河岸冲刷实验系统、振动防堵塞方法及冲刷实验方法
专利汇可以提供河岸冲刷实验系统、振动防堵塞方法及冲刷实验方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种河岸冲刷实验系统，包括 水 槽，水槽所在地面下方设有地下室，地下室内设有溢流沉淀槽，溢流沉淀槽内前后间隔设有若干溢流 挡板 ；溢流沉淀槽的出水端上部连接有回水管，回水管 串联 有变频 循环 泵 ；水槽底部铺设有沙层；水槽左右两侧分别设有左土层和右土层；水槽的后部设有流量分配板，水槽的前端连接落水斗，落水斗的下端连接有落水管，落水管与溢流沉淀槽相通；流量分配板后方的水槽内设有溢流坝，回水管的末端通入水槽进水腔；水槽后端设有定速进料装置；本发明还公开了相应的振动防堵塞方法及冲刷实验方法。本发明能够进行模拟特定河段的冲刷实验，既提供足够的水流量，又能形成较低的沿岸流速，重复利用水资源和泥沙资源。，下面是河岸冲刷实验系统、振动防堵塞方法及冲刷实验方法专利的具体信息内容。
1.河岸冲刷实验系统，其特征在于：包括用于模拟河道的水槽，以水在水槽中的整体流向为前向；
水槽设置在地面上，地面下方设有地下室，地下室内设有溢流沉淀槽，溢流沉淀槽顶端敞口，溢流沉淀槽内前后间隔设有若干溢流挡板，各溢流挡板将溢流沉淀槽分隔成若干沉淀水室；
溢流沉淀槽前端为其进水端且其后端为其出水端，溢流沉淀槽的出水端上部连接有回水管，回水管上串联设有变频循环泵；
水槽底部铺设有用于模拟河床的沙层；水槽的左右两侧分别设有用于模拟河岸的左土层和右土层；水槽的后部设有流量分配板，流量分配板左端插入左土层且右端插入右土层；
流量分配板上游侧的水槽形成进水区域，流量分配板下游侧的水槽形成模拟实验区域；
水槽的前端底部连接有上大下小的落水斗，落水斗的顶部与水槽底部相齐平；落水斗的下端连接有落水管，落水管与最前端的沉淀水室相连通；
流量分配板后方的水槽内设有溢流坝，溢流坝的左右两端分别与左土层和右土层相接，溢流坝与其后侧的水槽围成水槽进水腔；回水管的末端通入水槽进水腔并用于向水槽供水；水槽后端上部设有用于向水槽进水腔中注入泥沙的定速进料装置；
定速进料装置包括物料容器，物料容器上端敞口并用于注入泥沙；物料容器内设有隔板，隔板的上部倾斜设置；隔板将物料容器分为电机腔和物料腔，物料腔底部连接有送料管；电机腔内设有送料用变频电机，送料用变频电机的电机轴通过联轴器连接有减速器，减速器的输出轴穿过隔板并伸至送料管的末端开口处；减速器的输出轴与隔板转动密封配合，物料腔和送料管内的减速器的输出轴上设有用于推送物料的螺旋叶片；送料管的末端开口位于水槽进水腔的上方。
2.根据权利要求1所述的河岸冲刷实验系统，其特征在于：所述回水管连接有泥沙过滤装置，泥沙过滤装置包括上大下小的锥形进水斗，进水斗向下连接有进水管；
进水管向下连通有过滤进水腔，过滤进水腔的侧壁连接有过滤板，过滤板连接有过滤出水腔，过滤板上分布有多个连通过滤进水腔和过滤出水腔的过滤孔；过滤出水腔连接回水管；过滤板内均匀设有若干振动腔，各振动腔内分别设有弹性球；
所述过滤板一侧连接过滤进水腔的侧壁上部且另一侧连接过滤出水腔的侧壁上部；
过滤进水腔的下部左侧壁上下均匀间隔设有多层进水左折流板，过滤进水腔的下部右侧壁上下均匀间隔设有多层进水右折流板，进水左折流板和进水右折流板上下交替且间隔设置；进水左折流板与过滤进水腔右侧壁之间具有间隔，进水右折流板与过滤进水腔左侧壁之间具有间隔，进水左折流板和进水右折流板均与过滤进水腔的前侧壁和后侧壁相连接；
进水左折流板和进水右折流板之间围成进水折流通道；进水折流通道上方的过滤进水腔形成进水扰动区，进水折流通道为进水缓冲区，进水折流通道下方的过滤进水腔形成进水沉淀室，进水沉淀室的侧壁上设有进水清污门；
