CN211180663U - 护滩冲刷稳定性模型试验上游流量平稳自动调节装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了护滩冲刷稳定性模型试验上游流量平稳自动调节装置，属于生态整治修复工程领域，包括沿水流方向依次设置的供水组件、消能平稳组件和分流快速平稳组件；供水组件实现水的持续供应和泵送；消能平稳组件实现水平影响后的收集和平稳，分流快速平稳组件包括溢流池，溢流池的前端设有溢流坝，溢流池的后端设有分流墙，控制中心，控制电器元件的开闭，并接受电器元件反馈的信号。本实用新型构思巧妙，结构简单，装拆灵活，满足试验过程中不同大小流量的范围调节，达到在整个试验过程中流量快速平稳目的，提高试验精度和缩短试验周期，节约试验成本，提高了测量和控制精度，整个装置可靠性高，稳定性好，且提高了工作效率。

Description

护滩冲刷稳定性模型试验上游流量平稳自动调节装置

技术领域

本实用新型属于海滩或河滩的生态整治修复工程领域，涉及护滩冲刷稳定性模型试验上游流量平稳自动调节装置。

背景技术

长江干线横穿我国东、中、西部地区，沿线聚集了我国35％的经济总量，利用长江黄金水道沿江布局了全国约35％的钢铁生产能力、28％的原油加工能力、7％的火电发电量，是我国经济发展的密集带。近50多年来，长江中下游护岸工程技术处于不断发展与探索的过程，在实践中积累了较丰富的经验。就目前已经应用的工程效果来看，虽然对稳定局部河势具有重要作用，但由于采用单一的护滩建筑物或由于平面布置不当等原因，在滩头部及边缘产生剧烈变形，局部破坏较严重，其稳定状况令人担忧。分析目前主要应用于护滩结构有以下几种：软体排护滩结构(土工布护底、块石压载、混凝土，块铰链排)；散抛块体护滩结构(抛块石或抛混凝土人工块体)；坝体护滩结构(修建丁坝群、潜坝、倒流坝)。但每种护滩块体的均存在一定的缺陷，软体排型护滩易冲刷坍陷、排布撕裂、排布暴露在外甚至排布悬空挂起来等现象。在砂质河床上采用散抛石护滩效果较差；抛石坝抛筑而成，结构松散，整体性欠佳，易出现水毁现象，护滩的工程技术有待进一步研究与实践。长江干流河道内岸滩稳定性影响最大仍为流的冲刷作用，由于水流流速的大小决定泥沙起动与否，也决定了局部冲刷的大小。因此在前期航道整治研究工作的基础上，开展物理水流冲刷物理模型试验，着重研究长江中游典型护滩建筑物的水毁机理及稳定性分析。物理模型试验是科学试验中一项重要的研究方法与专门技术，运用河流动力学知识，根据水流和泥沙运动的力学相似原理，模型与原型相似的边界条件和动力学条件，研究河流在天然河流情况下或在有水工建筑物的情况下的水流结构、河床演变过程和工程方案效果的一种方法。研究成果将推广应用于长江中游及其他类似河段的航道整治工程中，为常见的护滩工程提供技术支撑，有利于增强滩体的护滩建筑物稳定性，提高设计技术水平。同时，研究成果将丰富航道整治学科的内容，推动航道整治技术的创新和技术进步。

而在物理模型试验中，上游进口流量是否快速平稳性的有效控制，直接影响到试验的精度和试验周期，因此需要一整套相应完善的测量控制仪器设备与先进的量测技术，以提高模型试验的测量控制精度和工作效率，缩短模型试验周期，但是基于上述系统开发购置其中设备价格比较昂贵。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题是在于提供护滩冲刷稳定性模型试验上游流量平稳自动调节装置，满足试验过程中的流量精度和工作效率，缩短模型试验周期，确保模型试验质量。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：护滩冲刷稳定性模型试验上游流量平稳自动调节装置，包括沿水流方向依次设置的供水组件、消能平稳组件和分流快速平稳组件；

所述供水组件包括泵、基座和出水管道，所述基座设在蓄水池内，所述泵设置在所述基座上且抽水对对所述出水管道进行水流供应，所述出水管道包括三个支路，上端的2#排气管道、下端的3#分流管道和前端的1#支管道，3#分流管道的出水端设置在蓄水池的上端；

