一種基于多臺(tái)水泵變頻調(diào)速的涌潮過程模擬裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于多臺(tái)水泵變頻調(diào)速的涌潮過程模擬裝置。目的是提供的裝置能夠產(chǎn)生高蓄能的涌潮潮頭，并能方便地控制涌潮在傳輸過程中的行進(jìn)速度和高度，進(jìn)而能夠模擬整個(gè)潮汐的漲落潮過程。技術(shù)方案是：一種基于多臺(tái)水泵變頻調(diào)速的涌潮過程模擬裝置，包括上游供水池、上游儲(chǔ)水池、下游供水池、位于下游供水池下邊的下游儲(chǔ)水池以及兩端分別連通上游供水池和下游供水池的實(shí)驗(yàn)水槽；涌潮過程模擬裝置還包括設(shè)置在上游儲(chǔ)水池上部的弧形閥門、分別設(shè)置在上游儲(chǔ)水池和下游儲(chǔ)水池中的若干個(gè)水泵、布置在上游供水池與上游儲(chǔ)水池之間的水流過道中的至少兩層消能板以及布置在下游供水池與下游儲(chǔ)水池之間的水流過道中的至少兩層消能板。
【專利說明】
一種基于多臺(tái)水泵變頻調(diào)速的涌潮過程模擬裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于河口海岸物理模型實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，具體涉及一種基于多臺(tái)水栗變頻調(diào)速的涌潮過程模擬裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]涌潮是水位驟然上升的漲潮波前峰，是一定條件下潮波非線性畸變的結(jié)果。它是一些強(qiáng)潮河口的主要?jiǎng)恿σ蛩?，?duì)河口的河床演變、鹽水上溯、污染物擴(kuò)散等，甚至對(duì)整個(gè)河口環(huán)境有著舉足輕重的影響。在河口海岸學(xué)的研究中，物理模型實(shí)驗(yàn)是研究涌潮現(xiàn)象的重要手段之一。由于涌潮的變化與整個(gè)潮汐的漲落過程密切聯(lián)系，因此，在物理模型試驗(yàn)中，需要涉及一種能夠產(chǎn)生高蓄能的涌潮以及包括涌潮在內(nèi)的整個(gè)潮汐漲落過程的模擬方法與裝置。
[0003]目前，文獻(xiàn)見有采用高位水箱蓄水，通過提升閘門使水流從閘門底部涌出形成涌潮，或者控制軸流栗瞬間出水在水槽中形成涌潮，前者由于水箱內(nèi)水位下降導(dǎo)致涌潮難以持續(xù)的問題，后者由于軸流栗設(shè)計(jì)流量大難以準(zhǔn)確控制出水流量導(dǎo)致涌潮試驗(yàn)的重復(fù)性難以把握。此外，或因無法提供后續(xù)的水量支持，或因涌潮到達(dá)水槽另一端池壁時(shí)涌潮反射問題無法解決，上述兩種方法均不能模擬涌潮過后的后續(xù)漲潮以及落潮的過程。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的是克服上述【背景技術(shù)】的不足，提供一種基于多臺(tái)水栗變頻調(diào)速的涌潮過程模擬裝置，該裝置能夠產(chǎn)生高蓄能的涌潮潮頭，并能方便地控制涌潮在傳輸過程中的行進(jìn)速度和高度，進(jìn)而能夠模擬整個(gè)潮汐的漲落潮過程;具有操作方便，控制精度高，實(shí)驗(yàn)重復(fù)性好的特點(diǎn)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案:
[0006]—種基于多臺(tái)水栗變頻調(diào)速的涌潮過程模擬裝置，包括上游供水池、位于上游供水池外側(cè)的上游儲(chǔ)水池、下游供水池、位于下游供水池下邊的下游儲(chǔ)水池以及兩端分別連通上游供水池和下游供水池的實(shí)驗(yàn)水槽;其特征在于所述涌潮過程模擬裝置還包括設(shè)置在上游儲(chǔ)水池上部的弧形閥門、分別設(shè)置在上游儲(chǔ)水池和下游儲(chǔ)水池中的若干個(gè)水栗、布置在上游供水池與上游儲(chǔ)水池之間的水流過道中的至少兩層消能板以及布置在下游供水池與下游儲(chǔ)水池之間的水流過道中的至少兩層消能板。
[0007]下游供水池連接實(shí)驗(yàn)水槽的前側(cè)底板從左至右由豎直面再通過逐漸抬升的斜面過渡為水平面，下游供水池平面寬度從斜面部位開始收縮，至斜面結(jié)束時(shí)逐漸收縮至實(shí)驗(yàn)水槽的寬度，從而再造了喇叭型的河口口門和逐漸抬高的地形，為形成涌潮創(chuàng)造了條件。
