往复流输沙自适应动床试验水槽

摘要

本发明公开了往复流输沙自适应动床试验水槽，涉及水利模型试验技术领域，包括循环槽体和双向泵，循环槽体包括不少于两个的直线段，相邻直线段之间通过弯道段相连接，弯道段上设有双向泵，弯道段设有多个平行设置的整流隔板，双向泵前后端均设有喇叭形的收缩管。本发明的目的在于提供一种稳定、泥沙运输平稳且不易沾留的往复流输沙自适应动床试验水槽。

权利要求

1.往复流输沙自适应动床试验水槽，包括循环槽体（1）和双向泵（2），所述循环槽体（1）包括不少于两个的直线段（11），相邻所述直线段（11）之间通过弯道段（12）相连接，所述弯道段（12）上设有双向泵（2）；

其特征在于，所述弯道段（12）设有多个平行设置的整流隔板（13），所述双向泵（2）前后端均设有喇叭形的收缩管（21）；

往复流输沙自适应动床试验水槽还包括推扫组件（3），所述直线段（11）上部设有滑轨（14），所述推扫组件（3）与滑轨（14）配合设置；

所述推扫组件（3）包括驱动机构和推扫基体（31），所述驱动机构与滑轨（14）配合设置，所述驱动机构贯穿设有升降杆（32），所述升降杆（32）底端连接有推扫基体（31）；

所述推扫基体（31）与直线段（11）侧壁相对两侧设有辅助轮（33），所述推扫基体（31）沿直线段（11）行进方向一侧设有滚动组件（4），所述推扫基体（31）上设有多个清扫组件（5）；

所述滚动组件（4）包括铰接杆（41），所述铰接杆（41）一端连接于推扫基体（31）沿直线段（11）行进方向一侧，所述铰接杆（41）另一端设有柱状的滚动基体（42），所述滚动基体（42）与铰接杆（41）通过架体（43）铰接连接；

所述滚动基体（42）周向环绕设有多个插槽（421），所述滚动基体（42）周向布设与插槽（421）一一对应设置的插条（422），所述插条（422）中部折弯设置；

所述收缩管（21）具有收缩端（23）和放大端（22），所述收缩管（21）的收缩端（23）与双向泵（2）相连；

所述收缩管（21）放大端（22）侧衔接有过渡段（24），所述过渡段（24）另一侧与弯道段（12）贴合连接；

所述清扫组件（5）包括安装基台（51），所述安装基台（51）设于推扫基体（31）底侧，所述推扫组件（3）顶侧设有与所述安装基台（51）一一对应设置的第一电机（52），所述第一电机（52）输出端延伸设有转轴（53），所述转轴（53）端部连接有转动基体（54）；

所述转动基体（54）周向环绕设置有不少于一个的环体（55），所述环体（55）环绕延伸设有多个清洁条（56）。

2.根据权利要求1所述往复流输沙自适应动床试验水槽，其特征在于，所述插槽（421）外侧壁延伸设有柔性片（423），所述柔性片（423）中部折弯设置，柔性片（423）与插条（422）折弯方向相同。

说明书

往复流输沙自适应动床试验水槽

技术领域

[0001] 本发明属于水利模型试验技术领域，具体涉及往复流输沙自适应动床试验水槽。

背景技术

[0002] 现有“自动平衡循环输沙动床模型试验水槽”采用水、沙分离循环方式，水沙分离较为复杂，且只能实现在单向流状态下能自动平衡输沙，没有往复流下的自动平衡输沙。

[0003] 现有技术如名为《一种推移质非恒定输沙率测量的试验水槽设计及实验方法》的发明专利，此发明专利的公开号为CN115510769A。此发明的设计方法通过建立对试验用水槽、集沙坑及输沙率测量机构的定量优化完成，通过对三者的定量优化形成对推移质非恒定输沙测量的协同服务。此发明的一种推移质非恒定输沙率测量的试验水槽设计及实验方法，通过维度与梯度上纵横式的综合考量，精准非恒定输沙率的测量，为后续研究提供了较为准确的试验数据。但此发明无法实现泥沙推进和平衡输沙。

