一种海上筑堤自动充砂模拟装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种海上筑堤自动充砂模拟装置，包括水槽、模拟冲砂袋、模拟冲砂装置和控制系统；所述水槽用以模拟海平面及水下充砂环境；所述模拟冲砂袋采用两个充填口，设置中间隔断以控制水的流动；所述模拟冲砂装置包括用于将模拟水砂混合填充物填充至模拟冲砂袋仓的水泵和冲砂管；所述控制系统包括用于监测模拟冲砂袋沉降量偏差的沉降量传感器、用于监测模拟冲砂袋冲砂流量偏差的涡轮流量计、和PLC控制器。本实用新型专利技术建立实物模型用以模拟海上充砂过程，实现砂袋充砂量自动控制，达到充砂均匀，平稳下沉的目的；其应用可以在实际工程中起到提高分流精度，提高人员工作效率，保证工程填充质量，节约工程成本的效果。

An automatic sand filling simulation device for sea embankment construction

【技术实现步骤摘要】
一种海上筑堤自动充砂模拟装置
本技术涉及环境(能源)技术，特别涉及一种海上筑堤自动充砂模拟装置。
技术介绍
充砂袋作为堤心的一种新型结构，具有对软基适应力强、施工速度快、费用低、作业面广等较多优点，在堤防工程、陆域形成工程等领域应用非常广泛。其原理是采用水力充填法，即把泥砂物质填充到袋里，砂袋层级叠置形成整个堤。海上充填砂袋尺寸很大，如30*50*1m3。填充水砂混合物施工方法是在砂袋沉放地点用船引拉砂袋边缘固定砂袋，砂袋上布置多个填充砂浆管，海上装砂船通过管道连接充砂泵进行充灌作业。传统充填作业中水下充砂袋的控制技术尚不完善，施工质量较难保证。由于填充量大，作业时间长，人工凭经验控制阀门启闭，误差较大；海上风、浪、流等荷载作用和潮位的涨落使得铺设范围、控制轴线偏移量和船体的位移难以准确控制，导致砂袋排列达不到规整和紧密的要求；水下观察难，较难及时纠正位移偏差；易形成某些局部“过满”快速下沉，或者某些局部“空穴”漂轻难以下沉；较难监控充砂袋沉降变化，较难实现平整均匀下沉；施工区域各砂袋不均匀累积使得水下表面平整度较差，无法准确判断加载间歇期，充砂袋的后续堆叠存在隐患。
技术实现思路
本技术的目的是克服现有砂袋充填方法存在的不足，提供一种低风险、切实有效的海上筑堤自动充砂模拟装置，建立实物模型用以模拟海上充砂过程，实现砂袋充砂量自动控制，达到充砂均匀，平稳下沉的目的。本技术所采用的技术方案是：一种海上筑堤自动充砂模拟装置，包括水槽、模拟冲砂袋、模拟冲砂装置和控制系统；所述水槽内填充有水，用以模拟海平面及水下充砂环境；所述模拟冲砂袋位于所述水槽内；所述模拟冲砂袋通过设置中间隔膜实现分仓，分为相互独立且密封的模拟冲砂袋仓Ⅰ和模拟冲砂袋仓Ⅱ；所述模拟冲砂袋仓Ⅰ和模拟冲砂袋仓Ⅱ上分别设置有充填口Ⅰ和充填口Ⅱ；所述模拟冲砂装置包括用于将模拟水砂混合填充物填充至所述模拟冲砂袋仓Ⅰ的水泵Ⅰ和冲砂管Ⅰ，以及用于将模拟水砂混合填充物填充至所述模拟冲砂袋仓Ⅱ的水泵Ⅱ和冲砂管Ⅱ；所述控制系统包括用于监测所述模拟冲砂袋仓Ⅰ和模拟冲砂袋仓Ⅱ沉降量偏差的沉降量传感器、用于监测所述模拟冲砂袋仓Ⅰ和模拟冲砂袋仓Ⅱ冲砂流量偏差的涡轮流量计、和PLC控制器，所述沉降量传感器、涡轮流量计、水泵Ⅰ、水泵Ⅱ均连接至所述PLC控制器。进一步的，所述模拟冲砂袋通过砂袋四周固定装置连接在所述水槽内，所述砂袋四周固定装置包括立柱和细绳，所述立柱固定在所述水槽的四角，所述细绳一端固定在所述模拟冲砂袋上、另一端套设在所述立柱上。进一步的，所述模拟水砂混合填充物采用浓度为3％～5％的盐水。进一步的，所述水泵Ⅰ和水泵Ⅱ均采用24V大流量可调速DC40F系列水泵。进一步的，所述冲砂管Ⅰ和冲砂管Ⅱ采用PVC塑料软管，所述PVC塑料软管与所述充填口Ⅰ、充填口Ⅱ的内径相匹配。进一步的，所述沉降量传感器设置有两个，分别为用于监测所述模拟冲砂袋仓Ⅰ沉降量的沉降量传感器Ⅰ和用于监测所述模拟冲砂袋仓Ⅱ沉降量的沉降量传感器Ⅱ；所述沉降量传感器Ⅰ和沉降量传感器Ⅱ均连接至所述PLC控制器。进一步的，所述沉降量传感器包括滑轮系统和滑动变阻器，所述滑轮系统包括滑轮、无弹性绳和配重，所述无弹性绳一端与所述模拟冲砂袋固定连接，中间经过所述滑轮，另一端设置所述配重；所述滑动变阻器与所述滑轮固定连接，随所述滑轮的转动而转动，所述滑动变阻器连接至所述PLC控制器。