[0008]所述的下游儲(chǔ)水池通過地下回水渠或地下水庫(kù)連通上游儲(chǔ)水池，以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)水源的連續(xù)供應(yīng)和循環(huán)使用。
[0009]所述的消能板上均勻排列有透水用的小孔，小孔密度設(shè)置為小孔總面積占消能板面積的3/6—5/6;為達(dá)到較好的消能效果，所述至少兩層消能板上下間隔一定距離布置且覆蓋水流過道截面。
[0010]所述的供水水栗由變頻調(diào)速器控制，供水水栗的出水分別通過上游供水池和下游供水池預(yù)留的供水水栗出水孔送入相應(yīng)的供水池。
[0011]所述的上游供水池的后壁與實(shí)驗(yàn)水槽的底面等高。
[0012]所述的上游儲(chǔ)水池位于上游供水池的外側(cè)。
[0013]所述的弧形閘門由鋼支架和弧形鋼板構(gòu)成，可繞水平布置的圓心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，圓心軸固定在上游儲(chǔ)水池兩側(cè)的池壁上，弧形閘門由拉桿控制轉(zhuǎn)動(dòng)角度;弧形閘門的外緣與上游供水池的后壁相切。
[0014]所述的閘門啟閉控制裝置由交流伺服電機(jī)及其控制器組成，安裝在上游儲(chǔ)水池邊壁的頂部，通過連接在弧形鋼板兩側(cè)的拉桿，控制弧形閘門的開啟和關(guān)閉。
[0015]所述的拉桿是連接在弧形閘門和閘門啟閉控制裝置之間的金屬桿，在弧形閘門兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置。
[0016]所述的實(shí)驗(yàn)水槽采用密封玻璃和鋼框架構(gòu)成。
[0017]所述的水槽基礎(chǔ)為混凝土結(jié)構(gòu)，水槽基礎(chǔ)與上下游儲(chǔ)水池的混凝土結(jié)構(gòu)相連。
[0018]本實(shí)用新型的原理是:利用變頻調(diào)速的供水水栗向上下游供水池中供水，調(diào)節(jié)弧形閘門高度使水槽內(nèi)達(dá)到預(yù)定的潮前水深;生潮開始時(shí)，下游儲(chǔ)水池內(nèi)的供水水栗瞬間啟動(dòng)達(dá)到預(yù)定的較大出水流量，在下游供水池內(nèi)形成涌潮進(jìn)入水槽，而后逐步調(diào)節(jié)供水水栗的出水流量滿足后續(xù)的漲潮過程的需水水量；當(dāng)涌潮到達(dá)上游供水池時(shí)，弧形閘門關(guān)閉，涌潮水流將越過上游供水池的后壁進(jìn)入上游儲(chǔ)水池，而后逐步抬升弧形閘門的開啟高度，配合下游的漲潮來水，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)水槽內(nèi)的涌潮及后續(xù)的漲潮過程的模擬；當(dāng)實(shí)驗(yàn)水槽內(nèi)的水位達(dá)到最高潮位，潮汐過程將由漲潮轉(zhuǎn)為落潮，此時(shí)，上游儲(chǔ)水池內(nèi)的供水水栗將逐步加大出水流量，相反，下游儲(chǔ)水池內(nèi)的供水水栗將逐步減少出水流量，并通過弧形閘門開啟高度的配合，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)水槽內(nèi)的落潮過程的模擬。上述的供水水栗的供水、弧形閘門啟閉及開啟高度均由計(jì)算機(jī)軟件發(fā)出指令來控制。
[0019]本實(shí)用新型的有益效果是:較好地再造了生成涌潮的條件，喇叭口狀的河口口門和逐漸抬高的地形在本實(shí)用新型中通過收縮的下游供水池平面寬度和逐步抬升的底板斜面來體現(xiàn);本實(shí)用新型能靈活控制生成涌潮的強(qiáng)弱和特性，并通過上下游供水水栗的供水調(diào)度配合弧形閘門開啟高度，能夠?qū)崿F(xiàn)各種條件下包括涌潮在內(nèi)的整個(gè)潮汐漲落過程的模擬;該方法控制部分通過計(jì)算機(jī)軟件給出指令來實(shí)現(xiàn)，操作簡(jiǎn)便，控制精度高，容易調(diào)度，且生潮裝置構(gòu)筑簡(jiǎn)單，低耗環(huán)?？芍貜?fù)試驗(yàn)。
【附圖說明】
[0020]圖1本實(shí)用新型的主視結(jié)構(gòu)不意圖。
[0021]圖2本實(shí)用新型的俯視結(jié)構(gòu)不意圖。
