專利名稱：一種明渠彎道水槽試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水利試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及明渠彎道水槽的試驗(yàn)裝置及其制作方法。
背景技術(shù)：
天然沖積河流普遍存在彎曲特征。彎曲河段的水流特性及輸沙規(guī)律與順直河段相比差異很大，必須進(jìn)行專門的研究，其研究方法主要有野外觀測(cè)和室內(nèi)試驗(yàn)。由于野外觀測(cè)難度大、周期長(zhǎng)、影響因素復(fù)雜，很難進(jìn)行系統(tǒng)的研究。室內(nèi)試驗(yàn)一般采用由上游入口直段 1、中游彎道段2、下游出口直段3構(gòu)成的明渠彎道水槽試驗(yàn)裝置，圖1為一典型明渠彎道水槽的平面示意圖，該裝置可以在一定的簡(jiǎn)化條件下進(jìn)行系統(tǒng)深入地研究，為揭示彎道水流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。坡度變化是明渠水流最基本的參數(shù)之一?，F(xiàn)有的明渠彎道水槽一般由具有固定坡度的三段混凝土底板01、02、03和三段玻璃邊壁11、12、13連接構(gòu)成一個(gè)整體水槽，當(dāng)坡度為零時(shí)，其沿縱向展開剖面示意結(jié)構(gòu)如圖2 (a)所示，其中混凝土底板01、02、03對(duì)整個(gè)水槽起支撐和承重作用，底板01、02、03的頂部面板21、22、23則構(gòu)成明渠彎道水槽的床面。在建設(shè)該形式的明渠彎道水槽時(shí)，首先安裝好兩側(cè)玻璃邊壁11、12、13，然后在玻璃邊壁11、 12,13之間填筑混凝土底板01、02、03至預(yù)定高度，形成具有預(yù)定坡度的底板頂部面板21、 22、23。當(dāng)需要對(duì)床面坡度進(jìn)行調(diào)整時(shí)，則需要額外填筑混凝土 31、32、33，重新形成新的固定坡降的底板頂部面板21、22、23，如圖2(b)。因此，在傳統(tǒng)的明渠彎道水槽內(nèi)進(jìn)行每一種坡度的試驗(yàn)都需要花費(fèi)很大的人力物力，且反復(fù)調(diào)整坡度對(duì)邊壁玻璃的損傷也很大。此外， 固定的混凝土底板也使得無(wú)法利用粒子圖像測(cè)速技術(shù)PIV等測(cè)量?jī)x器從水槽下部投射片光源或拍照，以測(cè)量明渠彎道水流的流動(dòng)特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種明渠彎道水槽試驗(yàn)裝置， 具有精度高、應(yīng)用范圍廣、適應(yīng)性強(qiáng)、可連續(xù)調(diào)坡，節(jié)省大量的人力物力的特點(diǎn)，具有重要的生產(chǎn)實(shí)用價(jià)值及推廣應(yīng)用前景。本發(fā)明提出的一種明渠彎道水槽試驗(yàn)裝置，其特征在于，該裝置包括升降系統(tǒng)、主梁、支撐框架，以及由玻璃底板和玻璃側(cè)壁構(gòu)成的明渠彎道水槽，其中，明渠彎道水槽安裝在支撐框架上，支撐框架焊接在主梁上面，升降系統(tǒng)支撐在主梁的底面，用于對(duì)水槽坡度的連續(xù)調(diào)節(jié)。所述主梁可采用框架結(jié)構(gòu)，由上游入口直段梁、中游彎道段梁及下游出口直段梁三段相互銜接構(gòu)成，各段梁分別由相連在各段梁的下表面的升降系統(tǒng)支撐并調(diào)節(jié)坡度。所述升降系統(tǒng)可由連接在上游入口直段梁下面的多根升降螺桿，連接在中游彎道段梁下面的多根固定支撐柱，連接在下游出口直段梁下面的多根升降螺桿，連接在上游入口直段梁和中游彎道段梁連接處下面的一個(gè)固定鉸支，以及與升降螺桿下端相連的多個(gè)底座構(gòu)成。