CN2921811Y - 径流动力学参数试验台 - Google Patents

Abstract

本实用新型是径流动力学参数试验台，由补液罐总成、恒压稳流罐总成、导流水槽总成、回收罐总成、柱塞式泥浆泵和循环管道等组成循环系统，可模拟不同流速、流量、含沙量的径流，通过传感器进行测量；恒压稳流罐总成设定流量，导流槽总成调节流速，钢丝笼式和叶片式搅拌器保障水流混合。该试验台具有结构合理、使用简便的特点，既能满足径流动力学参数测量需要，也可作为专用传感器设计和校验的平台，为水土保持研究提供科学依据。

Description

径流动力学参数试验台

所属技术领域

本实用新型属于一种水土工程的试验装置，特别是一种专门测量土壤侵蚀与水土流失中径流动力学参数和校验专门传感器的径流动力学参数试验台。

背景技术

土壤侵蚀是全球性的主要环境问题之一，已经成为限制当今人类生存与发展的全球性环境灾害，严重制约着全球社会经济持续发展。因此要加强对于土壤侵蚀与水土流失规律的研究，这对水土保持的实施和保护环境资源都有着重要的意义。土壤侵蚀与水土流失是一个比较复杂的动力学过程，而流速、流量和泥沙含量等则是研究土壤侵蚀与水土流失的基本参数，只有准确、实时、在线的采集和测量坡地径流中的流速、流量和泥沙含量等，才能为土壤侵蚀与水土流失动态过程的研究提供有力的依据。开展径流动力学参数的研究对于深入研究坡面径流的动力机制，进一步揭示土壤侵蚀和水土流失的机理至关重要。

在土壤侵蚀和水土流失的研究和监测中，流速、流量和含沙量等参量都是径流运动的重要参数，国内外测量径流动力学参数主要采取现场模拟的方式，无论是野外试验观察径流小区，还是室内人工模拟降雨试验，坡面径流的动力学参数测量至今仍是采取收集径流水样，人工测量的方法(夏卫生，雷廷武，赵军，张晴雯，高佩玲.示踪法测定水流流速的研究.水土保持学报，2002，16(1)：84～86)，测量精度较差且不能进行重复性试验，无法实现准确、实时、在线地进行数据采集与处理。为了对土壤侵蚀和水土流失过程进行更为精确的测量与研究，将现场试验移至实验室台架上加以复现与模拟，是现代试验技术发展的一个显著特征。目前，国内外尚无既可以设定不同径流流动的运动过程，又能重复进行模拟试验，还能为径流动力学参数传感器的研究、设计和校验提供试验环境的径流动力学参数试验台，为土壤侵蚀和水土流失中径流动力学参数的测量和专用传感器的研制提供试验平台。

发明内容

本实用新型的目的是设计一种结构简单、性能稳定、能重复作业的径流动力学参数试验台，利用设置在三层阶梯形机架上的补液罐总成、恒压稳流罐总成、导流槽总成、回收罐总成、柱塞式泥浆泵和循环管道等组成循环系统，可以模拟不同流速、不同流量、不同含沙量的径流，通过传感器实时、在线、连续地测量径流动力学各项参数，具有结构合理、使用可靠、运输与清洗方便的特点，并可为径流动力学参数测量专门传感器的设计和校验提供试验平台，为土壤侵蚀和水土保持的科学研究提供准确的依据。

本实用新型的目的是这样实现的：径流动力学参数试验台的工作原理是通过设定和调整恒压稳流罐总成排液的流量与导流槽总成的倾斜角度，来模拟不同流速、不同流量、不同含沙量的径流，并通过传感器实时、在线、连续测量其径流动力学的各项参数。径流动力学参数试验台由试验台机架、循环管道、扶梯、逆止阀门、管三通、阀门、清水注入接口、电磁阀门、超声波液位传感器、补液罐总成、流量控制阀门、排液管、恒压稳流罐总成、动力学参数传感器、导流槽总成、蜗轮升降机、排液软管、回收罐总成、运输牵引钩、水平调节支柱、万向脚轮、排液阀门、柱塞式泥浆泵和脚轮组成。试验台机架为三层阶梯形钢结构，补液罐总成安装在试验台机架的上层，恒压稳流罐总成安装在试验台机架的中层，导流槽总成和回收罐总成安装在试验台机架的下层，扶梯安装在试验台机架的后部，蜗轮升降机固定在试验台机架的下层与导流槽总成链接，运输牵引钩在试验台机架的前部，万向脚轮固定在试验台机架底面的前部两侧，脚轮固定在试验台机架底面的后部两侧，4个水平调节支柱分别固定在试验台机架底面的四角上，柱塞式泥浆泵固定在试验台机架底面的上部。补液罐总成通过排液管与恒压稳流罐总成连接，排液管中间安装有电磁阀门和流量控制阀门；恒压稳流罐总成下部连接有电磁阀门和流量控制阀门；回收罐总成通过循环管道与补液罐总成连接，循环管道的中部分别安装有排液阀门、柱塞式泥浆泵、逆止阀门、管三通，阀门，清水注入接口和电磁阀门；超声波液位传感器分别安装在补液罐总成和恒压稳流罐总成上，动力学参数传感器安装在导流槽总成上。