[0022]圖中I下游供水池、2下游儲(chǔ)水池、3消能板、4供水水栗、5實(shí)驗(yàn)水槽、6水槽基礎(chǔ)、7上游供水池、7-1上游供水池底板、7-2上游供水池后壁、8上游儲(chǔ)水池、9弧形閘門、10下游供水池前側(cè)底板、11下游供水池后側(cè)底板、12閘門啟閉控制裝置、13拉桿。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本實(shí)用新型利用多臺(tái)水栗變頻調(diào)速的方法進(jìn)行供水，采用調(diào)節(jié)弧形閘門的啟閉解決涌潮碰到池壁時(shí)的反射問題，通過上下游儲(chǔ)水池內(nèi)的供水水栗供水調(diào)節(jié)結(jié)合弧形閘門相對(duì)提升高度，進(jìn)行漲落潮過程的模擬。上述的閘門啟閉與開啟高度、水栗的供水控制等由計(jì)算機(jī)軟件設(shè)定相關(guān)參數(shù)并給出指令來實(shí)現(xiàn)，操作方便，控制精度高，實(shí)驗(yàn)重復(fù)性好，能較好地模擬接近自然條件下的涌潮以及后續(xù)的漲落潮過程。
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但它們并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的限制。
[0025]本實(shí)用新型所述的下游供水池I由混凝土構(gòu)筑，下游供水池的前側(cè)底板10從左至右由豎直面再通過逐漸抬升的斜面過渡為水平面，該水平面與實(shí)驗(yàn)水槽5的槽底平齊;下游供水池平面寬度從斜面部位開始收縮，至斜面結(jié)束時(shí)逐漸收縮至實(shí)驗(yàn)水槽的寬度；下游供水池后側(cè)底板11上預(yù)留有若干個(gè)供水水栗的出水孔。
[0026]所述的下游儲(chǔ)水池2由混凝土構(gòu)筑，主體位于下游供水池的下邊;下游儲(chǔ)水池試驗(yàn)時(shí)需保持一定的水位，以滿足安裝在下游儲(chǔ)水池內(nèi)的供水水栗4正常工作;下游儲(chǔ)水池通過地下水庫(kù)或地下回水渠(圖中省略)連通上游儲(chǔ)水池8。
[0027]所述的上游供水池7與上游儲(chǔ)水池8之間至少布置兩層上下間隔一定距離(推薦30-50cm)的消能板3，下游供水池I與下游儲(chǔ)水池2之間至少布置兩層上下間隔一定距離(推薦30-50cm)的消能板3;所述的消能板由PVC材料或其它擋水材料制作，板上均勻排列有透水用的多個(gè)小孔，孔密度設(shè)置以小孔總面積占消能板面積的3/6—5/6(優(yōu)選2/3)為宜，小孔孔徑的大小可根據(jù)需要確定(優(yōu)選為1mm);消能板分別安裝在下游供水池與下游儲(chǔ)水池的水流過道中，以及上游供水池與上游儲(chǔ)水池之間的水流過道中；每層需多塊消能板平行鋪設(shè)，完全覆蓋下游供水池后側(cè)底板11和上游供水池底板7_1(即覆蓋水流過道的截面)。
[0028]所述的若干個(gè)供水水栗4為潛水栗，分別安裝在下游儲(chǔ)水池2和上游儲(chǔ)水池8內(nèi)，由變頻調(diào)速器控制;供水水栗的出水通過下游供水池后側(cè)底板11和上游供水池底板7-1預(yù)留的供水水栗出水孔分別送入下游供水池I和上游供水池7內(nèi)；供水水栗的規(guī)格根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要選擇，試驗(yàn)時(shí)多臺(tái)供水水栗配合供水。
[0029]所述的實(shí)驗(yàn)水槽5采用密封玻璃和鋼框架構(gòu)成，與下游供水池I和上游供水池7無縫對(duì)接;實(shí)驗(yàn)水槽的具體尺寸根據(jù)實(shí)驗(yàn)室條件和實(shí)驗(yàn)規(guī)模等來確定。
[0030]所述的水槽基礎(chǔ)6是混凝土結(jié)構(gòu)，位于實(shí)驗(yàn)水槽5的下部;水槽基礎(chǔ)與下游儲(chǔ)水池2和上游儲(chǔ)水池8的混凝土結(jié)構(gòu)相連。
[0031]所述的上游供水池7采用混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)筑并與實(shí)驗(yàn)水槽5連接，上游供水池后壁7-2與實(shí)驗(yàn)水槽的底面等高；上游供水池7-1的底板預(yù)留有供水水栗出水孔，出水孔的大小和數(shù)量根據(jù)實(shí)驗(yàn)規(guī)模和水栗規(guī)格等來確定。
