CN204286746U - 一种多类型水力参数测定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多类型水力参数测定装置，属于水利实验技术领域，该装置由水箱、固定水槽段和旋转测定段构成。水箱为两层三箱的结构，下层为储水箱，上层为溢流平台分隔的溢流箱和稳水箱。水箱外接一个抽水泵；固定水槽段由梯形截面的明渠出水槽和等腰三角形截面的回水槽组成，回水槽出口处设有三角量水堰；旋转测定段由两个有压流实验水槽和两个无压流实验水槽组成，旋转测定段通过移动支架支撑。本实用新型实现了在同一平台上进行两类实验、测定多种类型流体水力参数、开展四种以上水力实验的目的，节约了大量的实验室空间和实验成本，结构合理，适用性强，具有重要的实用价值及推广应用前景。

Description

一种多类型水力参数测定装置

技术领域：

本实用新型涉及一种多类型水力参数测定装置，属于水利实验技术领域，实现在同一实验平台研究有压流和明渠流，测定有压管流的水头损失、压强等参数，观察堰流、闸孔出流、水跃、水跌等水流现象并测量其相关水位、流速等参数。

背景技术：

在水利工程中经常遇到有压流和无压明渠流两种流体类型，研究有压流和无压明渠流的水力参数对于水利工程建设具有重要意义，同时也是高等院校水力学和流体力学课程的主要内容，观察水流现象，测定水力参数，能够验证水力学基本理论，增强感性认识，巩固理论知识。然而，现有的实验装置中有压流实验与无压流实验通常在不同的装置上进行，这样就存在占用实验室空间过大、成本过高等缺陷，一个实验装置只能进行一类实验项目，难以满足日常教学科研实验需要。本实用新型流体水力参数测定装置采用组合拼装的思想，创造性的将多种实验所需装置集合于一体，在满足实验要求的条件下，能够大量节省实验装置占用空间，节省实验装置制作成本和实验成本，为水力参数测定提供了新的平台，同时也为水力学实验开展提供了新的思路。

实用新型内容：

本实用新型的目的：

提供一种多类型水力参数测定装置，解决现有实验装置功能单一，占地面积大，实验装置制作和实验成本高等缺陷。装置的独特设计实现了在一个水箱和一段固定水槽组成的实验平台上开展多种有压流和无压流实验，测定多种类型实验的水力参数的目的。不仅节约水箱和抽水泵，而且节省了大量占地空间和面积，具有良好的应用前景。

本实用新型的技术方案：

为解决上述技术问题，本实用新型的一种多类型水力参数测定装置，主体由水箱、固定水槽段、旋转测定段组成。

所述水箱分为两层三箱，包括下层的储水箱、上层的稳水箱和溢流箱，稳水箱和溢流箱之间通过在滑动槽中滑动的溢流平台分隔，储水箱靠近固定水槽段一侧的壁面上设有三角量水堰，三角量水堰与固定回水槽出水口连通，稳水箱靠近固定水槽段一侧的壁面上设有明渠流的梯形出水口，储水箱和稳水箱通过压力管连通，压力管上装有抽水泵，储水箱和溢流箱通过溢水回流孔连通。实验装置长久不用或者需要进行维护时，可将储水箱下部的排水口打开，排出水箱中多余的水。

所述固定水槽段位于水箱和旋转测定段之间，固定水槽段由上部的固定水槽和下部的固定回水槽组成，固定水槽段的进水口端连接固定在梯形出水口，固定水槽段的固定回水槽出水口与储水箱上的三角量水堰连通。

所述旋转测定段由四个对称的水槽组成，其中的两个水槽为有压流实验槽，分别装有等直径圆形管和变直径圆形管，另外的两个水槽为明渠流实验槽，四个水槽的槽底末端均留有许多出水孔与回水槽进口相通，每个水槽与旋转轴之间设有回水槽，在水槽和回水槽右端设有挡水板，相邻的每两个水槽之间通过30°弧形固定翼连接，弧形固定翼与旋转轴连接固定；旋转轴通过轴承置于两个支架之间。

