潮间带泥沙起动测量装置及其测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种潮间带泥沙起动测量装置及其测量方法，由上部结构、下部结构和固定支架构成，上部结构置于下部结构之上，其由套心轴、内圆筒和外圆筒组成，套心轴包括内轴和外轴，内轴与内圆筒连接，外轴与外圆筒连接，内圆筒和外圆筒之间的环形槽内注满水，下部结构置于泥沙滩面上，内圆筒和外圆筒之间的环形槽内的水与下部泥沙滩面接触，固定支架上设有驱动内轴和外轴旋转的电机，通过电机驱动内轴和外轴以最佳转速比旋转带动内圆筒和外圆筒之间的环形槽内的水流动，在下部的泥沙滩面产生均匀切应力，当环形槽内水体浊度突然增大时判断为泥沙起动，通过此时内外圆筒的转速即可得到滩面泥沙起动的临界切应力。

Intertidal sediment starting measuring device and its measuring method

The invention provides a starting measuring device for intertidal sediment and its measuring method, which is composed of an upper structure, a lower structure and a fixed support. The upper structure is placed above the lower structure and consists of a sleeve mandrel, an inner cylinder and an outer cylinder. The sleeve mandrel comprises an inner shaft and an outer shaft, which are connected with an inner cylinder and an outer shaft with an outer cylinder. Then, the ring groove between the inner cylinder and the outer cylinder is filled with water, the lower structure is placed on the sediment beach surface, the water in the ring groove between the inner cylinder and the outer cylinder contacts the lower sediment beach surface, and the fixed bracket is equipped with a motor to drive the inner shaft and the outer shaft to rotate at the best speed ratio. The flow in the annular groove between the inner cylinder and the outer cylinder produces uniform shear stress on the bottom of the sand beach. When the turbidity of the water in the annular groove suddenly increases, it is judged that the sediment starts. The critical shear stress can be obtained by the rotation speed of the inner and outer cylinders.

