一種不對水沙試驗過程產生擾動的集沙裝置製造方法
2023-05-20 08:48:11
一種不對水沙試驗過程產生擾動的集沙裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種不對水沙試驗過程產生擾動的集沙裝置。所述集沙裝置包括集沙槽、出沙轉軸、出沙電機、接沙槽輸送軌道和至少兩個接沙槽，所述集沙槽置於其中一個接沙槽的上方，其出沙口正對該接沙槽的接沙口，所述出沙轉軸置於集沙槽的出沙口，在出沙轉軸上對稱開設有兩個大小相同的接沙凹槽，出沙電機置於出沙轉軸的一端，帶動出沙轉軸轉動使兩個接沙凹槽交替正對集沙槽的出沙口和集沙槽下方接沙槽的進沙口；每個接沙槽通過底部的行走滑輪置於接沙槽輸送軌道上，並依次沿著接沙槽輸送軌道行走置於集沙槽的下方。本實用新型結構簡單，可以實現在不中斷水沙試驗的條件下，收集觀測固定斷面的輸沙量數據，對水沙試驗過程不產生影響。
【專利說明】一種不對水沙試驗過程產生擾動的集沙裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及水利工程實驗【技術領域】，具體是一種不對水沙試驗過程產生擾動的集沙裝置。
【背景技術】
[0002]泥沙運動規律是河流動力力學最基本也是最重要的研宄內容。泥沙運動規律的研宄包括了泥沙運動力學、河床演變與整治、工程泥沙、航道與港口治理、水土流失與治理等多方面的內容，涉及水文學、水力學、地理學、以及環境與生態學、沉積學等多個學科。泥沙顆粒在流體作用下起動、翻滾、跳躍、懸浮、輸移和沉降等過程直接影響地貌發育和環境演變，泥沙運動導致的固體物質從山區搬向平原和海洋，對衝積平原和三角洲的形成以及海洋環境中沉積過程有著重大影響。伴隨人類自身生存環境的發展以及其它相關領域的不斷進步，泥沙運動規律的研宄在解決人類發展所面臨的環境、資源、人口問題及可持續發展方面將發揮重要作用。
[0003]在科學家們長期實踐及不斷探索的基礎上，泥沙運動力學的研宄已經取得了不少突出的成績。在我國，早在公元前256年的戰國末期，李冰父子在修建都江堰工程時就採用「乘勢利導、因時制宜」的方法，巧妙地運用泥沙運動規律，解決了引水防沙中的泥沙問題，保證都江堰工程成功運行幾千年。張瑞瑾、竇國仁、錢寧、沙玉清等科學家為我國泥沙運動力學的發展奠定了基礎，逐步發展與完善了泥沙學科體系，在理論研宄上取得了國際領先水平的成果，在應用上成功地解決了如長江葛洲壩工程、三峽工程和黃河小浪底工程中的重大工程泥沙問題。
[0004]一般而言，泥沙運動研宄的主要手段包括理論分析、實地觀測、數模計算、物模試驗等。理論分析一般適用於相對簡單的水沙問題；實地觀測需要耗費較大的人力物力，而且在有些情形中不易於實現；數模計算在最近幾十年中得到了巨大的發展，就現狀來說，對長距離的一維河床變形預測，數模以其周期短，投資少的巨大優勢，在應用上已居於統治地位；但對於長距離的二維以及三維水沙問題，由於邊界條件過於複雜，特別是這種複雜邊界條件下的水沙運動規律目前了解甚少，物模試驗是必不可少的研宄手段。
[0005]在泥沙運動的研宄中，一般根據水沙條件將泥沙運動分為推移質與懸移質運動。推移質通常滾動、滑動或跳躍方式輸移，對床面形態以及地貌變化中發揮著重要作用。在我國南方以及西南地區的河流中，推移質泥沙(包括卵石)運動也是比較突出的問題。1948年Meyer-Peter和Muller進行了系統的推移質輸沙水槽實驗，並發表了建立在水槽試驗資料基礎上的推移質輸沙率公式，至今仍被廣泛使用。此後，在一大批科學家們的努力下，推移質運動的試驗研宄得到了巨大的發展。
