泥沙淤积物干容重变化的自动控制实验装置及其实验方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种泥沙淤积物干容重变化的自动控制实验装置及实验方法。所述实验装置包括水箱、高压水泵、储能器、控制柜、至少三排压力实验单元，水箱通过高压水泵与储能器连接，储能器通过连接管路与至少三排压力实验单元连接，储能器上还设有检测出口水压的第一压力传感器，高压水泵和第一压力传感器通过控制线路与控制柜连接，每排压力实验单元分别通过连接管路与储能器的出口连接，每一连接管路上设有单向阀及与控制柜连接的电磁阀和第二压力传感器，每排压力实验单元具有至少三组实验筒。本发明专利技术既能产生高水压来模拟不同水深的情况，也能使压力长期自动保持稳定来观察干容重随时间的变化规律，而且可实现自动控制。

Automatic control experimental device and method for change of dry density of sediment

The invention provides an automatic control experimental device and an experimental method for the change of dry density of sediment. The experimental device comprises a water tank, a high-pressure water pump, accumulator, control cabinet, at least three rows of pressure tank is connected through the experimental unit, high pressure pump and energy storage, energy storage device through the connecting pipe is connected with at least three rows of pressure test unit, the accumulator is provided with a first pressure sensor for the detection of export water pressure. High pressure pump and a first pressure sensor is connected with the control cabinet through the control circuit, each row of pressure experiment unit respectively through the connecting pipe and the accumulator is connected to the outlet, each connecting pipe is provided with a one-way valve and a control cabinet connected with the solenoid valve and second pressure sensors, each row of pressure test unit has at least three groups of experimental tube. The invention not only can generate high water pressure to simulate the situation of different water depths, but also can keep the pressure automatically stable for a long time to observe the change law of the dry bulk density with time, and the automatic control can be realized.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水利工程中实验研究领域，具体是一种泥沙淤积物干容重变化的自动控制实验装置及其实验方法。
技术介绍