[0004] 现有技术如名为《一种不干扰床面状态的现场泥沙运动试验装置》的发明专利，此发明公开号为LU502650。此发明公开了一种不扰动床面状态的野外泥沙运动试验装置，包括工作箱，其底端设置有稳定组件；所述工作箱顶部中部固定连接有支撑杆；所述支撑杆上从上至下依次设置有支撑罩、第一应力机构和测试机构；所述支撑罩与所述第一应力机构对应设置；所述工作箱的顶端设置有第二受力机构；所述工作箱的侧壁与所述第二应力机构对应设置，所述测试机构位于所述第一应力机构与所述第二应力机构之间。所述工作箱内固定连接有电机；所述电机的输出轴伸出工作箱的顶部。此发明无法实现平衡输沙，且只能按照现有泥沙状态进行实验。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种稳定、泥沙运输平稳且不易沾留的往复流输沙自适应动床试验水槽。

[0006] 本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：

[0007] 往复流输沙自适应动床试验水槽，包括循环槽体和双向泵，循环槽体包括不少于两个的直线段，相邻直线段之间通过弯道段相连接，弯道段上设有双向泵；

[0008] 弯道段设有多个平行设置的整流隔板，双向泵前后端均设有喇叭形的收缩管。

[0009] 收缩管具有收缩端和放大端，收缩管的放大端与试验最高水位衔接，收缩管的收缩端高度不高于试验最低水位，收缩管的收缩端与双向泵相连。

[0010] 通过对往复流输沙自适应动床试验水槽整体的设计，直线段作为实验段，相邻直线段之间通过弯道段相连接且弯道段上设有双向泵，弯道段作为驱动和循环连接段，在弯道段上设有双向泵用于实现循环槽体的水、沙运动的驱动。通过变频器控制双向泵正、反转及转速，实现对循环槽体内水体、泥沙的驱动，使水体以给定的流速或流速过程运动，直线段冲刷出的泥沙和水体一起进入双向泵，在双向泵的驱动作用下，水体与泥沙通过双向泵继续向下游运动并进入下一个直线段，如此往复循环，实现泥沙自动平衡输沙。其中，双向泵采用轴流泵。

[0011] 在弯道段设有多个平行设置的整流隔板，更确切地，多个整流隔板是与弯道段同心设置且半径不同的圆弧板，整流隔板有利于直流段的水体、泥沙均匀进入双向泵，整流隔板还可以使得双向泵泵出过程中弯道段出流水体泥沙均匀进入直线段，提高实验精度；此外，通过整流隔板的设置，可以避免泥沙等积聚在弯道段一侧，造成泥沙拥堵，以至造成泥沙结块并无法通过水体的情况发生，还可以对水体、泥沙的引导并实现水体、泥沙在流经弯道段的过程中紊流降低，防止水体、泥沙流速过快造成水体冲击弯道段壁面导致水体、泥沙溢出循环槽体的情况发生。

[0012] 在双向泵前后端均设有喇叭形的收缩管，同时针对收缩管的收缩端高度和放大端高度控制，使得双向泵进水处于淹没状态，防止水体和泥沙进入双向泵时的空气混入导致对双向泵的损坏以及排出时水体压力不稳定且产生噪声，收缩管的设置可以保证双向泵进、出流的连续和稳定。

[0013] 根据本发明一实施例，收缩管放大端侧衔接有过渡段，过渡段另一侧与弯道段贴合连接。

[0014] 通过上述设计，即在双向泵前后均设有过渡段，由于正常情况下收缩管放大端与弯道段并非贴合设置，会使得部分水体和泥沙从双向泵侧方流过，会导致双向泵前后水体和泥沙的不平衡；过渡段用于实现弯道段与收缩管的放大端相贴合连接，实现来自直线段的水体和泥沙可以完全流入双向泵，可以控制水体和泥沙的流向，即可以改变原水体和泥沙的流动轨迹，进而防止泥沙在过渡段黏附停留和沉积，进而实现前后水体和泥沙的量均衡，实现泥沙自动平衡输沙。

