[发明专利]一种明渠弯道水槽试验装置

说明书

技术领域

本发明属于水利试验技术领域，特别涉及明渠弯道水槽的试验装置及其制作方法。

背景技术

天然冲积河流普遍存在弯曲特征。弯曲河段的水流特性及输沙规律与顺直河段相比差异很大，必须进行专门的研究，其研究方法主要有野外观测和室内试验。由于野外观测难度大、周期长、影响因素复杂，很难进行系统的研究。室内试验一般采用由上游入口直段1、中游弯道段2、下游出口直段3构成的明渠弯道水槽试验装置，图1为一典型明渠弯道水槽的平面示意图，该装置可以在一定的简化条件下进行系统深入地研究，为揭示弯道水流的运动规律提供基础数据。

坡度变化是明渠水流最基本的参数之一。现有的明渠弯道水槽一般由具有固定坡度的三段混凝土底板01、02、03和三段玻璃边壁11、12、13连接构成一个整体水槽，当坡度为零时，其沿纵向展开剖面示意结构如图2(a)所示，其中混凝土底板01、02、03对整个水槽起支撑和承重作用，底板01、02、03的顶部面板21、22、23则构成明渠弯道水槽的床面。在建设该形式的明渠弯道水槽时，首先安装好两侧玻璃边壁11、12、13，然后在玻璃边壁11、12、13之间填筑混凝土底板01、02、03至预定高度，形成具有预定坡度的底板顶部面板21、22、23。当需要对床面坡度进行调整时，则需要额外填筑混凝土31、32、33，重新形成新的固定坡降的底板顶部面板21、22、23，如图2(b)。因此，在传统的明渠弯道水槽内进行每一种坡度的试验都需要花费很大的人力物力，且反复调整坡度对边壁玻璃的损伤也很大。此外，固定的混凝土底板也使得无法利用粒子图像测速技术PIV等测量仪器从水槽下部投射片光源或拍照，以测量明渠弯道水流的流动特性。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种明渠弯道水槽试验装置，具有精度高、应用范围广、适应性强、可连续调坡，节省大量的人力物力的特点，具有重要的生产实用价值及推广应用前景。

本发明提出的一种明渠弯道水槽试验装置，其特征在于，该装置包括升降系统、主梁、支撑框架，以及由玻璃底板和玻璃侧壁构成的明渠弯道水槽，其中，明渠弯道水槽安装在支撑框架上，支撑框架焊接在主梁上面，升降系统支撑在主梁的底面，用于对水槽坡度的连续调节。

所述主梁可采用框架结构，由上游入口直段梁、中游弯道段梁及下游出口直段梁三段相互衔接构成，各段梁分别由相连在各段梁的下表面的升降系统支撑并调节坡度。

所述升降系统可由连接在上游入口直段梁下面的多根升降螺杆，连接在中游弯道段梁下面的多根固定支撑柱，连接在下游出口直段梁下面的多根升降螺杆，连接在上游入口直段梁和中游弯道段梁连接处下面的一个固定铰支，以及与升降螺杆下端相连的多个底座构成。

所述每根固定支撑柱可由一根矩形钢柱构成，每两根钢柱焊接在主梁同一横断面下表面形成一对固定支撑柱；所述升降螺杆由螺纹螺杆构成，每两根螺杆下端与同一个底座相连，两根螺杆在水槽的同一横断面上。

所述底座可由横梁和立柱焊接而成，所述底座的横梁前后两侧对称安装有圆柱形套筒，套筒内壁设有螺纹，用于连接升降螺杆，套筒外周焊接有从动齿轮；两从动齿轮之间安装有驱动齿轮，与两个从动齿轮相咬合，用于带动从动齿轮旋转，从而带动一对升降螺杆上下升降；升降螺杆下端与套筒内螺纹配合连接，升降螺杆上端面焊接在主梁的下表面。

所述支撑框架可采用框架结构，由上游入口直段支撑框架、中游弯道段支撑框架和下游出口直段支撑框架三段相互连接组成一体，该各段支撑框架由设置在底部的多根框架横梁，设置在框架横梁上方的多块板条，连接在框架横梁和板条之间的多根微调螺杆，以及连接在框架横梁两端的多根框架立梁构成；框架横梁两端焊接在主梁上，框架横梁中间分布有多个螺孔，微调螺杆从下往上穿过框架横梁上的螺孔，微调节螺杆顶端固定在板条的下表面，用于调节顶部板条的高度，板条用于安装明渠弯道水槽的玻璃底板，框架立梁下端焊接在主梁上，用于安装并支撑明渠弯道水槽的玻璃侧壁。

所述明渠弯道水槽可包括由多块玻璃底板和玻璃侧壁构成的上游入口直段水槽、中游弯道段水槽及下游出口直道段水槽；三段水槽的玻璃底板分别平放在支撑框架上，并相互连通组成明渠弯道水槽的底板；三段水槽的玻璃侧壁紧靠玻璃底板由支撑框架支撑。

所述中游弯道段水槽底板可由多块扇形玻璃和连接相邻两扇形玻璃的夹具组成，所有扇形玻璃用夹具拼接成弯道底板玻璃；每块扇面形玻璃的两个径向边有一铣台，安装在相邻两块玻璃之间的金属夹具由上凸块、下平块及连接上凸块、下平块的螺钉组成。

本发明的技术效果