所述旋转测定段每次旋转90°，其中一个水槽及其下部的回水槽与固定水槽段的固定水槽和固定回水槽能够组成一种自循环水力学实验装置；从回水槽的回水槽进水口到固定回水槽出水口组成的整条回水槽的横截面是逐渐增大的等腰三角形，形成由右向左的正坡，保证水流能够回流到储水箱中。

所述溢流平台包括支杆、螺母、螺纹杆和溢流板，溢流板的高度通过转动悬挂在支杆上的螺母牵动螺纹杆调节，能够精细地调节稳水箱中的流量和水位，溢流板与滑动槽之间通过橡皮垫紧密连接。

优选地，所述的压力管上端安装着消能罩。

优选地，所述的抽水泵设置在水箱外部，并采用变频泵。

优选地，所述支架能够在支架滑动槽上滑动或固定，方便旋转测定段的旋转以及与固定水槽段对接。

优选地，所述旋转测定段的四个水槽采用对称结构，且水槽横截面采用梯形截面。

优选地，所述固定水槽的两侧壁的宽度大于梯形出水口的两腰的长度，保证从梯形出水口流出的水流不会外溢到地面。

优选地，所述有压流实验槽的水槽左端安装有水槽挡板，水槽挡板与固定水槽、等直径圆形管、变直径圆形管通过橡皮圈无缝衔接封闭，在固定水槽段形成有压流环境，为旋转测定段的有压流实验提供充足水压条件，保证圆形管中水流为有压流。

上述多类型水力参数测定装置在实验时，旋转测定段每旋转90°能够组成一种水力学实验装置，旋转测定段的水槽与固定水槽段的固定水槽、水箱出水口连成一体，相应的回水槽与水箱回水口也连接在一起，形成一个自循环系统。旋转测定段的水槽底坡能够通过支架上的升降阀调节。在做明渠流实验时，不同的明渠水槽上能够设置不同的水工建筑物，用来完成不同的明渠实验，测定不同实验参数；在做有压流实验时，固定水槽顶部用顶板密封，顶板与水槽挡板通过橡皮圈无缝衔接封闭，在等直径圆形管、变直径圆形管上完成不同的有压流实验。

附图说明：

图1是本实用新型所述一种多类型水力参数测定装置结构示意图。

图2是图1中溢流平台的结构示意图。

图3是图1中旋转测定段中回水槽结构示意图。

图4是图1中旋转测定段两端横截面图。

图中：1-水箱；11-储水箱；111-抽水泵；112-压力管；113-消能罩；114-三角量水堰；115-刻度尺；116-排水口；12-稳水箱；121-梯形出水口；122-进水口；13-溢流箱；131-溢水回流孔；132-滑动槽；133-支杆；14-溢流平台；141-螺母；142-螺纹杆；143-溢流板；2-固定水槽段；21-固定回水槽；22-固定水槽；221-底板；222-顶板；3-旋转测定段；31-水槽；311-等直径圆形管；*311-等直径圆形管进口；312-变直径圆形管；*312-变直径圆形管进口；313-折叠测压管；314-移动支护；315-滑动轨道；316-水槽挡板；317-出水孔；318-滑动水位测针；319-测针滑动架；320-挡水板；32-回水槽；321-回水槽进口；322回水槽连接口；323-槽底；33-弧形固定翼；34-旋转轴；35-支架；351-升降阀；352-支架滑动槽。

具体实施方式：

如图1-4所示，该装置主体由水箱1、固定水槽段2和旋转测定段3组成，另外还包括滑动水位测针318、支杆133、移动支护314、支架滑动槽352、支架35、旋转轴34等。