[0015] 根据本发明一实施例，往复流输沙自适应动床试验水槽还包括推扫组件，直线段上部设有滑轨，推扫组件与滑轨配合设置，推扫组件用于实现相对直线段内泥沙的移动。

[0016] 通过上述设计，推扫组件用于实现相对直线段内泥沙的移动，可以将推扫组件对应的直线段进行清扫；同时可以实现在仅需要一侧的直线段进行实验，相邻的直线段要确保泥沙快速移动到相连接的转弯处的情况，此时推扫组件用于对应直线段进行推扫工作。

[0017] 根据本发明一实施例，推扫组件包括驱动机构和推扫基体，驱动机构与滑轨配合设置，驱动机构贯穿设有升降杆，升降杆底端连接有推扫基体，升降杆垂直于导轨平面设置；

[0018] 推扫基体与直线段侧壁相对两侧设有辅助轮，推扫基体沿直线段行进方向一侧设有滚动组件，推扫基体上设有多个清扫组件。

[0019] 通过对推扫组件的设计，驱动机构与滑轨配合设置，即驱动机构可以沿滑轨方向移动，驱动机构与推扫基体通过升降杆连接，驱动机构可以实现推扫基体沿直线段方向移动。升降杆其一可以实现驱动机构与推扫组件的连接状态，其二可以保证当推扫组件在不平整的泥沙行进过程中出现起伏情况时，通过升降杆实现推扫基体随泥沙起伏移动。辅助轮和滚动组件配合，实现推扫基体随泥沙起伏平行移动；且在推扫基体上设有多个清扫组件，清扫组件用于实现对泥沙的打散和清洁。

[0020] 根据本发明一实施例，滚动组件包括铰接杆，铰接杆一端连接于推扫基体沿直线段行进方向一侧，铰接杆另一端设有柱状的滚动基体，滚动基体与铰接杆通过架体铰接连接；

[0021] 滚动基体周向环绕设有多个插槽，滚动基体周向布设与插槽一一对应设置的插条，插条中部折弯设置。

[0022] 通过上述设计，滚动基体周向布设与插槽一一对应设置的插条用于实现与泥沙相接触，插条与泥沙相接触时，由于是线性接触，接触面的压力较大，插条可以插入至泥沙中，并在驱动机构带动下，推扫机构移动带动滚动基体转动，进而实现插条破开直线段底部泥沙，避免泥沙沉积团聚在某一处，可以提高输沙的平衡，防止某个直线段的泥沙堆积过多；插条中部折弯设置，可以实现插条与泥土的接触面降低以及滚动基体的稳定性提高，同时提高插条的稳定性，进而实现提高直线段底部泥沙破开的效率且降低滚动基体损坏概率。
架体与铰接杆铰接连接，架体与滚动基体转动连接，可以使得当推扫机构移动带动滚动基体转动过程中，直线段底部泥沙不平整时，通过上述设计可以实现滚动基体在行进转动过程中与直线段底部泥沙处于贴合状态，确保其在跑道内底部的稳定前移。

[0023] 根据本发明一实施例，插槽外侧壁延伸设有柔性片，柔性片中部折弯设置。

[0024] 通过柔性片的设置，可以实现柔性片与泥土的接触面降低以及进一步提高滚动基体的稳定性，同时提高滚动基体的稳定性，进而实现提高直线段底部泥沙破开的效率且降低滚动基体损坏概率，实现滚动组件在跑道内底部的稳定前移；此外，柔性片可以直线段的底部是相对保护的，避免插条与直线段的底部过度摩擦接触导致其表面磨损增大底面粗糙度，影响水流、泥沙的通过速度。

[0025] 更进一步地，柔性片与插条折弯方向相同，上述设计可以实现底部泥沙的不被柔性片与插条带起，防止水体浑浊的情况。

[0026] 根据本发明一实施例，清扫组件包括安装基台，安装基台设于推扫基体底侧，推扫组件顶侧设有与安装基台一一对应设置的第一电机，第一电机输出端延伸设有转轴，转轴端部连接有转动基体，安装基台用于实现转动基体相对于推扫基体的位置确定；