【技术实现步骤摘要】
潮间带泥沙起动测量装置及其测量方法
本专利技术涉及一种潮间带泥沙起动测量装置及其测量方法，属于水沙观测

技术介绍
泥沙的起动条件指的是使泥沙颗粒从静止到运动的临界水流条件。获得较为准确的泥沙起动条件，有助于解决与之相关的一系列水沙运动理论与工程问题。获取泥沙临界起动切应力的方法分为室内测量和现场测量。室内测量即在现场尽可能较小扰动地采集或在实验室重塑泥沙样本，在实验室通过直水槽或环形水槽对泥沙的临界起动条件进行测量；现场测量即在现场利用仪器获得泥沙起动条件。由于可以避免取样和运输样品过程中对泥沙性质的改变，相较于实验室测量，现场测量获得的泥沙起动条件更加接近自然状况下的泥沙起动条件。传统的现场测量装置，或者测量准确但装置过大，使用不便，或者装置使用便捷，但装置的原理合理性存疑。因此专利技术一种使用便捷，测量准确的潮间带泥沙起动测量系统很有必要。公开号为201610534494.0的专利申请提供一种了潮滩泥沙临界起动切应力原位测试装置及监测方法，运用剪力环与内外圆筒反向转动来形成均匀的底部切应力从而进行测量计算，但经数值模拟发现，剪力环的反向转动会使底部切应力过小，从而达不到现场测量的要求。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种改进的潮间带泥沙起动测量装置及其测量方法，使得结构更加简单，测量更加方便准确。为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种潮间带泥沙起动测量装置，该装置由上部结构、下部结构和固定支架构成，所述上部结构置于下部结构之上，固定支架用于固定上部结构，所述上部结构由套心轴、内圆筒和外圆筒组成，所述套心轴包括内轴和外轴，内轴与内圆筒连接，外轴与外圆筒连接，通过内轴和外轴同向旋转带动内圆筒和外圆筒同向旋转；所述内圆筒和外圆筒之间形成用于注水的环形槽；所述下部结构置于泥沙滩面上，内圆筒和外圆筒之间的环形槽内的水与下部泥沙滩面接触；所述固定支架上设有驱动内轴和外轴旋转的电机；该装置通过电机驱动内轴和外轴旋转，从而带动内圆筒和外圆筒以某一最佳转速比同向旋转，从而带动内圆筒和外圆筒之间的环形槽内的水流动，给下部的泥沙滩面一均匀切应力，测定环形槽内水的浊度，当环形槽内水的浊度突然增大时泥沙起动，通过此时内外圆筒的转速即可计算得到泥沙滩面临界起动的切应力。其中，所述外圆筒与内圆筒同向旋转，内外圆筒的最佳转速比通过以下公式确定：其中，z为最佳转速比，x＝R/r，1.3≤x≤1.9，y＝H/r，0.3≤y≤1.3，t＝(x-1.3)/0.2；r为内圆筒半径，R为外圆筒半径，H为环形槽内的水深，t为中间参数。所述内轴和外轴通过轴承相互连接，套心轴外套有轴承壳；所述内轴一端设有内轴皮带盘，另一端通过第一连接杆件与内圆筒上盖固定连接，外轴一端设有外轴皮带盘，另一端通过第二连接杆件与外圆筒上盖连接；所述外圆筒筒壁上安装有OBS浊度传感器，并设有排水孔和取样口，外圆筒上盖留有孔洞，排水孔中心高度低于内圆筒顶面，取样口中心高度与OBS浊度传感器相同；OBS浊度传感器通过外部的无线传输装置将实时测量的电流值发送至接收装置上；所述下部结构包括内圆盘、外圆环、外套筒和内套筒，所述内圆盘底部与内套筒连接，所述外圆环底部与外套筒连接；所述内圆筒底部位于内圆盘上，外圆筒位于外圆环上；所述固定支架与轴承壳固定连接，固定支架上设有电机、皮带盘组和漏斗，电机通过皮带盘组驱动内轴和外轴旋转。进一步地，所述电机通过第一连接支架安装于固定支架上，所述皮带盘组通过第二连接支架安装于固定支架上，皮带盘组包括三个皮带盘，中部的皮带盘与电机通过皮带连接，两端的两个皮带盘分别与内轴皮带盘和外轴皮带盘通过皮带连接，电机通过皮带传动皮带盘组中部的皮带盘，带动皮带盘组两端的两个皮带盘旋转，进一步带动内轴皮带盘和外轴皮带盘旋转从而驱动内轴和外轴。所述外圆环上留有环形的外轨道，内圆盘上留有环形的内轨道，外轨道距离外圆环内圆周的距离内外圆筒间距的1/3，内轨道距离内圆盘外圆周的距离为内外圆筒间距的1/3；所述内轨道和外轨道内设有滚子，外圆筒底部与外轨道内的滚子接触，内圆筒底部与内轨道内的滚子接触；通过将外轨道外延，内轨道内缩的方式，将底部靠近内外圆筒的切应力急剧变化的部分遮挡住，使得内外圆筒构成的环形槽内水流在滩面出露区域形成均匀的切应力。所述固定支架包括顶部的4条组成十字形的水平支架，每条水平支架外端分别连接一条竖向支架，每条竖向支架下部安装有水平的泡沫板，两侧的竖向支架中上部高度处分别固定水平方向的铝合金钢管的一端，铝合金钢管的另一端设有与轴承壳固定的连接件。所述固定支架一侧的水平支架上设有电机轨道和皮带盘轨道，所述第一连接支架能够延电机轨道水平移动，第二连接支架能够延皮带盘轨道水平移动。本专利技术还提供上述装置测定潮间带泥沙起动的测量方法，包括如下步骤：步骤一：根据内外圆筒半径确定最佳转速比；通过数值模拟装置内部流场，拟合最佳转速比时底部切应力与转速之间的关系曲线，获得最佳转速比时切应力与转速之间的关系；步骤二：将测量装置的下部结构插入待测滩面区域内；步骤三：将测量装置的上部结构安放于下部结构上；步骤四：安装固定支架，将电机与内轴和外轴建立驱动连接；步骤五：向内圆筒与外圆筒之间的环形槽内注满水；步骤六：开启电机，使内轴和外轴以最佳转速比同向转动，缓慢逐级增加转速，当内圆筒与外圆筒之间的环形槽内水的浊度明显升高时，记录此时的转速；步骤七：根据步骤一获得的切应力与转速之间的关系，得到表层泥沙临界起动切应力；步骤八：测定结束后，环形槽中的水排出，拆除固定支架和装置上部结构，拔出装置下部结构。步骤一中，所述最佳转速比根据内外圆筒半径采用以下公式确定：其中，z为最佳转速比，x＝R/r，1.3≤x≤1.9，y＝H/r，0.3≤y≤1.3，t＝(x-1.3)/0.2；r为内圆筒半径，R为外圆筒半径，H为环形槽内的水深，t为中间参数。步骤六中，外轴转速每次以0.1～1rpm逐级增加，并保持内轴和外轴以最佳转速比同向转动。本专利技术在原潮滩泥沙临界起动切应力原位测量装置的基础上加以改进，原来的装置是运用剪力环与内外圆筒反向转动来形成均匀的底部切应力，经数值模拟发现，剪力环的反向转动会使底部切应力过小，从而达不到现场测量的要求。本专利技术去掉了剪力环，将底部靠近内外圆筒的切应力急剧变化的部分遮挡住，利用内外圆筒以最佳转速比同向转动来形成均匀的底部切应力。当转速比较小时，由于离心力的作用，底部切应力随轴向距离增大而增大；当转速比较大时，内圆筒附近水流流速大于外圆筒附近水流流速，底部切应力随轴向距离增大减小。因此，存在最佳转速比，在该最佳转速比时，切应力沿轴向均匀分布。有益效果：1、本装置简化了原有的泥沙起动测量装置，去掉了剪力环以及与剪力环运转相关的一系列装置，因此只需要一个电机就能实现装置的运转；2、本装置通过遮挡住滩面靠近内外圆筒切应力变化大的区域，内外圆筒以最佳转速比同向转动在测量区形成均匀的切应力，使得测量结果更为准确；3、本申请测量方法实现泥沙临界起动切应力现场测量，且测量过程中对现场泥沙扰动较小，解决了传统方法对沙样产生扰动而使测量值无法反应现场真实情况的问题。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做更进一步的具体说明，本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种潮间带泥沙起动测量装置，该装置由上部结构、下部结构和固定支架构成，所述上部结构置于下部结构之上，固定支架用于固定上部结构，其特征在于：所述上部结构由套心轴、内圆筒(10)和外圆筒(9)组成，所述套心轴包括内轴(1)和外轴(6)，内轴(1)与内圆筒(10)连接，外轴(6)与外圆筒(9)连接，通过内轴(1)和外轴(6)同向旋转带动内圆筒(10)和外圆筒(9)同向旋转；所述内圆筒(10)和外圆筒(9)之间形成用于注水的环形槽；所述下部结构置于泥沙滩面上，内圆筒(10)和外圆筒(9)之间的环形槽内的水与下部泥沙滩面接触；所述固定支架上设有驱动内轴(1)和外轴(6)旋转的电机(17)。

