含水構造導通水流量控制裝置及其工作方法
2024-01-27 22:45:15 2
含水構造導通水流量控制裝置及其工作方法
【專利摘要】本發明公開了含水構造導通水流量控制裝置及其工作方法，包括埋設於土壤模擬模型內的含水構造裝置，所述含水構造裝置分別通過含水構造進水管和含水構造出水管與水箱連接；所述含水構造進水管上設有用於控制含水構造進水管水流量的進水裝置，所述含水構造出水管上設有用於控制含水構造出水管水流量的出水裝置，所述進水裝置和出水裝置均與對含水構造裝置的實時流量和總體流量控制並儘可能使含水構造裝置的進水流量和出水流量的保持一致的流量控制器連接，所述流量控制器與計算機連接。該含水構造導通水流量控制裝置具有廉價、流量大、吸程4米以上、能夠通過少量泥沙、能夠對實時流量和總體流量進行反饋控制和實時顯示、自動化控制的特點。
【專利說明】含水構造導通水流量控制裝置及其工作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種含水構造導通水流量控制裝置，尤其涉及含水構造導通水流量控制裝置及工作方法。
【背景技術】
[0002]隨著生產力和科學技術的發展，愈來愈多的建築物需要修建在具有複雜地質構造的巖基上或巖體內，如大壩、廠房、地下洞室等。這類建築物的抗滑穩定性、地下結構的圍巖穩定，基礎變形對建築物結構的影響等，都是地質力學模型所研究的對象。地質力學模型主要研究模擬巖體的斷層、破碎帶、軟弱夾層等不連續構造對結構的應力分布和變形狀態的影響及巖體穩定和工程安全問題它著重研究結構超出彈性範圍以外的性能。
[0003]地質力學模型試驗是研究地下溶洞、暗河等不良地質體對地質構造穩定性的影響的一種十分有效的手段。在模型試驗中，常常使用含水構造來模擬溶洞、暗河等不良地質體，而研究溶洞、暗河等不良地質體中不同水的實時流量與地質構造穩定性的關係是十分重要的課題。試驗開始時需要先往含水構造中注入一定量的水，因此需要流量控制裝置具有總體流量控制功能，如果注入的水量不足或者過多將導致試驗結果不準確；然後含水構造需要以一個設定的實時流量同步進水和出水以研究水實時流量與地質構造穩定性的關係，因此需要控制裝置能夠對進水實時流量和出水實時流量進行控制，如果進水實時流量與出水實時流量不一致將導致含水構造內水量不足或者水量過多溢出含水構造，因此需要流量控制裝置具有實時流量控制功能。綜上所述，迫切需要一種具有總體流量和實時流量控制的含水構造導通水流量控制裝置。
[0004]現有的流量控制系統多用於城市供水和工廠用水中，大多以水壓控制和水量定量控制為主，且要求水中不能含有較多雜質，因此完全不適用於含水構造導通水流量控制。現有能實現對實時流量進行精確控制的裝置只有計量泵，但是計量泵有很多缺點，比如:價格很高，流量很小，吸程很小只有2米左右，無法對總體流量進行定量控制，沒有反饋控制功能，不能通過泥沙等介質。綜上所述，現有產品中完全沒有適用於含水構造導通水流量控制的裝置。
【發明內容】
[0005]本發明的目的就是為了解決上述問題，提供一種含水構造導通水流量控制裝置及工作方法，且該裝置具有以下特點:廉價，流量大，吸程4米以上，能夠通過少量泥沙，能夠對實時流量和總體流量進行反饋控制和實時顯示。
[0006]為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案:
[0007]含水構造導通水流量控制裝置，包括埋設於土壤模擬模型內的含水構造裝置，所述含水構造裝置分別通過含水構造進水管和含水構造出水管與水箱連接；所述含水構造進水管上設有用於控制含水構造進水管水流量的進水裝置，所述含水構造出水管上設有用於控制含水構造出水管水流量的出水裝置，所述進水裝置和出水裝置均與對含水構造裝置的實時流量和總體流量控制並使含水構造裝置的進水流量和出水流量的保持一致的流量控制器連接，所述流量控制器與計算機連接。
