一种台阶状泄洪排沙模型试验装置及试验方法与流程

1.本发明涉及水利工程隧道、泄洪排沙技术领域，尤其涉及一种台阶状泄洪排沙模型试验装置及试验方法。


背景技术：

2.我国基础建设继续保持平稳快速发展。随着国家发展绿色工程等政策的相继提出，水利发电工程作为绿色节能工程，其台阶状泄洪排沙洞施工技术得到不断发展。泄洪排沙洞作为泄水建筑物主要起到水利枢纽泄洪的作用，以往研究表明，光滑泄洪排沙洞的消能率只有10%左右，台阶式泄洪排沙洞的消能率最大可达90%以上，在消能率方面，台阶式泄洪排沙洞有着明显的优势。
3.考虑到对台阶式泄洪排沙洞的研究多采用数值模拟的方法，目前尚未有成熟的模型试验装置根据工程实际进行模拟实验。因此，亟需提供一种台阶状泄洪排沙模型试验装置及试验方法，以研究工程中台阶状泄洪排沙的消能率和留沙量。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供一种台阶状泄洪排沙模型试验装置及试验方法，采用控制变量的原则，研究不同台阶、不同流量和不同级配沙砾对台阶状泄洪排沙装置的消能率和留沙量的影响，进一步综合研究分析不同状态下台阶状泄洪排沙装置的最优配置。对于水利工程中泄洪排沙洞工程领域具有重要的现实意义和推广价值。
5.为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种台阶状泄洪排沙模型试验装置，包括：进水箱、电磁流量控制器、台阶主箱和出水箱，所述进水箱包括有进水阀管、磁力搅拌器，所述台阶主箱包括有可替换台阶、微型旋桨流速仪、可移动过水板、调节螺杆、调节开口和挡板出水口，所述出水箱包括分级过滤网和出水阀管，所述进水箱与台阶主箱由电磁流量控制器连接，所述出水箱置于台阶主箱的挡板出水口下方。
6.所述台阶主箱中可替换台阶可根据试验需求更换台阶级数、台阶坡度和台阶高度。
7.所述台阶主箱中设有可移动过水板，可移动过水板下方设有调节螺杆。
8.所述台阶主箱设有调节开口，调节螺杆穿过调节开口同移动过水板连接。
9.所述台阶主箱中可替换台阶通过燕尾榫结构同箱体连接。
10.所述台阶主箱中设有微型旋桨流速仪。
11.所述进水箱设有磁力搅拌器。
12.所述出水箱设有分级过滤网，分级过滤网由1mm、2mm、3mm三级过滤网组成。
13.本发明还提供了一种台阶状泄洪排沙模型试验方法，采用所述的台阶状泄洪排沙模型试验装置，所述试验方法包括如下步骤：试验a，不同台阶对泄洪排沙影响试验：
步骤a1：根据所研究工程原型沙的级配确定模型沙的级配，以模型沙级配曲线与原型沙级配曲线达到基本平行为标准，将沙砾分级并染色加入进水箱中；步骤a2：打开进水阀管，并打开磁力搅拌器；步骤a3：确定流量值并打开电磁流量控制器，观测并定性描述模型试验水流流态，记录各微型旋桨流速仪数据；步骤a4：关闭电磁流量控制器，待水流净，收取各台阶留沙，根据颜色确定并记录留沙粒径与数量；步骤a5：取出出水箱分级过滤网上的沙砾，打开出水管，排净废水并清洗试验装置；步骤a6：根据实验需求更换可替换台阶，并根据台阶高度及长度调整可移动过水板位置，重复步骤a1至a5，至完成试验组数。
14.试验b，不同流量对泄洪排沙影响试验：步骤b1至b5：同步骤a1至a5；步骤b6：根据实验需求控制电磁流量控制器改变流量，重复步骤b1至b5，至完成试验组数。
