[發(fā)明專利]一種應(yīng)用于實驗水槽的供水循環(huán)控制系統(tǒng)及控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811436279.2
• 申請日: 2018-11-28
• 公開（公告）號: CN111236136A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張宏偉;劉猛
• 申請（專利權(quán)）人: 上海河口海岸科學(xué)研究中心
• 主分類號: E02B1/02
• 分類號: E02B1/02
• 代理公司: 上海三和萬國知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31230
• 代理人: 陳偉勇

一種應(yīng)用于實驗水槽的供水循環(huán)控制系統(tǒng)及控制方法，包括實驗水槽和穩(wěn)水池，實驗水槽和穩(wěn)水池的一端連通設(shè)置有一連通管，通過該連通管將實驗水槽里的水流送至穩(wěn)水池內(nèi)，穩(wěn)水池的另一端開設(shè)有供水循環(huán)控制組件，通過該供水循環(huán)控制組件將水體增能后通過輸水總管再次輸入實驗水槽，將水體通過實驗水槽、連通管、穩(wěn)水池和輸水總管連續(xù)有效地循環(huán)流動；本發(fā)明產(chǎn)生的恒定流和非恒定流具有流量調(diào)節(jié)過程穩(wěn)、范圍寬、精度高的特點，本發(fā)明的流量控制采用基于通信的分布式控制體系，流量控制和檢測硬件設(shè)備分布到現(xiàn)場安裝，系統(tǒng)故障分散化，單個流量檢測或控制設(shè)備發(fā)生故障不會直接耦合到監(jiān)控計算機上引起系統(tǒng)故障，系統(tǒng)整體運行可靠性高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及自動化監(jiān)控領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于不同長度的實驗水槽的供水循環(huán)控制系統(tǒng)及配套的控制方法，實現(xiàn)流量的自動化監(jiān)控。

背景技術(shù)

目前，在水流物理模型實驗室中，經(jīng)常使用一種水流水槽來作為實驗設(shè)備，這種水流水槽通過模擬水流特性和泥沙運動的基本規(guī)律來獲得對應(yīng)的實驗參數(shù)。

現(xiàn)有技術(shù)下的水流水槽的供水循環(huán)方法采用的是立體式和平面式兩種技術(shù)，其具體如下：

立體式供水循環(huán)技術(shù)，采用了平水塔作為供水設(shè)備，從蓄水池中抽水送入平水塔，通過溢水槽來控制水流產(chǎn)生恒定流，再輸入水槽進行試驗，最后排入蓄水池完成水體循環(huán)，流量可達0.5m³/秒。平水塔一般設(shè)計高度為6～8m，容積約為70m³左右，采用鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑而成。

但現(xiàn)有技術(shù)下的平水塔供水的不足之處在于：

1)平水塔只能用于恒定流試驗，不能用于非恒定流試驗，而且恒定流需要變更時，其操作復(fù)雜且耗時較長；

2)平水塔溢水水量較大，溢水會直接排入蓄水池而不參與試驗，所以整體上水的利用效率較低；

3)如果實驗室需要建設(shè)平水塔，則會占用較多的空間和場地，建設(shè)成本也較相對較高。

而為了解決平水塔供水的若干問題，現(xiàn)有技術(shù)后來發(fā)展出了水流水槽的平面式供水循環(huán)方法。在這種方案中，將往復(fù)流雙向泵與流量計組合成流量控制器替代平水塔，通過管道與水槽兩端連接形成水流循環(huán)通道，加水后水體在水槽和管道之間往復(fù)循環(huán)，不再排入水庫，流量控制器控制產(chǎn)生需要的流量。由于所有設(shè)備基本上同處一個平面，故稱之為平面式循環(huán)供水。該平面式供水循環(huán)方法與立體式循環(huán)供水方法相比，平面式循環(huán)供水不僅節(jié)省了大量空間、場地和試驗用水，而且能快速轉(zhuǎn)換生成有效流量范圍內(nèi)的恒定流和非恒定流。

但是，現(xiàn)場試驗人員經(jīng)過長時間的操作和反饋發(fā)現(xiàn)，平面式循環(huán)供水方法也存在有難以克服的缺陷，具體如下：

1)流量過程的平穩(wěn)度不理想，尤其在低水位或流量靠近設(shè)計流量的頂端和末端時；

2)實驗水槽的長度有限，出水端水位過低引起水泵進氣；

3)水流量不能太大，否則也會引起水泵進氣的問題；

4)試驗水深不能太低，同樣會引起水泵進氣；

上述4個問題是由于平面式循環(huán)供水本身的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致，另外，平面式循環(huán)供水還難以實現(xiàn)流量的寬范圍高精度控制。

綜上所述，迄今為止，尚未見到公開的報道、論述和技術(shù)能適用于長、短不同的水槽，并能開展高低水位、大小流速全組合的水流試驗的供水循環(huán)方法，故目前迫切需要解決這個問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明在綜合分析現(xiàn)有立體式和平面式供水循環(huán)技術(shù)適用情況的基礎(chǔ)上，提供了一種應(yīng)用于實驗水槽的供水循環(huán)控制系統(tǒng)及控制方法，該控制系統(tǒng)及控制方法通過重新設(shè)計的結(jié)構(gòu)，使得水槽和管道中的水體穩(wěn)定高效地交換，并對水流流量進行高精度的穩(wěn)定控制，對在水槽內(nèi)開展的水流物理模型研究，從低水位到高水位、從低流速到高流速的任意組合，均能高質(zhì)量實現(xiàn)。