径流动力学参数试验台的补液罐总成由补液罐罐体、进液接口I、搅拌器支架I、液位传感器固定架、电动机I、轴承座总成I、叶片式搅拌器I、罐体固定支架I和排液接口I组成，补液罐罐体采用不锈钢材料制造，容积为1.45m³。进液接口I设置在补液罐罐体上部，搅拌器支架I固定在补液罐罐体顶部，液位传感器座设置在搅拌器支架I上，电动机I和轴承座总成I安装在搅拌器支架I中部，叶片式搅拌器I通过轴承座总成I与电动机I联结，罐体固定支架I在补液罐罐体的下部，排液接口I设置在补液罐罐体底部中间。

径流动力学参数试验台的恒压稳流罐总成由恒压稳流罐罐体、进液接口II、搅拌器支架II、电动机II、轴承座总成II、液位传感器座II、钢丝笼式搅拌器、罐体固定支架II和排液接口II组成，恒压稳流罐罐体采用有机玻璃材料制作，容积为0.75m³。进液接口II设置在恒压稳流罐罐体上部，搅拌器支架II固定在恒压稳流罐罐体顶部，电动机II与轴承座总成II安装在搅拌器支架II中部，钢丝笼式搅拌器通过轴承座总成II与电动机II联结，液位传感器座II设置在搅拌器支架II上，罐体固定支架II在恒压稳流罐罐体的下部，排液接口II设置在恒压稳流罐罐体底部中间。

径流动力学参数试验台的回收罐总成由回收罐罐体、搅拌器支架III、轴承座总成III、皮带轮、传动皮带、电动机III、叶片式搅拌器II、罐体固定支架III和排液接口III组成，回收罐罐体采用不锈钢材料制作，容积为1.50m³。搅拌器支架III固定在回收罐罐体的顶部，轴承座总成III安装在搅拌器支架III中部，叶片式搅拌器II通过轴承座总成III与皮带轮联结，电动机III固定在搅拌器支架III的侧部，电动机III通过传动皮带带动皮带轮，罐体固定支架III在回收罐罐体的下部，排液接口III设置在回收罐罐体底部的中间。

径流动力学参数试验台的导流槽总成由U型水槽、斗型接水口、传感器固定装置、排液软管接口、升降铰链和固定铰链组成，U型水槽采用有机玻璃材料制作，长2000mm，宽100mm，高100mm，厚度为5mm。斗型接水口设置在U型水槽固定端的上部，排液软管接口连接在在U型水槽的升降端，传感器固定装置设置在U型水槽上部的一侧，升降铰链和固定铰链分别固定在U型水槽底部的两边。

