一种柔性秸秆渗滤层垂直渗透系数测定装置及测定方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于渗透系数测定装置技术领域，涉及一种柔性秸秆渗滤层垂直渗透系数测定装置及测定方法，包括仪器承载架、稳压水源供应系统、秸秆层压实装置、秸秆渗滤层垂直渗透装置、排水系统、电源；稳压水流供应系统供应水压流速稳定的水流；秸秆层压实装置将秸秆压实成秸秆层；秸秆渗滤层垂直渗透装置与排水系统用于对秸秆层的渗透系数进行测定及排放废水；采用本装置以及测定方法可以快速、方便地获得柔性秸秆渗滤层的密度并精确得出该密度下相应秸秆渗滤层的垂直渗透系数，保证秸秆层因为压力作用下破碎的部分不会被水流带走或浮在水面上，确保了秸秆试样的完整性；电磁阀保证了量筒内记录的排出水量与渗流测量时间完全对应，确保了实验的精确性。确保了实验的精确性。确保了实验的精确性。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性秸秆渗滤层垂直渗透系数测定装置及测定方法


[0001]本专利技术属于渗透系数测定装置
，具体涉及一种柔性秸秆渗滤层垂直渗透系数测定装置及测定方法。

技术介绍

[0002]渗透系数又称水力传导系数(hydraulic conductivity)。在介质中，它定义为单位水力梯度下的单位流量，表示流体通过材料孔隙骨架的难易程度，表达式为：κ＝kρg/η，式中k为孔隙介质的渗透率，它只与固体骨架的性质有关，κ为渗透系数；η为动力粘滞性系数；ρ为流体密度；g为重力加速度。渗透系数愈大，材料透水性愈强。
[0003]目前植物秸秆作为可再生资源被应用于污泥、河湖底泥真空负压脱水渗滤层领域，得到了可观效果。但对于秸秆排水固结定量的分析还不足，尤其是排水固结中关键的定量参数
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垂直渗透系数的研究。
[0004]由于秸秆作为渗滤层一般用于底部渗滤，所以真空负压和上层的污泥或底泥会对底层秸秆渗滤层产生向下较大的压力，以往的秸秆渗透系数测定装置即使模拟向下施加不同压力导致秸秆层表现出不同的密度也是十分理想化的状态，但加压系统不能精确操控，导致实际的秸秆密度与需要的秸秆密度有所出入。在对秸秆层进行加压的同时，秸秆体会发生一定的破坏，产生一些碎渣或断裂的细小秸秆体，若不对这些碎渣进行拦截处理，则一方面进行渗透实验时一些碎渣会漂浮起来，另一方面一些碎渣会流入排水管道，这些因素还是会大大削弱秸秆层试样的密度和实验的准确性。另外，由于水龙头的水压非恒定压力，在进行常水头渗透实验的过程中往往难以保证水头差是不变的，这也会对实验造成误差。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对上述现有技术存在的问题，提供一种柔性秸秆渗滤层垂直渗透系数测定装置及测定方法。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种柔性秸秆渗滤层垂直渗透系数测定装置，包括仪器承载架、稳压水源供应系统、秸秆层压实装置、秸秆渗滤层垂直渗透装置、排水系统、电源；所述仪器承载架用于承载稳压水源供应系统、秸秆层压实装置、秸秆渗滤层垂直渗透装置、排水系统和电源；所述稳压水流供应系统为秸秆渗滤层垂直渗透装置供应水压流速稳定的水流；所述秸秆层压实装置用于对秸秆施加压力并将秸秆压实成秸秆层；所述秸秆渗滤层垂直渗透装置与排水系统用于对秸秆层的渗透系数进行测定及排放废水；所述稳压水源供应系统包括水源、蓄水池、稳压水泵、稳压水流阀门、抽水管；所述蓄水池、稳压水泵均设置于仪器承载架中，所述水源的水流入蓄水池内，所述稳压水泵的进水端连接抽水管，抽水管伸入蓄水池内，所述稳压水泵的排水端连接稳压水流阀门；所述稳压水泵通过连接线电连接电源；所述秸秆渗滤层垂直渗透装置包括土工布
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秸秆层压实筒、水位量筒、秸秆装载桶、夹紧装置、内盘、外盘、量筒、水温计；所述水位量筒设置于土工布
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秸秆层压实筒的底部并与土工布
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秸秆层压实筒贯通，水位量筒的表面设有水位量筒刻度；所述
秸秆装载桶的上下均设有开口，所述秸秆装载桶的底部设置夹紧装置，夹紧装置用于压实下层土工布；秸秆装载桶的表面设有秸秆装载桶刻度；所述内盘设置于外盘内，所述夹紧装置的下边缘高于内盘的上边缘；所述水温计的探针放置于外盘内；所述秸秆层压实装置设置于土工布