[0006]在推移質運動的試驗研宄中，很重要的一個變量就是推移質輸沙率。要測量試驗過程中推移質輸沙率，現在較為普遍的做法是在固定斷面布置集沙器，收集上遊來沙。集沙器的合理設計直接影響試驗的精度及準度。現有的集沙器主要分為兩類:一類是比較簡單的集沙池，試驗過程中，泥沙隨水流運動至集沙池斷面，落入集沙池中；另一類是比較複雜的水下電子稱集沙器，集沙器與電子稱相連，通過電子稱顯示落入集沙池中的泥沙重量。
[0007]然而，這兩類集沙器都有各自的局限性。簡單的集沙池構造簡單，成本低，但只能在試驗結束後得到總的輸沙量數據，或者試驗過程中必須中斷試驗才能得到試驗過程中的輸沙率。電子稱集沙器可以得到試驗過程中實時的輸沙率數據，但水下電子稱構造複雜，使用成本高，而且由於試驗過程中泥沙只能累積在電子稱上，考慮到電子稱精度和量程的要求，只能做輸沙率相對較小的水沙試驗，試驗過程中總的輸沙量不能超過電子稱的量程。因此，設計一種不對水沙試驗產生擾動的，能夠得到試驗過程中的實時輸沙率數據，又能夠控制試驗成本，而且可以進行高強度輸沙試驗的集沙裝置，將極大的提高水沙試驗效率，對水沙試驗研宄起到促進作用。
【發明內容】
[0008]本實用新型的目的即是為了克服以上論及的兩類已有集沙裝置的不足之處，提出一種不對水沙試驗產生擾動的集沙裝置，該裝置可以實現在不中斷試驗過程的情況下，得到試驗過程中的實時輸沙率數據，同時，可以用於輸沙率較大的水沙試驗，不受試驗的輸沙總量的影響，此外，此裝置結構較為簡單，使用成本較低，可以提高水沙試驗的效率。
[0009]本實用新型提供的技術方案:所述一種不對水沙試驗過程產生擾動的集沙裝置包括集沙槽、出沙轉軸、出沙電機、接沙槽輸送軌道和至少兩個接沙槽，所述集沙槽置於其中一個接沙槽的上方，其出沙口正對該接沙槽的接沙口，所述出沙轉軸置於集沙槽的出沙口，在出沙轉軸上對稱開設有兩個大小相同的接沙凹槽，兩接沙凹槽的寬度大於或等於集沙槽出沙口的長寬，出沙電機置於出沙轉軸的一端，帶動出沙轉軸轉動使兩個接沙凹槽交替正對集沙槽的出沙口和集沙槽下方接沙槽的進沙口 ；每個接沙槽的底部設有行走滑輪，所述至少接沙槽均通過行走滑輪置於接沙槽輸送軌道上，並依次沿著接沙槽輸送軌道行走置於集沙槽的下方。
[0010]本實用新型進一步的技術方案:所述集沙槽為上寬下窄、且上下口均為方形的漏鬥狀，所述出沙軸橫向置於集沙槽較窄的方形口處。
[0011 ] 本實用新型較優的技術方案:所述接沙槽輸送軌道有兩根，並排設置，在每個接沙槽的底部對應設有兩排行走滑輪，並通過兩排行走滑輪置於兩根接沙槽輸送軌道上。
[0012]本實用新型較優的技術方案:所述接沙槽為上部敞口的方形盒體，其上部的接沙口長度和寬度均大於或等於出沙軸上出沙口的長度和寬度。
[0013]本實用新型較優的技術方案:所述出沙電機帶動出沙轉軸呈180°轉動。
[0014]本實用新型較優的技術方案:所述接沙凹槽為槽口大、槽底小的梯形凹槽。
[0015]本實用新型的轉軸具有兩個對稱的凹面，當轉軸凹面與集沙槽下方相接時，集沙槽中的沙樣落入凹面中，通過電機帶動轉軸轉動，轉軸將落入凹面中的沙樣傳送到接沙槽中，同時，相對稱的凹面進行新一輪的集沙；在接沙槽下方布置滑輪以及滑軌，當需要更換接沙槽時，只需要通過滑輪滑軌推動新的接沙槽到集沙槽轉軸下方進行更換，實現水沙試驗過程中輸沙數據的實時測量，在測量過程中不需要中斷試驗，也不會對試驗過程中的水沙變量產生擾動，而且裝置的集沙總量無限制，可以應用於輸沙量較大的水沙試驗，整個裝置結構簡單，操作方便，可以推廣應用於水沙運動試驗的輸沙數據採集。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型的結構示意圖；