进一步的，所述涡轮流量计设置有两个，分别为用于监测所述模拟冲砂袋仓Ⅰ冲砂流量的涡轮流量计Ⅰ和用于监测所述模拟冲砂袋仓Ⅱ冲砂流量的涡轮流量计Ⅱ；所述涡轮流量计Ⅰ设置在所述冲砂管Ⅰ上，所述涡轮流量计Ⅱ设置在所述冲砂管Ⅱ上，所述涡轮流量计Ⅰ和涡轮流量计Ⅱ均连接至所述PLC控制器。本技术的有益效果是：1、充填过程自动化。区别于传统充填方法需人工目测袋子饱和度启闭阀门，本技术通过前期对各种规格砂袋的填充总量的测量，通过涡轮流量计和PLC控制器内置计时器实时监测，实现充砂自动停止。充填过程自动化可减少海上人工作业的安全风险和质量不确定性，提高充填质量和效率。2、充填过程实时监测。区别于人工手动凭经验开启阀门，本技术通过沉降量传感器监测砂袋下沉深度，通过PLC控制器将电压差转换为调节水泵功率的电信号，进而实现自动流量控制，可及时发现位移偏差并通过自动流量调节实现砂袋均匀充填、平稳下沉。有利于砂袋规整布置、紧密排列，进一步提高施工质量。3、二次调节提高流量控制精度。考虑到流量电压曲线的误差及PVC塑料软管对水流的阻碍作用，本装置增设涡轮流量计实时监测流量，实现流量精确控制。4、节省人工具经济优势。本技术操作简单，可操作性强，操作人员不需大量经验，节省人力开支。此外，本技术装置可通过调整不同的参数而适用于不同的充填工程，其可重复利用的特点使其相较传统人工充填更具经济优势。综上所述，本装置可为拟建的海上大型充砂袋充填控制设计和施工提供参考意见，为充填过程精确自动运行提供技术支持。将自动控制系统用于实际筑堤砂袋填充工程中，可以填补目前工作中的不足。本装置的应用可以在实际工程中起到提高分流精度，提高人员工作效率，保证工程填充质量，节约工程成本的效果。附图说明图1：本技术一种海上筑堤自动充砂模拟装置示意图；图2：本技术一种海上筑堤自动充砂模拟装置的模拟充砂袋示意图；图3：本技术一种海上筑堤自动充砂模拟装置的沉降量传感器的滑轮系统示意图；附图标注：1、水槽；2、中间隔膜；3、模拟冲砂袋仓Ⅰ；4、模拟冲砂袋仓Ⅱ；5、充填口Ⅰ；6、充填口Ⅱ；7、水泵Ⅰ；8、冲砂管Ⅰ；9、水泵Ⅱ；10、冲砂管Ⅱ；11、PLC控制器；12、砂袋四周固定装置；13、沉降量传感器Ⅰ；14、沉降量传感器Ⅱ；15、滑轮；16、无弹性绳；17、配重；18、涡轮流量计Ⅰ；19、涡轮流量计Ⅱ；20、内侧整体密封线；21、外侧整体密封线；22、红色电气绝缘胶布；23、水泵连接线盒；24、流量传感器连接线盒。具体实施方式为能进一步了解本技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：如附图1至图3所示，一种海上筑堤自动充砂模拟装置，包括充砂模拟系统和控制系统。所述充砂模拟系统包括水槽1、模拟冲砂袋、砂袋四周固定装置12、模拟水砂混合填充物和模拟冲砂装置，用于模拟实际工程中的充砂环境及设施。所述水槽1的内部填充水，用以模拟海平面及水下充砂环境；所述水槽1采用有机玻璃制成，尺寸为60cm×90cm。所述模拟冲砂袋位于所述水槽1内。为了简化模型便于调节，本新型模拟冲砂袋采用两个充填口，中间设置有隔断以控制水的流动，如附图2所示，具体为：所述模拟冲砂袋通过设置中间隔膜2实现分仓，分为相互独立且密封的模拟冲砂袋仓Ⅰ3和模拟冲砂袋仓Ⅱ4；所述模拟冲砂袋仓Ⅰ3和模拟冲砂袋仓Ⅱ4上分别设置有充填口Ⅰ5和充填口Ⅱ6。经过多次试本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海上筑堤自动充砂模拟装置，其特征在于，包括水槽(1)、模拟冲砂袋、模拟冲砂装置和控制系统；/n所述水槽(1)内填充有水，用以模拟海平面及水下充砂环境；/n所述模拟冲砂袋位于所述水槽(1)内；所述模拟冲砂袋通过设置中间隔膜(2)实现分仓，分为相互独立且密封的模拟冲砂袋仓Ⅰ(3)和模拟冲砂袋仓Ⅱ(4)；所述模拟冲砂袋仓Ⅰ(3)和模拟冲砂袋仓Ⅱ(4)上分别设置有充填口Ⅰ(5)和充填口Ⅱ(6)；/n所述模拟冲砂装置包括用于将模拟水砂混合填充物填充至所述模拟冲砂袋仓Ⅰ(3)的水泵Ⅰ(7)和冲砂管Ⅰ(8)，以及用于将模拟水砂混合填充物填充至所述模拟冲砂袋仓Ⅱ(4)的水泵Ⅱ(9)和冲砂管Ⅱ(10)；/n所述控制系统包括用于监测所述模拟冲砂袋仓Ⅰ(3)和模拟冲砂袋仓Ⅱ(4)沉降量偏差的沉降量传感器、用于监测所述模拟冲砂袋仓Ⅰ(3)和模拟冲砂袋仓Ⅱ(4)冲砂流量偏差的涡轮流量计、和PLC控制器(11)，所述沉降量传感器、涡轮流量计、水泵Ⅰ(7)、水泵Ⅱ(9)均连接至所述PLC控制器(11)。/n

