專利名稱：一種明渠彎道水槽試驗裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于水利試驗技術領域，特別涉及明渠彎道水槽的試驗裝置及其制作方法。
背景技術：
天然沖積河流普遍存在彎曲特征。彎曲河段的水流特性及輸沙規(guī)律與順直河段相比差異很大，必須進行專門的研究，其研究方法主要有野外觀測和室內試驗。由于野外觀測難度大、周期長、影響因素復雜，很難進行系統(tǒng)的研究。室內試驗一般采用由上游入口直段 1、中游彎道段2、下游出口直段3構成的明渠彎道水槽試驗裝置，圖1為一典型明渠彎道水槽的平面示意圖，該裝置可以在一定的簡化條件下進行系統(tǒng)深入地研究，為揭示彎道水流的運動規(guī)律提供基礎數(shù)據(jù)。坡度變化是明渠水流最基本的參數(shù)之一?，F(xiàn)有的明渠彎道水槽一般由具有固定坡度的三段混凝土底板01、02、03和三段玻璃邊壁11、12、13連接構成一個整體水槽，當坡度為零時，其沿縱向展開剖面示意結構如圖2 (a)所示，其中混凝土底板01、02、03對整個水槽起支撐和承重作用，底板01、02、03的頂部面板21、22、23則構成明渠彎道水槽的床面。在建設該形式的明渠彎道水槽時，首先安裝好兩側玻璃邊壁11、12、13，然后在玻璃邊壁11、 12,13之間填筑混凝土底板01、02、03至預定高度，形成具有預定坡度的底板頂部面板21、 22、23。當需要對床面坡度進行調整時，則需要額外填筑混凝土 31、32、33，重新形成新的固定坡降的底板頂部面板21、22、23，如圖2(b)。因此，在傳統(tǒng)的明渠彎道水槽內進行每一種坡度的試驗都需要花費很大的人力物力，且反復調整坡度對邊壁玻璃的損傷也很大。此外， 固定的混凝土底板也使得無法利用粒子圖像測速技術PIV等測量儀器從水槽下部投射片光源或拍照，以測量明渠彎道水流的流動特性。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為克服已有技術的不足之處，提出一種明渠彎道水槽試驗裝置， 具有精度高、應用范圍廣、適應性強、可連續(xù)調坡，節(jié)省大量的人力物力的特點，具有重要的生產實用價值及推廣應用前景。本發(fā)明提出的一種明渠彎道水槽試驗裝置，其特征在于，該裝置包括升降系統(tǒng)、主梁、支撐框架，以及由玻璃底板和玻璃側壁構成的明渠彎道水槽，其中，明渠彎道水槽安裝在支撐框架上，支撐框架焊接在主梁上面，升降系統(tǒng)支撐在主梁的底面，用于對水槽坡度的連續(xù)調節(jié)。所述主梁可采用框架結構，由上游入口直段梁、中游彎道段梁及下游出口直段梁三段相互銜接構成，各段梁分別由相連在各段梁的下表面的升降系統(tǒng)支撐并調節(jié)坡度。所述升降系統(tǒng)可由連接在上游入口直段梁下面的多根升降螺桿，連接在中游彎道段梁下面的多根固定支撐柱，連接在下游出口直段梁下面的多根升降螺桿，連接在上游入口直段梁和中游彎道段梁連接處下面的一個固定鉸支，以及與升降螺桿下端相連的多個底座構成。所述每根固定支撐柱可由一根矩形鋼柱構成，每兩根鋼柱焊接在主梁同一橫斷面下表面形成一對固定支撐柱；所述升降螺桿由螺紋螺桿構成，每兩根螺桿下端與同一個底座相連，兩根螺桿在水槽的同一橫斷面上。所述底座可由橫梁和立柱焊接而成，所述底座的橫梁前后兩側對稱安裝有圓柱形套筒，套筒內壁設有螺紋，用于連接升降螺桿，套筒外周焊接有從動齒輪；兩從動齒輪之間安裝有驅動齒輪，與兩個從動齒輪相咬合，用于帶動從動齒輪旋轉，從而帶動一對升降螺桿上下升降；升降螺桿下端與套筒內螺紋配合連接，升降螺桿上端面焊接在主梁的下表面。