一种循环水流的浪流试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种循环水流的浪流试验装置，包括试验水槽、造流系统、造波系统和采集控制系统。试验水槽与循环管道形成内部连通封闭的水流垂直循环回路，循环管道在水槽底部的正下方，试验水槽内部充满水，由轴流水泵驱动，产生运动的水流。造波机由电机带动推板作直线往复运动，推动水槽内的水体产生波浪，布置可调节坡度的消波器，消除反射波对试验的影响。采集控制系统负责试验水槽中浪流的控制及数据的采集。本发明专利技术在试验水槽中生成大流量的高流速水流及不同种类的波浪，并可以消除反射波，为开展浪、流动力环境的试验提供可靠的技术手段。

【技术实现步骤摘要】
一种循环水流的浪流试验装置
本专利技术涉及海洋动力环境试验装置，特别是涉及一种采用轴流水泵驱动水流循环的可调节消波器坡度的浪流试验装置。
技术介绍
在海洋开发过程中，海洋环境监测技术、海洋能开发利用技术等高新技术的研究和发展是促进海洋可持续开发利用的重要环节。 然而，海洋环境是多变和复杂的，海流、波浪等直接作用于海洋环境监测仪器设备与海洋能发电装置之上，影响设备的安全运行和稳定性。 因此，在海洋环境监测仪器设备和海洋能发电装置研制过程中，室内模拟试验是重要的研究手段之一，通过室内海洋环境试验装置可再现海洋环境，验证海洋监测仪器设备和海洋能发电装置的技术指标和环境适应性，为其技术发展提供科学依据，促进海洋高新科技研发成果的产业化进程。 现有能够产生浪流的室内海洋环境试验装置由试验水槽和造流系统与造波系统组成，由造流系统和造波系统联合作用于水槽中水体，产生用以试验的海流和波浪。 产生水流的方式有水平循环和垂直循环水流两种形式。水平循环水流的试验水槽设施占地面积较大，因此多为小规模设施。小规模设施试验水槽中混流段较短，试验区域不容易形成稳定的浪流混合场，影响试验数据的真实性。现有的垂直循环水流试验水槽采用电机带动螺旋桨的形式驱动水流运动，但是较难实现精确的流速控制。 产生波浪的室内海洋环境试验水槽，通常是由造波机产生波浪，由固定板构成的设置在造波机对侧的消波器进行消波。现有的消波器为固定坡度形式，对于不同波周期波浪的消波效果不理想。
技术实现思路
针对现有技术的海洋环境试验装置的水流试验水槽所存在的问题，本专利技术推出一种新型结构的循环水流浪流试验装置，采用轴流水泵驱动水流垂直循环，采用可调节坡度的消波器消除反射波的影响，更有效地进行海洋动力环境模拟试验。 本专利技术所涉及的一种循环水流的浪流试验装置包括试验水槽、造流系统、造波系统和采集控制系统，造流系统设置在试验水槽底座内并有管道与试验水槽内部连通，造波系统设置在试验水槽内，造流系统和造波系统驱动水槽内的水体产生水流和波浪，造流系统的水流驱动系统以及造波系统与采集控制系统的计算机连接，采集控制系统控制造流系统和造波系统的运转，采集控制系统的测量仪置于水槽水体内并采集试验水槽内的波浪和水流数据。 试验水槽呈长方体形状，内部充满水，两端底部设置进水口和出水口。试验水槽壳体两端为钢筋混凝土结构，中间试验区域的两侧为钢化玻璃，便于观察试验水槽内试验过程。 造流系统包括水流驱动系统、循环管道、整流箱和导流片。 水流驱动系统由水流驱动电机与轴流水泵组成，水流驱动电机安装在试验水槽下部的底座上，轴流水泵设置在试验水槽的出水口下方的循环管道的外侧，通过法兰与循环管道连接。 循环管道设置在试验水槽下部的底座内，位于试验水槽正下方。循环管道为密封管道，分段设计，每段两端设有法兰，法兰用螺栓连接，连接处填充密封材料。循环管道两端形成向上的弯管，两端的弯管分别与试验水槽两侧端下部的出水口和进水口连通。