[0027] 转动基体周向环绕设置有不少于一个的环体，环体环绕延伸设有多个清洁条。

[0028] 通过上述设计，通过第一电机延伸转轴带动转动基体转动，转动基体周向环绕设置有不少于一个的环体且环体环绕延伸设有多个清洁条，即通过第一电机驱动实现清洁条的旋转运动，实现清洁条在转动的过程中对沉积结块的泥沙打散，并且清洁条在旋转后，其旋转范围覆盖高度是直线段底面到推扫基体之间，可降低或减少泥沙通过清洁条，以降低整个推扫机构在动直线段内的多次反复移动频率，来确保清扫效果。

[0029] 更进一步的，推扫基体靠近滚动组件一侧设有进流口，进流口向内延伸开设有进流通道，进流通道另一端开设在推扫基体底侧。

[0030] 通过上述设计，可以实现从进流口进入的流体改变流向朝向推扫基体底侧，即实现流体下压流动，进而可以实现流体朝向清洁条方向流动的方向流动，引导流体中的泥沙向下流动并被清洁条有效截留，确保泥沙的收集效果，并且使直线段的底部是水流相对的紊乱，而中上部相对稳定，这样避免水体晃荡飞溅，并且使直线段的底部是水流相对紊乱有助于底部的泥沙流动，避免泥沙黏附等问题。

附图说明

[0031] 图1为实施例1中往复流输沙自适应动床试验水槽俯视示意图；

[0032] 图2为图1中C1‑C1处截面示意图；

[0033] 图3为实施例2中往复流输沙自适应动床试验水槽俯视示意图；

[0034] 图4为图3中C2‑C2处截面示意图；

[0035] 图5为实施例3中往复流输沙自适应动床试验水槽俯视示意图；

[0036] 图6为推扫基体立体示意图；

[0037] 图7为推扫基体正视示意图；

[0038] 图8为推扫基体右视示意图；

[0039] 图9为滚动基体立体示意图；

[0040] 图10为清扫组件立体示意图；

[0041] 图11为清扫组件正视示意图；

[0042] 图12为清扫组件装配示意图；

[0043] 图13为转动基体装配示意图。

[0044] 附图标号：循环槽体1，直线段11，弯道段12，整流隔板13，滑轨14，双向泵2，收缩管21，放大端22，收缩端23，过渡段24，推扫组件3，推扫基体31，升降杆32，辅助轮33，滚动组件
4，铰接杆41，滚动基体42，插槽421，插条422，柔性片423，架体43，清扫组件5，安装基台51，第一电机52，转轴53，转动基体54，环体55，清洁条56，水槽顶S10，实验最高水面线S20，实验最低水面线S30。

具体实施方式

[0045] 以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：

[0046] 实施例1：

[0047] 如图1和图2所示，往复流输沙自适应动床试验水槽，包括循环槽体1和双向泵2，循环槽体1包括不少于两个的直线段11，相邻直线段11之间通过弯道段12相连接，弯道段12上设有双向泵2；

[0048] 弯道段12设有多个平行设置的整流隔板13，双向泵2前后端均设有喇叭形的收缩管21。

[0049] 收缩管21具有收缩端23和放大端22，收缩管21的放大端22与试验最高水位衔接，收缩管21的收缩端23高度不高于试验最低水位，收缩管21的收缩端23与双向泵2相连。

[0050] 通过对往复流输沙自适应动床试验水槽整体的设计，直线段11作为实验段，相邻直线段11之间通过弯道段12相连接且弯道段12上设有双向泵2，弯道段12作为驱动和循环连接段，在弯道段12上设有双向泵2用于实现循环槽体1的水、沙运动的驱动。通过变频器控制双向泵2正、反转及转速，实现对循环槽体1内水体、泥沙的驱动，使水体以给定的流速或流速过程运动，直线段11冲刷出的泥沙和水体一起进入双向泵2，在双向泵2的驱动作用下，水体与泥沙通过双向泵2继续向下游运动并进入下一个直线段，如此往复循环，实现泥沙自动平衡输沙。其中，双向泵2采用轴流泵。

