一种基于自动识别的移动式圆管射流清淤试验系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于自动识别的移动式圆管射流清淤试验系统，包括射流系统，喷嘴移动系统，自动监测系统和可视化测量系统。射流系统由离心泵驱动，水箱中的水经离心泵、电磁流量计、电动阀门、连接软管后从圆形喷管喷出，冲击水槽中的沙床，形成整个射流流场。喷嘴移动系统通过PLC控制柜控制变频器和伺服电机，带动支架沿滑轨滑动，实现了冲击射流的空间多维变速移动。自动监测系统通过声呐信息采集器发送和接收声波实时监测沙床的高度，并将信号数据反馈给计算机得到目标清淤效果所需的最佳流量，降低了系统能耗，实现了系统智能化控制。可视化测量系统通过粒子图像测速及高速摄影等设备全面的分析冲击射流的流动结构，更加准确的评估清淤效果。准确的评估清淤效果。准确的评估清淤效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于自动识别的移动式圆管射流清淤试验系统


[0001]本专利技术涉及清淤系统领域，具体为一种基于自动识别的移动式圆管射流清淤试验系统。

技术介绍

[0002]我国江河湖泊众多，但是由于环境因素和人为因素的影响，泥沙淤积问题十分严重，导致河床抬高甚至堤坝崩溃，对社会生产和人民的生命财产形成了严重的威胁。另外，我国海岸线漫长，港口众多，泥沙一旦淤积，势必会影响港口的正常运营，因此，如何有效的进行清淤工作成为备受关注的热点话题。射流冲刷技术作为一种常见的河道清淤方式因其结构简单，清淤成本低，且具有环境友好性等优点而受到广泛关注和应用。其清淤原理为通过一定数量的圆形喷嘴将高压水冲击床面，增强水流局部湍动强度，使泥沙悬浮形成异重流，结合水流作用产生向下游的泥沙运动，达到减少泥沙淤积的目的。
[0003]中国专利公开号CN209513210U公开了一种用于冲刷实验的脉冲式淹没冲击射流实验装置，该专利通过调整角度盘角度和高度从而实现不同冲击角度和冲击距离下的淹没冲击射流冲刷实验，然而固定在支撑架上的角度盘只能上下升降，无法前后移动。但实际工程中，射流清淤往往是以移动式冲击射流形式在河道内进行工作，从而满足不同条件下的清淤需求。此外，由于天然河道内部结构特征复杂，且受汛期和非汛期等气象要素影响，导致河道底部淤泥厚度变化幅度较大，但传统的冲击射流试验台大多采用恒定流速进行射流冲击泥沙，尚未形成一套基于自动识别技术的智能清淤系统，导致无法实时精准监测泥沙淤积情况从而实现对射流能量的有效分配与调控，且冲刷性能评估指标较为单一。
[0004]经检索，目前未发表关于自动识别的移动式圆管射流清淤试验系统的专利。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服现有固定式冲击射流实验装备灵活性差、针对性不足、试验功能单一，以及无法实现喷嘴沿射流轴线前后移动冲淤的问题，提供了一种基于自动识别的移动式圆管射流清淤试验系统，以实现对泥沙淤积情况的实时精准监测以及冲击射流的空间多维变速移动，从而更加准确地评估清淤效果，具有良好的任务适应性。
[0006]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0007]一种基于自动识别的移动式圆管射流清淤试验系统，包括射流系统、喷嘴移动系统、自动监测系统和可视化测量系统；所述射流系统包括水箱、水槽、离心泵、电磁流量计、电动阀门、连接软管、角度盘、圆形喷管和沙床；所述水槽底部设置有沙床；所述水槽上设置有角度盘，通过角度盘能够调节圆形喷管相对沙床的角度，圆形喷管另一端与连接软管相通，通过电动阀门将所述连接软管与水箱连通；所述水箱中的水通过离心泵将水泵入连接软管；通过电磁流量计记录离心泵泵送的水量；
[0008]所述喷嘴移动系统包括滑轨、支架、伺服电机、变频器和PLC控制柜；所述滑轨上设置有支架，伺服电机能够带动支架沿滑轨滑动；所述伺服电机与PLC控制柜之间设置有变频
器，所述PLC控制柜用来控制变频器的工作，变频器用来控制伺服电机；
[0009]所述自动监测系统包括声呐信息采集器和计算机；所述声呐信息采集器安装在射流系统中的圆形喷管末端；所述声呐信息采集器通过发射声波，利用声波在水中的传播和反射特性，通过电声转换和信息处理，对沙床高度进行定位和识别，并将信息传送至计算机，计算机通过信息处理软件进行处理分析得到清淤所需流量，并连接PLC控制柜控制电动阀门和离心泵进行流量调节；
[0010]所述可视化测量系统包括激光光源、相机、同步仪和计算机；所述激光光源用来辐照示踪粒子；所述相机用来拍摄示踪粒子分布图像；所述计算机控制激光光源发射激光；所述同步仪同步激光光源发射激光时间和相机拍摄时间；所述同步仪置于计算机内。
[0011]上述方案中，计算机能够通过对比电磁流量计实时流量和目标流量，通过PLC控制柜控制电动阀门及离心泵进行流量调节。
[0012]上述方案中，还包括高速摄像机，所述高速摄像机拍摄泥沙运动。
[0013]上述方案中，所述水槽为透明玻璃水槽，便于观察沙床演变过程。