循环管道与试验水槽形成内部连通的水流垂直循环回路。 循环管道与试验水槽侧端进水口连通的弯管处设置导流片，导流片呈弧形，利于循环管道弯管处水流的流通。 试验水槽侧端进水口内设置整流箱，整流箱由环氧树脂板加工而成，内部呈正方形整流格形式，用于导直来流，消除来流旋转和减少水流横向的流动。 造波系统包括造波机和消波器。造波机设置在进水口一侧的试验水槽的壳体端部，包括造波机电机、丝杠、丝母和推板。 造波机电机安装在试验水槽端部的钢筋混凝土结构上，造波机电机输出轴连接丝杠一端，丝杠另一端插入推板上安装的丝母内，丝杠外螺纹与丝母内螺纹啮合，推板垂直设置在试验水槽内的水中。造波机电机带动丝杠转动，通过丝母将回转运动转变为直线运动，推动推板平移。当造波机电机不断进行正转和反转运动时，推板将随之进行直线往复运动，不断将能量传递给水槽内的水体，产生波浪。 消波器由消波坡面和直线运动模组组成，设置在造波机对侧的出水口一侧的试验水槽的壳体端部。消波坡面设置在水中，与试验水槽底部水平方向呈一定的夹角。消波坡面一端和试验水槽底部铰接，另一端和直线运动模组连接。直线运动模组为直线导轨与滚珠螺杆组成的系统模块，通过直线运动模组的垂直直线运动带动消波坡面运动，实现调节消波坡面坡度的功能。消波坡面上布置海绵或合成纤维材料提高消波效果。 采集控制系统包括波高仪、流速测量仪、变频器、采集器和计算机。波高仪和流速测量仪设置在试验水槽内的水中，波高仪、流速测量仪分别与采集器相连，采集器与计算机连接，计算机连接变频器。变频器分别连接水流驱动系统的水流驱动电机和造波机电机。 当进行浪流综合试验时，首先在采集控制系统的计算机中设定流速和波浪参数，根据波浪参数调节消波器消波坡面的坡度，变频器根据设定参数确定造波机和水流驱动系统各自的电机转速，然后加电启动电机。轴流水泵驱动水体运动，使水体沿试验水槽与循环管道形成的水流垂直循环回路流动。造波机电机的正反转动带动推板作直线往复运动，推动水槽内流动的水体产生波浪，开始试验。消波器消除造波机产生的波浪，排除反射波对试验的影响，提高试验的准确性。 在试验过程中，波高仪测量波浪高度、流速测量仪测量水的流速，测量数值输入计算机，计算机通过变频器自动控制与调节电机转速，从而使试验水槽中的浪、流参数稳定在预设数值范围内。 本专利技术所涉及的循环水流的浪流试验装置采用轴流水泵驱动水流垂直循环的形式，能够产生高流速的水流和各种波浪耦合的浪流试验工况，在实验室内模拟海洋环境中浪流变化的真实情况，并通过调节消波坡面坡度有效的消除反射波的影响，为海洋环境监测仪器设备和海洋能发电装置开展浪流动力环境的试验，提供了可靠的技术手段。 【附图说明】 图1为本专利技术涉及的循环水流的浪流试验装置的结构示意图。 图中标记说明: 1.试验水槽2.造波机电机 3.丝杠4.推板 5.进水口6.整流箱 7.水流8.波高仪 9.流速测量仪10.出水口 11.消波坡面12.直线运动模组 13.水流驱动系统 14.循环管道 15.底座16.导流片 【具体实施方式】 现结合附图对本专利技术的技术方案做进一步描述。图1显示循环水流的浪流试验装置的基本结构，如图所示，循环水流的浪流试验装置包括试验水槽、造流系统、造波系统和采集控制系统。 试验水槽I呈长方体形状，内部充满水流，试验水槽壳体两端为钢筋混凝土结构，中间试验区域的两侧为钢化玻璃，便于观察试验水槽内试验过程。 造流系统包括水流驱动系统13、循环管道14、整流箱6和导流片16。水流驱动系统13由水流驱动电机与轴流水泵组成。电流电机安装在试验水槽下部的底座15上。轴流水泵设置在试验水槽的出水口 10下方的循环管道14的外侧，通过法兰与循环管道14连接。