河流的流动会将泥沙从上游输运到下游。而水库的建成会大大降低水流速度，改变河流的水动力情况，大幅减弱河流的挟沙能力，这将直接导致泥沙在水库中大量淤积。泥沙的大量淤积会影响水库的运行健康。水库排沙比指的是出库泥沙重量与入库泥沙重量的比值，是水库运行状况的重要指标，在计算排沙比时我们需要知道上游水文站测量的入库泥沙重量以及库区淤沙重量，但我们通过现有技术手段只能得到库区淤沙的体积，淤沙重量为体积与干容重的乘积，因此淤积物的干容重是计算水库排沙比的重要参数之一。淤积物干容重变化规律的研究就显得尤为重要。大型水库淤积的泥沙通常以粉沙(粒径0.05～0.005mm)和粘土(粒径小于0.005mm)为主，其干容重随时间缓慢变化并最终达到一个稳定的干容重。这个变化过程与泥沙颗粒的粒径、淤积物厚度、淤积时间及水深等因素有着直接关系。我国正在兴建一批水深达到300m量级的大型水利工程，如锦屏一级(305m)，小湾(292m)，白鹤滩(289m)等。大水深条件下原型采样难度极大，且极易在采样时对淤积物产生扰动从而影响测量精度。因此，我们很难通过原型观测的手段来确定干容重，要研究其变化规律更是难上加难。而现有的室内试验装置很难模拟一个长期稳定的高压情况。因此，我们需要研制一套实验设备，能够长期稳定模拟不同水深情况，以用于干容重随时间变化规律的研究。
技术实现思路
本专利技术提供一种泥沙淤积物干容重变化的自动控制实验装置及其实验方法，既能产生高水压来模拟不同水深的情况，也能使压力长期自动保持稳定来观察干容重随时间的变化规律，而且可实现自动控制。一种泥沙淤积物干容重变化的自动控制实验装置，包括水箱、高压水泵、储能器、控制柜、至少三排压力实验单元，所述水箱通过高压水泵与储能器连接，所述储能器通过连接管路与至少三排压力实验单元连接，储能器上还设有检测出口水压的第一压力传感器，高压水泵和第一压力传感器通过控制线路与控制柜连接，每排压力实验单元分别通过连接管路与储能器的出口连接，每一连接管路上设有单向阀及与控制柜连接的电磁阀和第二压力传感器，每排压力实验单元具有至少三组实验筒，每组实验筒有三个，其中一组实验筒含有一个透明的高耐压有机玻璃实验筒，其余实验筒均为碳钢实验筒。进一步的，每排压力实验单元中的各组实验筒用于放入不同粒径的泥沙。进一步的，所述控制柜用于根据第一压力传感器检测的储能器压力值控制高压水泵的启闭，以使得储能器保持在稳定的压力。进一步的，所述控制柜还用于根据第二压力传感器检测到筒内压力控制电磁阀的启闭以使每排压力实验单元中每个实验筒内压力达到预定水压，各排压力实验单元的预定水压根据水深设定，以实现高压水泵给储能器提供高压来模拟不同水深的效果。进一步的，储能器底部设有排水排污阀，上部设有放空阀。进一步的，碳钢实验筒的规格为内径100mm，壁厚5mm，长L＝1000mm，高耐压有机玻璃实验筒的规格为内径200mm，厚20mm，长L＝1000mm，实验筒上端设置加料口，为法兰+端盖形式。一种泥沙淤积物在不同水深条件下干容重变化的自动控制实验方法，其特征在于：采用上述实验装置进行，所述实验方法包括如下步骤：步骤一、分别向每排压力实验单元的实验筒中放入相应的充分混合的水沙混合物，其中每排压力实验单元中的各组实验筒分别放入不同粒径的泥沙，并排净储能器中空气，打开高压泵给储能器加压保持稳定压力，高压水泵给储能器提供高压来模拟不同水深，每个压力实验单元都预设一预定水压，控制柜根据第二压力传感器检测到筒内压力控制电磁阀的启闭以使实验筒内压力达到所述预定水压；步骤二、实验进行过程中通过观察高耐压有机玻璃筒中泥沙界面高度的变化过程来估算其干容重，通过比较同种泥沙在相同时间不同水深条件下干容重的变化情况，得出干容重变化随水深之间的关系；步骤三、每隔一段时间拆下一个实验筒，具体分析淤积物干容重及其级配随淤积物埋深之间的关系，从而得出干容重随时间的变化规律曲线，并分析其可能达到的最大干容重。本专利技术通过高压水泵给储能器提供高压，同时配合压力实验单元上连接管路的电磁阀和第二压力传感器，来模拟不同水深的效果，每排压力实验单元中的各组实验筒分别放入不同粒径的泥沙来研究泥沙颗粒粒径的影响，既能产生高水压来模拟不同水深的情况，也能使压力长期自动保持稳定来观察干容重随时间的变化规律，而且可实现自动控制，当装置的某些部分出现轻微泄漏的时候，系统能够自动加压来保证压力的稳定，使得实验更为便捷。附图说明图1是本专利技术泥沙淤积物在不同水深条件下干容重变化的自动控制实验装置的结构示意图；图2是本专利技术实验装置其中一排压力实验单元的结构示意图。图中：1—排水排污阀，2—第一压力传感器，3—储能器，4—高压水泵，5—放空阀，6—控制柜，7—控制线路，8—单向阀，9—电磁阀，10—第二压力传感器，11—碳钢实验筒，12—连接管路，13—高耐压有机玻璃实验筒，14—水箱。具体实施方式下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述。