專利名稱：在海流作用下海底輸沙狀況的模擬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于模擬在海流作用下海底輸沙狀況的裝置。
背景技術(shù)：
隨著海洋礦業(yè)資源的不斷開發(fā)、跨海通訊事業(yè)的發(fā)展，以及海上工程設(shè)施的建設(shè)，人們在海底鋪設(shè)的管線越來越多。由于這些管線長期處于極其惡劣的工作環(huán)境中，除了承受海水的高壓外，其所處的海床還始終受到潮流、波浪流的沖刷和淘蝕，而一旦管線周圍的海床被淘空，使管線處于懸空狀態(tài)，則很容易造成管線的斷裂。因此，為了保證管線的安全，管線最好具有足夠的埋設(shè)深度。由于鋪設(shè)這些管線是在深底作業(yè)，隨著管線埋設(shè)深度的增加，施工難度和施工成本急劇增加，因此，為管線設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的海床受洋流沖刷狀況的試驗(yàn)數(shù)據(jù)尤為重要，以使管線既處于安全的深度，又不額外加大施工成本。而目前國內(nèi)外還沒有能夠提供有關(guān)海流作用下海底輸沙狀況研究的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種在海流作用下海底輸沙狀況的模擬裝置。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明一種在海流作用下海底輸沙狀況的模擬裝置包括控制裝置、一開口向上的U形管，所述U形管一端與大氣連通，其另一端通過管道與風(fēng)機(jī)相接，在風(fēng)機(jī)與U形管相連的管道上設(shè)置有一控制閥；所述U形管底段上帶有一水平設(shè)置的海床模型安裝段，該海床模型安裝段底部設(shè)置有海床模型；所述風(fēng)機(jī)、控制閥與所述控制裝置電連接。
進(jìn)一步，所述U形管側(cè)壁上設(shè)置有壓力傳感器，U形管底段的底部設(shè)置有排水閥。
進(jìn)一步，所述控制閥包括腔體，腔體上設(shè)置有分別與所述風(fēng)機(jī)管道和所述U形管相連的接口，腔體內(nèi)鉸接有一可翻轉(zhuǎn)的閥板，該閥板與其鉸接軸相固定，腔體上設(shè)置有兩個(gè)與閥板工作位置相匹配的開放口，腔體外側(cè)安裝有一步進(jìn)式伺服電機(jī)，該電機(jī)的輸出軸與所述閥板的回轉(zhuǎn)軸相連。
進(jìn)一步，所述海床模型安裝段的斷面為矩形，其一側(cè)立面上設(shè)置有遮光層，另一側(cè)立面為一由透明材料制成的可拆卸的封板，該封板與所述U形管本體之間氣密連接；海床模型安裝段封板一側(cè)外部設(shè)置有攝像機(jī)，海床模型安裝段上方設(shè)置有垂直下射的激光片光源，海床模型安裝段頂面上中間部位設(shè)置有與所述激光片光源的光束相匹配的條狀透視窗，所述頂面的其他部分設(shè)置有遮光層；所述攝像機(jī)及所述激光片光源均與所述控制裝置電連接，并在控制裝置的控制下工作。
進(jìn)一步，所述封板里側(cè)設(shè)置有一耐磨層。
進(jìn)一步，所述海床模型表面浮粘有一層沙粒。
進(jìn)一步，所述控制閥的工作頻率與所述U形管的共振頻率相同。
利用本模擬裝置既可以對不同形狀表面的海床在海流作用下的輸沙情況進(jìn)行量化研究，又能夠?qū)唧w的輸沙形態(tài)進(jìn)行研究，從而為在各種表面形狀海床上的管線鋪設(shè)和工程建設(shè)提供理論依據(jù)，避免設(shè)計(jì)上的盲目性。