循环管道14设置在试验水槽I下部的底座15内，循环管道14位于试验水槽I正下方。循环管道14为密封管道，分段设计，每段两端设有法兰，法兰用螺栓连接，连接处填充密封材料。循环管道两端形成向上的弯管，两端的弯管分别与试验水槽I两侧端下部的出水口 10和进水口 5连通。循环管道14的进水口 5 —侧的弯管下部设置导流片16。试验水槽I的进水口 5处设置整流箱6。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种循环水流的浪流试验装置，其特征在于：包括试验水槽、造流系统、造波系统和采集控制系统，造流系统设置在试验水槽底座内并有管道与试验水槽内部连通，造波系统设置在试验水槽内，造流系统和造波系统驱动水槽内的水体产生水流和波浪，造流系统的水流驱动系统以及造波系统与采集控制系统的计算机连接，采集控制系统控制造流系统和造波系统的运转，采集控制系统的测量仪置于水槽水体内并采集试验水槽内的波浪和水流数据；所述造流系统包括水流驱动系统、循环管道、整流箱和导流片，循环管道设置在试验水槽下部的底座内，循环管道两端形成向上的弯管，两端的弯管分别与试验水槽两侧端下部的出水口和进水口连通，循环管道与试验水槽形成内部连通的水流垂直循环回路；所述水流驱动系统由水流驱动电机与轴流水泵组成，水流驱动电机安装在试验水槽下部的底座上，轴流水泵设置在试验水槽的出水口下方的循环管道的外侧，通过法兰与循环管道连接；所述造波系统包括造波机和消波器，造波机设置在进水口一侧的试验水槽的壳体端部，包括造波机电机、丝杠、丝母和推板，造波机电机输出轴连接丝杠一端，丝杠另一端插入安装在推板上的丝母内，推板垂直设置在试验水槽内的水中；消波器由消波坡面和直线运动模组组成，消波坡面设置在水中，消波坡面一端和试验水槽底部铰接，另一端和直线运动模组连接；直线运动模组为直线导轨与滚珠螺杆组成的系统模块，通过直线运动模组的垂直直线运动带动消波坡面运动；所述采集控制系统包括波高仪、流速测量仪、变频器、采集器和计算机，波高仪和流速测量仪设置在试验水槽内的水中，波高仪、流速测量仪分别与采集器连接，采集器与采集控制系统的计算机连接，计算机连接变频器，变频器分别连接水流驱动系统的水流驱动电机和造波机电机。...

【技术特征摘要】
1.一种循环水流的浪流试验装置，其特征在于:包括试验水槽、造流系统、造波系统和采集控制系统，造流系统设置在试验水槽底座内并有管道与试验水槽内部连通，造波系统设置在试验水槽内，造流系统和造波系统驱动水槽内的水体产生水流和波浪，造流系统的水流驱动系统以及造波系统与采集控制系统的计算机连接，采集控制系统控制造流系统和造波系统的运转，采集控制系统的测量仪置于水槽水体内并采集试验水槽内的波浪和水流数据； 所述造流系统包括水流驱动系统、循环管道、整流箱和导流片，循环管道设置在试验水槽下部的底座内，循环管道两端形成向上的弯管，两端的弯管分别与试验水槽两侧端下部的出水口和进水口连通，循环管道与试验水槽形成内部连通的水流垂直循环回路； 所述水流驱动系统由水流驱动电机与轴流水泵组成，水流驱动电机安装在试验水槽下部的底座上，轴流水泵设置在试验水槽的出水口下方的循环管道的外侧，通过法兰与循环管道连接； 所述造波系统包括造波机和消波器，造波机设置在进水口一侧的试验水槽的壳体端部，包括造波机电机、丝杠、丝母和推板，造波机电机输出轴连接丝杠一端，丝杠另一端插入安装在推板上的丝母内，推板垂直设置在试验水槽内的水中；消波器由消波坡面...

【专利技术属性】
技术研发人员：路宽，熊焰，李超，宋雨泽，齐连明，李彦，杨宁，杨磊，韩林生，王花梅，朱晓阳，王士一，
申请(专利权)人：国家海洋技术中心，
类型：发明
国别省市：天津;12