所述每根固定支撐柱可由一根矩形鋼柱構(gòu)成，每?jī)筛撝附釉谥髁和粰M斷面下表面形成一對(duì)固定支撐柱；所述升降螺桿由螺紋螺桿構(gòu)成，每?jī)筛輻U下端與同一個(gè)底座相連，兩根螺桿在水槽的同一橫斷面上。所述底座可由橫梁和立柱焊接而成，所述底座的橫梁前后兩側(cè)對(duì)稱安裝有圓柱形套筒，套筒內(nèi)壁設(shè)有螺紋，用于連接升降螺桿，套筒外周焊接有從動(dòng)齒輪；兩從動(dòng)齒輪之間安裝有驅(qū)動(dòng)齒輪，與兩個(gè)從動(dòng)齒輪相咬合，用于帶動(dòng)從動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)一對(duì)升降螺桿上下升降；升降螺桿下端與套筒內(nèi)螺紋配合連接，升降螺桿上端面焊接在主梁的下表面。所述支撐框架可采用框架結(jié)構(gòu)，由上游入口直段支撐框架、中游彎道段支撐框架和下游出口直段支撐框架三段相互連接組成一體，該各段支撐框架由設(shè)置在底部的多根框架橫梁，設(shè)置在框架橫梁上方的多塊板條，連接在框架橫梁和板條之間的多根微調(diào)螺桿，以及連接在框架橫梁兩端的多根框架立梁構(gòu)成；框架橫梁兩端焊接在主梁上，框架橫梁中間分布有多個(gè)螺孔，微調(diào)螺桿從下往上穿過框架橫梁上的螺孔，微調(diào)節(jié)螺桿頂端固定在板條的下表面，用于調(diào)節(jié)頂部板條的高度，板條用于安裝明渠彎道水槽的玻璃底板，框架立梁下端焊接在主梁上，用于安裝并支撐明渠彎道水槽的玻璃側(cè)壁。所述明渠彎道水槽可包括由多塊玻璃底板和玻璃側(cè)壁構(gòu)成的上游入口直段水槽、 中游彎道段水槽及下游出口直道段水槽；三段水槽的玻璃底板分別平放在支撐框架上，并相互連通組成明渠彎道水槽的底板；三段水槽的玻璃側(cè)壁緊靠玻璃底板由支撐框架支撐。所述中游彎道段水槽底板可由多塊扇形玻璃和連接相鄰兩扇形玻璃的夾具組成， 所有扇形玻璃用夾具拼接成彎道底板玻璃；每塊扇面形玻璃的兩個(gè)徑向邊有一銑臺(tái)，安裝在相鄰兩塊玻璃之間的金屬夾具由上凸塊、下平塊及連接上凸塊、下平塊的螺釘組成。本發(fā)明的技術(shù)效果1.精度高彎道水槽的整體誤差小于0. 2mm ；2.應(yīng)用范圍廣可進(jìn)行各種水流、泥沙的試驗(yàn)；3.適應(yīng)性強(qiáng)全玻璃槽身，為PIV等先進(jìn)測(cè)量方法提供了基礎(chǔ)設(shè)備；4.實(shí)現(xiàn)了彎道水槽全長(zhǎng)的連續(xù)調(diào)坡，可節(jié)省大量的人力物力；5.本裝置可用于恒定流和非恒定流的試驗(yàn)，具有重要的生產(chǎn)實(shí)用價(jià)值及推廣應(yīng)用前景。


圖1為典型明渠彎道水槽的平面示意圖。圖2為已有的明渠彎道水槽底坡(沿縱向展開)變化方式示意圖；其中，圖2(a)為坡度為零時(shí)，其沿縱向展開剖面結(jié)構(gòu)示意圖，圖2(b)為坡度不為零時(shí)，其沿縱向展開剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的明渠彎道水槽試驗(yàn)裝置沿縱向展開示意圖。圖4為本發(fā)明的升降系統(tǒng)底座結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖4(a)為從上游往下游觀察時(shí)的側(cè)視圖，圖4(b)為俯視圖。圖5為本發(fā)明的支撐框架結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明的扇面形玻璃形狀示意圖，其中，圖6(a)為銑臺(tái)后的扇形玻璃821
