CN107621352A - 越浪量及越浪过程自动测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供了一种越浪量及越浪过程自动测量仪，包括支撑机构、设于支撑机构上的仪器搭载平台、位于仪器搭载平台下方的水箱、一端与水箱迎水口搭接的接水槽、设于水箱内的潜水泵及控制潜水泵启停的潜水泵控制系统；潜水泵出水端通过止逆阀与出水管路连接，出水管路上安装有流量计，流量计与数据记录仪连接。本发明创造所述的自动测量仪自动化程度高、适用范围广，采用“实时转移并同步测量”的过程测量思路，通过潜水泵实时排出越浪水体，并经流量计和数据记录仪实时监测越浪水体的情况，既能够测量试验时间段内的总越浪量(其可转换为单位时间内的平均越浪量)又能够通过监测越浪过程测量最大单波越浪量。

Description

越浪量及越浪过程自动测量仪

技术领域

本发明创造属于港口、海岸及近海工程波浪物理模型试验用越浪量测量装置领域，尤其是涉及一种越浪量及越浪过程自动测量仪。

背景技术

一个波列在海堤单位堤宽上单位时间内的平均越顶水量称为平均越浪量；单个波浪在单位堤宽上产生的越顶水量称为单波越浪量。为研究波浪对港口、海岸及近海工程人工构筑物(如码头、海堤、防波堤等)建设和运营安全的影响，人们常需要通过波浪物理模型试验来测量越浪量指标，越浪量测量的准确度与波浪物理模型试验研究的可靠性直接关联，开发准确高效的越浪量测量装置具有重要意义。

现有技术中，在进行越浪量测量时，采用的越浪量测量装置结构简陋，人工参与度高，具体如下：试验前，将一固定宽度的U型集水槽的前沿置于工程结构物理模型测点位置(如防波堤堤顶)，后沿置于水体收集容器中；试验时，在一个波列的实验过程中，越浪水体经倾斜的坡道逐渐流入水体收集容器中；试验完成后，测量收集到的水体的体积(或质量，然后换算成体积)，即可得到该波列试验的总越浪量，将总越浪量除以波浪作用时间和U型集水槽宽度可得到平均越浪量。

上述测量方式存在着以下缺陷：(1)非过程测量，采用整体收集后再测量的思路，无法求得最大单波越浪量，近年来研究表面，在堤后结构的安全性评价和堤顶行人车危险源分析中，常需使用最大单波越浪量来更加准确反映越浪影响；(2)自动化程度低、操作繁琐、人工参与度高，导致人工成本上升、劳动强度大，同时还存在着由于人工误差带来的测量准确度低的问题；(3)由于采用具有固定容积的集水容器，对于试验周期较长(如长周期波浪)、总越浪量较大(如结构物断面初步设计方案不合理情况易导致)的试验，存在收集越浪水体体积超过集水容器的风险，因此存在只适用于测量一定范围的总越浪量的局限性；(4)在完成一个波列的试验进行下一个波列试验时，需要人工进行集水容器排空作业，无法进行连续测量实验。

发明内容

有鉴于此，为解决上述问题，本发明创造提供了一种自动化程度高、适用范围广，基于“实时转移并同步测量”的过程测量思路设计出的，尤其适合波浪物理模型断面试验及整体试验在较大越浪量情况下的越浪量(平均越浪量)及越浪过程(如测量最大单波越浪量)测量的越浪量及越浪过程自动测量仪。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

越浪量及越浪过程自动测量仪，包括支撑机构、设于所述支撑机构上的仪器搭载平台、位于所述仪器搭载平台下方的水箱、一端与所述水箱迎水口搭接的接水槽、设于所述水箱内的潜水泵及控制所述潜水泵启停的潜水泵控制系统；所述潜水泵出水端通过止逆阀与出水管路连接，所述出水管路上安装有流量计，所述流量计与数据记录仪连接。

进一步的，所述潜水泵控制系统包括设于所述水箱内且远离进水侧的浮球液位开关及与所述浮球液位开关连接的交流接触器，所述潜水泵通过所述交流接触器与电源连接；所述交流接触器及所述数据记录仪均安装于所述仪器搭载平台上。