圖1為本發(fā)明模擬裝置工作狀態(tài)局部剖視示意圖；圖2為圖1中A向局部示意圖；圖3為圖1中B-B剖面圖；圖4為圖1中C向局部示意圖；圖5為另一種海床模型斷面示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1至圖4所示，U形管8開口垂直向上設(shè)置，其右端呈開放狀態(tài)，與大氣連通，在適當(dāng)高度處設(shè)置有一壓力傳感器9，U形管8左端通過管道2與一風(fēng)機(jī)1相接，管道2與U形管8之間設(shè)置有一控制閥3，U形管8底段中部設(shè)置有海床模型安裝段20，海床模型14安裝在該安裝段20內(nèi)，海床模型安裝段20上方設(shè)置有一激光片光源7，海床模型安裝段20的一側(cè)設(shè)置有一攝像機(jī)16(見圖3)。
控制閥3的殼體18與U形管8一體制成，其內(nèi)腔通過轉(zhuǎn)軸4安裝有一閥板6，控制閥3殼體一側(cè)外表面設(shè)置有一步進(jìn)式伺服電機(jī)17(見圖4)，該伺服電機(jī)17的輸出軸與轉(zhuǎn)軸4相連，控制閥3的殼體18上設(shè)置有兩個(gè)開放口5，該兩個(gè)開放口5的位置分別與閥板6的兩個(gè)工作位置相對應(yīng)，即閥板6在圖示位置時(shí)，上方開放口5使管道2與大氣連通，右側(cè)開放口5使U形管8左端與大氣連通；閥板6旋轉(zhuǎn)90度左右處于其第2個(gè)工作位置時(shí)，兩個(gè)開放口5均被閥板6封閉，管道2與U形管8左端相連通。
U形管8由透明材料制成，其斷面為矩形(見圖3)，其底段底壁上設(shè)置有一排水閥21，U形管8底段中部的海床模型安裝段20一側(cè)設(shè)置有一可拆卸的封板10，攝像機(jī)16位于封板10一側(cè)，海床模型安裝段20中與封板10相對的另一側(cè)壁上設(shè)置有一遮光層13，海床模型安裝段20頂壁上同樣設(shè)置有一遮光層13，該遮光層13中部開有一與激光片光源7的下射光束形狀相匹配的條狀透光窗口11。
本模擬裝置工作時(shí)，首先卸下封板10，將海床模型14防入安裝段20底壁上，并在海床模型14表面鋪設(shè)一層適當(dāng)厚度的沙粒15，然后重新安裝封板10，并向U形管8中放入適量的水。通過控制裝置(圖中未示出)設(shè)定控制閥3中閥板6的擺動(dòng)頻率，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)1向外抽風(fēng)。隨著閥板6在其兩個(gè)工作位置的循環(huán)切換，U形管8中的水在風(fēng)機(jī)1和大氣的作用下在管內(nèi)往復(fù)振蕩，位于海床模型處的水流由此形成往復(fù)流動(dòng)的波浪流對沙粒15進(jìn)行沖刷，并將沙粒15向模型兩側(cè)或一側(cè)輸移。
由于U形管8內(nèi)的水流開始振蕩的初期振幅不穩(wěn)定，為了攝取有效的海流輸沙形態(tài)，必須待水流穩(wěn)定振蕩后進(jìn)行，這時(shí)通過壓力傳感器9可以對水流是否穩(wěn)定振蕩進(jìn)行檢測，待水流穩(wěn)定振蕩后，壓力傳感器9將檢測信號發(fā)送給控制裝置，控制裝置控制激光片光源7及攝像機(jī)16開始工作。
采用激光片光源，并將光束照射在海床表面沙層的中間部位，同時(shí)在攝像機(jī)對面的U形管側(cè)壁上設(shè)置遮光層，可以保證攝像機(jī)僅攝取沙層中間部位在水流作用下的輸移圖像，有助于消除沙層邊界部位的影響，從而獲取與實(shí)際情況更接近的圖像信息。
為了減少封板10里側(cè)受沙粒磨損后對攝像機(jī)攝取的圖像信息產(chǎn)生干擾，封板10里側(cè)可以設(shè)置一層可更換的耐磨層(圖中未示出)。
為了保證U形管8內(nèi)的水流產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩，閥板6的切換頻率最好與U形管8的自振頻率相同。
如圖5所示，針對不同形態(tài)海床在海流作用下的輸沙狀況，可以通過更換具有不同表面形狀的海床模型來加以研究。