水箱1为两层三箱的结构，下层为储水箱11，储存足够的水量，储水箱11外的抽水泵111通过压力管112与消能罩113相连；上层由调节流量的溢流平台14隔开，一侧为溢流箱13，另一侧为稳水箱12，消能罩113固定在稳水箱12底部并与稳水箱12相通，溢流平台14中的溢流板143高度通过转动悬挂在支杆133上的螺母141牵动螺纹杆142来调节，溢流板143能够在滑动槽132中上下滑动调节稳水箱12的流量和水位，滑动槽132与溢流板143之间通过橡胶垫紧密接触。过量的水将跃过溢流板143流入溢流箱13中，并通过溢水回流孔131返回储水箱11。实验装置长久不用或者需要进行维护时，可将储水箱11下部的排水口116打开，排出水箱1中多余的水。

固定水槽段2左端的进水口与稳水箱12的梯形出水口121固定并相通，固定水槽段2左端的固定回水槽21的出水口与储水箱11上的三角量水堰114固定并相通，固定水槽段2右端与旋转测定段3中某一水槽31左端相连，两者之间使用橡胶圈紧密连接，固定水槽段2的底板221也相应地与旋转测定段3的水槽槽底323通过橡皮垫紧密衔接，固定水槽段2和旋转测定段3的回水槽32通过橡皮圈紧密连接在一起，形成一个循环系统。通过三角量水堰114和刻度尺115测定实验过程中的流量。

旋转测定段3由两端支架35支撑，固定在旋转轴34上，旋转轴34固定在两个支架35上，旋转轴34为圆柱体。旋转测定段3由四个对称的水槽31组成，四个水槽31通过30°弧形固定翼33连接，弧形固定翼33与旋转轴34组合为整体，两端弧形固定翼33之间为空心，方便在明渠壁面处装测压管测定水流脉动压强。水槽槽底323与旋转轴34之间有变横截面的三棱柱形回水槽32，由右向左形成一定角度的底坡，底坡的角度由三棱柱截面和升降阀351确定。旋转测定段3中水槽31与回水槽32右端设有挡水板320，水槽槽底323的右端有许多出水孔317与回水槽进口321相通，使得水槽31中的水流流入对应的回水槽32中。通过移动支架35上的旋转测定段3，每旋转90°后与固定水槽段2完全吻合，即某一条旋转水槽31与固定水槽段2相通，相应的回水槽32也与固定水槽段的回水槽21相通，从梯形出水口121到旋转测定段3末端连接为一个整体，相应的回水槽也连接为一个整体，并与水箱1相通，每个部件之间通过橡胶圈或橡皮垫紧密衔接，组成一个自循环系统。

旋转测定段3中的两个水槽31为明渠水槽，通过支架升降阀351能够调节底坡为正坡或平坡，水槽上可以增设坝、堰等水工建筑物，用来做相关明渠实验，安装在测针滑动架319上的滑动水位测针318能够在滑动轨道315中移动，并测量相应的水位参数。

旋转测定段3中的另外两个水槽31中分别装有等直径圆形管311和变直径圆形管312，这两个水槽左端装有水槽挡板316，水槽挡板316与等直径圆形管311和变直径圆形管312的进水口外壁边紧密连接并固定，当进行有压流实验时，固定水槽22顶部用顶板222密封，顶板222、水槽挡板316与固定水槽22通过橡皮圈无缝衔接密封，形成一个相对封闭空间，在固定水槽段2内形成有压流环境，为旋转测定段3的有压流实验提供充足水压条件，保证有足够的水流能够进入等直径圆形管311或变直径圆形管312中，并在圆形管中形成有压流，能够进行相关有压流实验，有移动支护314的折叠测压管313能够在滑动轨道315中移动，测量圆形管中不同位置的压力，确定圆形管的沿程阻力系数、水头损失等参数。

