一种模拟桥梁水毁实验的水箱装置及其实验方法，属于桥梁水毁破坏实验研究技术领域。装置，包括槽体防回流系统、自循环系统、模拟水流系统及测试系统。实验方法：将外接水源连接至下层进水口，打开阀门，将水引入下层水箱；当水从上层水箱的喷水口溢出时，关闭阀门；将实验试件放入上层水箱内，按实验要求固定在安装位置上；将水泵出水口与上层水箱喷水口相连，启动水泵，将下层水箱内的水通过水泵抽水口抽出，并通过上层水箱的喷水口注入上层水箱，达到实验要求给定的水面高度时，关闭水泵；将水泵出水口与气液增压泵的输入端相连，并将喷水法兰连接至上层水箱的喷水口；启动水泵和螺旋式流速仪，通过多相调节器调节水流流速至实验要求的流速。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于桥梁水毁破坏实验研宄
，是涉及一种可用于模拟常水位流速 和洪峰水位流速水流特性的自循环水箱装置，特别是涉及一种模拟桥梁水毁实验的水箱装 置及其实验方法。
技术介绍
近几十年来，桥梁水毁的研宄一直是涉及建筑学科和水利学科的跨学科前沿课 题。国内外现有的水槽一般由环形水槽、剪切环和驱动三部分组成。1986年，天津水运工程 科学研宄所自制了环形水槽，利用该水槽研宄了港口泥沙水利特性，计算分析河道泥沙运 动现象。2012年，河海大学申请了一种双向环形水槽系统，该水槽宽200mm、高500mm，精度 为1.0 cm/s，流速在0~120cm/s。2013年同济大学专利技术的环形水槽有别于其他水槽，在于 它的水流线速度调节可精确到1.0 mm/s，但是这些水槽都不能解决多变的工程中桥梁水毁 的相关实验问题。 水槽作为一种重要的桥梁相关水毁实验工具，几十年前人们就开始运用到研宄桥 梁工程施工中遇到的工程难题。水槽种类繁多，形状各异，功能更是千差万别，总体来说分 为自循环与外循环水槽。自循环水槽，即为水槽及其附属装置形成封闭小范围水流循环系 统，通过动力系统驱使水流在水槽内循环流动。外循环水槽，必须有固定的水源，需在水槽 周边设有蓄水池或其他补水设施，使用动力系统将蓄水池或补水设施内的水体驱动到水槽 内，流经水槽后再排入到蓄水池或其他补水设施内，从而形成水流外流的循环系统。相比 外循环水槽而言，自循环水槽具有占地面积小、附属设施简单、可控性强、成本低等优点，但 是现有的自循环水槽流速较小，回流影响流区域较大，导致实验拓展面较小，实验效果不理 想，不能满足模拟多变的工程现场的实验要求。水槽按形状主要包括：直水槽、环形水槽、折 返式直水槽和组合式循环水槽。例如浙江大学专利技术的折返式直水槽、杭州大学研制的组合 式循环水槽，这两种水槽虽然保留了直水槽及环形水槽的某些优点，但是构造复杂。环形水 槽最早由美国麻省理工学院研制，后佛罗里达大学进行了较大的改进，虽然这些水槽装置 适合模拟河道内砂石、土流动现象的相关模拟，但是都不是模拟桥梁水毁的最佳选择。 现有的最先进的自循环水槽使用电机驱动叶轮作为动力输出系统，让水在水槽内 流动，但是这种方法只能产生较低的流速，而且电机驱动叶轮作为水槽动力输出系统存在 众多弊端。首先，电机的转数一般只有固定的几个功率档位可供调节，也就是说叶轮的转 数有固定的范围，所以产生的流速也是固定的，当电机转数较低时产生的流速范围较小，一 般流速要求为〇. 5m/s以下；其次，当转数升到一定值后，因叶轮转数过高会对上层水箱水 流产生影响，造成槽口水流流态紊乱，出现回流现象，也一定程度上影响了水力学实验的结 果；第三，由于电机转数过高会产生一定的振动现象，使水槽的整体性受到影响，一旦叶轮 和水槽产生振动现象，水槽内的水产生的振动将影响水流流速，影响实验的进行。因此，现 有的自循环水槽及相关实验装置的效率、适用性、耐久性以及装置内水流流态的稳定性都 亟待提尚。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种模拟桥梁水毁实验的水箱装置及其实 验方法，本专利技术可用于模拟常水位流速和洪峰水位流速时不同特征的水流，研宄不同水流 流速对桥梁水毁的作用效果，并可防止桥梁水毁实验时的水流回流。 为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种模拟桥梁水毁实验的水箱装 置，包括槽体防回流系统、自循环系统、模拟水流系统及测试系统； 所述槽体防回流系统，包括防回流板，防回流板的下端通过旋转轴设置在上层水 箱内，在上层水箱的内侧轴向对称设置有两个低压直流电机，两个低压直流电机的动力输 出轴分别与两条软钢丝绳的一端相连接，软钢丝绳的另一端分别与防回流板的上端相连 接；所述低压直流电机与外接直流电机变压器相连接； 所述自循环系统，包括上层水箱、下层水箱、独立防震装置及水泵；所述上层水箱 设置在下层水箱的上方，在上层水箱的左端面上设置有喷水口，在上层水箱与下层水箱之 间的隔板的右侧设置有循环出水口；在下层水箱的左端面上设置有水泵抽水口，在下层水 箱的右端面上设置有下层进水口，在下层进水口处设置有阀门；所述水泵设置在独立防震 装置上，水泵的进水口与下层水箱的水泵抽水口相连接； 所述模拟水流系统，包括水泵、喷水法兰及具有多相调节器的气液增压泵；所述气 液增压泵的输出端与喷水法兰相连接； 所述测试系统，包括若干个智能管道流量计和螺旋式流速仪；所述智能管道流量 计分别设置在气液增压泵增压后的管道和喷水法兰上，螺旋式流速仪分别设置在实验试件 安装位置的周围。 