一种能够对底泥进行分层切割的分相模拟装置的制作方法 专利技术说明

测量装置的制造及其应用技术1.本发明涉及河湖水环境治理技术领域，具体涉及一种能够对底泥进行分层切割的分相模拟装置。背景技术：2.底泥通常是粘土、泥沙、有机质及各种矿物的混合物，经过长时间物理、化学及生物作用及水体传输而沉积于水体底部所形成的的，表面0～15cm厚的底泥称为表层底泥，超过15cm以下的底泥称为深层底泥，所以底泥是河湖水环境污染物的主要源与汇。河湖底泥的原位修复技术主要包括化学、物理及生物等方法，通过抑制污染物迁移扩散、降低污染物浓度及减少污染物毒性等原理减轻底泥及水体的污染情况。3.在水环境治理项目现场，直接开展原位修复技术的试用需要投入大量的人力和物力，因此，通常需要先通过模拟实验的形式验证修复技术的可行性。而为了更高效地完成底泥修复的模拟实验，通常需要借助模拟柱分相模拟河湖底泥和上覆水；虽然采用分相模拟柱模拟底泥-上覆水具有分层效果真实、投入合理和环境扰动小等优势，但在实际模拟过程中，由于底泥位于分相模拟柱的内腔中，且黏性底泥易吸附在分相模拟柱内壁上，难以通过向上提升模拟柱释放底泥，依靠目测判断切割底泥也存在深度不准确和数据分析存在偏差的技术问题。4.因此，如何解决分相模拟柱内底泥的分层取样，就成了本领域技术人员亟待解决的技术问题。技术实现要素：5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能够对底泥进行分层切割的分相模拟装置，以解决现有底泥模拟装置不能对底泥进行分层取样的技术问题。6.本发明所采用技术方案为：一种能够对底泥进行分层切割的分相模拟装置，包括：7.水相模拟柱，所述水相模拟柱内部中空以形成水相模拟腔，且所述水相模拟柱的底端设有与水相模拟腔连通的排水口；8.底泥模拟柱，所述底泥模拟柱包括多个轴向设置并密封连接的旋转取样器，所述旋转取样器设有与水相模拟腔同轴连通的底泥模拟腔；9.旋转轴，所述旋转轴平行设置在底泥模拟柱的一侧，且所述旋转取样器与旋转轴水平转动连接；10.旋转切割刀片，所述旋转取样器的上表面和下表面均圆周均布有n个旋转切割刀片，所述旋转切割刀片设有一组相邻的弧形切割边和弧形抵接边，所述弧形切割边和弧形抵接边的径向尺寸相同并大于底泥模拟腔的径向尺寸，且所述弧形切割边和弧形抵接边之间的旋转角度为360°/n；所述旋转切割刀片具有用于避让底泥模拟腔的收纳位置和用于切割底泥模拟腔的切割位置，所述旋转切割刀片与旋转取样器转动连接，且所述旋转切割刀片的转动轴线与底泥模拟腔的轴线的间距大于底泥模拟腔的径向尺寸，所述弧形切割边所对应的弦的长度尺寸不小于底泥模拟腔的径向尺寸，以使n个所述旋转切割刀片能够在收纳位置和切割位置之间互不干涉的同步旋转；11.其中，n为不小于4的正整数。12.优选的，所述旋转取样器包括内筒体、外筒体、顶板和底板；所述内筒体和外筒体同轴设置，所述顶板与内筒体和外筒体的顶端固定连接，所述底板与内筒体和外筒体的底端固定连接，且所述顶板和底板设有与内筒体内径径向尺寸相同并用于形成底泥模拟腔的贯穿孔，在所述内筒体、外筒体、顶板和底板之间围成安装腔，所述安装腔中设有用于驱动旋转切割刀片往复旋转的传动机构。13.优选的，所述传动机构包括转动轴、主传动齿轮、副传动齿轮、齿带、驱动齿轮和摆动柄；多个所述转动轴绕底泥模拟腔的轴线圆周均布，且所述转动轴的顶端和/或底端与旋转切割刀片传动连接；所述副传动齿轮和主传动齿轮同轴安装在转动轴上，所述齿带与圆周均布的副传动齿轮啮合传动连接；所述驱动齿轮能够转动的设置在安装腔中并位于齿带和外筒体之间，所述驱动齿轮与主传动齿轮啮合传动连接；所述摆动柄的一端与驱动齿轮固定连接，另一端贯穿所述外筒体上的导向限位槽，且所述导向限位槽沿圆周方向成型于外筒体上。14.优选的，所述导向限位槽所对应圆心角的角度和旋转切割刀片的转动角度的比值与驱动齿轮和主传动齿轮的传动比为反比。15.优选的，所述外筒体的一侧固定连接有定位筒，且所述定位筒中穿设有能够轴向移动并用于对旋转取样器进行水平限位的限位杆。16.优选的，在所述旋转轴上沿轴线方向线性分布有多个能够水平转动的连接套筒，所述连接套筒的轴向尺寸与旋转取样器相同并与旋转取样器固定连接，并且在所述连接套筒上设有线性刻度。17.