消能平稳组件包括平水池，所述1#支管道的出水端设有莲蓬头，所述莲蓬头上设有多个第一分流孔，所述莲蓬头设在所述平水池上端；

所述分流快速平稳组件包括溢流池，所述溢流池与所述平水池之间设有溢流坝，所述溢流池的出水端设有分流墙；

控制中心，控制电器元件的开闭，并接受电器元件反馈的信号。

进一步的，所述泵为立式轴流泵，所述2#排气管道远离出水管道的一端设有1#人工应急阀门，所述3#分流管道远离所述出水管道的一端设有2#人工应急阀门。

进一步的，所述1#支管道与所述蓄水池之间设有支撑1#支管道的支撑座，所述1#支管道从蓄水池的一端到所述平水池倾斜向下设置且斜度为1～5度。

进一步的，所述1#支管道从蓄水池到平水池的一端依次设有与控制中心电连接的1#电磁流量计、1#电动蝶阀和3#人工应急阀门，所述1#电磁流量计、1#电动蝶阀和3#人工应急阀门的两端设有与其并联设置的4#分流管道，所述4#分流管道上设有与控制中心电连接的2#电磁流量计和2#电动蝶阀。

进一步的，所述4#分流管道从蓄水池的一端到所述平水池倾斜向下设置且斜度为1～5度，所述4#分流管道的斜度大于所述1#支管道的斜度设置。

进一步的，所述平水池和溢流池连接为一体设置且与所述蓄水池平行设置，所述1#支管道架设在所述蓄水池与所述平水池之间。

进一步的，所述第一分流孔以所述莲蓬头的圆心为中心从内到外依次设置为多圈，每圈第一分流孔相对莲蓬头的圆心均布设置，相邻两个第一分流孔之间的圆心夹角为30度。

进一步的，所述平水池和所述溢流池的内壁均设有消波层，所述溢流坝靠近所述溢流池一侧的上端设有斜向下的溢流倒角，所述溢流池的出水端设有分流墙，所述分流墙上设有多个第二分流孔。

进一步的，所述分流墙为网格钢筋框架结构，所述分流墙厚度方向的两侧设置消波层，所述第二分流孔贯穿所述消波层设置，所述溢流坝的网格出设置有机玻璃材料方块，在溢流坝的0.2H、0.4H、0.6H、0.8H以及左、中、右设置不同数量和不同截面积的第二分流孔，其中H为溢流坝的高度。

进一步的，所述分流墙远离溢流池的一侧为稳流区，所述稳流区的宽度为5m～10m，所述平水池的尺寸如下，长L为8m～10m、宽B为4m～6m、高H为1.5m～3.0m，消波层的厚度为0.5m。

与现有技术相比，本实用新型具有的优点和积极效果如下。

1、本实用新型设置供水组件、消能平稳组件和分流快速平稳组件，供水组件实现供水、排气和分流功能，消能平稳组件在控制中心的作用下可实现流量的调节，按照试验所需流量进行精准自动调节，以及水流平稳的功能，分流快速平稳组件实现了水流加速平稳，流量均匀分布的功能，整个布局构思巧妙，结构简单，装拆灵活，形成一套完整的模型自动调整控制系统，迅速达到试验要求的流量和流速值，满足了流量快速平稳自动调整的目标，提高试验精度和缩短试验周期，节约试验成本。

2、控制中心采用无线通讯方式与位于主控室的计算机进行通讯连接，利用双积分高精度A/D转换芯片进行流量数据采集，高亮度LED数据显示，通过实测和目标2种不同颜色的曲线对比校核，由试验室内发出指令，迅速开启流量自动调节工作，最终实现流量迅速平稳的目标，另外本申请中的电器元件均采用市场现有配件组成，构思巧妙，结构简单，装拆灵活；

3、设置多个第一分流孔和第二分流孔，实现了水流进入到平水池前的稳流降压作用，水流经过分流墙后再次实现了充分的分流作用，进一步提升水流的平稳性，提升试验精度。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型护滩冲刷稳定性模型试验上游流量平稳自动调节装置的结构示意图；

图2是本实用新型图1的A-A剖视图；

图3是本实用新型图1的B-B剖视图；

图4是本实用新型图1的C-C剖视图；

图5是本实用新型图2的D部详图。

附图标记：

1、泵；2、蓄水池；3、基座；4、出水管道；5、1#支管道；6、2#排气管道；7、3#分流管道；8、1#人工应急阀门；9、2#人工应急阀门；10、支撑座；11、4#分流管道；12、1#电磁流量计；13、1#电动蝶阀；14、2#电磁流量计；15、2#电动蝶阀；16、控制中心；17、3#人工应急阀门；18、4#人工应急阀门；19、莲蓬头；191、第一分流孔；20、平水池；21、消浪层；22、溢流坝；221、溢流倒角；23、分流墙；24、第二分流孔；25、溢流池；26、稳流区。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细说明。