[0051] 在弯道段12设有多个平行设置的整流隔板13，更确切地，多个整流隔板13是与弯道段12同心设置且半径不同的圆弧板，整流隔板13有利于直流段的水体、泥沙均匀进入双向泵2，整流隔板13还可以使得双向泵2泵出过程中弯道段12出流水体泥沙均匀进入直线段11，提高实验精度；此外，通过整流隔板13的设置，可以避免泥沙等积聚在弯道段12一侧，造成泥沙拥堵，以至造成泥沙结块并无法通过水体的情况发生，还可以对水体、泥沙的引导并实现水体、泥沙在流经弯道段12的过程中紊流降低，防止水体、泥沙流速过快造成水体冲击弯道段12壁面导致水体、泥沙溢出循环槽体1的情况发生。

[0052] 在双向泵2前后端均设有喇叭形的收缩管21，同时针对收缩管21的收缩端23高度和放大端22高度控制，使得双向泵2进水处于淹没状态，防止水体和泥沙进入双向泵2时的空气混入导致对双向泵2的损坏以及排出时水体压力不稳定且产生噪声，收缩管21的设置可以保证双向泵2进、出流的连续和稳定。

[0053] 实施例2：

[0054] 如图3和图4所示，根据本发明另一实施方式的往复流输沙自适应动床试验水槽，与实施例1相比不同之处在于，收缩管21放大端22侧衔接有过渡段24，过渡段24另一侧与弯道段12贴合连接。

[0055] 通过上述设计，即在双向泵2前后均设有过渡段24，由于正常情况下收缩管21放大端22与弯道段12并非贴合设置，会使得部分水体和泥沙从双向泵2侧方流过，会导致双向泵2前后水体和泥沙的不平衡；过渡段24用于实现弯道段12与收缩管21的放大端22相贴合连接，实现来自直线段11的水体和泥沙可以完全流入双向泵2，可以控制水体和泥沙的流向，即可以改变原水体和泥沙的流动轨迹，进而防止泥沙在过渡段24黏附停留和沉积，进而实现前后水体和泥沙的量均衡，实现泥沙自动平衡输沙。

[0056] 实施例3：

[0057] 如图5－图13所示，根据本发明另一实施方式的往复流输沙自适应动床试验水槽，往复流输沙自适应动床试验水槽还包括推扫组件3，直线段11上部设有滑轨14，推扫组件3与滑轨14配合设置，推扫组件3用于实现相对直线段11内泥沙的移动。

[0058] 通过上述设计，推扫组件3用于实现相对直线段11内泥沙的移动，可以将推扫组件3对应的直线段11进行清扫；同时可以实现在仅需要一侧的直线段11进行实验，相邻的直线段11要确保泥沙快速移动到相连接的转弯处的情况，此时推扫组件3用于对应直线段11进行推扫工作。

[0059] 推扫组件3包括驱动机构和推扫基体31，驱动机构与滑轨14配合设置，驱动机构贯穿设有升降杆32，升降杆32底端连接有推扫基体31，升降杆32垂直于导轨平面设置；

[0060] 推扫基体31与直线段11侧壁相对两侧设有辅助轮33，推扫基体31沿直线段11行进方向一侧设有滚动组件4，推扫基体31上设有多个清扫组件5。

[0061] 通过对推扫组件3的设计，驱动机构与滑轨14配合设置，即驱动机构可以沿滑轨14方向移动，驱动机构与推扫基体31通过升降杆32连接，驱动机构可以实现推扫基体31沿直线段11方向移动。升降杆32其一可以实现驱动机构与推扫组件3的连接状态，其二可以保证当推扫组件3在不平整的泥沙行进过程中出现起伏情况时，通过升降杆32实现推扫基体31随泥沙起伏移动。辅助轮33和滚动组件4配合，实现推扫基体31随泥沙起伏平行移动；且在推扫基体31上设有多个清扫组件5，清扫组件5用于实现对泥沙的打散和清洁。

