[发明专利]一种明渠实验水槽生成均匀流的自动调节装置及调节方法

权利要求书

1.一种明渠实验水槽生成均匀流的自动调节装置，它包括自动水位仪(1)、计算机(2)、交流电机(3)、固定铰支座(4)、蜗杆(5)、蜗轮(6)、传动轴(7)、二级蜗杆(8)、二级蜗轮(9)、丝杆(10)、丝杆导轨(11)，其特征在于，所述的自动水位仪(1)与计算机(2)相连，计算机(2)与交流电机(3)相连，交流电机(3)与蜗杆(5)刚性连接，蜗杆(5)与蜗轮(6)连接，蜗轮(6)与传动轴(7)、传动轴(7)与二级蜗杆(8)刚性连接，二级蜗杆(8)与二级蜗轮(9)连接、二级蜗轮(9)与丝杆(10)连接，丝杆(10)固定在水槽上，丝杆导轨(11)固定在地面基座上，固定铰支座(4)支撑于水槽中间位置处，基于上述连接，交流电机(3)与丝杆(10)实现了传动连接，从而计算机(2)控制交流电机(3)转动带动水槽上、下游支撑端铅直升降，实现了明渠水槽底坡的自动调节变化。

2.根据权利要求1所述的一种明渠实验水槽生成均匀流的自动调节装置，其特征在于，所述自动调节装置的自动调节方法，包括以下步骤：

2.1自动调节明渠实验水槽底坡生成均匀流时，水槽实验段进出口处布置的二个自动水位仪(1)按设定的测量频率自动获取水位数据到计算机(2)，计算机(2)根据每组水位数据计算水面坡度，如果水面坡度与明渠水槽初始底坡的差值为零，恒定均匀流已生成，否则计算机(2)将根据每组差值指示交流电机(3)正转或反转带动蜗杆(5)转动，蜗杆(5)将动力传递给蜗轮(6)，蜗轮(6)与传动轴(7)、传动轴(7)与二级蜗杆(8)刚性连接，蜗轮(6)通过刚性连接带动二级蜗杆(8)转动，二级蜗杆(8)将动力传递给二级蜗轮(9)，二级蜗轮(9)带动丝杆(10)沿着固定在地面基座上的丝杆导轨(11)上下移动，明渠水槽中部用固定铰支座(4)支撑，固定在水槽上、下游支撑端上的丝杆(10)能够拖动明渠水槽上、下游支撑端在铅直方向同步升降，从而实现了明渠水槽底坡的反复调节；利用标定实验获取交流电机(3)转动引起的水槽底坡变化量Δi_f、水槽初始底坡i_f及水面坡度i_w等参量的关系，该关系如下：Δi_f=i_w-i_f ；

2.2根据上式计算出从初始底坡调整达到与水面坡度相等时的底坡变化量，通过标定实验获取交流电机(3)转动引起的水槽底坡变化量、水槽初始底坡及水面坡度三者之间的关系，并将交流电机(3)转动引起的水槽底坡变化量转换成交流电机(3)旋转角度，从而实现自动水位仪(1)自动获取数据调节交流电机(3)转动角度生成恒定均匀流。

3.根据权利要求2所述的一种明渠实验水槽生成均匀流的自动调节装置，其特征在于，利用下式将水槽底坡变化量转换成交流电机旋转角度；

其中，ΔL_v为上、下游支撑端处丝杆升、降高程差，L_h为固定铰支座与上游或下游支撑端之间距离，H₁为水槽实验段进口水位值，H₂为水槽实验段出口水位值，L为上、下游水位仪之间距离，Δα_d为交流电机转动角度，z₁为蜗杆头数，z₂为蜗轮齿数，z₃为丝杆头数，p为丝杆螺距。