[0017]圖2-圖4本實用新型的轉軸工作示意圖。
[0018]圖中:I一集沙槽，2—出沙轉軸，3—出沙電機，4一接沙槽，5—接沙輸送軌道，6—接沙凹槽，7—行走滑輪，8—沙樣。
【具體實施方式】
[0019]下面將結合附圖對本實用新型中的技術方案進行清楚、完整地描述。如圖1-3中所示的一種不對水沙試驗過程產生擾動的集沙裝置，包括集沙槽1、出沙轉軸2、出沙電機3、接沙槽輸送軌道5和至少兩個接沙槽4，所述集沙槽I為上寬下窄、且上下口均為方形的漏鬥狀，其較窄的口為出沙口，所述接沙槽4為上部敞口的方形盒體，其上部的敞口為接沙口，在每個接沙槽4的底部設有兩排行走滑輪7，每排行走滑輪7可以只需要兩個，前後各一個，所述接沙槽輸送軌道5有兩根，並排設置，多個接沙槽4均通過兩排行走滑輪7置於兩根接沙槽輸送軌道5上，並依次沿著接沙槽輸送軌道5行走向前輸送置於集沙槽I的正下方，其出沙口正對該接沙槽4的接沙口，可以收集出沙轉軸2傳送下來的沙樣，當需要更換接沙槽時，直接通過滑軌推送，使新的接沙槽處於轉軸正下方位置。
[0020]如圖1所示，所述出沙轉軸2置於集沙槽I的出沙口，出沙電機3置於出沙轉軸2的一端，如圖2和圖3所示，在出沙轉軸2上對稱開設有兩個大小相同的接沙凹槽6，接沙凹槽6為槽口大、槽底小的梯形凹槽，兩接沙凹槽的槽口長寬大於或等於集沙槽I出沙口的長寬，接沙槽4上部的接沙口長度和寬度均大於或等於出沙轉軸上接沙凹槽口的長度和寬度，出沙電機3帶動出沙轉軸2呈180°轉動，使兩個接沙凹槽6交替對準集沙槽I的出沙口和集沙槽I下方接沙槽的進沙口口，可以一邊接沙，另一邊出沙。
[0021]所述集沙槽I和出沙轉軸2採用不鏽鋼材質，可耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質，具有不鏽性；所述出沙電機3為普通交流電機，電機定子繞組接交流電網，轉子繞組不需與其他電源連接。因此，它具有結構簡單，製造、使用和維護方便，運行可靠以及質量較小，成本較低等優點；
[0022]本實用新型所述的出沙轉軸2呈圓筒形，具有對稱的接沙凹槽6，當轉軸轉過90°時，非凹面部分與集沙槽相接，能與集沙槽很好的閉合，當轉軸轉過180°時，已接沙的凹面將沙樣傳送到接沙槽中，相對的另一凹面開始接沙，如此反覆，即可將集沙槽中的沙樣全部傳送到接沙槽中；
[0023]本實用新型使用時，將集沙裝置安置於試驗段中需要觀測輸沙率的斷面，安裝高度一般小於床面高度，以使泥沙能夠隨水流運動直接落入集沙槽I中。
[0024]下面結合實施例對本實用新型進一步說明，以下為本實用新型的其中一個實施例的具體工作方式，首先將集沙器安置於試驗水槽需要觀測輸沙數據的斷面，安裝高度於床面高度，具體實驗流程如下:
[0025](I)試驗開始前，集沙器內衝洗乾淨，以保證獲取輸沙數據的精度；
[0026](2)試驗開始後，泥沙隨水流運動自行落入集沙槽中，根據輸沙率大小調整電機轉速，通過轉軸將沙樣傳送到接沙槽中；
[0027](3)設計需要計算輸沙率的時段，比如10分鐘，將新的接沙槽替換已接有沙樣的接沙槽；