[0032]所述的上游儲(chǔ)水池8位于上游供水池7的外側(cè);上游儲(chǔ)水池試驗(yàn)時(shí)需保持一定的水位，以滿足安裝在上游儲(chǔ)水池內(nèi)的供水水栗4正常工作;上游儲(chǔ)水池通過地下水庫(kù)或地下回水渠連通下游儲(chǔ)水池2。
[0033]所述的弧形閘門9安裝在上游儲(chǔ)水池8的上部；弧形閘門由鋼支架和弧形鋼板構(gòu)成，鋼支架能夠圍繞弧形鋼板的圓心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，水平布置的圓心軸固定在上游儲(chǔ)水池兩側(cè)的池壁上；弧形閘門由連接在弧形鋼板兩側(cè)的拉桿13轉(zhuǎn)動(dòng)；弧形鋼板的外緣與上游供水池后壁7-2相切，兩個(gè)端部分別與兩側(cè)的池壁貼合，以盡可能減少接觸部位的水流泄漏。
[0034]所述的閘門啟閉控制裝置12由交流伺服電機(jī)及其控制器組成(可外購(gòu))，通過拉桿13與弧形閘門9 一側(cè)的邊緣連接，可用于調(diào)節(jié)弧形閘門的開啟幅度和關(guān)閉。
[0035]所述的拉桿13為兩端分別可活動(dòng)連接(如鉸接)弧形閘門9和閘門啟閉控制裝置12之間的金屬桿，在弧形閘門兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置。
[0036]本實(shí)用新型的使用過程是:
[0037]該涌潮過程模擬裝置由計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制與數(shù)據(jù)信息的采集，即計(jì)算機(jī)軟件通過程序控制變頻調(diào)速器、閘門啟閉控制裝置等，實(shí)時(shí)采集整個(gè)試驗(yàn)過程的水位、流速等信息。為了提高水邊界的控制精度，計(jì)算機(jī)軟件引入了自動(dòng)跟蹤控制技術(shù)，根據(jù)邊界水力要素的實(shí)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)預(yù)定值的誤差，實(shí)時(shí)調(diào)整變頻調(diào)速器的輸出頻率，進(jìn)而控制供水水栗的出水流量，實(shí)現(xiàn)了水槽邊界的水力要素變化過程與實(shí)驗(yàn)預(yù)定值相一致。
[0038]1、檢查變頻調(diào)速器、供水水栗、弧形閘門、閘門啟閉控制裝置、消能板等裝置是否完好，檢查儲(chǔ)水池內(nèi)水深是否滿足水栗工作的要求，各設(shè)備完好準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)。
[0039]2、做好實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備，在計(jì)算機(jī)軟件中輸入給定的水邊界水力要素、弧形閘門啟閉等控制參數(shù);啟動(dòng)上下游儲(chǔ)水池內(nèi)的供水栗，抬升弧形閘門，使實(shí)驗(yàn)水槽內(nèi)達(dá)到預(yù)定的潮前水深。
[0040]3、啟動(dòng)計(jì)算機(jī)軟件中的生潮模式，生潮開始時(shí)，下游儲(chǔ)水池內(nèi)的供水水栗在計(jì)算機(jī)軟件的指令下瞬間啟動(dòng)達(dá)到預(yù)定的較大出水流量，在下游供水池內(nèi)形成涌潮進(jìn)入實(shí)驗(yàn)水槽，而后按計(jì)算機(jī)軟件的指令，逐步調(diào)節(jié)供水水栗的出水流量滿足后續(xù)的漲潮過程的需水水量。
[0041 ] 4、當(dāng)涌潮到達(dá)上游供水池時(shí)，弧形閘門關(guān)閉，涌潮水流越過上游供水池的后壁進(jìn)入上游儲(chǔ)水池，而后逐步抬升弧形閘門的開啟高度，配合下游的漲潮來水，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)水槽內(nèi)的涌潮及后續(xù)的漲潮過程的模擬；
[0042]5、當(dāng)實(shí)驗(yàn)水槽內(nèi)的水位上升到最高潮位時(shí)，潮汐過程將由漲潮轉(zhuǎn)為落潮，此時(shí)，上游儲(chǔ)水池內(nèi)的供水水栗在計(jì)算機(jī)軟件的指令下逐步加大出水流量;相反，下游儲(chǔ)水池內(nèi)的供水水栗逐步減少出水流量，并通過弧形閘門開啟高度的配合，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)水槽內(nèi)的落潮過程的模擬。