进一步的，所述出水管路包括连通的两段管路，分别为位于所述仪器搭载平台以下的与所述潜水泵连通的第一管路和水平铺设于所述仪器搭载平台上的第二管路，所述流量计安装于所述第二管路上。

进一步的，所述水箱的侧壁设有所述迎水口；所述水箱底部远离所述迎水口的一端设有向下突出的凹陷区，所述凹陷区的横截面面积远小于所述水箱底面积，所述潜水泵及所述浮球液位开关均设于所述凹陷区内。

进一步的，所述水箱的底板上端面具有一定坡度，坡顶位于所述迎水口的一端，坡底与所述凹陷区距离所述迎水口最近的一端连接；所述水箱内远离所述迎水口的位置处还设有拢水立壁。

进一步的，所述水箱内还安装有位于所述凹陷区及所述迎水口之间的消波板，所述消波板的板面朝向水流流动方向，其两端与所述水箱内侧壁连接。

进一步的，所述水箱的内侧壁与所述消波板两端对应的位置处安装有插槽，所述消波板的两端插入所述插槽内。

进一步的，还包括设于所述仪器搭载平台和水箱之间的升降机构；所述升降机构包括手摇式升降机及水箱挂架；所述手摇式升降机的固定端安装于所述仪器搭载平台上，所述手摇式升降机的升降端安装有所述水箱挂架；所述水箱安装于所述水箱挂架上。

进一步的，所述支撑机构包括两个在同一水平面上沿波浪流动方向平行设置的直线导轨及滑动连接于所述直线导轨上的锁紧滑块；所述仪器搭载平台安装于所述锁紧滑块上。

进一步的，所述支撑机构包括支撑框架及设于所述支撑框架底部的带刹车的脚轮；所述仪器搭载平台安装于所述支撑框架上。

其中，各部件的作用如下：

支撑机构：用于支撑仪器搭载平台及与仪器搭载平台连接的其他相关部件，并为仪器搭载平台提供(包括安装于仪器搭载平台上的部件或与仪器搭载平台连接的部件)一定范围内的位置调节；

仪器搭载平台：安装于支撑机构上，用于承载出水管路、流量计、数据记录仪、交流接触器，同时与升降机构固定端连接，配合升降机构实现对水箱的升降操作；

接水槽：为U型接水槽，一端与迎水口搭接，另一端搭接于模型测量点，通过一定坡度引导模型测点越浪水体在重力作用下流入水箱；

水箱：与升降机构连接，用于收集由接水槽导流过来的越浪水体，由于水箱的特殊结构，越浪水体会首先汇集于凹陷区内；

潜水泵：选择大流量潜水泵，靠自重坐在水箱的凹陷区内；

浮球液位开关：安装于凹陷区内,高灵敏度，可在小于1厘米水位范围内实现通断电动作；

交流接触器：与浮球液位开关配合使用，控制潜水泵的启停；

止逆阀：当浮球液位开关和交流接触器使得潜水泵断电时，起到防止出水管路水体倒流回水箱的作用；

消波板：减少越浪水体流入水箱时引起的水面波动，实现水箱内水面整体平稳上升或下降，减少水面波动对浮球液位开关动作信号的扰动；

出水管路：供潜水泵将水箱收集到的越浪水体经流量计后实时的被排出；

流量计：实时计量出水管路中流过的水体体积(瞬时流量)，并将瞬时流量数据信号实时传输给数据记录仪；

数据记录仪：实时记录存储并显示瞬时流量数据，计算并显示累计流量；

手摇式升降机：设有摇把，供操作人员摇动摇把，实现与升降端连接的部件的升降(即水箱的升降)，以使水箱高度与物理模型越浪量测点高度相适应，同时保证水箱最低沿高于环境水位(物理模型试验中测量装置所处的堤后也常有一定深度的水面位于静水位附近的水体，故需保证水箱最低沿高于环境水体水面，以免非越浪水体流入收集系统)。