[0008]所述水箱上設有水箱進水管和水箱排水管，所述水箱進水管上設有水箱進水電磁閥，所述水箱排水管上設有水箱排水電磁閥，所述水箱上還設有水位控制器，所述水位控制器分別與水箱進水電磁閥和水箱排水電磁閥連接。
[0009]所述含水構造裝置頂端設有含水構造通氣管，所述含水構造裝置兩端分別與含水構造進水管和含水構造出水管連接，所述含水構造進水管與含水構造連接的位置設有含水構造進水過濾網，所述含水構造出水管與含水構造連接的位置設有含水構造出水過濾網，所述含水構造進水管與水箱連接的位置設有水箱過濾網。
[0010]所述進水裝置包括依次連接的進水過濾器、進水柱塞泵、進水流量計和進水單向閥，其中所述進水過濾器安裝在含水構造進水管與水箱連接的一端，所述進水柱塞泵與進水變頻電機連接，所述進水變頻電機與進水變頻器連接，所述進水變頻器與流量控制器連接。
[0011]所述出水裝置包括依次連接的出水單向閥、出水過濾器、出水流量計和出水柱塞泵，所述出水單向閥安裝在含水構造裝置與含水構造出水管連接的一端；所述出水柱塞泵與出水變頻電機連接，所述出水變頻電機與出水變頻器連接，所述出水變頻器與流量控制器連接。
[0012]所述進水柱塞泵和出水柱塞泵的內部結構是一樣的。
[0013]所述出水柱塞泵包括柱塞缸，所述柱塞缸安裝在含水構造出水管上，所述柱塞缸內部設有柱塞，所述柱塞通過連杆與皮帶輪連接，所述皮帶輪通過皮帶與出水變頻電機連接，所述柱塞缸與含水構造出水管連接的兩端分別設有密封塞。
[0014]所述進水柱塞泵包括柱塞缸，所述柱塞缸安裝在含水構造進水管上，所述柱塞缸內部設有柱塞，所述柱塞通過連杆與皮帶輪連接，所述皮帶輪通過皮帶與進水變頻電機連接，所述柱塞缸與含水構造進水管連接的兩端分別設有密封塞。
[0015]所述水箱的材料為透明有機玻璃，所述含水構造進水管、含水構造出水管、含水構造通氣管均使用透明PVC管。
[0016]所述含水構造裝置由非金屬材料製成，表面具有若干孔隙，能夠以慢速率向外滲水。
[0017]所述土壤模擬模型包括模型外殼，所述模型外殼內部含有相似填充材料，所述相似填充材料中埋有用於模擬溶洞的含水構造裝置、含水構造進水管、含水構造出水管和含水構造通氣管，所述含水構造裝置埋深4米，所述含水構造通氣管上端露出相似填充材料的上表面；所述水箱和進水裝置均位於土壤模擬模型的上方，所述相似填充材料中插入探頭，所述探頭與探測儀器連接，所述探測儀器、流量控制器、計算機均位於土壤模擬模型一側的設備控制臺上。
[0018]所述模型外殼、含水構造裝置、含水構造進水管、含水構造出水管、含水構造通氣管、含水構造進水過濾網、含水構造出水過濾網均使用非金屬材料。
[0019]含水構造導通水流量控制裝置的工作方法，包括如下步驟:
[0020]水箱進水管在水箱進水電磁閥的控制下向水箱供水，水箱中的水在出水電磁閥的控制下通過水箱排水管排出，水箱通過含水構造進水管為含水構造裝置供水，從含水構造裝置中排出的水通過含水構造出水管排向水箱，含水構造進水管和含水構造出水管的進水量和出水量分別通過進水裝置和出水裝置控制，所述進水裝置和出水裝置分別通過對含水構造裝置的實時流量和總體流量控制並使含水構造裝置的進水流量和出水流量的保持一致的流量控制器控制，所述流量控制器通過計算機控制。
[0021]所述進水裝置的工作方法為:
[0022]進水柱塞泵將水從水箱中抽出並衝入含水構造裝置中，進水流量計檢測含水構造進水管中水的實時流量，進水單向閥使含水構造進水管中的水只能從水箱流向含水構造裝置中而不能倒流，防止柱塞泵在啟動或停止時產生的水倒流現象造成設備損壞。
[0023]所述出水裝置的工作方法與進水裝置的工作方法一致。
[0024]所述進水柱塞泵的工作方法為:
[0025]變頻器為變頻電機供電，變頻電機通過皮帶驅動皮帶輪，皮帶輪帶動柱塞缸內的柱塞運動，柱塞通過運動帶動含水構造進水管內密封塞的開啟與閉合，從而控制進水流量。
[0026]所述出水柱塞泵的工作方法與進水柱塞泵的工作方法一致。
[0027]所述進水流量計的工作方法為:
[0028]進水流量計採集實時流量實際值並負反饋到流量控制器上，流量控制器則根據實時流量實際值和實時流量設定值進行負反饋控制；
[0029]當進水流量計採集到的實時流量實際值小於實時流量設定值時，流量控制器控制進水變頻器增加輸出交流電的頻率，使進水變頻電機的轉速增加從而增大柱塞泵的流量；
[0030]反之，當進水流量計採集到的實時流量實際值大於實時流量設定值時，流量控制器控制進水變頻器降低輸出交流電的頻率，使進水變頻電機的轉速降低從而減小進水柱塞
泵的流量。
[0031]所述出水流量計的工作方法與所述進水流量計相同。
[0032]所述水箱中裝有水位控制器，水位控制器裝有高中低3條水位檢測線A、B、C，分別位於水箱中不同高度的位置，
[0033]當水位控制器檢測到水箱中的水位低於檢測線C時，水位控制器控制水箱進水電磁閥打開水箱進水管為水箱供水；
[0034]當水位控制器檢測到水箱中的水位高於檢測線B時，水位控制器控制水箱進水電磁閥關閉水箱進水管停止為水箱供水；
[0035]當水位控制器檢測到水箱中的水位高於檢測線A時，水位控制器控制水箱進水電磁閥打開水箱排水管排出水箱中的水；
[0036]當水位控制器檢測到水箱中的水位低於檢測線B時，水位控制器控制水箱排水電磁閥關閉水箱排水管停止水箱排水；
[0037]除了自動水位控制外，還能夠手動操作水位控制器控制水箱進水電磁閥打開和關閉，手動為水箱供水或排水；水位控制器使水箱中始終存有水，且水不會溢出水箱。
[0038]本發明的有益效果:
[0039](I)水位控制器使水箱中始終存有一定量的水且不會溢出水箱,從而為含水構造提供充足的用水，且不用人工幹預，極大地提高了整套裝置的自動化程度。
[0040](2)柱塞泵具有很大的流量和送水壓力，且具有外部調壓裝置能根據需要調節送水壓力，還可以通過一定量的泥沙，能夠很好的模擬溶洞中的高壓導通水，而且柱塞泵的吸程高達5米以上，可以適用於埋深較大的含水構造。
[0041](3)變頻器只需產生在一定頻率範圍內變化的交流電就可以控制變頻電機的轉速，從而控制柱塞泵的流量，可以很容易且較準確的實現實時流量控制，同時記錄工作時間還可以對總體流量進行定量控制。
[0042](4)流量控制器和流量計構成反饋流量控制系統，能夠實現對實時流量的準確控制，同時還可以對實時流量和總體流量進行設定和顯示，大大提供了整套裝置的自動化程度。
[0043](5)含水構造進水管頂端安裝有過濾網，可以防止異物堵塞含水構造進水管。
[0044](6)空氣通過含水構造通氣孔進出含水構造，保持含水構造中的氣壓正常，從而使水能夠流暢的進出含水構造，且當含水構造中的水過量時能夠通過含水構造通氣孔排出。
[0045](7)含水構造導通水流量控制裝置具有以下特點:(I)廉價、(2)流量大、(3)吸程4米以上、(4)能夠通過少量泥沙、(5)能夠對實時流量和總體流量進行反饋控制和實時顯示、(6)自動化控制。
[0046](8)分別使用兩套獨立的柱塞泵和流量計進行含水構造進水流量和出水流量反饋控制，並通過同一個流量控制器進行總體控制，能夠對含水構造的總體流量和實時流量進行控制，並能使進水流量和出水流量保持一致。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0047]圖1為含水構造導通水流量控制裝置連接示意圖；
[0048]圖2為實時流量反饋控制系統框圖；
[0049]圖3為含水構造導通水流量控制裝置安裝示意圖；