实施例1

当做有压流实验时，将支架滑动槽352上的支架35向右移动一段距离后，利用旋转轴34转动旋转测定段3，选择装有等直径圆形管311或变直径圆形管312的水槽31作为有压流实验槽，然后再将旋转测定段3向左移动并与固定水槽段2通过橡胶圈、卡扣紧密衔接密封，相应的回水槽连接口322与固定回水槽21右端通过橡皮垫紧密连接，水槽挡板316与顶板222、底板221以及固定水槽22通过橡皮垫紧密接触，形成一个相对封闭的空间。

实验开始后，通过转动支杆133上的螺母141牵动螺纹杆142可以使溢流平台14中的溢流板143在滑动槽132中上下滑动，将溢流板143调节到一定高度，滑动槽132与溢流板143之间通过橡胶垫紧密接触。水箱1外的抽水泵111通过装有消能罩113的压力管112、进水口122将储水箱11中的水提到稳水箱12中,一部分水通过梯形出水口121流向固定水槽段2，而稳水箱12中高于溢流板143高度的水将跃过溢流板143流向溢流箱13，并通过溢水回流孔131流回储水箱11。由于等直径圆形管进口*311或变直径圆形管进口*312对水槽挡板316来说相对较小，流向固定水槽段2的水流会被水槽挡板316阻挡，水流会在固定水槽段2中形成有压流环境。有一部分水通过等直径圆形管进口*311或变直径圆形管进口*312被挤入等直径圆形管311或变直径圆形管312中，并在等直径圆形管311或变直径圆形管312中形成有压流。待水流稳定后，利用等直径圆形管311或变直径圆形管313上折叠测压管313测量相应位置的水压，通过滑动轨道315以及移动支护314，可以移动测量等直径圆形管311或变直径圆形管312上不同位置的水压，同时可以通过升降阀351调节支架35的高度，利用多个折叠测压管313测量局部水头损失以及沿程水头损失等参数。实验结束时，可以将折叠测压管313从圆形管上取下或折叠放在水槽31中。旋转测定段3右端有挡水板320阻挡，实验时等直径圆形管311或变直径圆形管312中的水将流向与回水槽进口321相通的出水孔317，并通过出水孔317流到回水槽32、固定回水槽21中，最终流向三角量水堰114和储水箱11。通过三角量水堰114和刻度尺115可以测定实验过程中的流量。实验装置长久不用或者需要进行维护时，可将储水箱11下部的排水口116打开，排出水箱1中多余的水。

实施例2

当做明渠实验时，打开旋转测定段3与固定水槽段2之间的卡扣，并将支架滑动槽352上的支架35向右移动一段距离后，利用旋转轴34转动旋转测定段3，选择没有等直径圆形管311或变直径圆形管312的水槽31作为明渠流实验槽，然后再将旋转测定段3向左移动并与固定水槽段2通过橡胶圈、卡扣紧密衔接密封，相应的回水槽连接口322与固定回水槽21右端以及槽底323与底板222通过橡皮垫紧密连接。

实验开始后，通过转动支杆133上的螺母141牵动螺纹杆142可以使溢流平台14中的溢流板143在滑动槽132中上下滑动，将溢流板143调节到一定高度，滑动槽132与溢流板143之间通过橡胶垫紧密接触。水箱1外的抽水泵111通过装有消能罩113的压力管112、进水口122将储水箱11中的水提到稳水箱12中,一部分水通过梯形出水口121流向固定水槽段2，而稳水箱12中高于溢流板143高度的水将跃过溢流板143流向溢流箱13，并通过溢水回流孔131流回储水箱11。旋转测定段3右端有挡水板320阻挡，从梯形出水口121流向固定水槽段2的水流会流到出水孔317处，并通过出水孔317流到回水槽32、固定回水槽21中，最终流向三角量水堰114和储水箱11。通过三角量水堰114和刻度尺115可以测定实验过程中的流量。实验时可以通过支架35上的升降阀351调节槽底323底坡，使其为正坡或者平坡。同时在旋转测定段3上可以放置不同的水工建筑物，通过滑动轨道315以及测针滑动架319移动滑动水位测针318测量相应位置的水位，并且可以通过弧形固定翼33之间水槽31壁面处安装的测压管测定水流脉动压强。