优选的，所述水相模拟腔的径向尺寸与底泥模拟腔的径向尺寸相等，所述水相模拟腔的轴向尺寸为底泥模拟腔轴向尺寸的3～5倍，且所述排水口的径向尺寸为5mm～10mm。18.优选的，所述水相模拟柱和旋转取样器的材质为有机玻璃，所述旋转切割刀片的材质为不锈钢。19.优选的，n＝6。20.本发明的有益效果：21.本发明采用旋转切割的方式，先将多个旋转取样器沿轴线方向依次连接形成底泥模拟柱，并将水相模拟柱与底泥模拟柱顶端固定连接，同时使底泥模拟柱的底泥模拟腔和水相模拟柱的水相模拟腔同轴连通，能够对河湖底泥和上覆水进行分相模拟，然后通过旋转取样器上表面和下表面上的旋转切割刀片对底泥模拟腔内的底泥进行指定深度的分层旋转切割，并通过旋转取样器间的相对转动，实现底泥的分层取样，不仅具有底泥分层效果真实、投入合理和环境扰动小的优点，还可采集准确深度的底泥样品。附图说明22.图1为本发明的能够对底泥进行分层切割的分相模拟装置的立体示意图；23.图2为本发明的旋转取样器的立体示意图；。24.图3为本发明的旋转取样器的爆炸结构示意图；25.图4为本发明的旋转取样器的内部结构示意图；26.图5为旋转切割刀片处于切割位置的示意图；27.图6为旋转切割刀片处于收纳位置的示意图；28.图7为旋转切割刀片在切割位置和收纳位置之间的旋转示意图；29.图8为旋转刀片的结构示意图；30.图9为本发明的能够对底泥进行分层切割的分相模拟装置的使用状态示意图。31.图中附图标记说明：32.100、水相模拟柱；33.110、水相模拟腔；120、排水口；130、上盖板；140、下盖板；34.200、底泥模拟柱；35.210、旋转取样器；220、底泥模拟腔；230、安装腔；240、定位筒；250、限位杆；260、连接套筒；36.211、内筒体；212、外筒体；213、顶板；214、底板；215、导向限位槽；216、容置槽；217、贯穿孔；37.300、旋转轴；38.400、旋转切割刀片；39.410、弧形切割边；420、弧形抵接边；430、转动端；40.500、传动机构；41.510、转动轴；520、主传动齿轮；530、副传动齿轮；540、齿带；550、驱动齿轮；560、摆动柄。具体实施方式42.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。43.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。44.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。45.此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。46.实施例，如图1-图9所示，一种能够对底泥进行分层切割的分相模拟装置，用于对模拟实验中进行修复的河湖底泥和上覆水进行分相模拟，并能够在修复结束后对底泥进行预定深度的分层切割取样。该装置包括：47.水相模拟柱100，该水相模拟柱100的内部中空以形成水相模拟腔110，且水相模拟柱100的底端设有与水相模拟腔110连通的排水口120，该排水口120能够在修复模拟实验完成后，将水相模拟腔110中的上覆水全部外排。48.底泥模拟柱200，该底泥模拟柱200包括多个轴向设置并密封连接的旋转取样器210，且旋转取样器210设有与水相模拟腔110同轴连通的底泥模拟腔220。49.旋转轴300，该旋转轴300沿竖向方向平行设置在底泥模拟柱200的一侧，且旋转取样器210与旋转轴300转动连接，以使旋转取样器210能够绕旋转轴300水平转动。50.旋转切割刀片400，该旋转取样器210的上表面和下表面均圆周均布有n个旋转切割刀片400，且每个旋转切割刀片400均设有一组相邻的弧形切割边410和弧形抵接边420，该弧形切割边410和弧形抵接边420的径向尺寸相同并大于底泥模拟腔220的径向尺寸，且弧形切割边410和弧形抵接边420之间的旋转角度为360°/n，n为不小于4的正整数，比如5、6或7。51.其中，该旋转切割刀片400具有用于避让底泥模拟腔220的收纳位置和用于切割底泥模拟腔220内底泥的切割位置，该旋转切割刀片400的转动端430与旋转取样器210转动连接，且旋转切割刀片400的转动轴线与底泥模拟腔220的轴线的间距大于底泥模拟腔220的径向尺寸，该弧形切割边410所对应的弦的长度尺寸不小于底泥模拟腔220的径向尺寸，以使n个旋转切割刀片400能够在收纳位置和切割位置之间互不干涉的同步旋转。