[0050]圖中:1.水箱進水管，2.水箱進水電磁閥，3.水位控制器，4.水箱，5.水箱過濾網，6.含水構造進水管，7.水箱排水管，8.進水過濾器，9.進水柱塞泵，10.進水變頻電機，
11.進水流量計，12.進水變頻器，13.進水單向閥，14.含水構造通氣管，15.含水構造裝置，16.流量控制器，17.計算機，18.含水構造出水管，19.皮帶，20.密封塞，21.柱塞缸，22.柱塞，23.連杆，24.皮帶輪，25.進水裝置，26.探頭，27.探測儀器，28.模型外殼，29.相似填充材料，30.設備控制臺，31.實時流量設定值，32.擾動，33.實時流量實際值，34.負反饋，35.出水單向閥，36.出水過濾器，37.出水流量計，38.出水柱塞泵，39.出水變頻電機，40.出水變頻器，41.出水裝置，42.水箱排水電磁閥，43.含水構造進水過濾網，44.含水構造出水過濾網。
【具體實施方式】
[0051]下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。
[0052]圖1為含水構造導通水流量控制裝置連接示意圖，
[0053]含水構造導通水流量控制裝置，包括含水構造裝置15，所述含水構造裝置15分別通過含水構造進水管6和含水構造出水管18與水箱4連接；所述含水構造進水管6上設有進水裝置25，所述含水構造出水管18上設有出水裝置41，所述進水裝置25和出水裝置41均與流量控制器16連接，所述流量控制器16與計算機17連接。
[0054]所述水箱4上設有水箱進水管I和水箱排水管7，所述水箱進水管I上設有水箱進水電磁閥2，所述水箱排水管I上設有水箱排水電磁閥42，所述水箱4上還設有水位控制器3，所述水位控制器3分別與水箱進水電磁閥2和水箱排水電磁閥42連接。
[0055]所述含水構造裝置15頂端設有含水構造通氣管14，所述含水構造裝置15兩端分別與含水構造進水管6和含水構造出水管18連接，所述含水構造進水管6與含水構造連接的位置設有含水構造進水過濾網43，所述含水構造出水管18與含水構造連接的位置設有含水構造出水過濾網44，所述含水構造進水管6與水箱4連接的位置設有水箱過濾網5。
[0056]所述進水裝置25包括依次連接的進水過濾器8、進水柱塞泵9、進水流量計11和進水單向閥13，其中所述進水過濾器8安裝在含水構造進水管6與水箱4連接的一端，所述進水柱塞泵9與進水變頻電機10連接，所述進水變頻電機10與進水變頻器12連接，所述進水變頻器12與流量控制器16連接。
[0057]所述出水裝置41包括依次連接的出水單向閥35、出水過濾器36、出水流量計37和出水柱塞泵38，所述出水單向閥35安裝在含水構造裝置15與含水構造出水管18連接的一端；所述出水柱塞泵38與出水變頻電機39連接，所述出水變頻電機39與出水變頻器40連接，所述出水變頻器40與流量控制器16連接。
[0058]所述進水柱塞泵9和出水柱塞泵38的內部結構是一樣的。
[0059]所述出水柱塞泵38包括柱塞缸21，所述柱塞缸21安裝在含水構造出水管18上，所述柱塞缸21內部設有柱塞22，所述柱塞22通過連杆23與皮帶輪24連接，所述皮帶輪24通過皮帶19與出水變頻電機39連接，所述柱塞缸21與含水構造出水管18連接的兩端分別設有密封塞20。
[0060]所述出水柱塞泵38包括柱塞缸21，所述柱塞缸21安裝在含水構造進水管6上，所述柱塞缸21內部設有柱塞22，所述柱塞22通過連杆23與皮帶輪24連接，所述皮帶輪24通過皮帶19與進水變頻電機10連接，所述柱塞缸21與含水構造進水管6連接的兩端分別設有密封塞20。
[0061]所述水箱4的材料為透明有機玻璃，所述含水構造進水管6、含水構造出水管18、含水構造通氣管14均使用透明PVC管。