在所述防回流板位置的上层水箱外壁设置有固定度盘，在防回流板上设置有回流 板旋转指针，所述回流板旋转指针与固定度盘相对应。 所述水泵的进水口通过连接软管和卡具与水泵抽水口相连接，水泵的出水口通过 连接软管和卡具与喷水口或气液增压泵的输入端相连接。 采用所述的模拟桥梁水毁实验的水箱装置的实验方法，包括如下步骤： 步骤一：将外接水源连接至下层进水口，打开下层水箱的阀门，将水引入下层水 箱；当水从上层水箱的喷水口溢出时，关闭阀门； 步骤二：将实验试件放入上层水箱内，按实验要求固定在安装位置上； 步骤三：将水泵的出水口与上层水箱的喷水口相连接，启动水泵，将下层水箱内的 水通过水泵抽水口抽出，并通过上层水箱的喷水口注入上层水箱，达到实验要求给定的水 面高度时，关闭水泵； 步骤四：断开水泵出水口与喷水口之间的连接，将水泵出水口与气液增压泵的输 入端相连接，并将喷水法兰连接至上层水箱的喷水口；启动水泵和螺旋式流速仪，通过多 相调节器调节水流流速至实验要求的流速；根据螺旋式流速仪的读数调节防回流板，当螺 旋式流速仪的读数显示上层水箱内水流无回流及侧向环流时，制动防回流板的低压直流电 机，此时即可进行相关模拟实验。 本专利技术的有益效果： 1、本专利技术可用于模拟常水位流速和洪峰水位流速时不同特征的水流，研宄不同水 流流速对桥梁水毁的作用效果，并可防止桥梁水毁实验时的水流回流； 2、本专利技术适用于多种水流物理试验与教学展示试验，而且制造方便、便于装卸，更 是模拟桥梁路桥结合部位水毁实验的有效装置； 3、本专利技术采用了水泵W0RECHI-170F和气液增压泵STA100,并结合高精度的螺旋 式流速仪实时读取上层水箱中的水流速度，水流速度测试可精度到〇. lcm/s，从而获得更为 精确的水流流速测定效果，准确校验了上层水箱内的实际流速，与此同时将流速范围扩大 到0~360cm/s，并消除了横向环流； 4、本专利技术采用智能管道流量计LUGB DN-50监控向上层水箱内喷水的均匀性，并通 过阀门控制水箱内水流流速，多挡切换灵活。【附图说明】 图1为本专利技术的槽体防回流系统和自循环系统及与其相连的测试系统的结构示 意图； 图2为本专利技术的模拟水流系统及与其相连的测试系统的结构示意图； 图3为工况5实验前的实验试件模型图； 图4为工况5破坏后的实验试件模型图； 图中：1-螺旋式流速仪，2-低压直流电机，3-软钢丝绳，4-上层水箱，5-阀门， 6-下层进水口，7-循环出水口，8-回流板旋转指针，9-防回流板，10-水泵抽水口，11-喷水 口，12-水泵，13-多相调节器，14-气液增压泵，15-喷水法兰，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种模拟桥梁水毁实验的水箱装置，其特征在于包括槽体防回流系统、自循环系统、模拟水流系统及测试系统；所述槽体防回流系统，包括防回流板，防回流板的下端通过旋转轴设置在上层水箱内，在上层水箱的内侧轴向对称设置有两个低压直流电机，两个低压直流电机的动力输出轴分别与两条软钢丝绳的一端相连接，软钢丝绳的另一端分别与防回流板的上端相连接；所述低压直流电机与外接直流电机变压器相连接；所述自循环系统，包括上层水箱、下层水箱、独立防震装置及水泵；所述上层水箱设置在下层水箱的上方，在上层水箱的左端面上设置有喷水口，在上层水箱与下层水箱之间的隔板的右侧设置有循环出水口；在下层水箱的左端面上设置有水泵抽水口，在下层水箱的右端面上设置有下层进水口，在下层进水口处设置有阀门；所述水泵设置在独立防震装置上，水泵的进水口与下层水箱的水泵抽水口相连接；所述模拟水流系统，包括水泵、喷水法兰及具有多相调节器的气液增压泵；所述气液增压泵的输出端与喷水法兰相连接；所述测试系统，包括若干个智能管道流量计和螺旋式流速仪；所述智能管道流量计分别设置在气液增压泵增压后的管道和喷水法兰上，螺旋式流速仪分别设置在实验试件安装位置的周围。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王家伟，杨柏，郎俊彪，王笑二，董天文，金佳旭，董姝言，
申请(专利权)人：中冶沈勘工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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