是这种复杂边界条件下的水沙运动规律目前了解甚少，物模试验是必不可少的研究手段。

在泥沙运动的研究中，一般根据水沙条件将泥沙运动分为推移质与悬移质运动。推移质通常滚动、滑动或跳跃方式输移，对床面形态以及地貌变化中发挥着重要作用。在我国南方以及西南地区的河流中，推移质泥沙(包括卵石)运动也是比较突出的问题。1948年Meyer-Peter和Muller进行了系统的推移质输沙水槽实验，并发表了建立在水槽试验资料基础上的推移质输沙率公式，至今仍被广泛使用。此后，在一大批科学家们的努力下，推移质运动的试验研究得到了巨大的发展。

在推移质运动的试验研究中，很重要的一个变量就是推移质输沙率。要测量试验过程中推移质输沙率，现在较为普遍的做法是在固定断面布置集沙器，收集上游来沙。集沙器的合理设计直接影响试验的精度及准度。现有的集沙器主要分为两类：一类是比较简单的集沙池，试验过程中，泥沙随水流运动至集沙池断面，落入集沙池中；另一类是比较复杂的水下电子称集沙器，集沙器与电子称相连，通过电子称显示落入集沙池中的泥沙重量。

然而，这两类集沙器都有各自的局限性。简单的集沙池构造简单，成本低，但只能在试验结束后得到总的输沙量数据，或者试验过程中必须中断试验才能得到试验过程中的输沙率。电子称集沙器可以得到试验过程中实时的输沙率数据，但水下电子称构造复杂，使用成本高，而且由于试验过程中泥沙只能累积在电子称上，考虑到电子称精度和量程的要求，只能做输沙率相对较小的水沙试验，试验过程中总的输沙量不能超过电子称的量程。因此，设计一种不对水沙试验产生扰动的，能够得到试验过程中的实时输沙率数据，又能够控制试验成本，而且可以进行高强度输沙试验的集沙装置，将极大的提高水沙试验效率，对水沙试验研究起到促进作用。

发明内容

本实用新型的目的即是为了克服以上论及的两类已有集沙装置的不足之处，提出一种不对水沙试验产生扰动的集沙装置，该装置可以实现在不中断试验过程的情况下，得到试验过程中的实时输沙率数据，同时，可以用于输沙率较大的水沙试验，不受试验的输沙总量的影响，此外，此装置结构较为简单，使用成本较低，可以提高水沙试验的效率。

本实用新型提供的技术方案：所述一种不对水沙试验过程产生扰动的集沙装置包括集沙槽、出沙转轴、出沙电机、接沙槽输送轨道和至少两个接沙槽，所述集沙槽置于其中一个接沙槽的上方，其出沙口正对该接沙槽的接沙口，所述出沙转轴置于集沙槽的出沙口，在出沙转轴上对称开设有两个大小相同的接沙凹槽，两接沙凹槽的宽度大于或等于集沙槽出沙口的长宽，出沙电机置于出沙转轴的一端，带动出沙转轴转动使两个接沙凹槽交替正对集沙槽的出沙口和集沙槽下方接沙槽的进沙口；每个接沙槽的底部设有行走滑轮，所述至少接沙槽均通过行走滑轮置于接沙槽输送轨道上，并依次沿着接沙槽输送轨道行走置于集沙槽的下方。

本实用新型进一步的技术方案：所述集沙槽为上宽下窄、且上下口均为方形的漏斗状，所述出沙轴横向置于集沙槽较窄的方形口处。

本实用新型较优的技术方案：所述接沙槽输送轨道有两根，并排设置，在每个接沙槽的底部对应设有两排行走滑轮，并通过两排行走滑轮置于两根接沙槽输送轨道上。

本实用新型较优的技术方案：所述接沙槽为上部敞口的方形盒体，其上部的接沙口长度和宽度均大于或等于出沙轴上出沙口的长度和宽度。

本实用新型较优的技术方案：所述出沙电机带动出沙转轴呈180°转动。

本实用新型较优的技术方案：所述接沙凹槽为槽口大、槽底小的梯形凹槽。

本实用新型的转轴具有两个对称的凹面，当转轴凹面与集沙槽下方相接时，集沙槽中的沙样落入凹面中，通过电机带动转轴转动，转轴将落入凹面中的沙样传送到接沙槽中，同时，相对称的凹面进行新一轮的集沙；在接沙槽下方布置滑轮以及滑轨，当需要更换接沙槽时，只需要通过滑轮滑轨推动新的接沙槽到集沙槽转轴下方进行更换，实现水沙试验过程中输沙数据的实时测量，在测量过程中不需要中断试验，也不会对试验过程中的水沙变量产生扰动，而且装置的集沙总量无限制，可以应用于输沙量较大的水沙试验，整个装置结构简单，操作方便，可以推广应用于水沙运动试验的输沙数据采集。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2-图4本实用新型的转轴工作示意图。

图中：1—集沙槽，2—出沙转轴，3—出沙电机，4—接沙槽，5—接沙输送轨道，6—接沙凹槽，7—行走滑轮，8—沙样。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。如图1-3中所示的一种不对水沙试验过程产生扰动的集沙装置，包括集沙槽1、出沙转轴2、出沙电机3、接沙槽输送轨道5和至少两个接沙槽4，所述集沙槽1为上宽下窄、且上下口均为方形的漏斗状，其较窄的口为出沙口，所述接沙槽4为上部敞口的方形盒体，其上部的敞口为接沙口，在每个接沙槽4的底部设有两排行走滑轮7，每排行走滑轮7可以只需要两个，前后各一个，所述接沙槽输送轨道5有两根，并排设置，多个接沙槽4均通过两排行走滑轮7置于两根接沙槽输送轨道5上，并依次沿着接沙槽输送轨道5行走向前输送置于集沙槽1的正下方，其出沙口正对该接沙槽4的接沙口，可以收集出沙转轴2传送下来的沙样，当需要更换接沙槽时，直接通过滑轨推送，使新的接沙槽处于转轴正下方位置。