如图1～图5所示，本实用新型为护滩冲刷稳定性模型试验上游流量平稳自动调节装置，包括沿水流方向依次设置的供水组件、消能平稳组件和分流快速平稳组件；

供水组件进行供水、供气和分流，包括泵1、基座3和出水管道4，基座3设在蓄水池2内，泵1设置在基座3上且抽水对对出水管道4进行水流供应，出水管道4包括三个支路，上端的2#排气管道6、下端的3#分流管道7和前端的1#支管道5，3#分流管道7的出水端设置在蓄水池2的上端；

消能平稳组件包括平水池20，1#支管道5的出水端设有莲蓬头19，莲蓬头19上设有多个第一分流孔191，莲蓬头19设在平水池20上端，其作用是消能和平稳水体；

分流快速平稳组件包括溢流池25，溢流池25与平水池20之间设有溢流坝22，溢流池25的出水端设有分流墙23，使得水流均化流量和加速平稳；

控制中心16，控制电器元件的开闭，并接受电器元件反馈的信号，实现对总流量的控制并进行流量的微调。

优选地，泵1为立式轴流泵1，2#排气管道6远离出水管道4的一端设有1#人工应急阀门8，3#分流管道7远离出水管道4的一端设有2#人工应急阀门9。

优选地，1#支管道5与蓄水池2之间设有支撑1#支管道5的支撑座10，1#支管道5从蓄水池2的一端到平水池20倾斜向下设置且斜度为1～5度，优选为2度，利用重力原理实现水流的自动排放，节能。

优选地，1#支管道5从蓄水池2到平水池20的一端依次设有与控制中心16电连接的1#电磁流量计12、1#电动蝶阀13和3#人工应急阀门17，1#电磁流量计12、1#电动蝶阀13和3#人工应急阀门17的两端设有与其并联设置的4#分流管道11，4#分流管道11上设有与控制中心16电连接的2#电磁流量计14和2#电动蝶阀15，方便实现流量的自动控制。

优选地，4#分流管道11从蓄水池2的一端到平水池20倾斜向下设置且斜度为1～5度，优选为3度，4#分流管道11的斜度大于1#支管道5的斜度设置，充分利用重力的原理，使得水平比较平缓但是持续，不需要额外设置驱动力，节约能耗。

优选地，平水池20和溢流池25连接为一体设置且与蓄水池2平行设置，1#支管道5架设在蓄水池2与平水池20之间，此结构布局可节省结构空间，使得整个结构更加的紧凑。

优选地，第一分流孔191以莲蓬头19的圆心为中心从内到外依次设置为多圈，每圈第一分流孔191相对莲蓬头19的圆心均布设置，相邻两个第一分流孔191之间的圆心夹角为30度，均布设置，分散式喷水，降低水流喷出时的压力，使得水流更加平稳，提升水平的平稳性。

优选地，平水池20和溢流池25的内壁均设有消波层，溢流坝22靠近溢流池25一侧的上端设有斜向下的溢流倒角221，为保证平水池20内水体平稳进入溢流池25内，防止水体在经过溢流坝22，由于内外水位落差在溢流池25中产生水面波动，因此溢流坝22设置0.2m一档，总共设置10个档，采用2m高钢筋框架自动可调整结构，满足不同情况下的试验调整，试验时，随着平水池20内水位增加，每次均匀增加0.2m高的条形有机玻璃材料方块，减少了水位落差，同时本申请可实现快速组装、拆卸和环保要求，降低试验成本，溢流池25的出水端设有分流墙23，分流墙23上设有多个第二分流孔24，进一步提升水平排出时的稳定性。

优选地，分流墙23为网格钢筋框架结构，可快速的拆卸，方便重新利用，节能环保，多次使用，降低试验成本，分流墙23厚度方向的两侧设置消波层，第二分流孔24贯穿消波层设置，溢流坝22的网格出设置有机玻璃材料方块，在溢流坝22的0.2H、0.4H、0.6H、0.8H以及左、中、右设置不同数量和不同截面积的第二分流孔24，其中H为溢流坝22的高度，在本申请中，消波层的厚度均为0.5m，消波层由消波材料构成，消波材料可以为海绵，棉花或者其他具有弹性或者强吸附性的材料，实现了水流的平稳性，提升试验精度。

优选地，分流墙23远离溢流池25的一侧为稳流区26，稳流区26的宽度为5m～10m，进一步保证水流平稳出流，平水池20的尺寸如下，长L为8m～10m、宽B为4m～6m、高H为1.5m～3.0m，消波层的厚度为0.5m，平水池20的尺寸根据水池内水波产生波浪周期T、试验所需的实际流量Q1和试验室场地面积S大小进行设置，常规在以上参数范围内，从而保证进入平水池20内水体得到充分平稳。