试验前，分别调整试验台机架底面四角的水平调节支柱并固定，必须保证试验台整体处于水平状态。要根据测量内容的要求做好准备工作，首先选择径流动力学参数传感器并固定在导流槽总成上，进行调整测试区间、入水深度、感应方位、屏蔽范围等工作，调节恒压稳流罐总成和补液罐总成的流量控制阀门来设定流量，通过蜗轮升降机调整导流槽总成的坡度来设置不同的流速；将配比好含沙量的混合液注入回收罐总成，开动柱塞式泥浆泵将混合液提升至补液罐总成并通过排液管注入恒压稳流罐总成内，恒压稳流罐总成的超声波液位传感器控制着罐内液面的高度。试验时，同时开动叶片式搅拌器I、钢丝笼式搅拌器和叶片式搅拌器II，使补液罐总成、恒压稳流罐总成和回收罐总成内的混合液始终处于稳定的状态。进行试验时，通过控制开关将恒压稳流罐总成排放口的电磁阀门打开，混合液按照设定的流量和流速通过斗型接水口流经U型水槽，再由排液软管汇入回收罐总成内，恒压稳流罐总成的超声波液位传感器根据罐内液面高度的变化控制补液罐总成的电磁阀门开启或关闭来保持液面高度，保障恒压稳流罐总成内混合液排放压力的稳定性，钢丝笼式搅拌器高速转动，可以产生较大的剪切力使混合液充分搅拌，具有搅拌均匀且波动较小的优点，能保持罐内液面高度的稳定；回收罐总成将回收的混合液通过循环管道和柱塞式泥浆泵又不断提升到补液罐总成内，补液罐总成的超声波液位传感器根据罐内液面的高度化控制循环管道的电磁阀门开启或关闭。在保证混合液流量、流速和含沙量的循环流动过程中，安装在导流槽总成的径流动力学参数传感器实时、在线、连续的进行检测，并将信号传输到测试仪器与计算机，可以模拟和测量不同径流动力学参数的变化。径流动力学参数试验台还可为土壤侵蚀和水土流失测量专用传感器的设计和校验工作提供标准的实验环境。

径流动力学参数试验台设计了运输牵引钩、万向脚轮和脚轮等行走部件，可适应试验场地的转移和试验台的运输，使径流动力学参数试验台具备一个流动实验室的功能来满足科研试验的需要。

径流动力学参数试验台还在试验台机架上设置了垂直扶梯等设施，用于试验过程中各个装置运行情况的观察，还用于试验台的检修维护、性能调整、清洗保养等作业的进行。

径流动力学参数试验台设计有自循环的清洗系统，在循环管道上专门设置了排液阀门、逆止阀、阀门和清水注入接口，并配合原有的循环装置来完成清洗工作。清洗时，打开阀门将清水由清水注入接口注入补液罐总成内，再由排液管注入恒压稳流罐总成，恒压稳流罐总成排放后经由导流槽总成和排液软管流入回收罐总成内，同时开动叶片式搅拌器I、钢丝笼式搅拌器和叶片式搅拌器II，利用水流的搅动对补液罐总成、恒压稳流罐总成和回收罐总成进行清洗，最后由排液阀门将清洗液体排放，实现清洗的要求。

本实用新型的径流动力学参数试验台的优点是：以补液罐总成、恒压稳流罐总成、导流槽总成、回收罐总成、柱塞式泥浆泵和循环管道等组成了循环系统，可以模拟不同流速、不同流量、不同含沙量的水流，并通过径流动力学参数传感器实时、在线、连续地测量。恒压稳流罐总成和补液罐总成通过超声波液面传感器控制电磁阀门来保持稳定的水位与水压，并由流量控制阀门来控制流量；通过蜗轮升降机调节导流槽总成的坡度来设置不同的流速；叶片式搅拌器I、钢丝笼式搅拌器和叶片式搅拌器II的运行可保障混合液的密度场、浓度场、温度场均匀一致。该试验台具有结构合理、操作简便、性能可靠、运输灵活与清洗方便的特点，可满足径流动力学参数快速、准确、在线地测量和径流动力学参数传感器设计与校验的需要。

附图说明

本实用新型的具体结构由以下实施例及附图给出。

图1是本实用新型的径流动力学参数试验台的结构示意图。

图2是本实用新型的补液罐总成的结构示意图。

图3是本实用新型的恒压稳流罐总成的结构示意图。

图4是本实用新型的回收罐总成的结构示意图。

图5是本实用新型的导流槽总成的结构示意图。

下面结合图1、图2、图3、图4、图5对本发明详细说明。

图中1、试验台机架，2、循环管道，3、扶梯，4、逆止阀门，5、管三通，6、阀门，7、清水注入接口，8、电磁阀门，9、超声波液位传感器，10、补液罐总成，11、流量控制阀门，12、排液管，13、恒压稳流罐总成，14、动力学参数传感器，15、导流槽总成，16、蜗轮升降机，17、排液软管，18、回收罐总成，19、运输牵引钩，20、水平调节支柱，21、万向脚轮，22、排液阀门，23、柱塞式泥浆泵，24、脚轮，25、补液罐罐体，26、进液接口I，27、搅拌器支架I，28、液位传感器固定架，29、电动机I，30、轴承座总成I，31、叶片式搅拌器I，32、罐体固定支架I，33、排液接口I，34、恒压稳流罐罐体，35、进液接口II，36、搅拌器支架II，37、电动机II，38、轴承座总成II，39、液位传感器固定架II，40、钢丝笼式搅拌器，41、罐体固定支架II，42、排液接口II，43、回收罐罐体，44、搅拌器支架III，45、轴承座总成III，46、皮带轮，47、传动皮带，48、电动机III，49、叶片式搅拌器II，50、罐体固定支架III，51、排液接口III，52、U型水槽，53、斗型接水口，54、传感器固定装置，55、排液软管接口，56、升降铰链，57、固定铰链