[0062]所述含水構造裝置15由非金屬材料製成，表面具有若干孔隙，能夠以很慢的速率向外滲水。
[0063]含水構造導通水流量控制裝置的工作方法，包括如下步驟:
[0064]水箱進水管I在水箱進水電磁閥2的控制下向水箱4供水，水箱4中的水在出水電磁閥的控制下通過水箱排水管7排出，水箱4通過含水構造進水管6為含水構造裝置15供水，從含水構造裝置15中排出的水通過含水構造出水管18排向水箱4，含水構造進水管6和含水構造出水管18的進水量和出水量分別通過進水裝置25和出水裝置41控制，所述進水裝置25和出水裝置41分別通過流量控制器16控制，所述流量控制器16通過計算機17控制。
[0065]所述進水裝置25的工作方法為:
[0066]進水柱塞泵9將水從水箱4中抽出並衝入含水構造裝置15中，流量計檢測含水構造進水管6中水的實時流量，進水單向閥13使含水構造進水管6中的水只能從水箱4流向含水構造裝置15中而不能倒流，防止柱塞泵在啟動或停止時產生的水倒流現象造成設備損壞。[0067]所述出水裝置41的工作方法與進水裝置25的工作方法一致。
[0068]所述進水柱塞泵9的工作方法為:
[0069]變頻器為變頻電機供電，變頻電機通過皮帶19驅動皮帶輪24，皮帶輪24帶動柱塞缸21內的柱塞22運動，柱塞22通過運動帶動含水構造進水管6內密封塞20的開啟與閉合，從而控制進水流量。
[0070]所述出水柱塞泵38的工作方法與進水柱塞泵9的工作方法一致。
[0071]所述流量控制器16的工作方法為:
[0072]所述進水流量計11和出水流量計37分別產生一個與實際流量成正比的電信號並發送給流量控制器16，所述流量控制器16根據這個電信號進行流量反饋控制，流量控制器16對含水構造的進水變頻器12和出水變頻器40分別進行控制，進水變頻器12和出水變頻器40分別控制進水變頻電機10和出水變頻電機39，所述進水變頻電機10和出水變頻電機39分別控制進水柱塞泵9和出水柱塞泵38，進水柱塞泵9和出水柱塞泵38分別控制進水流量和出水流量，從而實現了流量控制器16對實時流量和總體流量控制，使含水構造的進水流量和出水流量儘可能的保持一致；所述流量控制器16允許設定和顯示需要控制的實時流量和總體流量，並能夠對整套流量控制裝置的啟動和停止進行控制，計算機17能夠對流量控制器16進行遠程通信控制，使得操作人員在遠處進行監控。
[0073]水箱4使用透明有機玻璃製作而成，含水構造進水管6、含水構造出水管18、含水構造通氣管14均使用透明PVC管，透明水箱4和管道可以清晰的看到內部水的流向和狀態，有利於故障排除和試驗觀測。水箱進水管I向水箱4供水，水箱4中的水通過水箱排水管7排出，水箱進水管I和水箱排水管7分別通過水箱進水電磁閥2和水箱排水電磁閥42進行控制，含水構造進水管6頂端安裝有水箱過濾網5，可以防止異物堵塞含水構造進水管6，含水構造進水管6與水箱4的底部相連，水箱4通過含水構造進水管6為含水構造裝置15供水，從含水構造裝置15中排出的水通過含水構造出水管18排向水箱4，從而使含水構造裝置15中的水循環使用，節約用水。水箱4中裝有水位控制器3，水位控制器3裝有3條水位檢測線A、B、C，分別位於水箱4中不同高度的位置，當水位控制器3檢測到水箱4中的水位低於檢測線C時，水位控制器3控制水箱進水電磁閥2打開水箱進水管I為水箱4供水；當水位控制器3檢測到水箱4中的水位高於檢測線B時，水位控制器3控制水箱進水電磁閥2關閉水箱進水管I停止為水箱4供水；當水位控制器3檢測到水箱4中的水位高於檢測線A時，水位控制器3控制水箱進水電磁閥2打開水箱排水管7排出水箱4中的水；當水位控制器3檢測到水箱4中的水位低於檢測線B時，水位控制器3控制水箱排水電磁閥42關閉水箱排水管7停止水箱4排水；除了自動水位控制外，還可以手動操作水位控制器3控制水箱進水電磁閥2打開和關閉，手動為水箱4供水或排水。水位控制器3可以使水箱4中始終存有一定量的水，且水不會溢出水箱4，從而為含水構造裝置15提供充足的用水，且不用人工幹預，極大地提高了整套裝置的自動化程度。