15.试验c，不同级配沙砾对泄洪排沙影响试验：步骤c1至c5：同步骤a1至a5；步骤c6：根据实验需求改变沙砾级配，重复步骤c1至c5，至完成试验组数。
16.本发明的优点是：1、本发明提供的台阶状泄洪排沙模型试验装置，包括进水箱、电磁流量控制器、台阶主箱和出水箱，具有较高的集成性，安装、使用操作简便。
17.2、本发明提供的台阶状泄洪排沙模型试验装置，其可替换台阶可根据工程实际及实验需求进行更换或定制，具有更好的工程适应性。
18.3、本发明提供的台阶状泄洪排沙模型试验装置，可研究多种因素对泄洪排沙的影响，即可采用控制变量法，研究单个变量的影响，也可改变多个变量，研究多个影响因素的联合作用。
附图说明
19.图1为本发明的结构示意图。
20.图2为可替换台阶示意图。
21.图3为可移动过水板示意图。
具体实施方式
22.如图1、2、3、所示，一种台阶状泄洪排沙模型试验装置，包括有进水箱1、电磁流量控制器2、台阶主箱3和出水箱4，所述进水箱1包括有进水阀管5、磁力搅拌器6，所述台阶主箱3包括有可替换台阶7、微型旋桨流速仪8、可移动过水板9、调节螺杆13、调节开口14和挡板出水口10，所述出水箱4包括分级过滤网11和出水阀管12，所述进水箱1与台阶主箱3由电磁流量控制器2连接，所述出水箱4置于台阶主箱3的挡板出水口10下方。
23.所述台阶主箱3中可替换台阶7可根据试验需求更换台阶级数、台阶坡度和台阶高
度。
24.所述台阶主箱3中设有可移动过水板7，可移动过水板7下方设有调节螺杆13。
25.所述台阶主箱设有调节开口14，调节螺杆13穿过调节开口同移动过水板7连接。
26.所述台阶主箱3中可替换台阶通过燕尾榫结构同箱体连接。
27.所述台阶主箱3中设有微型旋桨流速仪8。
28.所述进水箱1设有磁力搅拌器2。
29.所述出水箱4设有分级过滤网11，分级过滤网由1mm、2mm、3mm三级过滤网组成。
30.一种台阶状泄洪排沙模型试验方法，采用所述的台阶状泄洪排沙模型试验装置，所述试验方法包括如下步骤：试验a，不同台阶对泄洪排沙影响试验：步骤a1：根据所研究工程原型沙的级配确定模型沙的级配，以模型沙级配曲线与原型沙级配曲线达到基本平行为标准，将沙砾分级并染色加入进水箱1中；步骤a2：打开进水阀管5，并打开磁力搅拌器6；步骤a3：确定流量值并打开电磁流量控制器2，观测并定性描述模型试验水流流态，记录各微型旋桨流速仪8的数据；步骤a4：关闭电磁流量控制器2，待水流净，收取各台阶留沙，根据颜色确定并记录留沙粒径与数量；步骤a5：取出出水箱4中分级过滤网11上的沙砾，打开出水阀管12，排净废水并清洗试验装置；步骤a6：根据实验需求更换可替换台阶7，并根据台阶高度及长度调整可移动过水板9位置，重复步骤a1至a5，至完成试验组数。
31.试验b，不同流量对泄洪排沙影响试验：步骤b1至b5：同步骤a1至a5；步骤b6：根据实验需求控制电磁流量控制器2改变流量，重复步骤b1至b5，至完成试验组数。
32.试验c，不同级配沙砾对泄洪排沙影响试验：步骤c1至c5：同步骤a1至a5；步骤c6：根据实验需求改变沙砾级配，重复步骤c1至c5，至完成试验组数。