Claims (7)

1.一种多类型水力参数测定装置，主体由水箱(1)、固定水槽段(2)、旋转测定段(3)组成，其特征在于：

所述水箱(1)分为两层三箱，包括下层的储水箱(11)、上层的稳水箱(12)和溢流箱(13)，稳水箱(12)和溢流箱(13)之间通过在滑动槽(132)中滑动的溢流平台(14)分隔，储水箱(11)靠近固定水槽段(2)一侧的壁面上设有三角量水堰(114)，三角量水堰(114)与固定回水槽(21)出水口连通，稳水箱(12)靠近固定水槽段(2)一侧的壁面上设有明渠流的梯形出水口(121)，储水箱(11)和稳水箱(12)通过压力管(112)连通，压力管(112)上设有抽水泵(111)，储水箱(11)和溢流箱(13)通过溢水回流孔(131)连通；

所述固定水槽段(2)位于水箱(1)和旋转测定段(3)之间，固定水槽段(2)由上部的固定水槽(22)和下部的固定回水槽(21)组成，固定水槽段(2)的进水口端连接固定在梯形出水口(121)，固定水槽段(2)的固定回水槽(21)出水口与储水箱(11)上的三角量水堰(114)连通；

所述旋转测定段(3)由四个对称的水槽(31)组成，其中的两个水槽(31)为有压流实验槽，分别装有等直径圆形管(311)和变直径圆形管(312)，另外的两个水槽(31)为明渠流实验槽，四个水槽(31)的槽底(323)末端均留有许多出水孔(317)与回水槽进口(321)相通，每个水槽(31)与旋转轴(34)之间设有回水槽(32)，在水槽(31)和回水槽(32)右端设有挡水板(320)，相邻的每两个水槽(31)之间通过30°弧形固定翼(33)连接，弧形固定翼(33)与旋转轴(34)连接固定；旋转轴(34)通过轴承置于两个支架(35)之间。

2.根据权利要求1所述的多类型水力参数测定装置，其特征在于：所述抽水泵(111)设置在水箱(1)外部，采用变频泵。

3.根据权利要求1所述的多类型水力参数测定装置，其特征在于：所述溢流平台(14)包括支杆(133)、螺母(141)、螺纹杆(142)和溢流板(143)，溢流板(143)的高度通过转动悬挂在支杆(133)上的螺母(141)牵动螺纹杆(142)调节，能够精细地调节稳水箱(12)中的流量和水位，溢流板(143)与滑动槽(132)之间通过橡皮垫紧密连接。

4.根据权利要求1所述的多类型水力参数测定装置，其特征在于：所述旋转测定段(3)每次旋转90°，其中一个水槽(31)及其下部的回水槽(32)与固定水槽段(2)的固定水槽(22)和固定回水槽(21)能够组成一种自循环水力学实验装置；从回水槽(32)的回水槽进水口(321)到固定回水槽(21)出水口组成的整条回水槽的横截面是逐渐增大的等腰三角形，形成由右向左的正坡，保证水流能够回流到储水箱(11)中。

5.根据权利要求1所述的多类型水力参数测定装置，其特征在于：所述支架(35)能够在支架滑动槽(352)上滑动或固定。

6.根据权利要求1所述的多类型水力参数测定装置，其特征在于：所述压力管(112)上端安装着消能罩(113)。

7.根据权利要求1所述的多类型水力参数测定装置，其特征在于：所述有压流实验槽的水槽(31)左端安装有水槽挡板(316)，水槽挡板(316)与固定水槽(22)、等直径圆形管(311)、变直径圆形管(312)通过橡皮圈无缝衔接封闭。