所述支撐框架可采用框架結構，由上游入口直段支撐框架、中游彎道段支撐框架和下游出口直段支撐框架三段相互連接組成一體，該各段支撐框架由設置在底部的多根框架橫梁，設置在框架橫梁上方的多塊板條，連接在框架橫梁和板條之間的多根微調螺桿，以及連接在框架橫梁兩端的多根框架立梁構成；框架橫梁兩端焊接在主梁上，框架橫梁中間分布有多個螺孔，微調螺桿從下往上穿過框架橫梁上的螺孔，微調節(jié)螺桿頂端固定在板條的下表面，用于調節(jié)頂部板條的高度，板條用于安裝明渠彎道水槽的玻璃底板，框架立梁下端焊接在主梁上，用于安裝并支撐明渠彎道水槽的玻璃側壁。所述明渠彎道水槽可包括由多塊玻璃底板和玻璃側壁構成的上游入口直段水槽、 中游彎道段水槽及下游出口直道段水槽；三段水槽的玻璃底板分別平放在支撐框架上，并相互連通組成明渠彎道水槽的底板；三段水槽的玻璃側壁緊靠玻璃底板由支撐框架支撐。所述中游彎道段水槽底板可由多塊扇形玻璃和連接相鄰兩扇形玻璃的夾具組成， 所有扇形玻璃用夾具拼接成彎道底板玻璃；每塊扇面形玻璃的兩個徑向邊有一銑臺，安裝在相鄰兩塊玻璃之間的金屬夾具由上凸塊、下平塊及連接上凸塊、下平塊的螺釘組成。本發(fā)明的技術效果1.精度高彎道水槽的整體誤差小于0. 2mm ；2.應用范圍廣可進行各種水流、泥沙的試驗；3.適應性強全玻璃槽身，為PIV等先進測量方法提供了基礎設備；4.實現(xiàn)了彎道水槽全長的連續(xù)調坡，可節(jié)省大量的人力物力；5.本裝置可用于恒定流和非恒定流的試驗，具有重要的生產實用價值及推廣應用前景。


圖1為典型明渠彎道水槽的平面示意圖。圖2為已有的明渠彎道水槽底坡(沿縱向展開)變化方式示意圖；其中，圖2(a)為坡度為零時，其沿縱向展開剖面結構示意圖，圖2(b)為坡度不為零時，其沿縱向展開剖面結構示意圖。圖3為本發(fā)明的明渠彎道水槽試驗裝置沿縱向展開示意圖。圖4為本發(fā)明的升降系統(tǒng)底座結構示意圖，其中，圖4(a)為從上游往下游觀察時的側視圖，圖4(b)為俯視圖。圖5為本發(fā)明的支撐框架結構示意圖。圖6為本發(fā)明的扇面形玻璃形狀示意圖，其中，圖6(a)為銑臺后的扇形玻璃821
4平面圖，圖6(b)為銑臺后的扇形玻璃的側視圖；。圖7為本發(fā)明的彎道段底板玻璃夾具安裝結構圖。圖8本發(fā)明的彎道水槽自動調坡示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖及實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本發(fā)明的明渠彎道水槽試驗裝置總體結構包括升降系統(tǒng)、主梁、支撐框架，以及由玻璃底板和玻璃側壁構成的明渠彎道水槽，其中，明渠彎道水槽安裝在支撐框架上，支撐框架焊接在主梁上面，升降系統(tǒng)支撐在主梁的底面，用于對水槽坡度的連續(xù)調節(jié)。上述裝置各部分的具體實施方式
及功能結合各附圖分別說明如下本實施例的主梁采用規(guī)格為80X120X5mm的矩形鋼焊接成框架結構，如圖3所示，由上游入口直段梁51、中游彎道段梁52及下游出口直段梁53三段相互銜接構成，各段梁分別由相連在各段梁的下表面的升降系統(tǒng)支撐并調節(jié)坡度。本實施例的升降系統(tǒng)由連接在上游入口直段梁51下面的多根升降螺桿41，連接在中游彎道段梁52下面的多根固定支撐柱42，連接在下游出口直段梁53下面的多根升降螺桿43，連接在上游入口直段梁51和中游彎道段梁52連接處下面的一個固定鉸支44，以及與升降螺桿41、43下端相連的多個底座45構成，如圖3所示。每根固定支撐柱42由一根規(guī)格為80X60X1. 4mm的矩形鋼柱構成，每兩根鋼柱焊接在主梁同一橫斷面下表面形成一對固定支撐柱。升降螺桿41和43均由M36型螺桿構成，每兩根螺桿為一對，下端與同一個底座相連，兩根螺桿在水槽的同一橫斷面上；底座45由規(guī)格為120X53X5. 