[發(fā)明專利]一種明渠實(shí)驗(yàn)水槽生成均勻流的自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置及調(diào)節(jié)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410100151.4
• 申請(qǐng)日: 2014-03-12
• 公開（公告）號(hào): CN104090588B
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 房世龍;吳麗華;吉順莉;倪飛;施小飛;趙蘇政;鄭紅娟;朱亮;周春煦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院
• 主分類號(hào): G05D9/12
• 分類號(hào): G05D9/12
• 代理公司: 北京一格知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11316
• 代理人: 滑春生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及利用明渠實(shí)驗(yàn)水槽實(shí)驗(yàn)段進(jìn)出口斷面水位的自動(dòng)監(jiān)測信息自動(dòng)控制交流電機(jī)調(diào)節(jié)水槽底坡以實(shí)現(xiàn)恒定均勻流的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種明渠實(shí)驗(yàn)水槽生成均勻流的自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置及調(diào)節(jié)方法。

背景技術(shù)

明渠水槽實(shí)驗(yàn)可預(yù)測河流演變規(guī)律，優(yōu)化工程方案，是進(jìn)行河流河勢規(guī)劃、沿岸防洪規(guī)劃、流域國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃不可或缺的有力工具，廣泛應(yīng)用于水利工程、港口工程及航道工程等基礎(chǔ)理論與工程實(shí)踐研究中。明渠水槽與水槽實(shí)驗(yàn)所取得成果的好壞有著密切的關(guān)系。明渠水槽按其功能和用途可分為兩類，一類是平坡水槽，水槽底坡固定不變，主要用于大尺度的河工模型實(shí)驗(yàn)；另一類為變坡水槽，水槽底坡可按要求在一定范圍內(nèi)調(diào)整，主要用于糙率實(shí)驗(yàn)、推移質(zhì)泥沙實(shí)驗(yàn)和水力穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)等方面的基礎(chǔ)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)。而絕大部分基礎(chǔ)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)均是在恒定均勻流條件下進(jìn)行的，要求水槽具有變坡功能，以便恒定均勻流場條件的生成。

目前明渠實(shí)驗(yàn)水槽變坡生成均勻流的變坡功能為采用如圖1所示的調(diào)節(jié)裝置，包括：固定鉸支座12、交流電機(jī)13、蝸桿14、蝸輪15、絲桿16、絲桿導(dǎo)軌17，其控制方式是：交流電機(jī)13正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)帶動(dòng)蝸桿14轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿14將動(dòng)力傳遞給蝸輪15，蝸輪15帶動(dòng)絲桿16沿著固定在地面基座上的絲桿導(dǎo)軌17上下移動(dòng)，固定鉸支座12支撐的水槽上游端不動(dòng)，固定在水槽下游端的絲桿16能夠拖動(dòng)明渠水槽下游支撐端在鉛直方向升降，并在標(biāo)定好升降極限位置的行程限位安全控制器的控制下，調(diào)節(jié)明渠水槽底坡在一定范圍內(nèi)變化，再通過沿明渠水槽方向5個(gè)位置處布置的水位測針或標(biāo)度尺測量水深，直到5個(gè)位置處的水深相等時(shí)，認(rèn)為水槽中恒定均勻流生成。而此時(shí)明渠水槽底坡i可通過相對(duì)于事先標(biāo)定過的零坡位置時(shí)的水槽下游支撐點(diǎn)在鉛直方向上移動(dòng)的距離L_v和上游端固定鉸支座到下游高程可變支撐點(diǎn)之間的長度L_h來確定，即。這種方法通過布設(shè)在明渠水槽不同位置處的水位測針或 標(biāo)度尺測量水深，并將水深相等作為生成恒定均勻流的判定準(zhǔn)則指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)人員操作交流電機(jī)13正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)帶動(dòng)蝸桿14轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿14將動(dòng)力傳遞給蝸輪15，蝸輪15帶動(dòng)絲桿16沿著固定在地面基座上的絲桿導(dǎo)軌17上下移動(dòng)，明渠水槽上游端固定，固定在水槽下游端的絲桿16能夠拖動(dòng)明渠水槽下游支撐端在鉛直方向升降，從而實(shí)現(xiàn)明渠水槽底坡的反復(fù)調(diào)節(jié)，直至恒定均勻流的生成。整個(gè)操作過程不僅需要人工反復(fù)讀取水位和計(jì)算水深，還需要根據(jù)所計(jì)算的水深人為操控交流電機(jī)往復(fù)不停的調(diào)節(jié)明渠水槽底坡成百上千次后才能生成恒定均勻流。因此，利用水位測針或標(biāo)度尺測量的水深相等作為生成恒定均勻流的判定準(zhǔn)則指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)人員手動(dòng)往復(fù)調(diào)節(jié)明渠實(shí)驗(yàn)水槽下游支撐端高程實(shí)現(xiàn)底坡變化進(jìn)而生成恒定均勻流的方法存在調(diào)節(jié)時(shí)間長、操作環(huán)節(jié)多、調(diào)節(jié)精度低、容易因高程調(diào)節(jié)時(shí)水槽一端突然升降而引起水槽內(nèi)全流場水流的系統(tǒng)震蕩、需要融合經(jīng)驗(yàn)和主觀判斷才能完成整個(gè)操作過程等諸多問題。

因此，需要提供一種明渠實(shí)驗(yàn)水槽生成均勻流的自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置及調(diào)節(jié)方法來解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決該問題，本發(fā)明公開了一種明渠實(shí)驗(yàn)水槽生成均勻流的自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置及調(diào)節(jié)方法，它是通過水槽中間位置處的固定鉸支座支撐和上、下游支撐端高程同步調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)明渠水槽變坡，不再利用固定水槽上游端而調(diào)節(jié)下游端高程進(jìn)行水槽底坡調(diào)節(jié)，水槽底坡的調(diào)節(jié)也只需要依據(jù)自動(dòng)水位儀的反饋數(shù)據(jù)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度就能完成，有效避免了因高程調(diào)節(jié)時(shí)水槽一端突然升降而引起的全流場水流的系統(tǒng)震蕩，大幅減小了中間環(huán)節(jié)，縮短了調(diào)節(jié)時(shí)間，提高了調(diào)節(jié)精度。