4平面圖，圖6(b)為銑臺(tái)后的扇形玻璃的側(cè)視圖；。圖7為本發(fā)明的彎道段底板玻璃夾具安裝結(jié)構(gòu)圖。圖8本發(fā)明的彎道水槽自動(dòng)調(diào)坡示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明的明渠彎道水槽試驗(yàn)裝置總體結(jié)構(gòu)包括升降系統(tǒng)、主梁、支撐框架，以及由玻璃底板和玻璃側(cè)壁構(gòu)成的明渠彎道水槽，其中，明渠彎道水槽安裝在支撐框架上，支撐框架焊接在主梁上面，升降系統(tǒng)支撐在主梁的底面，用于對(duì)水槽坡度的連續(xù)調(diào)節(jié)。上述裝置各部分的具體實(shí)施方式
及功能結(jié)合各附圖分別說明如下本實(shí)施例的主梁采用規(guī)格為80X120X5mm的矩形鋼焊接成框架結(jié)構(gòu)，如圖3所示，由上游入口直段梁51、中游彎道段梁52及下游出口直段梁53三段相互銜接構(gòu)成，各段梁分別由相連在各段梁的下表面的升降系統(tǒng)支撐并調(diào)節(jié)坡度。本實(shí)施例的升降系統(tǒng)由連接在上游入口直段梁51下面的多根升降螺桿41，連接在中游彎道段梁52下面的多根固定支撐柱42，連接在下游出口直段梁53下面的多根升降螺桿43，連接在上游入口直段梁51和中游彎道段梁52連接處下面的一個(gè)固定鉸支44，以及與升降螺桿41、43下端相連的多個(gè)底座45構(gòu)成，如圖3所示。每根固定支撐柱42由一根規(guī)格為80X60X1. 4mm的矩形鋼柱構(gòu)成，每?jī)筛撝附釉谥髁和粰M斷面下表面形成一對(duì)固定支撐柱。升降螺桿41和43均由M36型螺桿構(gòu)成，每?jī)筛輻U為一對(duì)，下端與同一個(gè)底座相連，兩根螺桿在水槽的同一橫斷面上；底座45由規(guī)格為120X53X5. 5mm的槽鋼制成的橫梁和立柱焊接而成，其結(jié)構(gòu)如圖4所示，其中，圖4(a)為從上游往下游觀察時(shí)的側(cè)視圖，圖4(b)為俯視圖，底座的橫梁前后兩側(cè)對(duì)稱安裝有圓柱形套筒46，套筒內(nèi)壁設(shè)有螺紋， 用于連接升降螺桿41、43，套筒外周焊接有從動(dòng)齒輪47 ；兩從動(dòng)齒輪之間(橫梁中心)安裝有驅(qū)動(dòng)齒輪48，與兩個(gè)從動(dòng)齒輪相咬合，用于帶動(dòng)從動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)一對(duì)升降螺桿上下升降。升降螺桿41、43下端與套筒46內(nèi)螺紋配合連接，上端面焊接在主梁的下表面。本實(shí)施例的支撐框架采用多個(gè)規(guī)格為50X50X6mm的角鋼梁、規(guī)格為 350X25X5mm的鋁板條和MlO型螺桿連接成框架結(jié)構(gòu)，由上游入口直段支撐框架61、中游彎道段支撐框架62和下游出口直段支撐框架63三段相互連接組成一體，各段框架結(jié)構(gòu)相同。圖5為支撐框架的徑向示意圖，各段支撐框架由設(shè)置在底部的多根框架橫梁611，設(shè)置在框架橫梁上方的多塊鋁板條613，連接在框架橫梁611和板條613之間的多根微調(diào)螺桿 612，以及連接在橫梁611兩端的多根框架立梁614構(gòu)成。其中，框架橫梁611兩端焊接在主梁上，框架橫梁611中間分布有多個(gè)(本實(shí)施例為三個(gè))螺孔，微調(diào)螺桿612從下往上穿過框架橫梁611上的螺孔，微調(diào)節(jié)螺桿612頂端固定在鋁板條613的下表面，用于調(diào)節(jié)頂部板條的高程，板條用于安裝明渠彎道水槽的玻璃底板，通過精細(xì)調(diào)節(jié)該微調(diào)螺桿的高度，可以使得明渠彎道水槽玻璃底板的安裝誤差小于士0. 2mm?？蚣芰⒘?14下端焊接在主梁上， 用于安裝并支撐明渠彎道水槽的玻璃側(cè)壁。本實(shí)施例的明渠彎道水槽包括由多塊玻璃底板81和玻璃側(cè)壁91構(gòu)成的上游入口直段水槽、由多塊玻璃底板82和玻璃側(cè)壁92構(gòu)成的中游彎道段水槽及由多塊玻璃底板83 和玻璃側(cè)壁93構(gòu)成的下游出口直道段水槽，如圖3所示。