可拆卸高精度连续取沙推移质输沙率测量装置的制作方法

本发明涉及河流泥沙动力学学科的试验装置，尤其是涉及一种在泥沙水槽试验时研究推移质输沙率的测量装置。

背景技术：

河流动力学是研究泥沙在水流中的运输过程和挟沙水流运动规律的一门学科。由于野外进行的推移质采样不稳定，存在很大的误差，工程上不得不依靠实验室内经实测推演得到的推移质输沙率公式，因此推移质输沙率实验是研究河床泥沙推移运动规律的重要手段。目前，实验室用于测量推移质输沙率的测量装置取沙漏斗有以下弊端：

有的取沙漏斗只设有一道阀门，收集推移质泥沙时为了保证取沙时水槽内的泥沙不随水流一起进入入沙口中，需用盖子将水槽入沙口闷紧，但这样做容易扰动入沙口附近的泥沙，破坏掉水槽床沙的原有形态，只能完成一次取沙，没法进行需多次取沙的非均匀沙推移质的测量。

有的高校采用的取沙漏斗，虽然设有两道阀门可以连续实验，但在取沙过程中存在容易扰动入沙口附近水流的流场或在取沙过程中取沙不尽等问题。鉴于上述原因，现有取沙装置测得的结果往往误差偏大，测出的推移质输沙率结果难尽如人意。

技术实现要素：

为了解决取沙实验时扰动水流流场和漏斗取沙不尽等问题，本发明提供了一种可拆卸高精度连续取沙推移质输沙率测量装置，能更精确地测定均匀/非均匀泥沙的推移质输沙率。

一种可拆卸高精度连续取沙推移质输沙率测量装置，主要包括集沙内筒和集沙外筒两部分，集沙外筒位于集沙内筒的下方，集沙内筒的内部设有圆形翻板，将集沙内筒分为上部的集沙层和下部的取沙层，圆形翻板与集沙内筒外部的转轴相连，通过转轴翻动圆形翻板，集沙内筒的筒壁上设有进水排气导管，位于圆形翻板的下方，进水排气导管通过连接橡胶软管与水槽尾部相连接，集沙内筒的取沙层的下部分伸入到集沙外筒，逐渐收口，为倒圆锥台形状，倒圆锥台的底部进一步设有圆环形挡板。

所述的转轴从集沙内筒的外部穿过一侧筒壁以及圆形翻板，固定于内筒壁的另一侧。

所述的圆形翻板包括两层圆形夹板，以及圆形夹板内的橡胶垫片。

优选地，所述的集沙内筒的顶部设有一个法兰。

优选地，所述的集沙内筒和集沙外筒通过螺纹连接。

本装置的有益效果在于：

1）采用上下两层、内筒套外筒的结构形式，不管集沙还是取沙过程，都不会破坏水槽内水流流场和集沙口附近泥沙的运动形态，并且漏斗中的水不会外流。

2）采用圆形翻板式设计，转动圆形翻板使其处于水平状态时，可以进行内筒集沙或者外筒取沙，转动圆形翻板使其处于竖直状态时，可以使集沙内筒收集的泥沙全部并快速进入集沙外筒。确保不会有漏水现象，不会有泥沙滞留，不会影响到水槽内水流流场和泥沙运动状态。

3）倒圆锥平台及圆环形挡片组成的倒圆锥平台结构，使收集的泥沙沉淀在集沙外筒底部，可以有效防止泥沙进入外筒过程中不会上扬到内外筒连接的螺纹处，利于内外筒卡死，密封不会漏水。

4）进水排气管连接在水槽尾门处，便于集沙外筒取完沙后重新套回装置后的进水排气，使内外筒充满水，确保内外筒与水槽集沙口无水流交换运动，保证多次集沙时水槽上部流态平稳，不受影响。

附图说明

图1是本发明实施例的一个整体主视图，

图2a是本发明实施例的一个内筒主视图，

图2b是本发明实施例的一个外筒主视图，

图3a是本发明实施例的一个圆形翻板俯视图，

图3b是本发明实施例的一个圆形翻板主视图，

图中：1、法兰，2、集沙内筒，3、圆形翻板，4、转轴，5、圆形夹板，6、橡胶片，7、螺钉，8，进水排气管，9、内螺纹，10、外螺纹，11、倒圆锥平台，12、圆环形挡片，13、集沙外筒。

具体实施方式

如图1所示，一种可拆卸高精度连续取沙推移质输沙率测量装置，主要包括集沙内筒2（如图2a所示）和集沙外筒13（如图2b所示）两部分，集沙外筒13位于集沙内筒2的下方，并可拆卸的连接在一起。

