專利名稱：一種可用于模擬天然河道水流特性的環(huán)形水槽裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境流體力學(xué)、水利工程領(lǐng)域，具體涉及一種可用于模擬天然河道水流特性的環(huán)形水槽裝置。
背景技術(shù)：
近幾十年來，泥沙研究一直是環(huán)境學(xué)科和水利學(xué)科共同關(guān)注的課題，而水槽是研究泥沙特性的重要設(shè)備。水槽可用于試驗(yàn)研究顆粒泥沙的沖刷、沉降、輸移等基本規(guī)律以及某些水利特性，此外也可進(jìn)行物理選沙模型等試驗(yàn)研究。水槽按形狀主要包括:直水槽、環(huán)形水槽、折返式直水槽、組合式循環(huán)水槽。直水槽與折返式水槽都具有占地面積大的缺點(diǎn)，比如浙江大學(xué)研制的折返式直水槽有7道，總長度為339.3 m。而杭州大學(xué)研制的組合式循環(huán)水槽，保留了直水槽及環(huán)形水槽的某些優(yōu)點(diǎn)，但是構(gòu)造復(fù)雜。環(huán)形水槽最早由美國麻省理工學(xué)院研制，后佛羅里達(dá)大學(xué)進(jìn)行了較大的改進(jìn)。環(huán)形水槽主要有兩個方面的特點(diǎn):I)無入流口和流出口的影響，當(dāng)水槽以一定速度轉(zhuǎn)動時，水槽內(nèi)所有斷面的水流狀態(tài)是一樣的。即環(huán)形水槽相當(dāng)于各斷面水流狀態(tài)相同的無限長的水槽，滿足細(xì)顆粒泥沙絮凝過程所需的時間和漫長的沉降距離的要求。2)無回水裝置，不破壞細(xì)顆粒泥沙在鹽水條件下的絮凝狀態(tài)，所得試驗(yàn)結(jié)果更符合天然泥沙運(yùn)動的過程。環(huán)形水槽中水流為彎曲水流，同天然河道中彎道水流一樣有橫向流存在。彎曲水流中橫向流是由于流速橫向分布不均勻和垂直彎曲平面的離心力不平衡產(chǎn)生的流動，彎曲水流的離心力是無法消除的，只能采取措施，產(chǎn)生新的力和離心力平衡，從而消弱由離心力產(chǎn)生的橫向流，環(huán)形水槽能否消除橫向流是被評估設(shè)備性能的關(guān)鍵。環(huán)形水槽最大程度限制消除橫向流的基本原理:1)當(dāng)環(huán)形槽轉(zhuǎn)動時，由相對運(yùn)動原理，水槽內(nèi)便形成與水槽運(yùn)轉(zhuǎn)方向相反的水流，但同時受離心力作用，產(chǎn)生向外的橫向次流，這種狀態(tài)下泥沙靠水槽外側(cè)運(yùn)動；2)當(dāng)剪切環(huán)嵌入水槽并與槽內(nèi)水面接觸轉(zhuǎn)動時，水槽內(nèi)便產(chǎn)生于剪力環(huán)運(yùn)動方向相同的水流。此時，由于沿槽寬受環(huán)圈剪力作用大小的差異，產(chǎn)生向內(nèi)的橫向次流。這種運(yùn)動狀態(tài)下泥沙靠水槽內(nèi)側(cè)運(yùn)動；3)若使得環(huán)形水槽與剪切環(huán)以一定比例的旋轉(zhuǎn)速度同時轉(zhuǎn)動，且其轉(zhuǎn)動方向相反，則水槽內(nèi)的橫向次流大部分互相抵消，限制在很小的程度上，而合成較均勻的紊動水流。國內(nèi)外已有環(huán)形水槽一般由環(huán)形水槽、剪切環(huán)和驅(qū)動三部分組成。1986年，天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所自制了環(huán)形水槽，利用該水槽研究了港口泥沙水利特性，計(jì)算分析港口航道泥沙淤積。2012年，河海大學(xué)申請了“一種雙向環(huán)形水槽系統(tǒng)”發(fā)明專利，該水槽寬200 mm,高 500 mm，精度為 1.0 cm/s,流速在 0-120 cm/s。