[0074]水箱4通過含水構造進水管6為含水構造裝置15供水，從上到下含水構造進水管6上依次連接有進水過濾器8、進水柱塞泵9、進水流量計11、進水單向閥13。進水過濾器8能夠防止異物損壞進水柱塞泵9及進水流量計11，進水柱塞泵9將水從水箱4中抽出並衝入含水構造裝置15中，進水流量計11能夠檢測含水構造進水管6中水的實時流量，進水單向閥13使含水構造進水管6中的水只能從水箱4流向含水構造裝置15中而不能倒流，防止進水柱塞泵9在啟動或停止時產生的水倒流現象造成設備損壞。含水構造裝置15由非金屬材料製成，表面具有若干孔隙，能夠以很慢的速率向外滲水；含水構造進水管6和含水構造出水管18與含水構造裝置15連接處分別裝有含水構造進水過濾網43和含水構造出水過濾網44，能夠防止異物堵塞管道；含水構造裝置15頂端裝有含水構造通氣孔14，空氣通過含水構造通氣孔14進出含水構造裝置15，保持含水構造裝置15中的氣壓正常，從而使水能夠流暢的進出含水構造裝置15，且當含水構造裝置15中的水過量時能夠通過含水構造通氣孔14排出，能夠防止由於含水構造裝置15破損造成大量水流出破壞含水構造裝置15周圍的物質。含水構造裝置15通過含水構造出水管18將水排向水箱4，從下到上含水構造出水管18上依次連接有出水單向閥35、出水過濾器36、出水流量計37、出水柱塞泵38。
[0075]出水柱塞泵38主要由皮帶19、密封塞20、柱塞缸21、柱塞22、連杆23、皮帶輪24構成。密封塞20在柱塞22往復工作時交替打開和關閉從而使水流入和流出柱塞缸21，皮帶輪24通過連杆23帶動柱塞22在柱塞缸21中往復運動。柱塞22從柱塞缸21中抽出時能夠廣生真從而將水吸入柱塞缸21中，柱塞22壓入柱塞缸21中從而將水壓出柱塞缸21，因此柱塞泵具有很大的抽水吸力和送水壓力，並且具有外部調壓裝置能根據需要調節送水壓力，能夠很好的模擬溶洞中的高壓導通水。柱塞22壓入柱塞缸21底部時二者之間依然存在一定空間，因此柱塞泵可以通過一定量的泥沙，很適用於導通水中含有少量泥沙的試驗情況。排水變頻電機39通過皮帶19驅動皮帶輪24，帶動排水柱塞泵38工作，排水變頻器40為排水變頻電機39供電。柱塞缸21的直徑是固定的，柱塞22往復運動一次的行程是固定的，因此皮帶輪24每轉動一圈排水柱塞泵38所能抽上來的水量是固定的，皮帶輪24與排水變頻電機39之間的減速比也是固定的，因此只需控制排水變頻電機39的轉速即可控制排水柱塞泵38的實時流量，再對排水變頻電機39的轉動時間進行控制即可控制排水柱塞泵38 —段時間內的總體流量。排水變頻電機39的轉速與輸入交流電的頻率成正比，因此排水變頻器40隻需能夠產生在一定頻率範圍內變化的交流電就可以控制排水變頻電機39的轉速，從而控制排水柱塞泵38的流量。進水柱塞泵9的結構、工作方式和排水柱塞泵38相同。
[0076]進水流量計11、排水流量計37可以產生一個與實際流量成正比的電信號，流量控制器16可以根據這個電信號進行流量反饋控制，流量控制器16可以對含水構造裝置15的進水流量和出水流量分別進行控制，包括實時流量和總體流量控制，使含水構造裝置15的進水流量和出水流量儘可能的保持一致。總體流量=實時流量*工作時間，當需要對總體流量進行定量控制時，流量控制器16控制柱塞泵以恆定的實時流量進行工作，同時啟動定時器進行定時，根據總體進水流量計算公式，達到所需的工作時間後立即停止柱塞泵工作，從而對總體流量進行定量控制。流量控制器16可以設定和顯示需要控制的實時流量和總體流量，並能夠對整套流量控制裝置的啟動和停止進行控制，大大提供了整套裝置的自動化程度。計算機17可以對流量控制器16進行遠程通信控制，使得操作人員可以在遠處進行監控。