[0043]6、當(dāng)實(shí)驗(yàn)水槽內(nèi)的水位下降到最低潮位時(shí)，在計(jì)算機(jī)軟件的指令下自動(dòng)重復(fù)上述的涌潮形成、后續(xù)的漲潮過程、落潮過程等模擬。
[0044]需要說明的是:對(duì)于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不改變本實(shí)用新型原理的前提下還可以對(duì)本實(shí)用新型做出若干改變或變形，這同樣屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于多臺(tái)水栗變頻調(diào)速的涌潮過程模擬裝置，包括上游供水池(7)、位于上游供水池外側(cè)的上游儲(chǔ)水池(8)、下游供水池(I)、位于下游供水池下邊的下游儲(chǔ)水池(2)以及兩端分別連通上游供水池和下游供水池的實(shí)驗(yàn)水槽(5);其特征在于所述涌潮過程模擬裝置還包括設(shè)置在上游儲(chǔ)水池上部的弧形閥門(9)、分別設(shè)置在上游儲(chǔ)水池和下游儲(chǔ)水池中的若干個(gè)水栗(4)、布置在上游供水池與上游儲(chǔ)水池之間的水流過道中的至少兩層消能板(3)以及布置在下游供水池與下游儲(chǔ)水池之間的水流過道中的至少兩層消能板;下游供水池連接實(shí)驗(yàn)水槽的前側(cè)底板(10)從左至右由豎直面再通過逐漸抬升的斜面過渡為水平面，其平面寬度從斜面部位開始收縮，至斜面結(jié)束時(shí)逐漸收縮至實(shí)驗(yàn)水槽的寬度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多臺(tái)水栗變頻調(diào)速的涌潮過程模擬裝置，其特征在于:所述的下游儲(chǔ)水池通過地下回水渠或地下水庫(kù)連通上游儲(chǔ)水池，以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)水源的連續(xù)供應(yīng)和循環(huán)使用。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多臺(tái)水栗變頻調(diào)速的涌潮過程模擬裝置，其特征在于:所述的消能板上均勻排列有透水用的小孔，小孔密度設(shè)置為小孔總面積占消能板面積的3/6—5/6;所述至少兩層消能板上下間隔一定距離布置且覆蓋水流過道截面。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于多臺(tái)水栗變頻調(diào)速的涌潮過程模擬裝置，其特征在于:所述的供水水栗由變頻調(diào)速器控制，供水水栗的出水分別通過上游供水池和下游供水池預(yù)留的供水水栗出水孔送入相應(yīng)的供水池。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于多臺(tái)水栗變頻調(diào)速的涌潮過程模擬裝置，其特征在于:所述的上游供水池的后壁(7-2)與實(shí)驗(yàn)水槽的底面等高。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于多臺(tái)水栗變頻調(diào)速的涌潮過程模擬裝置，其特征在于:所述的弧形閘門由鋼支架和弧形鋼板構(gòu)成，可繞水平布置的圓心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，圓心軸固定在上游儲(chǔ)水池兩側(cè)的池壁上，弧形閘門由拉桿(13)控制轉(zhuǎn)動(dòng)角度;弧形閘門的外緣與上游供水池的后壁相切。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于多臺(tái)水栗變頻調(diào)速的涌潮過程模擬裝置，其特征在于:所述的拉桿是連接弧形閘門與閘門啟閉控制裝置(12)的金屬桿，在弧形閘門兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于多臺(tái)水栗變頻調(diào)速的涌潮過程模擬裝置，其特征在于:所述的閘門啟閉控制裝置由交流伺服電機(jī)及其控制器組成，安裝在上游儲(chǔ)水池邊壁的頂部。
【文檔編號(hào)】E02B1/02GK205636629SQ201620354345
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年4月22日
【發(fā)明人】曾劍, 潘存鴻, 謝東風(fēng), 吳輝, 潘冬子, 趙坤
【申請(qǐng)人】浙江省水利河口研究院