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秸秆层压实筒内，所述土工布
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秸秆层压实筒的直径、水位量筒的直径均等于秸秆装载桶的内径；所述排水系统包括电磁阀、电磁阀计时器、废水收集池；所述电磁阀的进水端连接外盘的底部并与外盘贯通，电磁阀设有两个出水端，其中一个出水端将水排入量筒内，另外一个出水端将水排入废水收集池内；所述电磁阀通过连接线依次电连接电磁阀计时器、电源。采用常水头法测试秸秆的渗透系数，在秸秆渗滤层垂直渗透装置和水源之间增加稳压水流供应系统，确保水压稳定，解决采用一般水龙头水源流速往往时大时小的问题，造成测定过程中难以调节水头的问题，确保测定结果准确性。
[0007]优选的，所述秸秆层压实装置包括传动带轮、步进电机安装座、步进电机、步进电机
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控制器连接线、蜗杆、步进电机控制器、蜗杆加压环、蜗杆固定齿轮、支架；所述步进电机通过步进电机底座安装于仪器承载架；所述蜗杆固定齿轮通过支架安装于仪器承载架；所述步进电机的输出轴连接传动带轮，步进电机通过步进电机
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控制器连接线电连接步进电机控制器，步进电机控制器通过连接线电连接电源；所述传动带轮与蜗杆固定齿轮分别设置于蜗杆的两侧并与蜗杆啮合；所述蜗杆加压环设置于蜗杆的底部。采用步进电机控制器控制步进电机的转动和传动带轮的转动速度，进而达到对蜗杆垂直移动的控制，实验过程中，可以控制蜗杆下降将秸秆压实以达到特定的高度满足特定密度下秸秆的渗透系数测定。传动带轮与蜗杆啮合传动蜗杆，蜗杆由传动带轮和蜗杆固定齿轮使其只能在传动带轮的带动下沿蜗杆加压环、土工布
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秸秆层压实筒、水位量筒和秸秆装载桶的圆心连线上下移动而不能出现其他方向的位移或转动，从而避免了对机构的破坏；确保秸秆被压实。
[0008]优选的，所述夹紧装置包括上层夹板、下层夹板、下层夹板底座；所述上层夹板、下层夹板均设有孔洞；所述秸秆装载桶的底部依次设有上层夹板、下层夹板、下层夹板底座，所述下层夹板底座位于内盘与外盘的之间，所述下层夹板的下边缘高于内盘的上边缘；所述下层夹板的孔洞内设有夹板排水口钢丝网；所述上层夹板与下层夹板之间设有下层土工布。下层土工布的表面积大于下层夹板的孔洞面积，可以确保下层土工布被上下夹板夹牢固，且上下夹板之间拆卸安装方便；秸秆层位于上层土工布与下层土工布之间保证秸秆层因为压力作用下破碎的部分不会被水流带走或浮在水面上，确保秸秆试样的完成性，从而不会导致测定结果的误差。下层夹板的孔洞内设置夹板排水口钢丝网，蜗杆加压环内也可以设置钢丝网，使秸秆层压实装置加压时秸秆层为圆柱状，秸秆层上下不会凸起，快速、准确的获得秸秆层的密度或某一固定密度下秸秆层的高度。
[0009]优选的，所述下层夹板的上表面设有夹板固定螺栓，所述上层夹板的下表面与夹板固定螺栓相对应的位置设有通孔，所述夹板固定螺栓穿过通孔并通过螺帽拧紧，使上层夹板与下层夹板连接。
[0010]优选的，所述外盘的底部设有N组渗透装置水平调整器，N≥3，N组渗透装置水平调整器沿外盘底部对称分布；所述渗透装置水平调整器包括调整器螺柱和调整器螺帽，所述调整器螺柱的底部设置于仪器承载架上，所述调整器螺帽与调整器螺柱相匹配，所述调整器螺帽的顶部转动设置于外盘的底部。渗透装置水平调整器调整秸秆渗滤层垂直渗透装置水平，确保测量的量筒体积内水的体积、水流入量筒的时间、水位量筒内稳定水面的高度等
参数的准确性。
[0011]优选的，所述仪器承载架设有废水收集池滑轨，所述废水收集池通过废水收集池滑轨与仪器承载架滑动连接；所述废水收集池的一侧设有废水收集池排水阀。后期废水可以通过废水收集池排水阀排出，可以将废水收集池通过废水收集池滑轨拉出进行清洗，方便后续使用。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性秸秆渗滤层垂直渗透系数测定装置，其特征在于，包括仪器承载架、稳压水源供应系统(1)、秸秆层压实装置(2)、秸秆渗滤层垂直渗透装置(3)、排水系统(4)、电源(31)；所述仪器承载架用于承载稳压水源供应系统(1)、秸秆层压实装置(2)、秸秆渗滤层垂直渗透装置(3)、排水系统(4)和电源(31)；所述稳压水流供应系统(1)为秸秆渗滤层垂直渗透装置(3)供应水压流速稳定的水流；所述秸秆层压实装置(2)用于对秸秆施加压力并将秸秆压实成秸秆层(51)；所述秸秆渗滤层垂直渗透装置(3)与排水系统(4)用于对秸秆层的渗透系数进行测定及排放废水；所述稳压水源供应系统(1)包括水源(22)、蓄水池(23)、稳压水泵(21)、稳压水流阀门(24)、抽水管(29)；所述蓄水池(23)、稳压水泵(21)均设置于仪器承载架中，所述水源(22)的水流入蓄水池(23)内，所述稳压水泵(21)的进水端连接抽水管(29)，抽水管(29)伸入蓄水池(23)内，所述稳压水泵(21)的排水端连接稳压水流阀门(24)；所述稳压水泵(21)通过连接线电连接电源(31)；所述秸秆渗滤层垂直渗透装置(3)包括土工布