[0077]圖2為實時流量反饋控制系統框圖，實時流量設定值31輸入到流量控制器16中，流量控制器16控制進水變頻器12帶動進水變頻電機10轉動，從而使進水柱塞泵9以一定的實時流量輸出，由於存在擾動32施加到進水柱塞泵9上，導致進水柱塞泵9輸出的實時流量實際值33與實時流量設定值31存在一定誤差，進水流量計11採集實時流量實際值33並負反饋34到流量控制器16上，流量控制器16則根據實時流量實際值33和實時流量設定值31進行負反饋34控制。
[0078]當進水流量計11採集到的實時流量實際值33小於實時流量設定值31時，流量控制器16控制進水變頻器12增加輸出交流電的頻率，使進水變頻電機10的轉速增加從而增大柱塞泵的流量；
[0079]反之，當進水流量計11採集到的實時流量實際值33大於實時流量設定值31時，流量控制器16控制進水變頻器12降低輸出交流電的頻率，使進水變頻電機10的轉速降低從而減小進水柱塞泵9的流量。
[0080]排水柱塞泵38、排水流量計37的實時流量反饋控制系統與此相同。
[0081]圖3為含水構造導通水流量控制裝置安裝示意圖，模型外殼28內部含有相似填充材料29，相似填充材料29中埋有含水構造裝置15、含水構造進水管6、含水構造出水管18和含水構造通氣管14，含水構造裝置15埋深4米左右，含水構造通氣管14上端露出相似填充材料29的上表面，模型外殼28、含水構造裝置15、含水構造進水管6、含水構造出水管18、含水構造通氣管14、含水構造進水過濾網43、含水構造出水過濾網44均使用非金屬材料。水箱4和進水裝置25等均位於模型上方，進水裝置25主要包括進水過濾器8、進水柱塞泵9、進水變頻電機10、進水流量計11、進水變頻器12、進水單向閥13，排水裝置41主要包括排水單向閥35、排水過濾器36、排水流量計37、排水柱塞泵38、排水變頻電機39、排水變頻器40。探測儀器27、流量控制器16和計算機17均位於模型一側的設備控制臺30上。探頭26插入相似填充材料29中，探測儀器27與探頭26連接，探測儀器27為探頭26供電並採集數據，含水構造裝置15模擬溶洞，相似填充材料29模擬實際巖石、土壤，整套系統可以完成溶洞尺寸和溶洞內導通水流量與探測儀器27探測結果的關係的試驗。
[0082]上文中未詳細說明的部件均使用成品器件。
[0083]上述雖然結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行了描述，但並非對本發明保護範圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護範圍以內。
【權利要求】
1.含水構造導通水流量控制裝置，其特徵是，包括埋設於土壤模擬模型內的含水構造裝置，所述含水構造裝置分別通過含水構造進水管和含水構造出水管與水箱連接；所述含水構造進水管上設有用於控制含水構造進水管水流量的進水裝置，所述含水構造出水管上設有用於控制含水構造出水管水流量的出水裝置，所述進水裝置和出水裝置均與對含水構造裝置的實時流量和總體流量控制並使含水構造裝置的進水流量和出水流量的保持一致的流量控制器連接，所述流量控制器與計算機連接。
2.如權利要求1所述的含水構造導通水流量控制裝置，其特徵是，所述水箱上設有水箱進水管和水箱排水管，所述水箱進水管上設有水箱進水電磁閥，所述水箱排水管上設有水箱排水電磁閥，所述水箱上還設有水位控制器，所述水位控制器分別與水箱進水電磁閥和水箱排水電磁閥連接。
