CN206161492U - 一种可实现变水压力作用的渗透装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可实现变水压力作用的渗透装置，属于土木工程技术领域。该渗透装置包括变频循环供水系统和试验测量系统，通过PLC控制柜和变频器控制水泵提供变频水压力，水管、三通和球阀实现循环供水功能。所述试验测量系统包括试验段、差压变送器、流量计、信号转换器和计算机等，试验装置的取压点位于轴线位置，并设计成带孔圆球状，差压变送器、流量计、信号转换器和计算机相互连接，用于自动采集水压差和水流量。本实用新型实现了变水压力，采用差压变送器可自动测量水压差值，并能够保证较高的测量精度和较宽的测量范围，同时克服了传统渗透装置误差较大和浪费水资源等缺点，试验过程方便、快捷，结果可靠。

Description

一种可实现变水压力作用的渗透装置

技术领域

本实用新型属于土木工程技术领域，涉及一种研究变水压力作用下多孔介质渗透特性的试验装置。

背景技术

多孔介质广泛存在于自然界，是一种含有丰富孔隙的固体聚合物。渗透性是多孔介质一个重要的物理力学性质，它是指多孔介质允许流体通过相互连通微小孔隙流动的性质，渗透系数表征多孔介质渗透性的强弱，其计算方法依据达西渗流定律——渗流速度和水力梯度成正比v＝ki，比例系数k即为渗透系数。

测定多孔介质的渗透系数多采用室内实验方法，土木工程中传统的渗透装置主要是常水头渗透仪如TST-70型。这种类型的渗透仪只能满足一般工程的需要，但是无法研究波浪、地震等动荷载条件下变水压力作用时多孔介质的渗透性，同时，传统渗透仪依靠人工测读数据，造成试验误差较大，且试验过程费时费力。因此，针对传统渗透仪的这些缺陷，实用新型了一种可以实现研究变水压力作用下多孔介质渗透特性的新型试验装置。

实用新型内容

本实用新型针对传统渗透装置的不足，通过PLC控制柜和变频器控制水泵提供周期性变化的水压力，采用水管、三通和球阀组成循环供水系统，改进试验段取压点的设计更加准确地测量试样断面的水压差值，采用差压变送器、流量计、信号转换器和计算机组成的数据采集系统自动测记水压差和水流量。

本实用新型的技术方案：

一种可实现变水压力作用的渗透装置，包括变频循环供水系统I和试验测量系统II两部分；

变频循环供水系统I包括水箱1、水泵2、变频器3、PLC控制柜4、球阀5、水管和三通，水箱1、水泵2、变频器3和PLC控制柜4依次连接，水箱1作为储存水源的容器，水泵2提供水循环流通的动力，变频器3和PLC控制柜4通过控制电压周期性变化，使水泵2的叶轮转速实现周期性变化，使水泵2出水口水压呈现周期性变化；水泵2的出水口连接水管，水管连接三通，三通一头通过水管直接与试验装置连接，并在水管上设置第一球阀5-1和流量计7；三通另外一头通过水管连接水箱1，水管上设置第二球阀5-2；试验装置出水口通过水管回流至水箱1，各连接处采用卡箍和生胶带做防漏处理；

试验测量系统II包括试验装置、差压变送器6、流量计7、信号转换器13和计算机14，试验装置的主体为有机玻璃材质的圆筒状结构，其两端分别为左盖板15和右盖板20；通过两块透水孔板17将试验装置内部分为左缓冲段16、中间装样段18和右缓冲段19，透水孔板17上靠近装样段18一侧贴有滤网，均为止水橡胶圈通过法兰进行连接；左缓冲段16和右缓冲段19上分别设置排气孔8，排气孔8连接排气管11，排气管11上设置止水夹10；装样段18两端部设置取压点9，取压点9为带细小孔洞的圆球状，取压点9位于装样段18轴线位置，并通过外侧导压管12与差压变送器6连接；差压变送器6和流量计7连接信号转换器13，信号转换器13连接计算机14。

本实用新型的有益效果：本装置可实现研究海浪、地震等动荷载条件下变水压力作用时多孔介质的渗透特性。采用循环供水系统可节约水资源，将取压点设置在试样中部能够得到更加准确的压力值，采用差压变送器可自动测量水压差值，并能够保证较高的测量精度和较宽的测量范围，特别是对岩石、淤泥等低渗透性材料，结合变频脉冲测量方法可大大缩短测量时间，用流量计可自动测量水流量，采用计算机数据采集系统可自动采集变水压力作用下的瞬时水压差值和水流量，克服了传统渗透装置依靠人工测读数据而增加试验误差和浪费水资源等缺点。本实用新型试验过程方便、快捷，试验结果可靠，具有教育教学、施工指导和科学研究等多种用途。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构示意图。