本實(shí)施例的水槽的尺寸參數(shù)可與常規(guī)的水槽相同，三段水槽的玻璃底板分別平放在支撐框架的板條613上，并相互連通組成明渠彎道水槽的底板；三段水槽的玻璃側(cè)壁緊靠玻璃底板兩側(cè)豎直安裝，并由支撐框架兩側(cè)的框架立梁614支撐。為了保證水槽中游彎道段底板玻璃82在調(diào)節(jié)各種坡度時(shí)能夠平順過渡，本實(shí)施例的中游彎道段水槽底板結(jié)構(gòu)如圖6、7所示。由多塊扇形玻璃821和連接相鄰兩扇形玻璃的夾具組成。所有扇形玻璃用夾具拼接成彎道底板玻璃82。例如一種具體實(shí)施方式
是若設(shè)計(jì)的彎道弧度為180度，則彎道底板玻璃82可由12塊相等的弧度中心夾角為14. 7°、寬度與水槽寬度相同的扇形玻璃821組成；每塊扇面形玻璃821的兩個(gè)徑向邊有一銑臺(tái)822，圖 6(a)為銑臺(tái)后的扇形玻璃821平面圖，圖6(b)為銑臺(tái)后的扇形玻璃的側(cè)視圖；為了將12塊扇形玻璃821連為一體，安裝在相鄰兩塊玻璃之間的金屬夾具由上凸塊823、下平塊擬4及連接上凸塊823、下平塊824的螺釘825組成，圖7為用金屬夾具安裝兩相鄰扇形玻璃的結(jié)構(gòu)圖，其中，金屬夾具823位于銑臺(tái)822的上表面，金屬夾具上凸塊823上表面與扇形玻璃 821上表面齊平(左右兩側(cè)與扇形玻璃之間預(yù)留約Imm的空間，以防止相互擠壓)，金屬夾具下平塊擬4位于銑臺(tái)822的下表面，上下兩塊金屬夾具由螺釘825固定；最后，將金屬夾具下平塊擬4逐個(gè)沿彎道徑向固定在支撐框架的板條上，即可構(gòu)成連續(xù)平滑的玻璃底板。上述實(shí)施例的明渠彎道水槽可以實(shí)現(xiàn)全長(zhǎng)統(tǒng)一連續(xù)調(diào)坡，其具體實(shí)現(xiàn)方式如圖8 所示按照試驗(yàn)要求的坡度旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)齒輪48使得升降螺桿41和43分別上升和下降，從而帶動(dòng)上游入口直段水槽91以固定鉸為支點(diǎn)抬升，下游出口直段水槽93則以固定鉸為起點(diǎn)引出延長(zhǎng)線按比例下降。在中游彎道段水槽92，由微調(diào)螺桿612調(diào)節(jié)支撐框架的板條613 的高度，使彎道段玻璃底板82中心線的坡度與上游直段底板玻璃81和下游直段底板玻璃 83的坡度一致，全水槽的底板平順連接，與此同時(shí)，依靠金屬夾具823和824的強(qiáng)制作用力使每塊扇形底板玻璃821扭曲，使之在任何位置上沿徑向都是水平的。
權(quán)利要求
1.一種明渠彎道水槽試驗(yàn)裝置，其特征在于，該裝置包括升降系統(tǒng)、主梁、支撐框架，以及由玻璃底板和玻璃側(cè)壁構(gòu)成的明渠彎道水槽，其中，明渠彎道水槽安裝在支撐框架上，支撐框架焊接在主梁上面，升降系統(tǒng)支撐在主梁的底面，用于對(duì)水槽坡度的連續(xù)調(diào)節(jié)。
2.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述主梁采用框架結(jié)構(gòu)，由上游入口直段梁、 中游彎道段梁及下游出口直段梁三段相互銜接構(gòu)成，各段梁分別由相連在各段梁的下表面的升降系統(tǒng)支撐并調(diào)節(jié)坡度。
3.如權(quán)利要求2所述裝置，其特征在于，所述升降系統(tǒng)由連接在上游入口直段梁下面的多根升降螺桿，連接在中游彎道段梁下面的多根固定支撐柱，連接在下游出口直段梁下面的多根升降螺桿，連接在上游入口直段梁和中游彎道段梁連接處下面的一個(gè)固定鉸支， 以及與升降螺桿下端相連的多個(gè)底座構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求3所述裝置，其特征在于，所述每根固定支撐柱由一根矩形鋼柱構(gòu)成，每?jī)筛撝附釉谥髁和粰M斷面下表面形成一對(duì)固定支撐柱；所述升降螺桿由螺紋螺桿構(gòu)成，每?jī)筛輻U下端與同一個(gè)底座相連，兩根螺桿在水槽的同一橫斷面上。