在实际工作过程中，供水组件中，泵1提供总流量Q，泵1采用市场现有ZLB型泵1系单级立式轴流泵1，型号20ZLB，流量Q＝1610m³/h，扬程H＝3.48m，转数n＝730，效率η＝80.1％，功率P＝30kw，管径φ＝500mm，供水组件分为泵1体部分和传动部分，泵1体部件有喇叭管、叶轮部件、导叶体、弯管、轴承、填料函和联轴器等，传动部分有传动轴的一端通过联轴器与电动机连接，另一端与水泵1连接，泵1的轴向力由基座3内装的轴承来承受，轴封采用填料密封，传动中泵1叶轮的转向，朝吸入口看，为逆时针方向，同时在泵1的出水管道4端部设计3个分支管道，分别为满足试验实际流量Q1供应的总支管道1#支管道5φ＝450mm，2#排气管道6φ＝50mm，以及3#分流支管道，其管径φ＝100mm，同时为了保障安全，在2#排气管道6和3#分流支管道的头部安装1#人工应急阀门8和2#人工应急阀门9；

控制中心16实现1#支管道5实际流量Q1的控制，整个流量控制系统主要包括电磁流量计、电动调节蝶阀、管道、莲蓬状出水口，以及计算机流量控制系统组成，为了更精细控制试验流量Q1，在1#支管道5上再设计一个分流支管，即4#分流管道11，管径φ-50mm进行微调流量Q2，同时在1#支管道5上设置1#电磁流量计12和1#电动蝶阀13；在4#分流管道11上设置2#电磁流量计14、2#电动蝶阀15，实现由控制中心16自动调节试验实际流量值，整个控制中心16由485现场总线连成一体，然后采用无线通讯方式与位于主控室的计算机进行通讯，形成一套完整的模型试验监、测、控三位一体系统，控制中心16均以单片机为核心，采用双积分高精度A/D转换芯片进行流量数据采集，高亮度LED数据显示，辅以监控电路，大容量的Flash Rom存储电路保证了控制器工作的可靠性和稳定性，能适应各种复杂恶劣的工作环境；同时使用高精度D/A转换芯片实现对电动调节阀的控制，通过232接口与主控计算机进行通讯，将系统的各种数据传输给主控计算机，实现对整个系统的集中控制，控制中心16采纳了嵌入式操作系统，并采用了自整定PID运算单元，极大地方便了系统调试，控制中心16利用DELIPH开发工具包自主进行二次开发，采用微软公司的SGL2大型数据库系统做后台服务，保存系统的各种数据，监控软件运行在Windows系统环境下，系统提供了实测和目标2种监测曲线进行比对校核，用户同样也可根据需要，以不同颜色的曲线在同一画面中显示参数，并将曲线数据保存到历史数据库中，系统运行为依据试验前设定的目标流量与实测流量结果采用逼近法，最终由试验室内发出指令，从而开启自动多组次的调整任务，同时为了保障安全，在1#支管道5和4#分流管道11的头部安装3#人工应急阀门17和4#人工应急阀门18，为了减少水流集中进入平水池20，产生水面波动，在1#支管道5的端部安装莲蓬头19，头部圆形直径为φ＝500mm，整个出水圆面按每30°角划分和4个同心圆交点处设置出流孔，其孔径φ＝25mm，从而使水体进均匀进入平水池20，保证水流平稳进入下一道工序；

然后水进入到平水池20，得到充分平稳，最后通过溢流坝22进入到溢流池25，再通过分流墙23进入到实验段前，实现了水流快速平稳，整个过程既保证了试验实际流量的精准控制，又保证了到达试验段之前快速水流均匀和稳定目标，因此保证试验精度，提高了工作效率，节约试验成本，本申请利用实验室现行单台设备及相关控制技术进行自主研发模型试验所需的流量平稳自动控制系统，不仅改善了实验方法和手段，提高了科技含量，而且起到了良好的经济效益和社会效益，在教学与科研试验工作中发挥了重要作用，本次所研发的流量快速平衡控制装置构思巧妙，结构简单，装拆灵活，均由市场现有的高精度电磁流量计、电动调节蝶阀、流量控制器与主控计算机构成，采用无线通讯方式与位于主控室的计算机进行通讯，形成一套完整的模型自动调整控制系统，本申请完全满足试验过程中不同大小流量的范围，可根据试验模拟的时间比尺关系返算的试验流量，通过调节电磁流量计、电动调节蝶阀，以及设计出流管径和分流孔尺寸，从而达到在整个试验过程中流量快速平稳目的，提高试验精度和缩短试验周期，节约试验成本，控制中心16设置具有友好的人机界面以及多窗口、多功能的检测功能；开发改善了实验方法和手段，提高了测量和控制精度，整个系统可靠性高，稳定性好，且提高了工作效率，已成功应用于试验室科研生产项目上，产生一定经济效益，可在其它水工及河工模型试验中推广应用。