為了使海床模型的表面形態(tài)更接近實(shí)際情況，模型表面需粘接一層沙粒層，該層沙粒僅其與模型本體相對的一側(cè)表面與模型本體相粘接，沙粒的其他表面均以其自然形態(tài)裸露在外(圖中未示出)。
權(quán)利要求
1.一種在海流作用下海底輸沙狀況的模擬裝置，其特征在于，包括控制裝置、一開口向上的U形管，所述U形管一端與大氣連通，其另一端通過管道與風(fēng)機(jī)相接，在風(fēng)機(jī)與U形管相連的管道上設(shè)置有一控制閥；所述U形管底段上帶有一水平設(shè)置的海床模型安裝段，該海床模型安裝段底部設(shè)置有海床模型；所述風(fēng)機(jī)、控制閥與所述控制裝置電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種在海流作用下海底輸沙狀況的模擬裝置，其特征在于，所述U形管側(cè)壁上設(shè)置有壓力傳感器，U形管底段的底部設(shè)置有排水閥。
3.如權(quán)利要求2所述的一種在海流作用下海底輸沙狀況的模擬裝置，其特征在于，所述控制閥包括腔體，腔體上設(shè)置有分別與所述風(fēng)機(jī)管道和所述U形管相連的接口，腔體內(nèi)鉸接有一可翻轉(zhuǎn)的閥板，該閥板與其鉸接軸相固定，腔體上設(shè)置有兩個(gè)與閥板工作位置相匹配的開放口，腔體外側(cè)安裝有一步進(jìn)式伺服電機(jī)，該電機(jī)的輸出軸與所述閥板的回轉(zhuǎn)軸相連。
4.如權(quán)利要求3所述的一種在海流作用下海底輸沙狀況的模擬裝置，其特征在于，所述海床模型安裝段的斷面為矩形，其一側(cè)立面上設(shè)置有遮光層，另一側(cè)立面為一由透明材料制成的可拆卸的封板，該封板與所述U形管本體之間氣密連接；海床模型安裝段封板一側(cè)外部設(shè)置有攝像機(jī)，海床模型安裝段上方設(shè)置有垂直下射的激光片光源，海床模型安裝段頂面上中間部位設(shè)置有與所述激光片光源的光束相匹配的條狀透視窗，所述頂面的其他部分設(shè)置有遮光層；所述攝像機(jī)及所述激光片光源均與所述控制裝置電連接，并在控制裝置的控制下工作。
5.如權(quán)利要求4所述的一種在海流作用下海底輸沙狀況的模擬裝置，其特征在于，所述封板里側(cè)設(shè)置有一耐磨層。
6.如權(quán)利要求5所述的一種在海流作用下海底輸沙狀況的模擬裝置，其特征在于，所述海床模型表面浮粘有一層沙粒。
7.如權(quán)利要求6所述的一種在海流作用下海底輸沙狀況的模擬裝置，其特征在于，所述控制閥的工作頻率與所述U形管的共振頻率相同。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在海流作用下海底輸沙狀況的模擬裝置，該裝置包括控制裝置、一開口向上的U形管，所述U形管一端與大氣連通，其另一端通過管道與風(fēng)機(jī)相接，在風(fēng)機(jī)與U形管相連的管道上設(shè)置有一控制閥；所述U形管底段上帶有一水平設(shè)置的海床模型安裝段，該海床模型安裝段底部設(shè)置有海床模型；所述風(fēng)機(jī)、控制閥與所述控制裝置電連接。利用本模擬裝置既可以對不同形狀表面的海床在海流作用下的輸沙情況進(jìn)行量化研究，又能夠?qū)唧w的輸沙形態(tài)進(jìn)行研究，從而為在各種表面形狀海床上的管線鋪設(shè)和工程建設(shè)提供理論依據(jù)，避免設(shè)計(jì)上的盲目性。
文檔編號E02B1/00GK1664253SQ200510066128
公開日2005年9月7日 申請日期2005年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月21日
發(fā)明者林緬, 袁志達(dá) 申請人:中國科學(xué)院力學(xué)研究所