5.如權(quán)利要求3所述裝置，其特征在于，所述底座由橫梁和立柱焊接而成，所述底座的橫梁前后兩側(cè)對(duì)稱安裝有圓柱形套筒，套筒內(nèi)壁設(shè)有螺紋，用于連接升降螺桿，套筒外周焊接有從動(dòng)齒輪；兩從動(dòng)齒輪之間安裝有驅(qū)動(dòng)齒輪，與兩個(gè)從動(dòng)齒輪相咬合，用于帶動(dòng)從動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)一對(duì)升降螺桿上下升降；升降螺桿下端與套筒內(nèi)螺紋配合連接，升降螺桿上端面焊接在主梁的下表面。
6.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述支撐框架采用框架結(jié)構(gòu)，由上游入口直段支撐框架、中游彎道段支撐框架和下游出口直段支撐框架三段相互連接組成一體，該各段支撐框架由設(shè)置在底部的多根框架橫梁，設(shè)置在框架橫梁上方的多塊板條，連接在框架橫梁和板條之間的多根微調(diào)螺桿，以及連接在框架橫梁兩端的多根框架立梁構(gòu)成；框架橫梁兩端焊接在主梁上，框架橫梁中間分布有多個(gè)螺孔，微調(diào)螺桿從下往上穿過框架橫梁上的螺孔，微調(diào)節(jié)螺桿頂端固定在板條的下表面，用于調(diào)節(jié)頂部板條的高度，板條用于安裝明渠彎道水槽的玻璃底板，框架立梁下端焊接在主梁上，用于安裝并支撐明渠彎道水槽的玻璃側(cè)壁。
7.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述明渠彎道水槽包括由多塊玻璃底板和玻璃側(cè)壁構(gòu)成的上游入口直段水槽、中游彎道段水槽及下游出口直道段水槽；三段水槽的玻璃底板分別平放在支撐框架上，并相互連通組成明渠彎道水槽的底板；三段水槽的玻璃側(cè)壁緊靠玻璃底板由支撐框架支撐。
8.如權(quán)利要求7所述裝置，其特征在于，所述中游彎道段水槽底板由多塊扇形玻璃和連接相鄰兩扇形玻璃的夾具組成，所有扇形玻璃用夾具拼接成彎道底板玻璃；每塊扇面形玻璃的兩個(gè)徑向邊有一銑臺(tái)，安裝在相鄰兩塊玻璃之間的金屬夾具由上凸塊、下平塊及連接上凸塊、下平塊的螺釘組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種明渠彎道水槽試驗(yàn)裝置，屬于水利試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，該裝置包括升降系統(tǒng)、主梁、支撐框架，以及由玻璃底板和玻璃側(cè)壁構(gòu)成的明渠彎道水槽，其中，明渠彎道水槽安裝在支撐框架上，支撐框架焊接在主梁上面，升降系統(tǒng)支撐在主梁的底面，用于對(duì)水槽坡度的連續(xù)調(diào)節(jié)。本發(fā)明具有精度高、應(yīng)用范圍廣、適應(yīng)性強(qiáng)、可連續(xù)調(diào)坡，節(jié)省大量的人力物力的特點(diǎn)，具有重要的生產(chǎn)實(shí)用價(jià)值及推廣應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)E02B1/02GK102433854SQ20111030717
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月12日
發(fā)明者李丹勛, 王興奎, 胡江, 鐘強(qiáng), 陳啟剛 申請(qǐng)人:清華大學(xué)