5mm的槽鋼制成的橫梁和立柱焊接而成，其結構如圖4所示，其中，圖4(a)為從上游往下游觀察時的側視圖，圖4(b)為俯視圖，底座的橫梁前后兩側對稱安裝有圓柱形套筒46，套筒內壁設有螺紋， 用于連接升降螺桿41、43，套筒外周焊接有從動齒輪47 ；兩從動齒輪之間(橫梁中心)安裝有驅動齒輪48，與兩個從動齒輪相咬合，用于帶動從動齒輪旋轉，從而帶動一對升降螺桿上下升降。升降螺桿41、43下端與套筒46內螺紋配合連接，上端面焊接在主梁的下表面。本實施例的支撐框架采用多個規(guī)格為50X50X6mm的角鋼梁、規(guī)格為 350X25X5mm的鋁板條和MlO型螺桿連接成框架結構，由上游入口直段支撐框架61、中游彎道段支撐框架62和下游出口直段支撐框架63三段相互連接組成一體，各段框架結構相同。圖5為支撐框架的徑向示意圖，各段支撐框架由設置在底部的多根框架橫梁611，設置在框架橫梁上方的多塊鋁板條613，連接在框架橫梁611和板條613之間的多根微調螺桿 612，以及連接在橫梁611兩端的多根框架立梁614構成。其中，框架橫梁611兩端焊接在主梁上，框架橫梁611中間分布有多個(本實施例為三個)螺孔，微調螺桿612從下往上穿過框架橫梁611上的螺孔，微調節(jié)螺桿612頂端固定在鋁板條613的下表面，用于調節(jié)頂部板條的高程，板條用于安裝明渠彎道水槽的玻璃底板，通過精細調節(jié)該微調螺桿的高度，可以使得明渠彎道水槽玻璃底板的安裝誤差小于士0. 2mm?？蚣芰⒘?14下端焊接在主梁上， 用于安裝并支撐明渠彎道水槽的玻璃側壁。本實施例的明渠彎道水槽包括由多塊玻璃底板81和玻璃側壁91構成的上游入口直段水槽、由多塊玻璃底板82和玻璃側壁92構成的中游彎道段水槽及由多塊玻璃底板83 和玻璃側壁93構成的下游出口直道段水槽，如圖3所示。本實施例的水槽的尺寸參數(shù)可與常規(guī)的水槽相同，三段水槽的玻璃底板分別平放在支撐框架的板條613上，并相互連通組成明渠彎道水槽的底板；三段水槽的玻璃側壁緊靠玻璃底板兩側豎直安裝，并由支撐框架兩側的框架立梁614支撐。為了保證水槽中游彎道段底板玻璃82在調節(jié)各種坡度時能夠平順過渡，本實施例的中游彎道段水槽底板結構如圖6、7所示。由多塊扇形玻璃821和連接相鄰兩扇形玻璃的夾具組成。所有扇形玻璃用夾具拼接成彎道底板玻璃82。例如一種具體實施方式
是若設計的彎道弧度為180度，則彎道底板玻璃82可由12塊相等的弧度中心夾角為14. 7°、寬度與水槽寬度相同的扇形玻璃821組成；每塊扇面形玻璃821的兩個徑向邊有一銑臺822，圖 6(a)為銑臺后的扇形玻璃821平面圖，圖6(b)為銑臺后的扇形玻璃的側視圖；為了將12塊扇形玻璃821連為一體，安裝在相鄰兩塊玻璃之間的金屬夾具由上凸塊823、下平塊擬4及連接上凸塊823、下平塊824的螺釘825組成，圖7為用金屬夾具安裝兩相鄰扇形玻璃的結構圖，其中，金屬夾具823位于銑臺822的上表面，金屬夾具上凸塊823上表面與扇形玻璃 821上表面齊平(左右兩側與扇形玻璃之間預留約Imm的空間，以防止相互擠壓)，金屬夾具下平塊擬4位于銑臺822的下表面，上下兩塊金屬夾具由螺釘825固定；最后，將金屬夾具下平塊擬4逐個沿彎道徑向固定在支撐框架的板條上，即可構成連續(xù)平滑的玻璃底板。上述實施例的明渠彎道水槽可以實現(xiàn)全長統(tǒng)一連續(xù)調坡，其具體實現(xiàn)方式如圖8 所示按照試驗要求的坡度旋轉驅動齒輪48使得升降螺桿41和43分別上升和下降，從而帶動上游入口直段水槽91以固定鉸為支點抬升，下游出口直段水槽93則以固定鉸為起點引出延長線按比例下降。在中游彎道段水槽92，由微調螺桿612調節(jié)支撐框架的板條613 的高度，使彎道段玻璃底板82中心線的坡度與上游直段底板玻璃81和下游直段底板玻璃 83的坡度一致，全水槽的底板平順連接，與此同時，依靠金屬夾具823和824的強制作用力使每塊扇形底板玻璃821扭曲，使之在任何位置上沿徑向都是水平的。