相对于现有技术，本发明创造所述的越浪量及越浪过程自动测量仪具有以下优势：

(1)本发明创造所述的自动测量仪采用“实时转移并同步测量”的过程测量思路，通过受潜水泵控制系统控制的潜水泵实时排出越浪水体，并经流量计和数据记录仪实时监测越浪水体的情况，既能够测量试验时间段内的总越浪量(其可转换为单位时间内的平均越浪量)又能够通过监测越浪过程测量最大单波越浪量；

(2)本发明创造所述的自动测量仪能够给及时排出水箱内的越浪水体，适用范围广，适用于试验周期较长(如长周期波浪)、总越浪量较大的试验，无需担心越浪水体体积量过大超过集水容器容积的情况发生，对试验总越浪量范围具有较高的包容性；无需测量完成后进行集水容器(水箱)排空作业，可连续进行多个波列的测量试验；

(3)本发明创造所述的自动测量仪通过不同的支撑机构(直线导轨及锁紧滑块或支撑框架及带刹车脚轮)能够实现在前后左右方向上位置调整，既可应用于水槽中进行的波浪物理模型断面试验，也可应用于水池中进行的波浪物理模型整体试验；

(4)本发明创造所述的自动测量仪能自动化程度高、测量准确度高，能够实现自动排水、测量、记录数据等操作；人工参与度低，有效降低劳动强度、减少人工成本、经济性好；还可根据试验现场实际情况调整测量位置，通过升降机构调整水箱高度，操作简单、使用方便。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造实施例1所述的越浪量及越浪过程自动测量仪的结构示意图；

图2为图1的断面结构示意图；

图3为本发明创造所述的升降机构的结构示意图；

图4为本发明创造所述的水箱的结构示意图；

图5为本发明创造所述的潜水泵与潜水泵控制系统及流量计与数据记录仪的连接关系示意图；

图6为本发明创造实施例1所述的越浪量及越浪过程自动测量仪工作过程示意图(断面试验)；

图7为本发明创造实施例2所述的越浪量及越浪过程自动测量仪的结构示意图；

图8为本发明创造实施例2所述的越浪量及越浪过程自动测量仪工作过程示意图(整体试验)；

图9为使用本越浪量及越浪过程自动测量仪进行试验得出的测量数据记录(每秒记录一次瞬时流量)；

图10为使用本越浪量及越浪过程自动测量仪进行试验得出的瞬时流量时程曲线(可反映越浪过程)；

图11为使用本越浪量及越浪过程自动测量仪进行试验得出的累计流量时程曲线(可求最大单波越浪量)。

附图标记说明：

1-支撑机构；2-仪器搭载平台；3-水箱；4-接水槽；5-潜水泵；6-止逆阀；7-出水管路；8-流量计；9-数据记录仪；10-浮球液位开关；11-交流接触器；12-迎水口；13-凹陷区；14-拢水立壁；15-消波板；16-手摇式升降机；17-水箱挂架；18-直线导轨；19-锁紧滑块；20-支撑框架；21-脚轮；22-摇把。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语、“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创造和简化描述，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创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本发明创造的描述中，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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

实施例1

如图1到5所示，越浪量及越浪过程自动测量仪，包括支撑机构1、仪器搭载平台2、升降机构、水箱3、接水槽4、潜水泵5、潜水泵控制系统及出水管路7；

支撑机构1包括两个在同一水平面上沿波浪流动方向平行设置的直线导轨18及滑动连接于直线导轨18上的锁紧滑块19；在水槽中进行的波浪物理模型断面试验时，两个直线导轨18分别搭接于水槽的两个侧壁顶端，起到支撑整个装置的作用；

仪器搭载平台2安装于锁紧滑块19上，通过锁紧滑块19实现在直线导轨18上的位置调整；

升降机构包括手摇式升降机16及水箱挂架17；手摇式升降机16的顶端设有摇动手摇式升降机16内部螺杆的摇把22，手摇式升降机16的上端为固定端，下端为升降端，固定端安装于仪器搭载平台2的下端面，升降端连接有水箱挂17架；仪器搭载平台2上与手摇式升降机16顶端对应的位置处开设有一供摇把22穿过的通孔；

