本發(fā)明涉及河口海岸水動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)等基礎(chǔ)理論試驗(yàn)研究領(lǐng)域，特別涉及一種取水明渠柔性攔污網(wǎng)及掛網(wǎng)墩臺(tái)水動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，由于海洋養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，海水環(huán)境的富營(yíng)養(yǎng)化愈加嚴(yán)重，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)各在運(yùn)電廠機(jī)組不同程度地爆發(fā)了由于水生物大量聚集性涌入而導(dǎo)致取水口堵塞濾網(wǎng)的事件，對(duì)電站的取水安全造成了較大影響。為減少機(jī)組運(yùn)行時(shí)水中污染物漂浮進(jìn)入取水明渠內(nèi)對(duì)取水安全產(chǎn)生的影響，近年來(lái)廣泛采用的措施為在取水明渠口內(nèi)設(shè)置柔性攔污網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并將攔污網(wǎng)采用架空繩索懸掛在高樁墩臺(tái)之上，攔污網(wǎng)下方采用繩索連接大自重的錨碇塊體。柔性攔污網(wǎng)在自身柔度和運(yùn)動(dòng)慣性的作用下，可在渠道內(nèi)水流、外海波浪的作用下發(fā)生往復(fù)振蕩，并通過(guò)懸掛于掛網(wǎng)墩臺(tái)上的架空繩索直接拉扯墩臺(tái)上部結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致掛網(wǎng)墩臺(tái)在隨機(jī)、往復(fù)性荷載的作用下存在失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，柔性攔污網(wǎng)的網(wǎng)衣在浪、流耦合作用下將發(fā)生自由運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生較大的運(yùn)動(dòng)撓度，當(dāng)引起的網(wǎng)衣運(yùn)動(dòng)沖量過(guò)大時(shí)將存在攔污網(wǎng)自身網(wǎng)衣破損的風(fēng)險(xiǎn)。第三，攔污網(wǎng)的自由運(yùn)動(dòng)同時(shí)通過(guò)連接繩索拉扯設(shè)置在攔污網(wǎng)水下的錨碇塊體，存在塊體失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。綜上所述，對(duì)柔性攔污網(wǎng)及掛網(wǎng)墩臺(tái)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的試驗(yàn)研究直接影響取水工程安全，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益顯著。

長(zhǎng)期以來(lái)，河口海岸水力學(xué)物理模型力學(xué)試驗(yàn)均主要針對(duì)于剛性實(shí)體結(jié)構(gòu)或簡(jiǎn)單的浮體結(jié)構(gòu)，但對(duì)柔性攔污網(wǎng)及墩臺(tái)結(jié)構(gòu)這一復(fù)雜對(duì)象的模擬技術(shù)，以及測(cè)量技術(shù)在各行業(yè)試驗(yàn)的規(guī)范、規(guī)程中均無(wú)報(bào)道。首先，對(duì)掛網(wǎng)墩臺(tái)的受力特性而言，其所受的外力不僅來(lái)自外部浪、流荷載，同時(shí)也包括柔性攔污網(wǎng)在往復(fù)運(yùn)動(dòng)下的慣性拉扯作用，受力結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。其次，攔污網(wǎng)的錨碇塊體繩索位于水下，常用的拉力傳感器無(wú)法實(shí)現(xiàn)水下作業(yè)，是試驗(yàn)中的難點(diǎn)問(wèn)題。第三，對(duì)攔污網(wǎng)自身的慣性運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的彎曲撓度測(cè)量方面，目前常用的接觸式位移傳感器受限于網(wǎng)衣的柔性，無(wú)法固定在網(wǎng)衣之上，且傳感器的自重本身便會(huì)導(dǎo)致柔性網(wǎng)衣的大幅變形，從而不能用于測(cè)量網(wǎng)衣在波浪水流作用下的運(yùn)動(dòng)過(guò)程和運(yùn)動(dòng)量，導(dǎo)致接觸式測(cè)量難以實(shí)現(xiàn)。經(jīng)大量查閱現(xiàn)有公開(kāi)發(fā)表的資料，當(dāng)前對(duì)浪流耦合下取水明渠柔性攔污網(wǎng)及掛網(wǎng)墩臺(tái)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)尚無(wú)報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題而提供一種浪流耦合下取水明渠柔性攔污網(wǎng)及掛網(wǎng)墩臺(tái)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)。