3.如權利要求1所述的含水構造導通水流量控制裝置，其特徵是，所述含水構造裝置頂端設有含水構造通氣管，所述含水構造裝置兩端分別與含水構造進水管和含水構造出水管連接，所述含水構造進水管與含水構造連接的位置設有含水構造進水過濾網，所述含水構造出水管與含水構造連接的位置設有含水構造出水過濾網，所述含水構造進水管與水箱連接的位置設有水箱過濾網。
4.如權利要求1所述的含水構造導通水流量控制裝置，其特徵是，所述進水裝置包括依次連接的進水過濾器、進水柱塞泵、進水流量計和進水單向閥，其中所述進水過濾器安裝在含水構造進水管與水箱連接的一端，所述進水柱塞泵與進水變頻電機連接，所述進水變頻電機與進水變頻器連接，所述進水變頻器與流量控制器連接。
5.如權利要求1所述的含水構造導通水流量控制裝置，其特徵是，所述出水裝置包括依次連接的出水單向閥、出水過濾器、出水流量計和出水柱塞泵，所述出水單向閥安裝在含水構造裝置與含水構造出水管連接的一端；所述出水柱塞泵與出水變頻電機連接，所述出水變頻電機與出水變頻器連接，所述出水變頻器與流量控制器連接。
6.如權利要求4或5所述的含水構造導通水流量控制裝置，其特徵是， 所述進水柱塞泵和出水柱塞泵的內部結構是一樣的； 所述出水柱塞泵包括柱塞缸，所述柱塞缸安裝在含水構造出水管上，所述柱塞缸內部設有柱塞，所述柱塞通過連杆與皮帶輪連接，所述皮帶輪通過皮帶與出水變頻電機連接，所述柱塞缸與含水構造出水管連接的兩端分別設有密封塞。
7.如上述任一權利要求所述的含水構造導通水流量控制裝置的工作方法，其特徵是，包括如下步驟: 水箱進水管在水箱進水電磁閥的控制下向水箱供水，水箱中的水在出水電磁閥的控制下通過水箱排水管排出，水箱通過含水構造進水管為含水構造裝置供水，從含水構造裝置中排出的水通過含水構造出水管排向水箱，含水構造進水管和含水構造出水管的進水量和出水量分別通過進水裝置和出水裝置控制，所述進水裝置和出水裝置分別通過對含水構造裝置的實時流量和總體流量控制並使含水構造裝置的進水流量和出水流量的保持一致的流量控制器控制，所述流量控制器通過計算機控制。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵是， 所述進水裝置的工作方法為: 進水柱塞泵將水從水箱中抽出並衝入含水構造裝置中，進水流量計檢測含水構造進水管中水的實時流量，進水單向閥使含水構造進水管中的水只能從水箱流向含水構造裝置中而不能倒流，防止柱塞泵在啟動或停止時產生的水倒流現象造成設備損壞； 所述出水裝置的工作方法與進水裝置的工作方法一致。
9.如權利要求7所述的方法，其特徵是， 所述進水柱塞泵的工作方法為: 變頻器為變頻電機供電，變頻電機通過皮帶驅動皮帶輪，皮帶輪帶動柱塞缸內的柱塞運動，柱塞通過運動帶動含水構造進水管內密封塞的開啟與閉合，從而控制進水流量； 所述出水柱塞泵的工作方法與進水柱塞泵的工作方法一致。
10.如權利要求8所述的方法，其特徵是， 所述進水流量計的工作方法為: 進水流量計採集實時流量實際值並負反饋到流量控制器上，流量控制器則根據實時流量實際值和實時流量設定值進行負反饋控制； 當進水流量計採集到的實時流量實際值小於實時流量設定值時，流量控制器控制進水變頻器增加輸出交流電的頻率，使進水變頻電機的轉速增加從而增大柱塞泵的流量； 反之，當進水流量計採集到的實時流量實際值大於實時流量設定值時，流量控制器控制進水變頻器降低輸出交流電的頻率，使進水變頻電機的轉速降低從而減小進水柱塞泵的流量； 所述出水流量計的工作方法與所述進水流量計相同。
【文檔編號】G05D27/02GK103809634SQ201410041016
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年1月28日 優先權日:2014年1月28日
【發明者】李堯, 楊磊, 孫懷鳳, 李術才, 金青, 林春金, 楊為民, 劉斌, 聶利超, 宋傑, 劉徵宇, 徐磊 申請人:山東大學