水箱3安装于水箱挂架17上，水箱3可通过升降机构实现位置高度的调整；水箱3为长方体结构，右端设有迎水口12；U型接水4槽的一端搭接在迎水口12上，将越浪水体引流到水箱3内；水箱3的底部左侧(远离迎水口12的一端)设有向下突出的凹陷区13，凹陷13区的横截面面积远小于水箱3底面积；水箱3的底板上端面具有一定坡度，坡顶位于迎水口12的一端，坡底与凹陷区13距离迎水口12最近的一端连接，水箱3左侧的两个内角位置处还设有拢水立壁14，可以引导由接水槽4落入的越浪水体在重力作用下汇集流入到凹陷区13内；凹陷区13及迎水口2之间设有消波板15，消波板15的板面朝向迎水口12，消波板15的两端与水箱3内侧壁连接；

潜水泵控制系统包括浮球液位开关10及与浮球液位开关10连接的交流接触器11，潜水泵5通过交流接触器11与电源连接，交流接触器11安装于仪器搭载平台2上；浮球液位开关10及潜水泵5均设于凹陷区13内；浮球液位开关10为侧装式，通过螺母与水箱3左侧壁预留孔连接；浮球液位开关10与交流接触器11组合自动控制潜水泵5的启停，即越浪水体流入水箱3后，水位上涨，浮球液位开关10的浮球上升，潜水泵5通电工作使水流排出，水位下降，浮球下降至“断电”位置处，潜水泵5断电停止运行；浮球液位开关10具有高灵敏度，由于凹陷区13横截面面积远小于水箱3底面积，故很小体积的越浪水体流入凹陷区13后也可引起水位上升，使浮球上升，通电启动潜水泵5；

出水管路7通过止逆阀6与潜水泵5连接，出水管路7主要由连通的两段管路组成，分别为位于仪器搭载平台2以下的与潜水泵5连通的第一管路和水平铺设于仪器搭载平台2上的第二管路；第一管路为不锈钢波纹管路，第二管路为塑料管路，第二管路上安装有测量出水管路7中流过的水体体积的流量计8，流量计8与数据记录仪9连接，数据记录仪9安装于仪器搭载平台2上。

实施例2

如图7所示，在实施例1的基础上与实施例1不同的是本实施例中的支撑机构1包括支撑框架20及设于支撑框架20底部的带刹车的脚轮21，仪器搭载平台2安装于支撑框架20上，即本实施例中的越浪量及越浪过程自动测量仪能够在各个方向上自由调整位置，不仅适用于狭长水槽中的波浪物理模型断面试验，还适用于水池中进行的波浪物理模型整体试验。

本发明创造所述的越浪量及越浪过程自动测量仪的使用步骤如下：

1)调整越浪量及越浪过程自动测量仪的位置，以使接水槽4的接水端搭接与指定的物理模型越浪量测量点处(如图6和图8所示)；

2)通过升降机构调节水箱3的高度，以使接水槽4具有一定坡度，且水箱3最低沿高于环境水面；

3)为交流接触器11、数据记录仪9、流量计8供电；

4)将浮球液位开关10的浮球处的水位置零，即在第一次使用前，由于水箱3中无水，需倒入能将凹陷区13及出水管路7充满的少量水，此时浮球上升，启动潜水泵5排水，操作人员需确保出水管路7末端有水排出(即确保排空出水管路7中的空气)，浮球下降，潜水泵5停止工作，此时浮球所处位置即为零；

5)记录数据记录仪9所显示的初始累计流量，然后开始越浪量测量试验；

6)试验过程中，接水槽4引流到水箱3中的越浪水体经受潜水泵控制系统控制的潜水泵5实时排出，并经流量计8和数据记录仪9实时监测记录；

7)完成一个波列的试验后，记录数据记录仪9所显示的最终累计流量数值，相比试验前的初始累计流量的增量即为该次波列试验的总越浪量(其除以波浪作用时间及接水槽宽度即为常用的越浪量评估指标—平均越浪量)；若需考察最大单波越浪量指标，则只需拷贝出存储的数据，在EXCEL中简单后处理，通过累计流量历史曲线即可求出(如图9、10、11)；