【技术特征摘要】
1.一种潮间带泥沙起动测量装置，该装置由上部结构、下部结构和固定支架构成，所述上部结构置于下部结构之上，固定支架用于固定上部结构，其特征在于：所述上部结构由套心轴、内圆筒(10)和外圆筒(9)组成，所述套心轴包括内轴(1)和外轴(6)，内轴(1)与内圆筒(10)连接，外轴(6)与外圆筒(9)连接，通过内轴(1)和外轴(6)同向旋转带动内圆筒(10)和外圆筒(9)同向旋转；所述内圆筒(10)和外圆筒(9)之间形成用于注水的环形槽；所述下部结构置于泥沙滩面上，内圆筒(10)和外圆筒(9)之间的环形槽内的水与下部泥沙滩面接触；所述固定支架上设有驱动内轴(1)和外轴(6)旋转的电机(17)。2.根据权利要求1所述的一种潮间带泥沙起动测量装置，其特征在于，所述外圆筒(9)与内圆筒(10)同向旋转，内外圆筒的最佳转速比通过以下公式确定：其中，z为最佳转速比，x＝R/r，1.3≤x≤1.9，y＝H/r，0.3≤y≤1.3，t＝(x-1.3)/0.2；r为内圆筒半径，R为外圆筒半径，H为环形槽内的水深，t为中间参数。3.根据权利要求1所述的一种潮间带泥沙起动测量装置，其特征在于，所述内轴(1)和外轴(6)通过轴承(4)相互连接，套心轴外套有轴承壳(7)；所述内轴(1)一端设有内轴皮带盘(2)，另一端通过第一连接件与内圆筒(10)上盖固定连接，外轴(6)一端设有外轴皮带盘(5)，另一端通过第二连接件与外圆筒(9)上盖连接；所述外圆筒(9)筒壁上安装有OBS浊度传感器(11)，并设有排水孔(12)和取样口(13)，外圆筒(9)上盖留有孔洞(48)，排水孔(12)中心高度低于内圆筒(10)顶面，取样口(13)中心高度与OBS浊度传感器(11)相同；所述下部结构包括内圆盘(46)、外圆环(45)、外套筒(41)和内套筒(42)，所述内圆盘(46)底部与内套筒(42)连接，所述外圆环(45)底部与外套筒(41)连接；所述内圆筒(10)底部位于内圆盘(46)上，外圆筒(9)位于外圆环(45)上；所述固定支架与轴承壳(7)固定连接，固定支架上设有电机(17)、皮带盘组和漏斗(33)，电机(17)通过皮带盘组驱动内轴(1)和外轴(6)旋转。4.根据权利要求3所述的一种潮间带泥沙起动测量装置，其特征在于，所述电机(17)通过第一连接支架(23)安装于固定支架上，所述皮带盘组通过第二连接支架(22)安装于固定支架上，皮带盘组包括三个皮带盘，中部的皮带盘与电机(17)通过皮带连接，两端的两个皮带盘分别与内轴皮带盘(2)和外轴皮带盘(5)通过皮带连接。5.根据权利要求3所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚政，甘全，徐贝贝，赵堃，李欢，周曾，张长宽，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32