集沙内筒2的内部设有圆形翻板3，将集沙内筒2分为上部的集沙层和下部的取沙层，当圆形翻板3处于水平位置时，可以收集进入集沙内筒2内的泥沙，并阻隔泥沙从上部进入下部，当圆形翻板3翻动时，使集沙层的泥沙进入取沙层。

圆形翻板3与集沙内筒2外部的转轴4相连，通过转轴4翻动圆形翻板3。

转轴4的实施方式很多，一种就是从集沙内筒2的外部穿过一侧筒壁以及圆形翻板，固定于内筒壁另一侧。

对于本领域技术人员来说，圆形翻板3可以有多种的实施方式。

如图1、图3a、3b所示的实施方式，圆形翻板3包括两层圆形夹板5，以及位于两层圆形夹板之间的橡胶垫片6，可以通过螺钉7固定。

优选地，在集沙内筒2的顶部设有一个法兰1，便于与水槽集沙口连接。

集沙内筒2的筒壁上设有进水排气导管8，位于圆形翻板3的下方，进水排气导管8可以通过连接橡胶软管与水槽尾部相连接。

集沙内筒2的取沙层的下部分伸入到集沙外筒13，逐渐收口，为倒圆锥台形状，倒圆锥台11的底部进一步设有圆环形挡板12。

翻动圆形翻板3，使集沙内筒2的集沙层中的泥沙通过倒圆锥台11进入集沙外筒13。圆环形挡板12可以防止泥沙上扬至集沙内筒2和集沙外筒13的连接处。

集沙内筒2和集沙外筒13可以通过螺纹连接，方便拆卸，清理维护，多次连续使用。

法兰1、集沙内筒2、圆形夹板5、进水排气管8、倒圆锥平台11、圆环形挡片12、集沙外筒13均可由采用有机玻璃材质。

应用实施例

进行均匀沙输沙率实验时，扭动转轴4使圆形翻板3处于水平状态，集沙内筒2和集沙外筒13通过螺纹旋紧，夹紧进水排气管8。实验前，首先进行调试使水槽内水流流速达到可以使水槽槽面泥沙达到起动状态，在调试的过程中会有部分泥沙运动到集沙内筒2内的圆形翻板3的面上，此部分为废沙。首先进行废沙清除，清除废沙的同时实验也正式开始，取沙具体步骤如下：

1、先180°转动圆形翻板3，将圆形翻板3面上的泥沙全部落入集沙外筒13内，此时实验开始计时，圆形翻板3开始集沙。因为集沙内筒2的倒圆锥台11和其上的和圆环形挡片12，所以泥沙直接进入集沙外筒13而不会上扬至两筒连接的螺纹处，避免泥沙卡到螺纹处造成密封不紧漏水，保证了此处的密封性。

2、旋转集沙外筒13，将集沙外筒13里面的泥沙倒出并清洗干净，再将集沙外筒13套回至集沙内筒2上。

3、松开进水排气管8，进行排气并让水槽尾门附近的水进入集沙外筒13内，集沙外筒13充满水后继续夹紧进水排气管8。一定时间∆t后，再转动圆形翻板3，重复取沙步骤1-3，就可以得到起动流速v1对应的推移质输沙量m，收集的泥沙m放入烘箱经105°烘烤12小时后，得到的泥沙∆m，这就是试验中达到起动流速v时在一定时间∆t内收集到的推移质数量∆m。在一定水力、泥沙条件下，单位时间内通过过水断面单位宽度的推移质数量为推移质输沙率gb。即可计算推移质输沙率，推移质泥沙输沙率公式，其方程为：

gb=∆m/（b×∆t）b为槽宽，

进行非均匀沙输沙率实验时，由于研究对象是不同粒径的泥沙组成的，不同粒径泥沙对应的起动流速大小不一，因此当收集完某一小粒径泥沙起动流速v1的推移质输沙量∆m1后，微调流速达到v2使更多的床面泥沙处于起动状态，重复之前的实验步骤，先180°转动圆形翻板，将调试的过程中产生的泥沙收集到集沙外筒内，打开集沙外筒去除里面的泥沙，然后重新将集沙内筒和集沙外筒固定在一起，此时圆形翻板上方收集的泥沙量为v2流速时推移质数量∆m2，重复上述实验步骤，即可得由不同泥沙级配组成的非均匀沙输沙率。

通过大量室内推移质输沙实测结果，基于流速、拖曳力等不同参变量考虑问题，结合试验时的能坡j、泥沙粒径d、水深h、流量q、泥沙密度等泥沙及水流水力要素，可以建立不同参变量的推移质输沙率经验公式。