盡管環(huán)形水槽已在多種研究中得到運(yùn)用，但簡化水槽高速運(yùn)轉(zhuǎn)時人工取樣操作以及準(zhǔn)確率定水槽內(nèi)實(shí)際水流速度，消除橫向環(huán)流，達(dá)到高精度水流調(diào)速一直是實(shí)現(xiàn)環(huán)形水槽推廣的關(guān)鍵。本發(fā)明中所述環(huán)形水槽有別于其他環(huán)形水槽特點(diǎn)之一在于環(huán)形水槽使用高精度交流伺服電機(jī)，水流線速度調(diào)節(jié)可精確到1.0 mm/s，精度非常高；特點(diǎn)之二在于結(jié)合了SonTek公司的聲學(xué)多普勒測速儀(Acoustic Dopier Velocimetry, ADV),該ADV可讀取三維點(diǎn)速，采樣率可高達(dá)25赫茲，水流速度測試精確至0.1 mm/s，從而準(zhǔn)確校驗(yàn)了水槽內(nèi)實(shí)際流速，消除橫向環(huán)流；特點(diǎn)之三在于控制柜的設(shè)計(jì)優(yōu)化了水槽操作，自行研制的遙控采樣裝置反應(yīng)靈敏，液晶顯示屏觸屏控制水槽旋轉(zhuǎn)、剪切環(huán)升降以及自動采樣，多檔切換靈活。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種可用于模擬天然河道水流特性的環(huán)形水槽裝置。本發(fā)明提出的可用于模擬天然河道水流特性的環(huán)形水槽裝置，所述裝置由環(huán)形水槽、剪切環(huán)、傳動系統(tǒng)、取樣系統(tǒng)和在線控制柜組成，其中:
所述環(huán)形水槽I包括環(huán)片6、支撐片7、鋼結(jié)構(gòu)支架11、環(huán)形水槽內(nèi)壁28、環(huán)形水槽外壁29和環(huán)圓板30，環(huán)形水槽內(nèi)壁28固定于環(huán)圓板30的內(nèi)圈上方，環(huán)形水槽外壁29固定于環(huán)圓板30的外圈上方，構(gòu)成環(huán)形水槽框架，環(huán)形水槽框架的中上部設(shè)有環(huán)片6，所述環(huán)片6的內(nèi)圈直徑小于環(huán)形水槽內(nèi)壁28的內(nèi)徑，外圈直徑大小環(huán)形水槽外壁29的外徑；環(huán)片6通過支撐片7固定于環(huán)圓板30上方；所述環(huán)圓板30底部通過螺絲31固定在鋼結(jié)構(gòu)支架11上，所述鋼結(jié)構(gòu)支架11由均勻分布的8根第三鋼管組成，在8根第三鋼管的下方設(shè)有8根鋼管支架12，8根第三鋼管和8根第三鋼管支架12分別焊接在軸套上；第三鋼管支架12固定于支座17上；
所述剪切環(huán)2由剪切環(huán)內(nèi)壁25、剪切環(huán)外壁26和第二鋼管27組成，剪切環(huán)內(nèi)壁25和剪切環(huán)外壁26同軸布置，第二鋼管27均勻布置于剪切環(huán)2上；
所述傳動系統(tǒng)包括剪切環(huán)升降系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，剪切環(huán)升降系統(tǒng)包括第一鋼管3、第一鋼管支架4、第三交流伺服電機(jī)18、頂部吊緊機(jī)構(gòu)19和升降桿21，頂部吊緊機(jī)構(gòu)19 一端連接第三交流伺服電機(jī)18、第三交流伺服電機(jī)18連接導(dǎo)線20，所述導(dǎo)線20位于升降桿21內(nèi)，第一鋼管支架4 一端通過調(diào)節(jié)螺絲5固定于剪切環(huán)2上，第一鋼管3 —端固定于第一鋼管支架4 一端上，第一鋼管3和第一鋼管支架4另一端分別固定于頂部吊緊機(jī)構(gòu)19上；所述放置控制系統(tǒng)包括第一皮帶盤13、第二皮帶盤14、第一交流伺服電機(jī)15和第二交流伺服電機(jī)16,所述第一交流伺服電機(jī)15和第二交流伺服電機(jī)16分別固定于支座17上,第一交流伺服電機(jī)15通過第一皮帶盤13帶動環(huán)形水槽轉(zhuǎn)動，第二交流伺服電機(jī)16通過第二傳動皮帶盤14帶動剪切環(huán)轉(zhuǎn)動；