【技术特征摘要】
1.一种海上筑堤自动充砂模拟装置，其特征在于，包括水槽(1)、模拟冲砂袋、模拟冲砂装置和控制系统；
所述水槽(1)内填充有水，用以模拟海平面及水下充砂环境；
所述模拟冲砂袋位于所述水槽(1)内；所述模拟冲砂袋通过设置中间隔膜(2)实现分仓，分为相互独立且密封的模拟冲砂袋仓Ⅰ(3)和模拟冲砂袋仓Ⅱ(4)；所述模拟冲砂袋仓Ⅰ(3)和模拟冲砂袋仓Ⅱ(4)上分别设置有充填口Ⅰ(5)和充填口Ⅱ(6)；
所述模拟冲砂装置包括用于将模拟水砂混合填充物填充至所述模拟冲砂袋仓Ⅰ(3)的水泵Ⅰ(7)和冲砂管Ⅰ(8)，以及用于将模拟水砂混合填充物填充至所述模拟冲砂袋仓Ⅱ(4)的水泵Ⅱ(9)和冲砂管Ⅱ(10)；
所述控制系统包括用于监测所述模拟冲砂袋仓Ⅰ(3)和模拟冲砂袋仓Ⅱ(4)沉降量偏差的沉降量传感器、用于监测所述模拟冲砂袋仓Ⅰ(3)和模拟冲砂袋仓Ⅱ(4)冲砂流量偏差的涡轮流量计、和PLC控制器(11)，所述沉降量传感器、涡轮流量计、水泵Ⅰ(7)、水泵Ⅱ(9)均连接至所述PLC控制器(11)。


2.根据权利要求1所述的一种海上筑堤自动充砂模拟装置，其特征在于，所述模拟冲砂袋通过砂袋四周固定装置(12)连接在所述水槽(1)内，所述砂袋四周固定装置(12)包括立柱和细绳，所述立柱固定在所述水槽(1)的四角，所述细绳一端固定在所述模拟冲砂袋上、另一端套设在所述立柱上。


3.根据权利要求1所述的一种海上筑堤自动充砂模拟装置，其特征在于，所述模拟水砂混合填充物采用浓度为3％～5％的盐水。


4.根据权利要求1所述的一种海上筑堤自动充砂模拟装置，其特征在于，所述水泵Ⅰ(7)和水...

【专利技术属性】
技术研发人员：李祺，王慧琪，丁昊，董志明，刘永朋，苏哲，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：天津;12