以上对本实用新型的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.护滩冲刷稳定性模型试验上游流量平稳自动调节装置，其特征在于：包括沿水流方向依次设置的供水组件、消能平稳组件和分流快速平稳组件；

所述供水组件包括泵、基座和出水管道，所述基座设在蓄水池内，所述泵设置在所述基座上且抽水对所述出水管道进行水流供应，所述出水管道包括三个支路，上端的2#排气管道、下端的3#分流管道和前端的1#支管道，3#分流管道的出水端设置在蓄水池的上端；

消能平稳组件包括平水池，所述1#支管道的出水端设有莲蓬头，所述莲蓬头上设有多个第一分流孔，所述莲蓬头设在所述平水池上端；

所述分流快速平稳组件包括溢流池，所述溢流池与所述平水池之间设有溢流坝，所述溢流池的出水端设有分流墙；

控制中心，控制电器元件的开闭，并接受电器元件反馈的信号。

2.根据权利要求1所述的护滩冲刷稳定性模型试验上游流量平稳自动调节装置，其特征在于：所述泵为立式轴流泵，所述2#排气管道远离出水管道的一端设有1#人工应急阀门，所述3#分流管道远离所述出水管道的一端设有2#人工应急阀门。

3.根据权利要求1所述的护滩冲刷稳定性模型试验上游流量平稳自动调节装置，其特征在于：所述1#支管道与所述蓄水池之间设有支撑1#支管道的支撑座，所述1#支管道从蓄水池的一端到所述平水池倾斜向下设置且斜度为1～5度。

4.根据权利要求3所述的护滩冲刷稳定性模型试验上游流量平稳自动调节装置，其特征在于：所述1#支管道从蓄水池到平水池的一端依次设有与控制中心电连接的1#电磁流量计、1#电动蝶阀和3#人工应急阀门，所述1#电磁流量计、1#电动蝶阀和3#人工应急阀门的两端设有与其并联设置的4#分流管道，所述4#分流管道上设有与控制中心电连接的2#电磁流量计和2#电动蝶阀。

5.根据权利要求4所述的护滩冲刷稳定性模型试验上游流量平稳自动调节装置，其特征在于：所述4#分流管道从蓄水池的一端到所述平水池倾斜向下设置且斜度为1～5度，所述4#分流管道的斜度大于所述1#支管道的斜度设置。

6.根据权利要求1所述的护滩冲刷稳定性模型试验上游流量平稳自动调节装置，其特征在于：所述平水池和溢流池连接为一体设置且与所述蓄水池平行设置，所述1#支管道架设在所述蓄水池与所述平水池之间。

7.根据权利要求1所述的护滩冲刷稳定性模型试验上游流量平稳自动调节装置，其特征在于：所述第一分流孔以所述莲蓬头的圆心为中心从内到外依次设置为多圈，每圈第一分流孔相对莲蓬头的圆心均布设置，相邻两个第一分流孔之间的圆心夹角为30度。

8.根据权利要求1所述的护滩冲刷稳定性模型试验上游流量平稳自动调节装置，其特征在于：所述平水池和所述溢流池的内壁均设有消波层，所述溢流坝靠近所述溢流池一侧的上端设有斜向下的溢流倒角，所述溢流池的出水端设有分流墙，所述分流墙上设有多个第二分流孔。

9.根据权利要求8所述的护滩冲刷稳定性模型试验上游流量平稳自动调节装置，其特征在于：所述分流墙为网格钢筋框架结构，所述分流墙厚度方向的两侧设置消波层，所述第二分流孔贯穿所述消波层设置，所述溢流坝的网格出设置有机玻璃材料方块，在溢流坝的0.2H、0.4H、0.6H、0.8H以及左、中、右设置不同数量和不同截面积的第二分流孔，其中H为溢流坝的高度。

10.根据权利要求9所述的护滩冲刷稳定性模型试验上游流量平稳自动调节装置，其特征在于：所述分流墙远离溢流池的一侧为稳流区，所述稳流区的宽度为5m～10m，所述平水池的尺寸如下，长L为8m～10m、宽B为4m～6m、高H为1.5m～3.0m，消波层的厚度为0.5m。

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