溢流沉淀槽的最后方的沉淀水室的上部连接有沉淀水流出管，沉淀水流出管通入泥沙过滤装置的锥形进水斗，泥沙过滤装置连接回水管，回水管上串联有缓冲水箱，缓冲水箱的底部连接所述回水管，回水管通过泥沙过滤装置与溢流沉淀槽相连接。
3.根据权利要求2所述的河岸冲刷实验系统，其特征在于：过滤出水腔的下部左侧壁上下均匀间隔设有多层出水左折流板，过滤出水腔的下部右侧壁上下均匀间隔设有多层出水右折流板，出水左折流板和出水右折流板上下交替且间隔设置；出水左折流板与过滤出水腔右侧壁之间具有间隔，出水右折流板与过滤出水腔左侧壁之间具有间隔，出水左折流板和出水右折流板均与过滤出水腔的前侧壁和后侧壁相连接；
出水左折流板和出水右折流板之间围成出水折流通道；出水折流通道上方的过滤出水腔形成出水扰动区，出水折流通道为出水缓冲区，出水折流通道下方的过滤出水腔形成出水沉淀室，出水沉淀室的侧壁上设有出水清污门。
4.根据权利要求3所述的河岸冲刷实验系统，其特征在于：所述进水左折流板和出水左折流板均向右向下倾斜设置，所述进水右折流板和出水右折流板均向左向下倾斜设置。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的河岸冲刷实验系统，其特征在于：所述流量分配板包括板体，板体的前侧壁上左右间隔设有多道插接槽，各插接槽的槽口均朝向前方；各插接槽的上下两端均敞口设置；板体的左侧边、各插接槽以及板体的右侧边将板体分割并围成多个控速区域，各控速区域的中下部分别设有用于控制该区域前方水的流速和流量的控制用电磁阀；最左侧的控制用电磁阀为左电磁阀，最右侧的控制用电磁阀为右电磁阀，其余各控制用电磁阀为中间电磁阀；送料用变频电机、左电磁阀、右电磁阀和各中间电磁阀分别与电控装置相连接，电控装置连接有显示屏；
最左侧的插接槽为左插接槽，最右侧的插接槽为右插接槽，其余各插接槽为中间插接槽；左插接槽和右插接槽中分别插设有流速控制板，流速控制板上均匀分布有多个透水孔；
流速控制板的底端插入沙层并与水槽的槽底相接；
水槽具有沿前后方向延伸的中心线；中心线左侧的各中间插接槽为左中插接槽，中心线右侧的各中间插接槽为右中插接槽；至少一个左中插接槽中插接有流速控制板，至少一个右中插接槽中插接有流速控制板；
最左侧的流速控制板与左土层围成左岸控水流道，最右侧的流速控制板与右土层围成右岸控水流道。
6.根据权利要求5所述的河岸冲刷实验系统，其特征在于：水槽的前端底部设有用于防止沙层坠入落水斗的挡沙板，挡沙板的高度与预设的沙层高度相匹配；模拟实验区域中，与各控制用电磁阀一一对应设有多个流速传感器，变频循环泵和各流速传感器分别与所述电控装置相连接；各流速传感器的安装架向下伸入沙层并与水槽的底壁相连接。
7.根据权利要求6所述的河岸冲刷实验系统，其特征在于：所述过滤进水腔或过滤出水腔的侧壁连接有垫板，垫板连接有变频振动电机，变频振动电机与电控装置相连接。
8.根据权利要求6所述的河岸冲刷实验系统，其特征在于：过滤出水腔的水平截面的面积是过滤进水腔的水平截面的面积的两倍以上。
9.权利要求7所述的河岸冲刷实验系统的振动防堵塞方法，其特征在于：
过滤进水腔外壁设有进水振幅传感器，过滤出水腔外壁设有出水振幅传感器，进水振幅传感器和出水振幅传感器分别与电控装置相连接；
工作人员通过电控装置调节变频振动电机的运行频率，使变频振动电机的运行频率由最低频率逐渐运行至最高频率；同时工作人员通过显示屏观察进水振幅传感器和出水振幅传感器测量的振幅值；
变频振动电机在过滤进水腔处引起的共振现象最强烈时，进水振幅传感器测量到的振幅达到最大值，此时变频振动电机的工作频率为进水腔防堵塞频率；