本专利技术泥沙淤积物在不同水深条件下干容重变化的自动控制实验装置其中一个实施例包括水箱14、高压水泵4、储能器3、控制柜6、至少三排压力实验单元，所述水箱14通过高压水泵4与储能器3连接，所述储能器3通过连接管路12与至少三排压力实验单元连接，储能器3底部设有排水排污阀1，上部设有放空阀5，储能器3上还设有检测出口水压的第一压力传感器2，高压水泵4和第一压力传感器2通过控制线路7与控制柜6连接。每排压力实验单元分别通过连接管路12与储能器3的出口连接，每一连接管路12上设有单向阀8及与控制柜6连接的电磁阀9和第二压力传感器10，每排压力实验单元具有至少三组实验筒(本实施例以五组为例进行说明)，每组实验筒有三个，可分三个时间点观测干容重变化情况，从而得出干容重随时间变化规律，其中四组实验筒均为三个碳钢实验筒11，另外一组实验筒为两个碳钢实验筒11和一个透明的高耐压有机玻璃实验筒13。碳钢实验筒11的规格为内径100mm，壁厚5mm，长L＝1000mm，高耐压有机玻璃实验筒13的规格为内径200mm，厚20mm，长L＝1000mm，实验筒上端设置加料口，为法兰+端盖形式。高压水泵4给储能器3提供高压(≥3MPa)来模拟不同水深，每排压力实验单元的压力由单向阀8、电磁阀9和第二压力传感器10组合控制，其控制原理为：每个压力实验单元都有一个预定水压，当第二压力传感器10检测到筒内压力没达到这个值时，第二压力传感器10会给控制柜6一个信号，控制柜6打开电磁阀9，实验筒内压力升高，当压力升高到预定水压时，第二压力传感器10发出信号给控制柜6，控制柜6将电磁阀9关闭，单向阀8的作用在于防止实验筒中的水回流造成泄压。每种水压配置一个透明的高耐压有机玻璃实验筒13，是为了可以在实验进行中对淤积物状态进行粗略观测。为研究水深的影响，按照水深的不同分了7组(0m～300m)，即有7排压力实验单元(如图1所示)。为研究泥沙颗粒粒径的影响，按照粒径的不同选取了每排压力实验单元五组样本(样本1～样本5)，即每排压力实验单元有五组实验筒，并在每组水深选取一种样本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种泥沙淤积物干容重变化的自动控制实验装置，其特征在于：包括水箱(14)、高压水泵(4)、储能器(3)、控制柜(6)、至少三排压力实验单元，所述水箱(14)通过高压水泵(4)与储能器(3)连接，所述储能器(4)通过连接管路(12)与至少三排压力实验单元连接，储能器(3)上还设有检测出口水压的第一压力传感器(2)，高压水泵(4)和第一压力传感器(2)通过控制线路(7)与控制柜(6)连接，每排压力实验单元分别通过连接管路(12)与储能器(3)的出口连接，每一连接管路(12)上设有单向阀(8)及与控制柜(6)连接的电磁阀(9)和第二压力传感器(10)，每排压力实验单元具有至少三组实验筒，每组实验筒有三个，其中一组实验筒具有一个透明的高耐压有机玻璃实验筒(13)，其余实验筒均为碳钢实验筒(11)。

【技术特征摘要】
1.一种泥沙淤积物干容重变化的自动控制实验装置，其特征在于：包括水箱(14)、高压水泵(4)、储能器(3)、控制柜(6)、至少三排压力实验单元，所述水箱(14)通过高压水泵(4)与储能器(3)连接，所述储能器(4)通过连接管路(12)与至少三排压力实验单元连接，储能器(3)上还设有检测出口水压的第一压力传感器(2)，高压水泵(4)和第一压力传感器(2)通过控制线路(7)与控制柜(6)连接，每排压力实验单元分别通过连接管路(12)与储能器(3)的出口连接，每一连接管路(12)上设有单向阀(8)及与控制柜(6)连接的电磁阀(9)和第二压力传感器(10)，每排压力实验单元具有至少三组实验筒，每组实验筒有三个，其中一组实验筒具有一个透明的高耐压有机玻璃实验筒(13)，其余实验筒均为碳钢实验筒(11)。2.如权利要求1所述的泥沙淤积物干容重变化的自动控制实验装置，其特征在于：每排压力实验单元中的各组实验筒用于放入不同粒径的泥沙。3.如权利要求1所述的泥沙淤积物干容重变化的自动控制实验装置，其特征在于：所述控制柜(6)用于根据第一压力传感器(2)检测的储能器(3)压力值控制高压水泵(4)的启闭，以使得储能器(3)保持在稳定的压力。4.如权利要求1所述的泥沙淤积物干容重变化的自动控制实验装置，其特征在于：所述控制柜(6)还用于根据第二压力传感器(19)检测到筒内压力控制电磁阀(9)的启闭以使每排压力实验单元的实验筒内压力达到预定水压，各排压力实验单元的预定水压根据水深设定，以实现高压水泵(4)给储能器(3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文俊，朱帅，金中武，李健，惠钢桥，
申请(专利权)人：长江水利委员会长江科学院，
类型：发明
国别省市：湖北;42