所述取樣系統(tǒng)包括取樣孔8和取樣瓶9，環(huán)形水槽外壁不同高度均勻布設(shè)5個取樣孔8，所述取樣孔8通過橡皮管與取樣瓶9采用卡槽連接，便于在環(huán)形水槽轉(zhuǎn)動時更換取樣瓶
9;在環(huán)形水槽底部安裝有微型電磁閥，每個微型電磁閥與相應(yīng)的信號接收器連接，所述電磁閥和信號接收器與控制柜22連接，當(dāng)信號接收器接收到控制信號后就會控制電磁閥自動采樣；環(huán)形水槽底部設(shè)有出流孔，以便排水。本發(fā)明中，所述控制柜22包括電源控制器、環(huán)形水槽伺服控制器、剪切環(huán)伺服控制器、升降伺服控制器、取樣伺服控制器以及液晶顯示屏；其中:電源控制器分別連接環(huán)形水槽伺服控制器、剪切環(huán)伺服控制器、升降伺服控制器、取樣伺服控制器以及液晶屏幕；環(huán)形水槽伺服控制器連接第一交流伺服電機(jī)15，剪切環(huán)伺服控制器連接第二交流伺服電機(jī)16，升降伺服控制器與第三交流伺服電機(jī)18連接，取樣伺服控制器可對裝在環(huán)形水槽底部的信號接收器發(fā)射信號。
本發(fā)明中，環(huán)圓板30外緣設(shè)有裝飾圈10，所述裝飾圈10可以采用藍(lán)色PVC板。本發(fā)明中，為便于率定水槽內(nèi)實(shí)際流速，在底部環(huán)圓板中央開一孔，插入聲學(xué)多普勒測速儀(々0￥_仰視探頭24 ;在剪切環(huán)中央開設(shè)一孔，插入聲學(xué)多普勒測速儀俯視探頭23，探頭均可拆卸以及調(diào)節(jié)深度。底部和頂部聲學(xué)多普勒測速儀系統(tǒng)由ADV探頭、無線發(fā)射裝置構(gòu)成，分別用PVC板焊制簡易收納裝置，用于收納無線發(fā)射裝置。底部收納裝置固定在鋼管支架12之間，頂部收納裝置固定在鋼管3之間，升降系統(tǒng)頂部安裝兩個插座，予ADV與無線發(fā)射裝置供電。本發(fā)明相比于其他環(huán)形水槽具有如下優(yōu)點(diǎn):
(1)利用高精度交流伺服電機(jī)帶動環(huán)形水槽與剪切環(huán)旋轉(zhuǎn)，水速調(diào)節(jié)可精確至1.0 mm/
s ；
(2)本水槽可結(jié)合聲學(xué)多普勒測速儀ADV實(shí)時記錄水速，ADV可讀取三維點(diǎn)速，采樣率高達(dá)25赫茲，測試水速精度可至0.1 mm/s，從而更為準(zhǔn)確地率定轉(zhuǎn)數(shù)與實(shí)際水速之間的關(guān)系;
(3)控制柜實(shí)現(xiàn)多檔同時控制，遙控采樣裝置反應(yīng)靈敏，操縱靈活。


圖1為本發(fā)明中環(huán)形水槽裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明中剪切環(huán)2剖面圖。圖3為本發(fā)明中環(huán)形水槽I剖面圖。圖4為本發(fā)明中環(huán)形水槽裝置傳動軸剖面圖。圖中標(biāo)號:1_環(huán)形水槽；2_剪切環(huán)；3_第一鋼管；4_第一鋼管支架；5_調(diào)節(jié)螺絲；6-環(huán)形水槽內(nèi)外壁環(huán)片；7_環(huán)形水槽內(nèi)外壁支撐片；8_取樣孔；9-取樣瓶；10-裝飾圈；