52.本技术采用旋转切割的方式，先将多个旋转取样器210沿轴线方向依次连接形成底泥模拟柱200，并将水相模拟柱100与底泥模拟柱200顶端固定连接，同时使底泥模拟柱200的底泥模拟腔220和水相模拟柱100的水相模拟腔110同轴连通，能够对河湖底泥和上覆水进行分相模拟，然后通过旋转取样器210上表面和下表面上的旋转切割刀片400对底泥模拟腔220内的底泥进行指定深度的分层旋转切割，并通过旋转取样器210间的相对转动，实现底泥的分层取样，不仅具有底泥分层效果真实、投入合理和环境扰动小的优点，还可采集准确深度的底泥样品。53.需要说明的是，本技术中所说的径向尺寸指半径尺寸。54.在一具体实施例中，如图2、图3、图4、图7所示，该旋转取样器210包括内筒体211、外筒体212、顶板213和底板214；其中，内筒体211和外筒体212同轴设置，且内筒体211和外筒体212的轴向尺寸相同，该顶板213与内筒体211和外筒体212的顶端固定连接，该底板214与内筒体211和外筒体212的底端固定连接，且顶板213和底板214上均设有贯穿孔217，也就是顶板213和底板214均为环形，且顶板213和底板214的内径径向尺寸与内筒体211的内径径向尺寸相等，顶板213和底板214的外径径向尺寸与外筒体212的外径径向尺寸相等，以使相邻两个旋转取样器210的内孔连通形成底泥模拟腔220，并且在内筒体211、外筒体212、顶板213和底板214之间围成一密封的安装腔230，该安装腔230中安装有用于驱动旋转切割刀片400往复旋转的传动机构500。55.优选的，如图3、图4所示，该传动机构500包括转动轴510、主传动齿轮520、副传动齿轮530、齿带540、驱动齿轮550和摆动柄560；其中，多个转动轴510绕底泥模拟腔220的轴线圆周均布，且转动轴510的顶端和/或底端与旋转切割刀片400的的转动端430固定连接，以通过转动轴510的往复式转动，驱动旋转切割刀片400在收纳位置和切割位置之间往复旋转。该副传动齿轮530的数量为多个，副传动齿轮530与转动轴510同轴固定连接；且齿带540与圆周均布的n个副传动齿轮530啮合传动连接；该主传动齿轮520的数量为至少为两个，且主传动齿轮520同轴固定安装在转动轴510上；该驱动齿轮550能够转动的设置在安装腔230中，且驱动齿轮550位于齿带540和外筒体212之间，该驱动齿轮550与主传动齿轮520啮合传动连接；该摆动柄560的一端与驱动齿轮550固定连接，另一端贯穿外筒体212上的导向限位槽215，且导向限位槽215沿圆周方向成型于外筒体212上，以通过摆动柄560在导向限位槽215内的水平往复摆动，配合驱动齿轮550与主传动齿轮520啮合传动以及齿带540与副传动齿轮530的啮合传动，驱动多个旋转切割刀片400同步往复旋转。56.在一具体实施例中，如图3、图4所示，该旋转取样器210内部的转动轴510的数量与旋转取样器210上旋转切割刀片400的数量相等，例如：旋转取样器210的顶板213上安装有6个旋转切割刀片400，旋转取样器210的底板214上安装有6个旋转切割刀片400，该旋转取样器210的安装腔230中圆周均布有12个转动轴510，且顶板213上的6个旋转切割刀片400和底板214上的6个旋转切割刀片400在圆周方向上错位(圆周方向错位30°)设置；其中，6个转动轴510的底端沿轴向延伸贯穿底板214并与旋转切割刀片400的转动端430固定连接，该6个转动轴510的顶端与顶板213转动连接；余下6个转动轴510的顶端沿轴向延伸贯穿顶板213并与旋转切割刀片400的转动端430固定连接，该6个转动轴510的底端与底板214转动连接。57.在其他实施例中，该旋转取样器210内部的转动轴510的数量为旋转取样器210上旋转切割刀片400数量的一半，例如：该旋转取样器210的顶板213上安装有6个旋转切割刀片400，旋转取样器210的底板214上安装有6个旋转切割刀片400，该旋转取样器210的安装腔230中圆周均布有6个转动轴510，且该转动轴510的上半轴段和下半轴段之间通过轴承连接，以使转动轴510的上半轴段和下半轴段之间能够相对转动；该转动轴510底端沿轴向延伸贯穿底板214并与旋转切割刀片400的转动端430固定连接，转动轴510的顶端沿轴向延伸贯穿顶板213并与旋转切割刀片400的转动端430固定连接。