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是：一種取水明渠柔性攔污網(wǎng)及掛網(wǎng)墩臺(tái)水動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)，包括波流試驗(yàn)水槽、攔污網(wǎng)及掛網(wǎng)墩臺(tái)模型系統(tǒng)和攔污網(wǎng)運(yùn)動(dòng)自由度測(cè)量系統(tǒng)；所述波流試驗(yàn)水槽的側(cè)壁是采用透明有機(jī)玻璃制成的；所述攔污網(wǎng)及掛網(wǎng)墩臺(tái)模型系統(tǒng)包括一道柔性網(wǎng)衣和兩個(gè)掛網(wǎng)墩臺(tái)，所述柔性網(wǎng)衣沿所述波流試驗(yàn)水槽的寬度方向設(shè)置，并采用架空繩索懸掛在兩個(gè)所述掛網(wǎng)墩臺(tái)上，兩個(gè)所述掛網(wǎng)墩臺(tái)壓設(shè)在測(cè)力天平上，所述測(cè)力天平嵌裝在所述波流試驗(yàn)水槽的底面上，在所述柔性網(wǎng)衣的下端通過(guò)牽引繩索墜設(shè)錨碇塊體，所述錨碇塊體落放在所述波流試驗(yàn)水槽的底面上，所述牽引繩索采用承高架承出試驗(yàn)設(shè)計(jì)最高水位，所述承高架與所述波流試驗(yàn)水槽的底部固接；在所述牽引繩索的水上段上設(shè)有拉力傳感器Ⅰ；在所述架空繩索上設(shè)有拉力傳感器Ⅱ；所述攔污網(wǎng)運(yùn)動(dòng)自由度測(cè)量系統(tǒng)包括攝像機(jī)、定位刻度板和多個(gè)顏色不同的有色輕質(zhì)浮子，多個(gè)所述有色輕質(zhì)浮子分布在所述柔性網(wǎng)衣的節(jié)點(diǎn)上，所述攝像機(jī)設(shè)置在所述波流試驗(yàn)水槽外，正對(duì)所述柔性網(wǎng)衣的一側(cè)中部，所述定位刻度板設(shè)置在所述柔性網(wǎng)衣的另一側(cè)并固定在所述波流試驗(yàn)水槽的側(cè)壁內(nèi)側(cè)，所述定位刻度板設(shè)有采用遙控式可變色發(fā)光板制成的刻度板面板，在所述刻度板面板上設(shè)有網(wǎng)格型等間距的刻度線，所述刻度線是采用遙控式可變色發(fā)光電線制成的，所述攝像機(jī)采用所述定位刻度板作為坐標(biāo)系追蹤所述有色輕質(zhì)浮子的位置隨時(shí)間變化的運(yùn)動(dòng)軌跡。

在所述波流試驗(yàn)水槽的一端設(shè)有推板式造波機(jī)，另一端設(shè)有消波箱，在所述波流試驗(yàn)水槽的一側(cè)外部設(shè)有與其平行的循環(huán)水管，在所述循環(huán)水管內(nèi)安裝有循環(huán)水泵。

在所述承高架的頂部及底部?jī)蓚?cè)均安裝有定滑輪，所述牽引繩索繞經(jīng)所有所述定滑輪。

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：填補(bǔ)了當(dāng)前水工力學(xué)物理模型試驗(yàn)中缺乏浪流耦合下取水明渠柔性攔污網(wǎng)及掛網(wǎng)墩臺(tái)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)測(cè)量技術(shù)的空白，能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量浪流耦合下取水明渠柔性攔污網(wǎng)及掛網(wǎng)墩臺(tái)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)，具有高度的一體化、自動(dòng)化特征，且實(shí)施方便、可靠性強(qiáng)、測(cè)量效率高、數(shù)據(jù)精確可靠，可為內(nèi)河及沿海電廠、港口工程設(shè)計(jì)與科研提供技術(shù)支撐。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的縱向立面示意圖；

圖2是本發(fā)明的橫向立面示意圖；

圖3是本發(fā)明的俯視圖；

圖4是本發(fā)明的定位刻度板示意圖。

圖中：1、波流試驗(yàn)水槽；2、推板式造波機(jī)；3、循環(huán)水泵；4、循環(huán)水管；5、定滑輪；6、拉力傳感器Ⅰ；7、錨碇塊體；8、承高架；9、牽引繩索；10、拉力傳感器Ⅱ；11、掛網(wǎng)墩臺(tái)；12、定位刻度板；13、柔性網(wǎng)衣；14、測(cè)力天平；15、消波箱；16、架空繩索；17；有色輕質(zhì)浮子；18、側(cè)壁；19；攝像機(jī)；20、遙控式可變色發(fā)光電線。

具體實(shí)施方式

為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下：

請(qǐng)參見(jiàn)圖1～圖4，一種取水明渠柔性攔污網(wǎng)及掛網(wǎng)墩臺(tái)水動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)，包括波流試驗(yàn)水槽1、攔污網(wǎng)及掛網(wǎng)墩臺(tái)模型系統(tǒng)和攔污網(wǎng)運(yùn)動(dòng)自由度測(cè)量系統(tǒng)。

