[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

说明书

技术领域

本发明涉及利用明渠实验水槽实验段进出口断面水位的自动监测信息自动控制交流电机调节水槽底坡以实现恒定均匀流的技术领域，尤其涉及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。

背景技术

明渠水槽实验可预测河流演变规律，优化工程方案，是进行河流河势规划、沿岸防洪规划、流域国民经济可持续发展规划不可或缺的有力工具，广泛应用于水利工程、港口工程及航道工程等基础理论与工程实践研究中。明渠水槽与水槽实验所取得成果的好坏有着密切的关系。明渠水槽按其功能和用途可分为两类，一类是平坡水槽，水槽底坡固定不变，主要用于大尺度的河工模型实验；另一类为变坡水槽，水槽底坡可按要求在一定范围内调整，主要用于糙率实验、推移质泥沙实验和水力稳定性实验等方面的基础流体力学实验。而绝大部分基础流体力学实验均是在恒定均匀流条件下进行的，要求水槽具有变坡功能，以便恒定均匀流场条件的生成。

目前明渠实验水槽变坡生成均匀流的变坡功能为采用如图1所示的调节装置，包括：固定铰支座12、交流电机13、蜗杆14、蜗轮15、丝杆16、丝杆导轨17，其控制方式是：交流电机13正转或反转带动蜗杆14转动，蜗杆14将动力传递给蜗轮15，蜗轮15带动丝杆16沿着固定在地面基座上的丝杆导轨17上下移动，固定铰支座12支撑的水槽上游端不动，固定在水槽下游端的丝杆16能够拖动明渠水槽下游支撑端在铅直方向升降，并在标定好升降极限位置的行程限位安全控制器的控制下，调节明渠水槽底坡在一定范围内变化，再通过沿明渠水槽方向5个位置处布置的水位测针或标度尺测量水深，直到5个位置处的水深相等时，认为水槽中恒定均匀流生成。而此时明渠水槽底坡i可通过相对于事先标定过的零坡位置时的水槽下游支撑点在铅直方向上移动的距离L_v和上游端固定铰支座到下游高程可变支撑点之间的长度L_h来确定，即。这种方法通过布设在明渠水槽不同位置处的水位测针或 标度尺测量水深，并将水深相等作为生成恒定均匀流的判定准则指导实验人员操作交流电机13正转或反转带动蜗杆14转动，蜗杆14将动力传递给蜗轮15，蜗轮15带动丝杆16沿着固定在地面基座上的丝杆导轨17上下移动，明渠水槽上游端固定，固定在水槽下游端的丝杆16能够拖动明渠水槽下游支撑端在铅直方向升降，从而实现明渠水槽底坡的反复调节，直至恒定均匀流的生成。整个操作过程不仅需要人工反复读取水位和计算水深，还需要根据所计算的水深人为操控交流电机往复不停的调节明渠水槽底坡成百上千次后才能生成恒定均匀流。因此，利用水位测针或标度尺测量的水深相等作为生成恒定均匀流的判定准则指导实验人员手动往复调节明渠实验水槽下游支撑端高程实现底坡变化进而生成恒定均匀流的方法存在调节时间长、操作环节多、调节精度低、容易因高程调节时水槽一端突然升降而引起水槽内全流场水流的系统震荡、需要融合经验和主观判断才能完成整个操作过程等诸多问题。

因此，需要提供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来解决上述问题。

发明内容

为了解决该问题，本发明公开了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，它是通过水槽中间位置处的固定铰支座支撑和上、下游支撑端高程同步调节实现明渠水槽变坡，不再利用固定水槽上游端而调节下游端高程进行水槽底坡调节，水槽底坡的调节也只需要依据自动水位仪的反馈数据控制电机的转动角度就能完成，有效避免了因高程调节时水槽一端突然升降而引起的全流场水流的系统震荡，大幅减小了中间环节，缩短了调节时间，提高了调节精度。