11-環(huán)形水槽底部鋼結(jié)構(gòu)支架；12_第三鋼管支架；13_第一皮帶盤；14_第二皮帶盤；15_第一交流伺服電機(jī)；16_第二交流伺服電機(jī)；17_支座；18_第三交流伺服電機(jī)；19_頂部吊緊機(jī)構(gòu)；20_導(dǎo)線；21_升降桿；22_控制柜；23-ADV俯視探頭；24_ADV仰視探頭；25_剪切環(huán)內(nèi)壁；26_剪切環(huán)外壁；27_第二鋼管；28_環(huán)形水槽內(nèi)壁；29_環(huán)形水槽外壁；30_環(huán)圓板；31-螺絲。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。實(shí)施例1:
如圖1-圖4所示，所述環(huán)形水槽裝置由環(huán)形水槽、剪切環(huán)、傳動系統(tǒng)、取樣系統(tǒng)、在線控制柜五個部分組成。環(huán)形水槽I內(nèi)外壁材料均為有機(jī)玻璃，玻璃厚度為10 mm。環(huán)形水槽內(nèi)壁28內(nèi)徑為1400 mm，高為400 mm ;環(huán)形水槽外壁29外徑為2000 mm，高為450臟，用有機(jī)玻璃焊條將環(huán)形水槽內(nèi)壁28和環(huán)形水槽外壁29固定在內(nèi)徑1240 mm、外徑2160 mm的有機(jī)玻璃環(huán)圓板30上，再整體用螺絲31固定在底部鋼結(jié)構(gòu)支架 11上，該鋼架結(jié)構(gòu)支架11由8根鋼管組成，同時由下方8根第三鋼管支架12支撐，所述第三鋼管支架12材質(zhì)為鋼管，上下8根鋼管分別焊接在軸套上。環(huán)形水槽內(nèi)外壁離底部環(huán)圓板300 mm處分別有一圈內(nèi)徑1300 mm、夕卜徑1400 mm和內(nèi)徑2000 mm、外徑2100 mm的環(huán)片6，環(huán)片6與底部環(huán)圓板30之間設(shè)24塊玻璃片作為支撐片7，用玻璃焊條將24塊玻璃片固定于底部環(huán)圓板30上。底部環(huán)圓板30外緣采用藍(lán)色PVC板作為裝飾圈10進(jìn)行裝飾。本發(fā)明中，剪切環(huán)2內(nèi)外壁材料均為有機(jī)玻璃，玻璃厚度為10 mm。剪切環(huán)內(nèi)徑25為1402 _，剪切環(huán)外徑26為1998 _。本發(fā)明中，傳動系統(tǒng)包括剪切環(huán)升降系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)。其中剪切環(huán)升降系統(tǒng)由安裝在頂部鋼結(jié)構(gòu)支架上的第三交流伺服電機(jī)18與升降伺服控制器相連，可控制剪切環(huán)2的升降，供電導(dǎo)線20沿著升降桿21布設(shè)落地，剪切環(huán)升降限位300 mm。剪切環(huán)2中央開設(shè)8個螺孔，利用調(diào)節(jié)螺絲5，使第一鋼管3將剪切環(huán)掉起，8根第一鋼管分別焊接在8根第一鋼管支架4上，一并焊接于頂部吊緊機(jī)構(gòu)19。旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)由兩臺固定在支座17的底部支架上的第一交流伺服電機(jī)15和第二交流伺服電機(jī)16構(gòu)成，第一交流伺服電機(jī)15、第二交流伺服電機(jī)16的功率分別為1500 w, 1000 W，轉(zhuǎn)速為5000轉(zhuǎn)/分。第一交流伺服電機(jī)15通過第一皮帶盤13帶動環(huán)形水槽轉(zhuǎn)動,第二交流伺服電機(jī)16通過第二皮帶盤14帶動剪切環(huán)2轉(zhuǎn)動。