所述波流試驗(yàn)水槽1的側(cè)壁是采用透明有機(jī)玻璃制成的。

所述攔污網(wǎng)及掛網(wǎng)墩臺(tái)模型系統(tǒng)包括一道柔性網(wǎng)衣13和兩個(gè)掛網(wǎng)墩臺(tái)11，所述柔性網(wǎng)衣13沿所述波流試驗(yàn)水槽1的寬度方向設(shè)置，并采用架空繩索16懸掛在兩個(gè)所述掛網(wǎng)墩臺(tái)11上，兩個(gè)所述掛網(wǎng)墩臺(tái)11壓設(shè)在測(cè)力天平14上，所述測(cè)力天平14嵌裝在所述波流試驗(yàn)水槽1的底面上，用于測(cè)量浪流作用下掛網(wǎng)墩臺(tái)11的各向總力和總力矩。在所述柔性網(wǎng)衣13的下端通過(guò)牽引繩索9墜設(shè)錨碇塊體7，所述錨碇塊體7落放在所述波流試驗(yàn)水槽1的底面上，所述牽引繩索9采用承高架8承出試驗(yàn)設(shè)計(jì)最高水位，所述承高架8與所述波流試驗(yàn)水槽1的底部固接。

所述攔污網(wǎng)及掛網(wǎng)墩臺(tái)模型系統(tǒng)按水工物理模型理論將以上要素按比例尺縮放，模型比例尺設(shè)計(jì)應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)物尺寸幾何相似、流速相似、結(jié)構(gòu)受力相似、波高相似、波周期相似、網(wǎng)衣透水率相似等模型相似條件。

在所述牽引繩索9的水上段上設(shè)有拉力傳感器Ⅰ6，用于測(cè)量牽引繩索9在浪流作用下的拉力。

在所述架空繩索16上設(shè)有拉力傳感器Ⅱ10，用于測(cè)量架空繩索16在浪流作用下的拉力。

所述測(cè)力天平14、所述拉力傳感器Ⅰ6和所述拉力傳感器Ⅱ10均與采樣控制系統(tǒng)連接。

所述攔污網(wǎng)運(yùn)動(dòng)自由度測(cè)量系統(tǒng)捕捉攔污網(wǎng)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程和運(yùn)動(dòng)撓度，包括攝像機(jī)19、定位刻度板12和多個(gè)顏色不同的有色輕質(zhì)浮子17，多個(gè)所述有色輕質(zhì)浮子17分布在所述柔性網(wǎng)衣13的節(jié)點(diǎn)上，所述攝像機(jī)19設(shè)置在所述波流試驗(yàn)水槽外，正對(duì)所述柔性網(wǎng)衣13的一側(cè)中部，所述定位刻度板12設(shè)置在所述柔性網(wǎng)衣13的另一側(cè)并固定在所述波流試驗(yàn)水槽的側(cè)壁18內(nèi)側(cè)，所述定位刻度板12包括采用遙控式可變色發(fā)光板制成的刻度板面板，在所述刻度板面板上設(shè)有網(wǎng)格型等間距刻度線，所述刻度線是采用遙控式可變色發(fā)光電線20制成的，所述攝像機(jī)19采用所述定位刻度板12作為坐標(biāo)系追蹤所述有色輕質(zhì)浮子17的位置隨時(shí)間變化的運(yùn)動(dòng)軌跡。

在本實(shí)施例中，在所述波流試驗(yàn)水槽1的一端設(shè)有推板式造波機(jī)2，另一端設(shè)有消波箱15，在所述波流試驗(yàn)水槽1的一側(cè)外部設(shè)有與其平行的循環(huán)水管4，在所述循環(huán)水管4內(nèi)安裝有循環(huán)水泵3，采用循環(huán)水泵3和循環(huán)水管4生成目標(biāo)流速，采用推板式造波機(jī)2生成目標(biāo)波浪，通過(guò)消波箱15消除波浪的反射。在所述承高架8的頂部及底部?jī)蓚?cè)均安裝有定滑輪5，所述牽引繩索9繞經(jīng)所有所述定滑輪5。

本發(fā)明的工作原理：

開(kāi)啟推板式造波機(jī)2和循環(huán)水泵3構(gòu)造試驗(yàn)的波浪、水流環(huán)境，并啟動(dòng)采樣控制系統(tǒng)通過(guò)拉力傳感器Ⅱ10、測(cè)力天平14和拉力傳感器Ⅰ6同步采集架空繩索16的拉力、掛網(wǎng)墩臺(tái)11的總力和總力矩以及錨碇塊體7牽引繩索9的拉力等數(shù)據(jù)。

開(kāi)啟定位刻度板12，根據(jù)試驗(yàn)室內(nèi)光線情況，調(diào)節(jié)其刻度板面板和刻度線的顏色，使之與柔性網(wǎng)衣13上的有色輕質(zhì)浮子17的顏色具備較大色差。

當(dāng)多個(gè)顏色不同的有色輕質(zhì)浮子17與定位刻度板12的刻度板面板和刻度線的色差對(duì)比明顯后，開(kāi)啟攝像機(jī)19，并以50Hz的幀速拍照，追蹤柔性網(wǎng)衣13不同位置的有色輕質(zhì)浮子17隨時(shí)間的變化過(guò)程，進(jìn)而通過(guò)定位刻度板12上的坐標(biāo)監(jiān)控浮子的位置，最終通過(guò)分析不同幀時(shí)的拍攝照片得到柔性網(wǎng)衣13的運(yùn)動(dòng)軌跡和瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)速度。

盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍的情況下，還可以作出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。