具体实施方式

如图1所示：试验台机架(1)为三层阶梯形钢结构，补液罐总成(10)安装在试验台机架(1)的上层，恒压稳流罐总成(13)安装在试验台机架(1)的中层，导流槽总成(15)和回收罐总成(18)安装在试验台机架(1)的下层，扶梯(3)安装在试验台机架(1)的后部，蜗轮升降机(16)固定在试验台机架(1)的下层与导流槽总成(15)链接，运输牵引钩在试验台机架(1)的前部，万向脚轮(21)固定在试验台机架(1)底面的前部两侧，脚轮(24)固定在试验台机架(1)底面的后部两侧，4个水平调节支柱(20)分别固定在试验台机架(1)底面的四角，柱塞式泥浆泵(23)固定在试验台机架(1)底面的上部；补液罐总成(10)由排液管(12)与恒压稳流罐总成(13)连接，排液管(12)中间安装有电磁阀门(8)和流量控制阀门(11)；稳流罐总成(13)下部连接有电磁阀门(8)和流量控制阀门(11)；回收罐总成(18)由循环管道(2)与补液罐总成(10)连接，循环管道(2)的中部分别安装有排液阀门(22)、柱塞式泥浆泵(23)、逆止阀门(4)、管三通(5)、阀门(6)、清水注入接口(7)和电磁阀门(8)；超声波液位传感器(9)分别安装在补液罐总成(10)和恒压稳流罐总成(13)上，动力学参数传感器(14)安装在导流槽总成(15)上。

如图2所示：补液罐总成(10)由补液罐罐体(25)、进液接口I(26)、搅拌器支架I(27)、液位传感器固定架(28)、电动机I(29)、轴承座总成I(30)、叶片式搅拌器I(31)、罐体固定支架I(32)和排液接口I(33)组成。进液接口I(26)设置在补液罐罐体(25)上部，搅拌器支架I(27)固定在补液罐罐体(25)顶部，液位传感器固定架(28)设置在搅拌器支架I(27)上，电动机I(29)和轴承座总成I(30)安装在搅拌器支架I(27)中部，叶片式搅拌器I(31)通过轴承座总成I(30)与电动机I(29)联结，罐体固定支架I(32)在补液罐罐体(25)的下部，排液接口I(33)设置在补液罐罐体(25)底部中间。

如图3所示：恒压稳流罐总成(13)由恒压稳流罐罐体(34)、进液接口II(35)、搅拌器支架II(36)、电动机II(37)、轴承座总成II(38)、液位传感器固定架II(39)、钢丝笼式搅拌器(40)、罐体固定支架II(41)和排液接口II(42)组成。进液接口II(35)设置在恒压稳流罐罐体(34)上部，搅拌器支架II(36)固定在恒压稳流罐罐体(34)顶部，电动机II(37)、轴承座总成II(38)安装在搅拌器支架II(36)中部，钢丝笼式搅拌器(40)通过轴承座总成II(38)与电动机II(37)联结，液位传感器固定架II(39)设置在搅拌器支架II(36)上，罐体固定支架II(41)在恒压稳流罐罐体(34)的下部，排液接口II(42)设置在恒压稳流罐罐体(34)底部中间。

如图4所示：回收罐总成(18)由回收罐罐体(43)、搅拌器支架III(44)、轴承座总成III(45)、皮带轮(46)、传动皮带(47)、电动机III(48)、叶片式搅拌器II(49)、罐体固定支架III(50)和排液接口III(51)组成。搅拌器支架III(44)固定在回收罐罐体(43)的顶部，轴承座总成III(45)安装在搅拌器支架III(44)中部，叶片式搅拌器II(49)通过轴承座总成III(45)与皮带轮(46)联结，电动机III(48)固定在搅拌器支架III(44)的侧部，电动机III(48)通过传动皮带(47)带动皮带轮(46)，罐体固定支架III(50)在回收罐罐体(43)的下部，排液接口III(51)设置在回收罐罐体(43)底部的中间。