[0014]上述方案中，所述水箱放置在水槽下方，通过水槽溢水口流入水箱。
[0015]上述方案中，所述电动阀门为流量调节阀，流量调节阀与PLC控制柜相连，通过计算机设置目标清淤效果，计算出所需流量，能够实现对射流流量的实时高效调节。
[0016]上述方案中，所述沙床内沙粒为固定粒径。
[0017]上述方案中，所述角度盘为1/4圆形，由不锈钢材料制成，设有一个中心孔和五个边孔，分别与水平方向成15
°
、30
°
、45
°
、60
°
和75
°
角度，以满足不同射流角度的试验要求。
[0018]上述方案中，在所述水槽的一侧玻璃上贴有透明的标准坐标纸作为参照，可以读出冲刷时的泥沙悬浮高度和悬浮宽度；在水槽外侧放置直尺作为参照，能够观测冲坑的发展。
[0019]上述方案中，所述圆形喷管固定在角度盘上，可通过不同边孔调节角度。
[0020]本专利技术的有益效果在于：
[0021]1.本专利技术所述的基于自动识别的移动式圆管射流清淤试验系统可以利用声呐自动监测器实时监测沙床高度信息，并进行信息的采集和处理，在保证清淤效果的前提下，有效地降低了清淤系统能耗和运行成本，实现了冲刷清淤智能化控制。
[0022]2.本专利技术所述的基于自动识别的移动式圆管射流清淤试验系统利用电机驱动射流装置在导轨上移动实现了移动冲淤模拟试验，使试验系统的性能更贴近实际情况，大大还原了实际清淤工况，节约了测试成本。
[0023]3.本专利技术所述的基于自动识别的移动式圆管射流清淤试验系统，通过高速相机实时记录沙床演变过程，通过图像处理软件获得稳定冲坑尺寸，并采用先进的PIV粒子图像测速装置全面地观察分析冲击射流的流动结构，丰富了冲刷性能评估指标，性能测试更为全面。
[0024]4.本专利技术所述的基于自动识别的移动式圆管射流清淤试验系统，应用于研究射流高度、射流角度、射流速度及圆形喷管移动速度等多个因素对冲刷效果的影响规律，为实际工程应用提供参考。
[0025]5.本专利技术所述的基于自动识别的移动式圆管射流清淤试验系统设置了水循环系统，实现水资源的重复利用。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例涉及到的一种基于自动识别的移动式圆管射流清淤试验系统的主视方向结构图；
[0027]图2为本专利技术图1的俯视方向结构图。
[0028]图3为本专利技术声呐信息采集系统的原理图。
[0029]附图标记如下：
[0030]1‑
水箱；2
‑
水槽；3
‑
离心泵；4
‑
电磁流量计；5
‑
电动阀门；6
‑
连接软管；7
‑
角度盘；8
‑
圆形喷管；9
‑
沙床。10
‑
滑轨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于自动识别的移动式圆管射流清淤试验系统，其特征在于，包括射流系统、喷嘴移动系统、自动监测系统和可视化测量系统；所述射流系统包括水箱(1)、水槽(2)、离心泵(3)、电磁流量计(4)、电动阀门(5)、连接软管(6)、角度盘(7)、圆形喷管(8)和沙床(9)；所述水槽(2)底部设置有沙床(9)；所述水槽(2)上方设置有角度盘(7)，通过角度盘(7)能够调节圆形喷管(8)相对沙床(9)的角度，圆形喷管(8)另一端与连接软管(6)相通，通过电动阀门(5)将所述连接软管(6)与水箱(1)连通；所述水箱(1)中的水通过离心泵(3)将水泵入连接软管(6)；通过电磁流量计(4)记录离心泵(3)泵送的水量；所述喷嘴移动系统包括滑轨(10)、支架(11)、伺服电机(12)、变频器(13)和PLC控制柜(14)；所述滑轨(10)上设置有支架(11)，伺服电机(12)能够带动支架(11)沿滑轨(10)滑动；所述伺服电机(12)与PLC控制柜(14)之间设置有变频器(13)，所述PLC控制柜(14)用来控制变频器(13)的工作，变频器(13)用来控制伺服电机(12)；所述自动监测系统包括声呐信息采集器(20)和计算机(18)；所述声呐信息采集器(20)设置在射流系统中的圆形喷管(8)末端；所述声呐信息采集器(20)通过发射声波，利用声波在水中的传播和反射特性，通过电声转换和信息处理，对沙床高度进行定位和识别，并将信息传送至计算机(18)，计算机(18)通过信息处理软件进行处理分析得到清淤所需流量，并连接PLC控制柜(14)控制电动阀门(5)和离心泵(3)进行流量调节；所述可视化测量系统包括激光光源(15)、相机(16)、同步仪(17)和计算机(18)；所述激光光源(15)用来辐照示踪粒子；所述相机(16)用来拍摄示踪粒子分布图像；所述计算机(18)控制激光光源(15)发射激光；所述同步仪(17)同步激光光源(15)发射激光时间和相机(16)拍摄时间；所述同步仪(17)置于计算机(18)内。2.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：史鸿博，张贡赫，王希坤，陈加琦，李娅杰，冒杰云，胡志杨，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：