图2是本实用新型的试验装置剖面图。

图中：I变频循环供水系统；II试验测量系统；1水箱；2水泵；3变频器；4PLC控制柜；5-1第一球阀；5-2第二球阀；6差压变送器；7流量计；8排气孔；9取压点；10止水夹；11排气管；12导压管；13信号转换器；14计算机；15左盖板；16左缓冲段；17透水孔板；18装样段；19右缓冲段；20右盖板。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本实用新型的具体实施方式。

实施例

首先，组装、检查和测试变频循环供水系统I和试验测量系统II。向水箱1中注入蒸馏水，全关第一球阀5-1，全开第二球阀5-2，接通水泵2电源检查是否正常工作。缓慢开启第一球阀5-1，使水慢慢进入试验装置，打开止水夹10排除试验装置中的空气，待试验装置中水流稳定后，排除差压变送器6和流量计7内部的气泡，持续通水一段时间，检查并排除漏水点。接通差压变送器6和流量计7电源，检查数据采集系统13和计算机14是否正常工作。各项工作检查完毕后，切断水泵2、差压变送器6和流量计7的电源，并排出试验装置内的水。

然后，进行试验前期准备工作。通过PLC控制柜4控制变频器3的频率实现周期性的变化，校核及标定差压变送器6和流量计7。拆开试验装置，在左缓冲段16和右缓冲段19内填充砾石，在装样段18内均匀装填试验材料，形成具有一定孔隙率的多孔介质。装样完成后，接通水泵2电源，打开第一球阀5-1，缓慢饱和试样，并排除试验装置、差压变送器6和流量计7中残留的气泡。

最后，进行试验测量工作。按照PLC控制柜4设定的变频条件提供变水压力，调节第一球阀5-1至一定开度，待水流速度稳定后，用计算机14记录差压变送器6采集的压差值和流量计7采集的流量值；调节第一球阀5-1和第二球阀5-2的开度，使水流速度逐渐增大，重复上述测量过程，直到试验结束；将流量换算成流过试样截面的瞬时水流速度u，将水压差值除以渗流路径长度得到瞬时水力梯度i，即得到变水压力作用下多孔介质的渗流关系曲线。

Claims (1)

1.一种可实现变水压力作用的渗透装置，其特征在于，该渗透装置包括变频循环供水系统(I)和试验测量系统(II)两部分；

变频循环供水系统(I)包括水箱(1)、水泵(2)、变频器(3)、PLC控制柜(4)、球阀(5)、水管和三通，水箱(1)、水泵(2)、变频器(3)和PLC控制柜(4)依次连接，水箱(1)作为储存水源的容器，水泵(2)提供水循环流通的动力，变频器(3)和PLC控制柜(4)通过控制电压周期性变化，使水泵(2)的叶轮转速实现周期性变化，使水泵(2)出水口水压呈现周期性变化；水泵(2)的出水口连接水管，水管连接三通，三通一头通过水管直接与试验装置连接，并在水管上设置第一球阀(5-1)和流量计(7)；三通另外一头通过水管连接水箱(1)，水管上设置第二球阀(5-2)；试验装置出水口通过水管回流至水箱(1)，各连接处采用卡箍和生胶带做防漏处理；

试验测量系统(II)包括试验装置、差压变送器(6)、流量计(7)、信号转换器(13)和计算机(14)，试验装置的主体为有机玻璃材质的圆筒状结构，其两端分别为左盖板(15)和右盖板(20)；通过两块透水孔板(17)将试验装置内部分为左缓冲段(16)、中间装样段(18)和右缓冲段(19)，透水孔板(17)上靠近装样段(18)一侧贴有滤网，均为止水橡胶圈通过法兰进行连接；左缓冲段(16)和右缓冲段(19)上分别设置排气孔(8)，排气孔(8)连接排气管(11)，排气管(11)上设置止水夹(10)；装样段(18)两端部设置取压点(9)，取压点(9)为带细小孔洞的圆球状，取压点(9)位于装样段(18)轴线位置，并通过外侧导压管(12)与差压变送器(6)连接；差压变送器(6)和流量计(7)连接信号转换器(13)，信号转换器(13)连接计算机(14)。