8)进行新的一组波列测量试验时，重复步骤6、7即可(注：上组试验结束后所记录的最终累计流量读数即为本次新试验的初始累计流量读数)。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，对于在不脱离本发明创造的基本原理(即通过“流量计”的实时/过程测量)的前提下所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.越浪量及越浪过程自动测量仪，其特征在于：包括支撑机构(1)、设于所述支撑机构上的仪器搭载平台(2)、位于所述仪器搭载平台(2)下方的水箱(3)、一端与所述水箱(3)迎水口(12)搭接的接水槽(4)、设于所述水箱(3)内的潜水泵(5)及控制所述潜水泵(5)启停的潜水泵控制系统；所述潜水泵(5)出水端通过止逆阀(6)与出水管路(7)连接，所述出水管路(7)上安装有流量计(8)，所述流量计(8)与数据记录仪(9)连接。

2.根据权利要求1所述的越浪量及越浪过程自动测量仪，其特征在于：所述潜水泵控制系统包括设于所述水箱(3)内且远离进水侧的浮球液位开关(10)及与所述浮球液位开关(10)连接的交流接触器(11)，所述潜水泵(5)通过所述交流接触器(11)与电源连接；所述交流接触器(11)及所述数据记录仪(9)均安装于所述仪器搭载平台(2)上。

3.根据权利要求1所述的越浪量及越浪过程自动测量仪，其特征在于：所述出水管路(7)包括连通的两段管路，分别为位于所述仪器搭载平台(2)以下的与所述潜水泵(5)连通的第一管路和水平铺设于所述仪器搭载平台(2)上的第二管路，所述流量计(8)安装于所述第二管路上。

4.根据权利要求2所述的越浪量及越浪过程自动测量仪，其特征在于：所述水箱(3)的侧壁设有所述迎水口(12)；所述水箱(3)底部远离所述迎水口(12)的一端设有向下突出的凹陷区(13)，所述凹陷区(13)的横截面面积远小于所述水箱(3)底面积，所述潜水泵(5)及所述浮球液位开关(10)均设于所述凹陷区(13)内。

5.根据权利要求4所述的越浪量及越浪过程自动测量仪，其特征在于：所述水箱(3)的底板上端面具有一定坡度，坡顶位于所述迎水口(12)的一端，坡底与所述凹陷区(13)距离所述迎水口(12)最近的一端连接；所述水箱(3)内远离所述迎水口(12)的位置处还设有拢水立壁(14)。

6.根据权利要求5所述的越浪量及越浪过程自动测量仪，其特征在于：所述水箱(3)内还安装有位于所述凹陷区(13)及所述迎水口(12)之间的消波板(15)，所述消波板(15)的板面朝向水流流动方向，其两端与所述水箱(3)内侧壁连接。

7.根据权利要求6所述的越浪量及越浪过程自动测量仪，其特征在于：所述水箱(13)的内侧壁与所述消波板(15)两端对应的位置处安装有插槽，所述消波板(15)的两端插入所述插槽内。

8.根据权利要求1到7任一项所述的越浪量及越浪过程自动测量仪，其特征在于：还包括设于所述仪器搭载平台(2)和水箱(3)之间的升降机构；所述升降机构包括手摇式升降机(16)及水箱挂架(17)；所述手摇式升降机(16)的固定端安装于所述仪器搭载平台(2)上，所述手摇式升降机(16)的升降端安装有所述水箱挂架(17)；所述水箱(3)安装于所述水箱挂架(17)上。

9.根据权利要求8所述的越浪量及越浪过程自动测量仪，其特征在于：所述支撑机构(1)包括两个在同一水平面上沿波浪流动方向平行设置的直线导轨(18)及滑动连接于所述直线导轨(18)上的锁紧滑块(19)；所述仪器搭载平台(2)安装于所述锁紧滑块(19)上。

10.根据权利要求8所述的越浪量及越浪过程自动测量仪，其特征在于：所述支撑机构(1)包括支撑框架(20)及设于所述支撑框架(20)底部的带刹车的脚轮(21)；所述仪器搭载平台(2)安装于所述支撑框架(20)上。