如图1所示，所述出沙转轴2置于集沙槽1的出沙口，出沙电机3置于出沙转轴2的一端，如图2和图3所示，在出沙转轴2上对称开设有两个大小相同的接沙凹槽6，接沙凹槽6为槽口大、槽底小的梯形凹槽，两接沙凹槽的槽口长宽大于或等于集沙槽1出沙口的长宽，接沙槽4上部的接沙口长度和宽度均大于或等于出沙转轴上接沙凹槽口的长度和宽度，出沙电机3带动出沙转轴2呈180°转动，使两个接沙凹槽6交替对准集沙槽1的出沙口和集沙槽1下方接沙槽的进沙口口，可以一边接沙，另一边出沙。

所述集沙槽1和出沙转轴2采用不锈钢材质，可耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质，具有不锈性；所述出沙电机3为普通交流电机，电机定子绕组接交流电网，转子绕组不需与其他电源连接。因此，它具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠以及质量较小，成本较低等优点；

本实用新型所述的出沙转轴2呈圆筒形，具有对称的接沙凹槽6，当转轴转过90°时，非凹面部分与集沙槽相接，能与集沙槽很好的闭合，当转轴转过180°时，已接沙的凹面将沙样传送到接沙槽中，相对的另一凹面开始接沙，如此反复，即可将集沙槽中的沙样全部传送到接沙槽中；

本实用新型使用时，将集沙装置安置于试验段中需要观测输沙率的断面，安装高度一般小于床面高度，以使泥沙能够随水流运动直接落入集沙槽1中。

下面结合实施例对本实用新型进一步说明，以下为本实用新型的其中一个实施例的具体工作方式，首先将集沙器安置于试验水槽需要观测输沙数据的断面，安装高度于床面高度，具体实验流程如下：

(1)试验开始前，集沙器内冲洗干净，以保证获取输沙数据的精度；

(2)试验开始后，泥沙随水流运动自行落入集沙槽中，根据输沙率大小调整电机转速，通过转轴将沙样传送到接沙槽中；

(3)设计需要计算输沙率的时段，比如10分钟，将新的接沙槽替换已接有沙样的接沙槽；

(4)将接沙槽中的沙样清出，通过晒干称重可以得到每一时间段的输沙量，从而得到这一时间段内的平均输沙率数据。

转轴在整个传送沙样的过程中工作原理如下：

(1)如图2中所示，其中一个接沙凹槽6与集沙槽1相接时，集沙槽1中的沙样落入该接沙凹槽6中；

(2)随着转轴转动，如图3所示，转轴的非凹面与集沙槽1相接，阻隔集沙槽1中的水沙下泄；

(3)当旋转到180°时，如图4所示，接有沙样的接沙凹槽6朝下时，接沙凹槽6内的沙样落入正对集沙槽下方的接沙槽4中，与之相对的接沙凹槽6正对集沙槽1继续收集集沙槽中的沙样，随着转轴转动，如此反复循环。

转轴的转速可以通过电机控制，当试验过程中输沙量较大时，可以将转速加大，反之，可用较小转速。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种不对水沙试验过程产生扰动的集沙装置，其特征在于：所述集沙装置包括集沙槽(1)、出沙转轴(2)、出沙电机(3)、接沙槽输送轨道(5)和至少两个接沙槽(4)，所述集沙槽(1)置于其中一个接沙槽(4)的上方，其出沙口正对该接沙槽(4)的接沙口，所述出沙转轴(2)置于集沙槽(1)的出沙口，在出沙转轴(2)上对称开设有两个大小相同的接沙凹槽(6)，两接沙凹槽口的长宽大于或等于集沙槽(1)出沙口的长宽，出沙电机(3)置于出沙转轴(2)的一端，带动出沙转轴(2)转动使两个接沙凹槽(6)交替对准集沙槽(1)的出沙口和集沙槽(1)下方接沙槽的进沙口；每个接沙槽(4)的底部设有行走滑轮(7)，所述至少接沙槽(4)均通过行走滑轮(7)置于接沙槽输送轨道(5)上，并依次沿着接沙槽输送轨道(5)行走置于集沙槽(1)的下方。

2.根据权利要求1所述的不对水沙试验过程产生扰动的集沙装置，其特征在于：所述集沙槽(1)为上宽下窄、且上下口均为方形的漏斗状，所述出沙轴(2)横向置于集沙槽(1)较窄的方形口处。

3.根据权利要求1或2所述的不对水沙试验过程产生扰动的集沙装置，其特征在于：所述接沙槽输送轨道(5)有两根，并排设置，在每个接沙槽(4)的底部对应设有两排行走滑轮(7)，并通过两排行走滑轮(7)置于两根接沙槽输送轨道(5)上。

4.根据权利要求1或2所述的不对水沙试验过程产生扰动的集沙装置，其特征在于：所述接沙槽(4)为上部敞口的方形盒体，其上部的接沙口长度和宽度均大于或等于出沙转轴上接沙凹槽口的长度和宽度。

5.根据权利要求1或2所述的不对水沙试验过程产生扰动的集沙装置，其特征在于：所述出沙电机(3)带动出沙转轴(2)呈180°转动。

6.根据权利要求1或2所述的不对水沙试验过程产生扰动的集沙装置，其特征在于：所述接沙凹槽(6)为槽口大、槽底小的梯形凹槽。