58.在一具体实施例中，如图2、图3、图4所示，该导向限位槽215为沿外筒体212圆周方向设置的弧形槽，且导向限位槽215所对应的圆心角的角度和旋转切割刀片400的转动角度的比值与驱动齿轮550和主传动齿轮520的传动比为反比，以使摆动柄560从导向限位槽215的一端摆动至另一端时，旋转切割刀片400刚好从收纳位置旋转至切割位置。59.具体的，在本实施例中，该底泥模拟腔220和水相模拟腔110的内径尺寸为r1＝450mm(其他实施例中，r1﹤450mm)，弧形切割边410和弧形抵接边420的曲率半径r2＝500mm，弧形切割边410对应的弦长为450mm，旋转切割刀片400的转动轴线与底泥模拟腔220的轴线的间距为l＝625mm，且旋转切割刀片400从切割位置旋转至收纳位置的转动角为56°，而驱动齿轮550与主传动齿轮520的传动比为2:1，摆动柄560的摆动角为28°。60.在一具体实施例中，如图1、图2所示，该外筒体212的一侧固定连接有定位筒240，且所有旋转取样器210的定位筒240同轴，且定位筒240中穿设有能够轴向移动并用于对旋转取样器210进行水平限位的限位杆250，也就是杆限位杆250的径向尺寸与定位筒240的内径尺寸相同，且限位杆250的顶端设有径向尺寸大于限位杆250的挡板。61.在一具体实施例中，如图5、图6、图7所示，在顶板213的上表面和底板214的下表面均设有用于容置旋转切割刀片400的容置槽216，且该容置槽216的槽深与旋转切割刀片400的厚度相等；该旋转切割刀片400的转动端430与贯穿顶板213或底板214的转动轴510固定连接，且安装在顶板213上的旋转切割刀片400的上表面与顶板213上表面共面，且安装在底板214上的旋转切割刀片400的下表面与底板214下表面共面，以使轴向连接两个旋转取样器210之间能够密封，防止底泥外泄。62.优选的，为了进一步提高相邻两个旋转取样器210轴向连接的密封性，在相邻两个旋转取样器210的顶板213和底板214之间还设有弹性密封环(未示出)。63.在一具体实施例中，如图1、图2、图3所示，在旋转轴300上沿轴线方向线性分布有多个能够水平转动的连接套筒260，该连接套筒260与旋转取样器210的外筒体212固定连接，并且在连接套筒260上设有线性刻度，该连接套筒260的轴向尺寸与旋转取样器210的轴向尺寸相等，且所有的连接套筒260上的线性刻度是连续的。64.在一具体实施例中，如图8所示，该旋转切割刀片400具有一转动端430，且旋转切割刀片400包括首尾依次连接的四条边，其中，弧形切割边410和弧形抵接边420为一组邻边，且弧形切割边410和弧形抵接边420均与转动端430不相邻；该弧形切割边410和弧形抵接边420的旋转角，是指弧形切割边410旋转预定角度后，弧形切割边410和弧形抵接边420的曲率中心重合。65.在一具体实施例中，如图1所示，该水相模拟腔110的径向尺寸与底泥模拟腔220的径向尺寸相等，且水相模拟腔110的轴向尺寸为底泥模拟腔220轴向尺寸的3～5倍，且排水口120的径向尺寸为5mm～10mm。66.优选的，该水相模拟柱100和旋转取样器210的材质为有机玻璃，旋转切割刀片400的材质为不锈钢。67.在一具体实施例中，如图1所示，处于最上方的旋转取样器210的顶板213的上表面上固定连接有上盖板130，水相模拟柱100的底端与上盖板130固定连接，该上盖板130上设有避让孔；处于最下方的旋转取样器210的底板下表面上固定连接有下盖板140。68.优选的，多个旋转取样器210的轴向尺寸不同，以通过更改旋转取样器210的轴向排列顺序，实现对底泥模拟腔220不同深度的分层切割。69.相较于现有技术，本技术至少具有以下有益技术效果：70.本技术中的分相模拟装置适用于实验室内分相模拟河湖底泥及上覆水，可高效、准确验证河湖底泥修复技术的可行性，减少工作人员采样风险和采样难度，对水环境治理具有重要意义。71.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。









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