技术特征：
1.一种台阶状泄洪排沙模型试验装置，其特征在于：包括有进水箱、电磁流量控制器、台阶主箱和出水箱，所述进水箱包括有进水阀管、磁力搅拌器，所述台阶主箱包括有可替换台阶、微型旋桨流速仪、可移动过水板、调节螺杆、调节开口和挡板出水口，所述出水箱包括分级过滤网和出水阀管，所述进水箱与台阶主箱由电磁流量控制器连接，所述出水箱置于台阶主箱的挡板出水口下方。2.根据权利要求1所述的一种台阶状泄洪排沙模型试验装置，其特征在于：所述台阶主箱中可替换台阶可根据试验需求更换台阶级数、台阶坡度和台阶高度。3.根据权利要求1所述的一种台阶状泄洪排沙模型试验装置，其特征在于：所述台阶主箱中设有可移动过水板，可移动过水板下方设有调节螺杆。4.根据权利要求1所述的一种台阶状泄洪排沙模型试验装置，其特征在于：所述台阶主箱设有调节开口，调节螺杆穿过调节开口同移动过水板连接。5.根据权利要求1所述的一种台阶状泄洪排沙模型试验装置，其特征在于：所述台阶主箱中设有微型旋桨流速仪。6.根据权利要求1所述的一种台阶状泄洪排沙模型试验装置，其特征在于：所述台阶主箱中可替换台阶通过燕尾榫结构同箱体连接。7.根据权利要求1所述的一种台阶状泄洪排沙模型试验装置，其特征在于：所述进水箱设有磁力搅拌器。8.根据权利要求1所述的一种台阶状泄洪排沙模型试验装置，其特征在于：所述出水箱设有分级过滤网，分级过滤网由1mm、2mm、3mm三级过滤网组成。9.一种台阶状泄洪排沙模型试验方法，其特征在于，利用权利要求1至7任一项所述的台阶状泄洪排沙模型试验装置，所述试验方法如下：试验a，不同台阶对泄洪排沙影响试验：步骤a1：根据所研究工程原型沙的级配确定模型沙的级配，以模型沙级配曲线与原型沙级配曲线达到基本平行为标准，将沙砾分级并染色加入进水箱中；步骤a2：打开进水阀管，并打开磁力搅拌器；步骤a3：确定流量值并打开电磁流量控制器，观测并定性描述模型试验水流流态，记录各微型旋桨流速仪数据；步骤a4：关闭电磁流量控制器，待水流净，收取各台阶留沙，根据颜色确定并记录留沙粒径与数量；步骤a5：取出出水箱分级过滤网上的沙砾，打开出水管，排净废水并清洗试验装置；步骤a6：根据实验需求更换可替换台阶，并根据台阶高度及长度调整可移动过水板位置，重复步骤a1至a5，至完成试验组数；试验b，不同流量对泄洪排沙影响试验：步骤b1至b5：同步骤a1至a5；步骤b6：根据实验需求控制电磁流量控制器改变流量，重复步骤b1至b5，至完成试验组数；试验c，不同级配沙砾对泄洪排沙影响试验：步骤c1至c5：同步骤a1至a5；步骤c6：根据实验需求改变沙砾级配，重复步骤c1至c5，至完成试验组数。

技术总结
本发明提供了一种台阶状泄洪排沙模型试验装置及试验方法，属于水利水电工程泄洪排沙隧洞模型试验技术领域，目的在于通过模型试验高效便捷的研究多种因素对泄洪排沙的影响。它包括进水箱、电磁流量控制器、台阶主箱和出水箱，进水箱包括有进水阀管、磁力搅拌器；台阶主箱包括有可替换台阶、微型旋桨流速仪、可移动过水板、调节螺杆、调节开口和挡板出水口；出水箱包括分级过滤网和出水阀管；进水箱与台阶主箱由电磁流量控制器连接；出水箱置于台阶主箱的挡板出水口下方。本发明提供的模型试验装置及试验方法，对于泄洪排沙隧洞技术领域具有重要的现实意义和推广价值。要的现实意义和推广价值。要的现实意义和推广价值。


技术研发人员：杜新国 孟健 赵飞龙 张昌印 王晨光 陈童 黄涛 张杰 李吉祥 胡忠经 王清标 王可用 杨硕 马一鸣 孙浩然 王涛 王令玉
受保护的技术使用者：中铁十四局集团第二工程有限公司
技术研发日：2022.06.12
技术公布日：2022/8/12