变频振动电机在过滤出水腔处引起的共振现象最强烈时，出水振幅传感器测量到的振幅达到最大值，此时变频振动电机的工作频率为出水腔防堵塞频率；
工作人员通过电控装置控制变频振动电机交替以进水腔防堵塞频率或出水腔防堵塞频率运行，促使附着在各折流板上的物体振动脱落，同时促使过滤孔中附着的物体脱落。
10.使用权利要求7所述的河岸冲刷实验系统进行的冲刷实验方法，其特征在于：
第一步骤是启动步骤；工作人员向物料容器内加满泥沙，在系统中注满水，通过电控装置打开变频循环泵和送料用变频电机；
工作人员通过电控装置控制变频循环泵的运行频率，从而向水槽进水腔中进行定速供水，提供预定的供水量；同时工作人员通过电控装置控制送料用变频电机的运行频率，向水槽进水腔中进行定速供料，实现实验预定的水沙比；
第二步骤是工作人员通过电控装置调节左电磁阀、右电磁阀和各中间电磁阀的开启度，将左岸控水流道和右岸控水流道中的水流速度控制在设定目标速度；
水槽进水腔中的水通过溢流坝溢流后均匀向后流动，通过流量分配板后进入模拟实验区域；模拟实验区域内的水冲刷左土层和右土层；
水槽中的水由前端流入落水斗，并通过落水管进入溢流沉淀槽；溢流沉淀槽中的水依次经各溢流挡板由前向后流动，并在各沉淀水室中进行多级沉淀；多级沉淀后的水经沉淀水流出管进入泥沙过滤装置，通过进水斗和进水管排入过滤进水腔，水向下冲击在折流板上；水中较重的泥沙经进水折流通道逐渐沉积到进水沉淀室；进水折流通道上方的水经过滤板进入出水扰动区，颗粒大于过滤孔的的泥沙留在过滤进水腔内并逐渐沉入进水沉淀室；出水折流通道和出水沉淀室沉积过滤出水腔中的泥沙；过滤后的水经回水管流入缓冲水箱，在变频循环泵的作用下回流入水槽进水腔；
持续进行第二步骤，直到完成实验。
河岸冲刷实验系统、振动防堵塞方法及冲刷实验方法
技术领域
背景技术
发明内容
溢流沉淀槽前端为其进水端且其后端为其出水端，溢流沉淀槽的出水端上部连接有回水管，回水管上串联设有变频循环泵；
水槽底部铺设有用于模拟河床的沙层；水槽的左右两侧分别设有用于模拟河岸的左土层和右土层；水槽的后部设有流量分配板，流量分配板左端插入左土层且右端插入右土层；
流量分配板上游侧的水槽形成进水区域，流量分配板下游侧的水槽形成模拟实验区域；
水槽的前端底部连接有上大下小的落水斗，落水斗的顶部与水槽底部相齐平；落水斗的下端连接有落水管，落水管与最前端的沉淀水室相连通；
流量分配板后方的水槽内设有溢流坝，溢流坝的左右两端分别与左土层和右土层相接，溢流坝与其后侧的水槽围成水槽进水腔；回水管的末端通入水槽进水腔并用于向水槽供水；水槽后端上部设有用于向水槽进水腔中注入泥沙的定速进料装置；
定速进料装置包括物料容器，物料容器上端敞口并用于注入泥沙；物料容器内设有隔板，隔板的上部倾斜设置；隔板将物料容器分为电机腔和物料腔，物料腔底部连接有送料管；电机腔内设有送料用变频电机，送料用变频电机的电机轴通过联轴器连接有减速器，减速器的输出轴穿过隔板并伸至送料管的末端开口处；减速器的输出轴与隔板转动密封配合，物料腔和送料管内的减速器的输出轴上设有用于推送物料的螺旋叶片；送料管的末端开口位于水槽进水腔的上方。
进水左折流板和进水右折流板之间围成进水折流通道；进水折流通道上方的过滤进水腔形成进水扰动区，进水折流通道为进水缓冲区，进水折流通道下方的过滤进水腔形成进水沉淀室，进水沉淀室的侧壁上设有进水清污门；
溢流沉淀槽的最后方的沉淀水室的上部连接有沉淀水流出管，沉淀水流出管通入泥沙过滤装置的锥形进水斗，泥沙过滤装置连接回水管，回水管上串联有缓冲水箱，缓冲水箱的底部连接所述回水管，回水管通过泥沙过滤装置与溢流沉淀槽相连接。
流速控制板的底端插入沙层并与水槽的槽底相接；
水槽具有沿前后方向延伸的中心线；中心线左侧的各中间插接槽为左中插接槽，中心线右侧的各中间插接槽为右中插接槽；至少一个左中插接槽中插接有流速控制板，至少一个右中插接槽中插接有流速控制板；