[0062] 滚动组件4包括铰接杆41，铰接杆41一端连接于推扫基体31沿直线段11行进方向一侧，铰接杆41另一端设有柱状的滚动基体42，滚动基体42与铰接杆41通过架体43铰接连接；

[0063] 滚动基体42周向环绕设有多个插槽421，滚动基体42周向布设与插槽421一一对应设置的插条422，插条422中部折弯设置。

[0064] 通过上述设计，滚动基体42周向布设与插槽421一一对应设置的插条422用于实现与泥沙相接触，插条422与泥沙相接处时，由于是线性接触，接触面的压力较大，插条422可以插入至泥沙中，并在驱动机构带动下，推扫机构移动带动滚动基体42转动，进而实现插条422破开直线段11底部泥沙，避免泥沙沉积团聚在某一处，可以提高输沙的平衡，防止某个直线段11的泥沙堆积过多；插条422中部折弯设置，可以实现插条422与泥土的接触面降低以及滚动基体42的稳定性提高，同时提高插条422的稳定性，进而实现提高直线段11底部泥沙破开的效率且降低滚动基体42损坏概率。架体43与铰接杆41铰接连接，架体43与滚动基体42转动连接，可以使得当推扫机构移动带动滚动基体42转动过程中，直线段11底部泥沙不平整时，通过上述设计可以实现滚动基体42在行进转动过程中与直线段11底部泥沙处于贴合状态，确保其在跑道内底部的稳定前移。

[0065] 插槽421外侧壁延伸设有柔性片423，柔性片423中部折弯设置。

[0066] 通过柔性片423的设置，可以实现柔性片423与泥土的接触面降低以及进一步提高滚动基体42的稳定性，同时提高滚动基体42的稳定性，进而实现提高直线段11底部泥沙破开的效率且降低滚动基体42损坏概率，实现滚动组件4在跑道内底部的稳定前移；此外，柔性片423可以直线段11的底部是相对保护的，避免插条422与直线段11的底部过度摩擦接触导致其表面磨损增大底面粗糙度，影响水流、泥沙的通过速度。

[0067] 更进一步的，柔性片423与插条422折弯方向相同，上述设计可以实现底部泥沙的不被柔性片423与插条422带起，防止水体浑浊的情况。

[0068] 清扫组件5包括安装基台51，安装基台51设于推扫基体31底侧，推扫组件3顶侧设有与安装基台51一一对应设置的第一电机52，第一电机52输出端延伸设有转轴53，转轴53端部连接有转动基体54，安装基台51用于实现转动基体54相对于推扫基体31的位置确定；

[0069] 转动基体54周向环绕设置有不少于一个的环体55，环体55环绕延伸设有多个清洁条56。

[0070] 通过上述设计，通过第一电机52延伸转轴53带动转动基体54转动，转动基体54周向环绕设置有不少于一个的环体55且环体55环绕延伸设有多个清洁条56，即通过第一电机52驱动实现清洁条56的旋转运动，实现清洁条56在转动的过程中对沉积结块的泥沙打散，并且清洁条56在旋转后，其旋转范围覆盖高度是直线段11底面到推扫基体31之间，可降低或减少泥沙通过清洁条56，以降低整个推扫机构在动直线段11内的多次反复移动频率，来确保清扫效果。

[0071] 更进一步的，推扫基体31靠近滚动组件4一侧设有进流口，进流口向内延伸开设有进流通道，进流通道另一端开设在推扫基体31底侧。

[0072] 通过上述设计，可以实现从进流口进入的流体改变流向朝向推扫基体31底侧，即实现流体下压流动，进而可以实现流体朝向清洁条56方向流动的方向流动，引导流体中的泥沙向下流动并被清洁条56有效截留，确保泥沙的收集效果，并且使直线段11的底部是水流相对的紊乱，而中上部相对稳定，这样避免水体晃荡飞溅，并且使直线段11的底部是水流相对紊乱有助于底部的泥沙流动，避免泥沙黏附等问题。

[0073] 以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。