本發(fā)明中，環(huán)形水槽I外壁不同高度均勻布設(shè)5個取樣孔8，用橡皮管與取樣瓶9通過卡槽連接，便于在環(huán)形水槽轉(zhuǎn)動時更換取樣瓶9。在環(huán)形水槽底部安裝5個微型電磁閥和5個信號接收器，并與控制柜22中取樣伺服控制器連接，當(dāng)信號接收器接收到控制信號后就會控制電磁閥自動采樣。環(huán)形水槽底部設(shè)有一個出流孔，以便排水。本發(fā)明中，控制柜22主要包括電源控制器、環(huán)形水槽伺服控制器、剪切環(huán)伺服控制器、升降伺服控制器、取樣伺服控制器以及液晶顯示屏。本發(fā)明中,環(huán)形水槽裝置的支座17高I m,支座17的底部支架用于固定第一交流伺服電機(jī)15、第二交流伺服電機(jī)16，以及第一皮帶盤13、第二皮帶盤14。本發(fā)明中，為便于率定水槽內(nèi)實(shí)際流速，在底部環(huán)圓板30中央開一孔直徑40 mm,插入聲學(xué)多普勒測速儀仰視型探頭24 ;在剪切環(huán)2中央開設(shè)一孔直徑40 mm，插入聲學(xué)多普勒測速儀俯視型探頭23，探頭均可拆卸以及調(diào)節(jié)深度。底部和頂部聲學(xué)多普勒測速儀系統(tǒng)由ADV探頭、無線發(fā)射裝置構(gòu)成，分別用PVC板焊制簡易收納裝置，用于收納無線發(fā)射裝置。底部收納裝置固定在第三鋼管支架12之間，頂部收納裝置固定在第一鋼管3之間，升降系統(tǒng)頂部安裝兩個插座，予ADV探頭與無線發(fā)射裝置供電。將所述裝置用于環(huán)形水槽的調(diào)試-消除橫向環(huán)流:
步驟一，打開控制柜22電源，打開頂部ADV俯視探頭23。剪切環(huán)2不動，調(diào)節(jié)環(huán)形水槽轉(zhuǎn)數(shù)。將筆記本電腦、ADV俯視探頭23、無線路由器三者組成局域網(wǎng)，登錄ADV軟件操作界面，獲取ADV俯視探頭數(shù)據(jù)。ADV俯視探頭可測水流三維點(diǎn)速。記錄轉(zhuǎn)數(shù)以及相應(yīng)縱向、橫向水流速度，得到環(huán)形水槽轉(zhuǎn)數(shù)與流速對應(yīng)關(guān)系。通過多次試驗(yàn)得到垂直方向速度約為零，橫向速度約為縱向速度的六分之一，同時根據(jù)ADV俯視探頭實(shí)時反應(yīng)的水流速度，可確定本水槽運(yùn)行穩(wěn)定。步驟二，環(huán)形水槽不動，轉(zhuǎn)動剪切環(huán)。打開底部ADV仰視探頭24，同步驟一中使用方法，讀取ADV仰視探頭24數(shù)據(jù)，記錄轉(zhuǎn)數(shù)以及相應(yīng)縱向、橫向水流速度。通過多次試驗(yàn)得到垂直方向速度約為零，橫向速度約為縱向速度的六分之一，同時根據(jù)ADV仰視探頭24實(shí)時反應(yīng)的水流速度，可確定本水槽運(yùn)行穩(wěn)定。
步驟三，根據(jù)環(huán)形水槽轉(zhuǎn)數(shù)、剪切環(huán)轉(zhuǎn)數(shù)與水流對應(yīng)關(guān)系，在產(chǎn)生等值反向的橫向速度基礎(chǔ)上，控制上下圓盤轉(zhuǎn)速比，以此消除橫向環(huán)流。實(shí)施例2:采用實(shí)施例1如述裝置，環(huán)形水槽中顆粒物濃度的簡易測試方法，此處以粉末活性炭為例
步驟一，使用橡皮管在環(huán)形水槽中加水至30cm高度，配制粉末活性炭濃度為2、5、10、15、20、25、30 mg/L。根據(jù)流體力學(xué)原理，通過文獻(xiàn)或試驗(yàn)方式得到粉末活性炭不發(fā)生沉降的臨界剪切力，繼而換算得到水槽內(nèi)流速。本試驗(yàn)所用粉末活性炭的臨界沉降剪切力為0.6Pa，相應(yīng)水流速度應(yīng)為43 cm/s，只轉(zhuǎn)動環(huán)形水槽，不開啟剪切環(huán)，則對應(yīng)環(huán)形水槽轉(zhuǎn)數(shù)為