如图5所示：导流槽总成(15)由U型水槽(52)、斗型接口(53)、传感器固定装置(54)、排液软管接口(55)、升降铰链(56)和固定铰链(57)组成。斗型接水口(53)设置在U型水槽(52)固定端的上部，排液软管接口(55)连接在在U型水槽(52)的升降端，传感器固定装置(54)设置在U型水槽(52)上部的一侧，升降铰链(56)和固定铰链(57)分别固定在U型水槽(52)底部的两边。

Claims (5)

1.径流动力学参数试验台由试验台机架、循环管道、扶梯、逆止阀门、管三通、阀门、清水注入接口、电磁阀门、液位传感器、补液罐总成、流量控制阀门、排液管、稳流罐总成、径流动力学参数传感器、导流槽总成、蜗轮升降机、排液软管、回收罐总成、运输牵引钩、水平调节支柱、万向脚轮、排液阀门、柱塞式泥浆泵和脚轮组成，其特征是：补液罐总成安装在试验台机架的上层，恒压稳流罐总成安装在试验台机架的中层，导流槽总成和回收罐总成安装在试验台机架的下层，扶梯安装在试验台机架的后部，蜗轮升降机固定在试验台机架的下层与导流槽总成链接，运输牵引钩在试验台机架的前部，万向脚轮固定在试验台机架底面的前部两侧，脚轮固定在试验台机架底面的后部两侧，4个水平调节支柱分别固定在试验台机架底面的四角，柱塞式泥浆泵固定在试验台机架底面的上部；补液罐总成通过排液管与恒压稳流罐总成连接，排液管中间安装有电磁阀门和流量控制阀门；稳流罐总成下部连接有电磁阀门和流量控制阀门；回收罐总成通过循环管道与补液罐总成连接，循环管道的中部分别安装有排液阀门、柱塞式泥浆泵、逆止阀门、管三通、阀门、清水注入接口和电磁阀门；超声波液位传感器分别安装在补液罐总成和恒压稳流罐总成的顶部，径流动力学参数传感器安装在导流槽总成上。

2.如权利要求1所说的径流动力学参数试验台，其特征在于：补液罐总成由补液罐罐体、进液接口I、搅拌器支架I、液位传感器固定架、电动机I、轴承座总成I、叶片式搅拌器I、罐体固定支架I和排液接口I组成；进液接口I设置在补液罐罐体上部，搅拌器支架I固定在补液罐罐体顶部，液位传感器固定架设置在搅拌器支架I上，电动机I和轴承座总成I安装在搅拌器支架I中部，叶片式搅拌器I通过轴承座总成I与电动机I联结，罐体固定支架I在补液罐罐体的下部，排液接口I设置在补液罐罐体底部中间。

3.如权利要求1所说的径流动力学参数试验台，其特征在于：恒压稳流罐总成由恒压稳流罐罐体、进液接口II、搅拌器支架II、电动机II、轴承座总成II、液位传感器固定架II、钢丝笼式搅拌器、罐体固定支架II和排液接口II组成；进液接口II设置在恒压稳流罐罐体上部，搅拌器支架II固定在恒压稳流罐罐体顶部，电动机II、轴承座总成II安装在搅拌器支架II中部，钢丝笼式搅拌器通过轴承座总成II与电动机II联结，液位传感器固定架II设置在搅拌器支架II上，罐体固定支架II在恒压稳流罐罐体的下部，排液接口II设置在恒压稳流罐罐体底部的中间。

4.如权利要求1所说的径流动力学参数试验台，其特征在于：回收罐总成由回收罐罐体、搅拌器支架III、轴承座总成III、皮带轮、传动皮带、电动机III、叶片式搅拌器II、罐体固定支架III和排液接口III组成；搅拌器支架III固定在回收罐罐体的顶部，轴承座总成III安装在搅拌器支架III中部，叶片式搅拌器II通过轴承座总成III与皮带轮联结，电动机III固定在搅拌器支架III的侧部，电动机III通过传动皮带带动皮带轮。

5.如权利要求1所说的径流动力学参数试验台，其特征在于：导流槽总成由U型水槽、斗型接口、传感器固定装置、排液软管接口、升降铰链和固定铰链组成；斗型接水口设置在U型水槽固定端的上部，排液软管接口连接在在U型水槽的升降端，传感器固定装置设置在U型水槽上部的一侧，升降铰链和固定铰链分别固定在U型水槽底部的两边。

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