最左侧的流速控制板与左土层围成左岸控水流道，最右侧的流速控制板与右土层围成右岸控水流道。
变频振动电机在过滤进水腔处引起的共振现象最强烈时，进水振幅传感器测量到的振幅达到最大值，此时变频振动电机的工作频率为进水腔防堵塞频率；
变频振动电机在过滤出水腔处引起的共振现象最强烈时，出水振幅传感器测量到的振幅达到最大值，此时变频振动电机的工作频率为出水腔防堵塞频率；
工作人员通过电控装置控制变频振动电机交替以进水腔防堵塞频率或出水腔防堵塞频率运行，促使附着在各折流板上的物体振动脱落，同时促使过滤孔中附着的物体脱落。
第二步骤是工作人员通过电控装置调节左电磁阀、右电磁阀和各中间电磁阀的开启度，将左岸控水流道和右岸控水流道中的水流速度控制在设定目标速度；
水槽进水腔中的水通过溢流坝溢流后均匀向后流动，通过流量分配板后进入模拟实验区域；模拟实验区域内的水冲刷左土层和右土层；
水槽中的水由前端流入落水斗，并通过落水管进入溢流沉淀槽；溢流沉淀槽中的水依次经各溢流挡板由前向后流动，并在各沉淀水室中进行多级沉淀；多级沉淀后的水经沉淀水流出管进入泥沙过滤装置，通过进水斗和进水管排入过滤进水腔，水向下冲击在折流板上；水中较重的泥沙经进水折流通道逐渐沉积到进水沉淀室；进水折流通道上方的水经过滤板进入出水扰动区，颗粒大于过滤孔的的泥沙留在过滤进水腔内并逐渐沉入进水沉淀室；出水折流通道和出水沉淀室沉积过滤出水腔中的泥沙；过滤后的水经回水管流入缓冲水箱，在变频循环泵的作用下回流入水槽进水腔；
持续进行第二步骤，直到完成实验。
图3是去掉流速控制板后水槽的主视结构示意图；
图4是图1中泥沙过滤装置的左视示意图；
图5是图4的A－A截面图（即过滤板的截面图）；
图6是流量分配板的右视结构示意图；
图7是流速控制板的结构示意图；
图8是去掉定速进料装置后水槽处的俯视示意图；
图9是本发明的电控原理示意图。
具体实施方式
溢流沉淀槽33前端为其进水端且其后端为其出水端，溢流沉淀槽33的出水端上部连接有回水管36，回水管36上串联设有变频循环泵37。
流量分配板41后方的水槽31内设有溢流坝44，溢流坝44的左右两端分别与左土层39和右土层40相接，溢流坝44与其后侧的水槽31围成水槽进水腔45；回水管36的末端通入水槽进水腔45并用于向水槽31供水；水槽31后端上部设有用于向水槽进水腔45中注入泥沙的定速进料装置46；
定速进料装置46包括物料容器47，物料容器47上端敞口并用于注入泥沙；物料容器47内设有隔板48，隔板48的上部倾斜设置；隔板48将物料容器47分为电机腔49和物料腔50，物料腔50底部连接有送料管51；电机腔49内设有送料用变频电机52，送料用变频电机的电机轴通过联轴器连接有减速器54，减速器54的输出轴53穿过隔板48并伸至送料管51的末端开口处；减速器54的输出轴53与隔板48转动密封配合，物料腔50和送料管51内的减速器的输出轴53上设有用于推送物料的螺旋叶片55；送料管51的末端开口位于水槽进水腔45的上方。联轴器为常规装置，图未示。
进水左折流板10和进水右折流板11之间围成进水折流通道；进水折流通道上方的过滤进水腔3形成进水扰动区19，进水折流通道为进水缓冲区，进水折流通道下方的过滤进水腔
3形成进水沉淀室12，进水沉淀室12的侧壁上设有进水清污门13；
溢流沉淀槽33的最后方的沉淀水室35的上部连接有沉淀水流出管57，沉淀水流出管57通入泥沙过滤装置56的锥形进水斗1，泥沙过滤装置56连接回水管36，回水管36上串联有缓冲水箱58，缓冲水箱58的底部连接所述回水管36，回水管36通过泥沙过滤装置56与溢流沉淀槽33相连接。