10r/min。調(diào)節(jié)環(huán)形水槽轉(zhuǎn)速達(dá)到15 r/min,使得流速遠(yuǎn)大于臨界流速,沉在底部的粉末活性炭全部被沖刷起，待水槽運(yùn)行穩(wěn)定后，取水樣10 ml測其濁度值，以各濃度為變量，以濁度值為應(yīng)變量，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線。步驟二，當(dāng)正常運(yùn)行時，按率定結(jié)果，調(diào)整上下盤轉(zhuǎn)數(shù)比。設(shè)定自動采樣間隔時間，取完水樣，更換取樣瓶。水樣分析，只需測其濁度值，再代入標(biāo)準(zhǔn)曲線公式，即可得顆粒物濃度。
權(quán)利要求
1.可用于模擬天然河道水流特性的環(huán)形水槽裝置，所述裝置由環(huán)形水槽、剪切環(huán)、傳動系統(tǒng)、取樣系統(tǒng)和在線控制柜組成，其特征在于: 所述環(huán)形水槽(I)包括環(huán)片(6)、支撐片(7)、鋼結(jié)構(gòu)支架(11)、環(huán)形水槽內(nèi)壁(28)、環(huán)形水槽外壁(29)和環(huán)圓板(30)，環(huán)形水槽內(nèi)壁(28)固定于環(huán)圓板(30)的內(nèi)圈上方，環(huán)形水槽外壁(29)固定于環(huán)圓板(30)的外圈上方，構(gòu)成環(huán)形水槽框架，環(huán)形水槽框架的中上部設(shè)有環(huán)片(6)，所述環(huán)片(6)的內(nèi)圈直徑小于環(huán)形水槽內(nèi)壁(28)的內(nèi)徑，外圈直徑大小環(huán)形水槽外壁(29)的外徑；環(huán)片(6)通過支撐片(7)固定于環(huán)圓板(30)上方；所述環(huán)圓板(30)底部通過螺絲(31)固定在鋼結(jié)構(gòu)支架(11)上，所述鋼結(jié)構(gòu)支架(11)由均勻分布的8根第三鋼管組成，在8根第三鋼管的下方設(shè)有8根鋼管支架(12)，8根第三鋼管和8根第三鋼管支架(12)分別焊接在軸套上；第三鋼管支架(12)固定于支座(17)上； 所述剪切環(huán)(2)由剪切環(huán)內(nèi)壁(25)、剪切環(huán)外壁(26)和第二鋼管(27)組成，剪切環(huán)內(nèi)壁(25)和剪切環(huán)外壁(26)同軸布置，第二鋼管(27)均勻布置于剪切環(huán)(2)上； 所述傳動系統(tǒng)包括剪切環(huán)升降系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，剪切環(huán)升降系統(tǒng)包括第一鋼管(3)、第一鋼管支架(4)、第三交流伺服電機(jī)(18)、頂部吊緊機(jī)構(gòu)(19和升降桿(21)，頂部吊緊機(jī)構(gòu)(19) 一端連接第三交流伺服電機(jī)(18)、第三交流伺服電機(jī)(18)連接導(dǎo)線(20)，所述導(dǎo)線(20)位于升降桿(21)內(nèi)，第一鋼管支架(4) 一端通過調(diào)節(jié)螺絲(5)固定于剪切環(huán)(2)上，第一鋼管(3) —端固定于第一鋼管支架(4) 一端上，第一鋼管(3)和第一鋼管支架(4)另一端分別固定于頂部吊緊機(jī)構(gòu)(19)上；所述放置控制系統(tǒng)包括第一皮帶盤(13)、第二皮帶盤(14)、第一交流伺服電機(jī)(15)和第二交流伺服電機(jī)(16)，所述第一交流伺服電機(jī)(15)和第二交流伺服電機(jī)(16)分別固定于支座(17)上，第一交流伺服電機(jī)(15)通過第一皮帶盤(13)帶動環(huán)形水槽轉(zhuǎn)動，第二交流伺服電機(jī)(16)通過第二傳動皮帶盤(14)帶動剪切環(huán)轉(zhuǎn)動； 