權利要求
1.一種明渠彎道水槽試驗裝置，其特征在于，該裝置包括升降系統(tǒng)、主梁、支撐框架，以及由玻璃底板和玻璃側壁構成的明渠彎道水槽，其中，明渠彎道水槽安裝在支撐框架上，支撐框架焊接在主梁上面，升降系統(tǒng)支撐在主梁的底面，用于對水槽坡度的連續(xù)調節(jié)。
2.如權利要求1所述裝置，其特征在于，所述主梁采用框架結構，由上游入口直段梁、 中游彎道段梁及下游出口直段梁三段相互銜接構成，各段梁分別由相連在各段梁的下表面的升降系統(tǒng)支撐并調節(jié)坡度。
3.如權利要求2所述裝置，其特征在于，所述升降系統(tǒng)由連接在上游入口直段梁下面的多根升降螺桿，連接在中游彎道段梁下面的多根固定支撐柱，連接在下游出口直段梁下面的多根升降螺桿，連接在上游入口直段梁和中游彎道段梁連接處下面的一個固定鉸支， 以及與升降螺桿下端相連的多個底座構成。
4.如權利要求3所述裝置，其特征在于，所述每根固定支撐柱由一根矩形鋼柱構成，每兩根鋼柱焊接在主梁同一橫斷面下表面形成一對固定支撐柱；所述升降螺桿由螺紋螺桿構成，每兩根螺桿下端與同一個底座相連，兩根螺桿在水槽的同一橫斷面上。
5.如權利要求3所述裝置，其特征在于，所述底座由橫梁和立柱焊接而成，所述底座的橫梁前后兩側對稱安裝有圓柱形套筒，套筒內壁設有螺紋，用于連接升降螺桿，套筒外周焊接有從動齒輪；兩從動齒輪之間安裝有驅動齒輪，與兩個從動齒輪相咬合，用于帶動從動齒輪旋轉，從而帶動一對升降螺桿上下升降；升降螺桿下端與套筒內螺紋配合連接，升降螺桿上端面焊接在主梁的下表面。
6.如權利要求1所述裝置，其特征在于，所述支撐框架采用框架結構，由上游入口直段支撐框架、中游彎道段支撐框架和下游出口直段支撐框架三段相互連接組成一體，該各段支撐框架由設置在底部的多根框架橫梁，設置在框架橫梁上方的多塊板條，連接在框架橫梁和板條之間的多根微調螺桿，以及連接在框架橫梁兩端的多根框架立梁構成；框架橫梁兩端焊接在主梁上，框架橫梁中間分布有多個螺孔，微調螺桿從下往上穿過框架橫梁上的螺孔，微調節(jié)螺桿頂端固定在板條的下表面，用于調節(jié)頂部板條的高度，板條用于安裝明渠彎道水槽的玻璃底板，框架立梁下端焊接在主梁上，用于安裝并支撐明渠彎道水槽的玻璃側壁。
7.如權利要求1所述裝置，其特征在于，所述明渠彎道水槽包括由多塊玻璃底板和玻璃側壁構成的上游入口直段水槽、中游彎道段水槽及下游出口直道段水槽；三段水槽的玻璃底板分別平放在支撐框架上，并相互連通組成明渠彎道水槽的底板；三段水槽的玻璃側壁緊靠玻璃底板由支撐框架支撐。
8.如權利要求7所述裝置，其特征在于，所述中游彎道段水槽底板由多塊扇形玻璃和連接相鄰兩扇形玻璃的夾具組成，所有扇形玻璃用夾具拼接成彎道底板玻璃；每塊扇面形玻璃的兩個徑向邊有一銑臺，安裝在相鄰兩塊玻璃之間的金屬夾具由上凸塊、下平塊及連接上凸塊、下平塊的螺釘組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種明渠彎道水槽試驗裝置，屬于水利試驗技術領域，該裝置包括升降系統(tǒng)、主梁、支撐框架，以及由玻璃底板和玻璃側壁構成的明渠彎道水槽，其中，明渠彎道水槽安裝在支撐框架上，支撐框架焊接在主梁上面，升降系統(tǒng)支撐在主梁的底面，用于對水槽坡度的連續(xù)調節(jié)。本發(fā)明具有精度高、應用范圍廣、適應性強、可連續(xù)調坡，節(jié)省大量的人力物力的特點，具有重要的生產實用價值及推廣應用前景。
文檔編號E02B1/02GK102433854SQ20111030717
公開日2012年5月2日 申請日期2011年10月12日 優(yōu)先權日2011年10月12日
發(fā)明者李丹勛, 王興奎, 胡江, 鐘強, 陳啟剛 申請人:清華大學