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秸秆层压实筒(12)、水位量筒(26)、秸秆装载桶(13)、夹紧装置、内盘(14)、外盘(15)、量筒(19)、水温计(25)；所述水位量筒(26)设置于土工布
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秸秆层压实筒(12)的底部并与土工布
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秸秆层压实筒(12)贯通，水位量筒(26)的表面设有水位量筒刻度(27)；所述秸秆装载桶(13)的上下均设有开口，所述秸秆装载桶(13)的底部设置夹紧装置，夹紧装置用于压实下层土工布(45)；秸秆装载桶(13)的表面设有秸秆装载桶刻度(28)；所述内盘(14)设置于外盘(15)内，所述夹紧装置的下边缘高于内盘(14)的上边缘；所述水温计(25)的探针放置于外盘(15)内；所述秸秆层压实装置(2)设置于土工布
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秸秆层压实筒(12)内，所述土工布
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秸秆层压实筒(12)的直径、水位量筒(26)的直径均等于秸秆装载桶(13)的内径；所述排水系统(4)包括电磁阀(16)、电磁阀计时器(20)、废水收集池(18)；所述电磁阀(16)的进水端连接外盘(15)的底部并与外盘(15)贯通，电磁阀(16)设有两个出水端，其中一个出水端将水排入量筒(19)内，另外一个出水端将水排入废水收集池(18)内；所述电磁阀(16)通过连接线依次电连接电磁阀计时器(20)、电源(31)。2.根据权利要求1所述的柔性秸秆渗滤层垂直渗透系数测定装置，其特征在于，所述秸秆层压实装置(2)包括传动带轮(5)、步进电机安装座、步进电机(6)、步进电机
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控制器连接线(7)、蜗杆(8)、步进电机控制器(9)、蜗杆加压环(10)、蜗杆固定齿轮(11)、支架；所述步进电机(6)通过步进电机底座安装于仪器承载架；所述蜗杆固定齿轮(11)通过支架安装于仪器承载架；所述步进电机(6)的输出轴连接传动带轮(5)，步进电机(6)通过步进电机
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控制器连接线(7)电连接步进电机控制器(9)，步进电机控制器(9)通过连接线电连接电源(31)；所述传动带轮(5)与蜗杆固定齿轮(11)分别设置于蜗杆(8)的两侧并与蜗杆(8)啮合；所述蜗杆加压环(10)设置于蜗杆(8)的底部。3.根据权利要求1所述的柔性秸秆渗滤层垂直渗透系数测定装置，其特征在于，所述夹紧装置包括上层夹板(44)、下层夹板(46)、下层夹板底座(47)；所述上层夹板(44)、下层夹板(44)均设有孔洞；所述秸秆装载桶(13)的底部依次设有上层夹板(44)、下层夹板(46)、下层夹板底座(47)，所述下层夹板底座(47)位于内盘(14)与外盘(15)的之间，所述下层夹板(46)的下边缘高于内盘(14)的上边缘；所述下层夹板(46)的孔洞内设有夹板排水口钢丝网
(49)；所述上层夹板(44)与下层夹板(46)之间设有下层土工布(45)。4.根据权利要求1所述的柔性秸秆渗滤层垂直渗透系数测定装置，其特征在于，所述下层夹板(46)的上表面设有夹板固定螺栓(48)，所述上层夹板(44)的下表面与夹板固定螺栓(48)相对应的位置设有通孔，所述夹板固定螺栓(48)穿过通孔并通过螺帽拧紧，使上层夹板(44)与下层夹板(46)连接。5.根据权利要求1所述的柔性秸秆渗滤层垂直渗透系数测定装置，其特征在于，所述外盘(15)的底部设有N组渗透装置水平调整器，N≥3，N组渗透装置水平调整器沿外盘(15...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨子明，齐永正，王丽艳，姜朋明，梅岭，刘顺青，金光球，郝昀杰，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：