所述取樣系統(tǒng)包括取樣孔(8)和取樣瓶(9)，環(huán)形水槽外壁不同高度均勻布設(shè)5個取樣孔(8)，所述取樣孔(8)通過橡皮管與取樣瓶(9)采用卡槽連接，便于在環(huán)形水槽轉(zhuǎn)動時更換取樣瓶(9);在環(huán)形水槽底部安裝有微型電磁閥，每個微型電磁閥與相應(yīng)的信號接收器連接，所述電磁閥和信號接收器與控制柜(22)連接，當(dāng)信號接收器接收到控制信號后就會控制電磁閥自動采樣；環(huán)形水槽底部設(shè)有出流孔，以便排水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述控制柜(22)包括電源控制器、環(huán)形水槽伺服控制器、剪切環(huán)伺服控制器、升降伺服控制器、取樣伺服控制器以及液晶顯示屏；其中:電源控制器連接環(huán)形水槽伺服控制器、剪切環(huán)伺服控制器、升降伺服控制器、取樣伺服控制器以及液晶顯示屏；環(huán)形水槽伺服控制器連接第一交流伺服電機(jī)(15)，剪切環(huán)伺服控制器連接第二交流伺服電機(jī)(16)，升降伺服控制器與第三交流伺服電機(jī)(18)連接，取樣伺服控制器對裝在環(huán)形水槽底部的信號接收器發(fā)射信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于環(huán)圓板(30)外緣設(shè)有裝飾圈(10)，所述裝飾圈(10)采用藍(lán)色PVC板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于在底部環(huán)圓板中央開一孔，插入聲學(xué)多普勒測速儀仰視探頭(24);在剪切環(huán)中央開設(shè)一孔，插入聲學(xué)多普勒測速儀俯視探頭(23)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可用于模擬天然河道水流特性的環(huán)形水槽裝置，所述環(huán)形水槽包括環(huán)片、支撐片、鋼結(jié)構(gòu)支架、環(huán)形水槽內(nèi)壁、環(huán)形水槽外壁和環(huán)圓板，所述剪切環(huán)由剪切環(huán)內(nèi)壁、剪切環(huán)外壁和鋼管組成，所述傳動系統(tǒng)包括剪切環(huán)升降系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，剪切環(huán)升降系統(tǒng)包括鋼管、鋼管支架、交流伺服電機(jī)、頂部吊緊機(jī)構(gòu)和升降桿，所述放置控制系統(tǒng)包括皮帶盤和交流伺服電機(jī)，所述取樣系統(tǒng)包括取樣孔和取樣瓶，本發(fā)明結(jié)合聲學(xué)多普勒測速儀實(shí)時讀取水槽中三維點(diǎn)速，采樣率高達(dá)25赫茲，流速儀精度0.1mm/s，從而得到準(zhǔn)確的率定效果，消除橫向環(huán)流。控制柜配液晶顯示、觸屏操作，可實(shí)現(xiàn)多檔調(diào)控以及自動采樣，優(yōu)化了環(huán)形水槽的操作，是從事泥沙水力學(xué)特性研究的有效設(shè)備。
文檔編號G01N15/06GK103207060SQ20131012020
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月9日
發(fā)明者尹海龍, 邱敏燕, 李新建, 程云 申請人:同濟(jì)大學(xué)