[0028](4)將接沙槽中的沙樣清出，通過曬乾稱重可以得到每一時間段的輸沙量，從而得到這一時間段內的平均輸沙率數據。
[0029]轉軸在整個傳送沙樣的過程中工作原理如下:
[0030](I)如圖2中所示，其中一個接沙凹槽6與集沙槽I相接時，集沙槽I中的沙樣落入該接沙凹槽6中；
[0031](2)隨著轉軸轉動，如圖3所示，轉軸的非凹面與集沙槽I相接，阻隔集沙槽I中的水沙下洩；
[0032](3)當旋轉到180°時，如圖4所示，接有沙樣的接沙凹槽6朝下時，接沙凹槽6內的沙樣落入正對集沙槽下方的接沙槽4中，與之相對的接沙凹槽6正對集沙槽I繼續收集集沙槽中的沙樣，隨著轉軸轉動，如此反覆循環。
[0033]轉軸的轉速可以通過電機控制，當試驗過程中輸沙量較大時，可以將轉速加大，反之，可用較小轉速。
[0034]以上所述，僅為本實用新型的【具體實施方式】，但本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何屬於本【技術領域】的技術人員在本實用新型揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此，本實用新型的保護範圍應該以權利要求的保護範圍為準。
【權利要求】
1.一種不對水沙試驗過程產生擾動的集沙裝置，其特徵在於:所述集沙裝置包括集沙槽(I)、出沙轉軸(2)、出沙電機(3)、接沙槽輸送軌道(5)和至少兩個接沙槽(4)，所述集沙槽⑴置於其中一個接沙槽⑷的上方，其出沙口正對該接沙槽⑷的接沙口，所述出沙轉軸(2)置於集沙槽(I)的出沙口，在出沙轉軸(2)上對稱開設有兩個大小相同的接沙凹槽(6)，兩接沙凹槽口的長寬大於或等於集沙槽(I)出沙口的長寬，出沙電機(3)置於出沙轉軸(2)的一端，帶動出沙轉軸(2)轉動使兩個接沙凹槽(6)交替對準集沙槽(I)的出沙口和集沙槽(I)下方接沙槽的進沙口 ；每個接沙槽(4)的底部設有行走滑輪(7)，所述至少接沙槽(4)均通過行走滑輪(7)置於接沙槽輸送軌道(5)上，並依次沿著接沙槽輸送軌道(5)行走置於集沙槽(I)的下方。
2.根據權利要求1所述的不對水沙試驗過程產生擾動的集沙裝置，其特徵在於:所述集沙槽(I)為上寬下窄、且上下口均為方形的漏鬥狀，所述出沙軸(2)橫向置於集沙槽(I)較窄的方形口處。
3.根據權利要求1或2所述的不對水沙試驗過程產生擾動的集沙裝置，其特徵在於:所述接沙槽輸送軌道(5)有兩根，並排設置，在每個接沙槽(4)的底部對應設有兩排行走滑輪(7)，並通過兩排行走滑輪(7)置於兩根接沙槽輸送軌道(5)上。
4.根據權利要求1或2所述的不對水沙試驗過程產生擾動的集沙裝置，其特徵在於:所述接沙槽(4)為上部敞口的方形盒體，其上部的接沙口長度和寬度均大於或等於出沙轉軸上接沙凹槽口的長度和寬度。
5.根據權利要求1或2所述的不對水沙試驗過程產生擾動的集沙裝置，其特徵在於:所述出沙電機(3)帶動出沙轉軸(2)呈180°轉動。
6.根據權利要求1或2所述的不對水沙試驗過程產生擾動的集沙裝置，其特徵在於:所述接沙凹槽(6)為槽口大、槽底小的梯形凹槽。
【文檔編號】E02B1/02GK204212098SQ201420682837
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年11月14日 優先權日:2014年11月14日
【發明者】李志晶, 李大志, 黃建成, 金中武, 周銀軍 申請人:長江水利委員會長江科學院