出水左折流板14和出水右折流板15之间围成出水折流通道；出水折流通道上方的过滤出水腔5形成出水扰动区17，出水折流通道为出水缓冲区，出水折流通道下方的过滤出水腔
5形成出水沉淀室18，出水沉淀室18的侧壁上设有出水清污门21。清污门为常规技术，图未详示进水清污门13和出水清污门21。
最左侧的插接槽为左插接槽67，最右侧的插接槽为右插接槽68，其余各插接槽为中间插接槽60；左插接槽67和右插接槽68中分别插设有流速控制板69，流速控制板69上均匀分布有多个透水孔70；流速控制板69的底端插入沙层38并与水槽31的槽底相接；
水槽31具有沿前后方向延伸的中心线71；中心线71左侧的各中间插接槽60为左中插接槽，中心线71右侧的各中间插接槽60为右中插接槽；至少一个左中插接槽中插接有流速控制板69，至少一个右中插接槽中插接有流速控制板69；
最左侧的流速控制板69与左土层39围成左岸控水流道72，最右侧的流速控制板69与右土层40围成右岸控水流道73。
变频振动电机16在过滤进水腔3处引起的共振现象最强烈时，进水振幅传感器77测量到的振幅达到最大值，此时变频振动电机16的工作频率为进水腔防堵塞频率；
变频振动电机16在过滤出水腔5处引起的共振现象最强烈时，出水振幅传感器78测量到的振幅达到最大值，此时变频振动电机16的工作频率为出水腔防堵塞频率；
工作人员通过电控装置66控制变频振动电机16交替以进水腔防堵塞频率或出水腔防堵塞频率运行，促使附着在各折流板上的物体振动脱落，同时促使过滤孔6中附着的物体脱落。
水槽31中心线71左侧的流速控制板69的数量根据以下原则进行控制：左侧差值越大，则越多的左中插接槽中需要插接流速控制板69；左侧差值越小，则越少（直到为零）的左中插接槽中需要插接流速控制板69。
52的运行频率，向水槽进水腔45中进行定速供料，实现实验预定的水沙比；模拟的河水中的泥沙量越大，送料用变频电机52的运行频率越高。根据特定的实验设计（目标河水中泥沙的重量百分比，变频循环泵37在特定运行频率下的单位时间供水重量以及送料用变频电机52在不同运行频率下的单位时间输送的泥沙重量），可以计算出变频循环泵37和送料用变频电机52的合适的运行频率。
33中的水依次经各溢流挡板34由前向后流动，并在各沉淀水室35中进行多级沉淀；溢流沉淀槽33的各沉淀水室35的底部均连接有排放管80，各排放管80的末端开口下方均位于一排水槽82的上方。排放管80的管口处设有用于阻挡泥沙的泥沙滤网。滤网为常规技术，图未示泥沙滤网。泥沙滤网优选与排放管80可拆卸连接，如卡接。排放管80上设有排放阀81；实验结束后，打开各排放阀81，逐渐将各沉淀水室35中的水排空，然后可由溢流沉淀槽33的顶部敞口将其内沉淀的泥沙取出，以备重复使用。多级沉淀后的水经沉淀水流出管57进入泥沙过滤装置56进行进一步过滤净化。水通过进水斗1和进水管2排入过滤进水腔3，水向下冲击在折流板上；水中较重的泥沙经进水折流通道逐渐沉积到进水沉淀室12；进水折流通道上方的水经过滤板4进入出水扰动区17，颗粒大于过滤孔6的的泥沙留在过滤进水腔3内并逐渐沉入进水沉淀室12；出水折流通道和出水沉淀室18沉积过滤出水腔5中的泥沙（此部分泥沙量极小）；过滤出水腔5的容积更大，使得过滤出水腔5中的水体扰动更小，水流更为平缓，水体中的杂质更容易向底部沉淀。过滤后的水经回水管36流入缓冲水箱58，在变频循环泵
37的作用下经回水管36回流入水槽进水腔45；由于回水得到净化，因此能够通过控制回水速度和定速进料装置46的送料速度，为水槽进水腔45提供泥砂含量与被模拟的具体河段中河水的泥砂含量基本相同的水。
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