CN107727179A - 一种城市排水管道流量监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种城市排水管道流量监测装置，包括：电波流速仪、超声波多普勒流速仪以及液位传感器、数据采集处理单元，其中，所述电波流速仪、超声波多普勒流速仪和液位传感器安装在管道顶部；所述数据采集处理单元安装在竖井井盖以下位置。本发明的城市排水管道流量监测装置，具有结构简单、易于安装、维护检修方便、流量检测范围宽、精度高的特点，对水体条件、满管流及非满管流排水具有更好的适应性。
Description
技术领域
本发明涉及属于液体流量计量检测技术领域，特别是涉及一种城市排水管道流量监测装置。
背景技术
目前，城市排水工程中的排水终端包括方涵和圆管等各种类型，在排水终端中还会有满管和非满管的情况，而且水体条件也有差异，这些因素给流量监测造成了很大的难度。通常来说，针对不同的水文条件需要采用与之相适应的监测方式，而具体的监测技术还需要与排水终端的类型相匹配，这些差异化对相关测验方法也提出了很高的要求，迄今为止还没有相对成熟的解决方案能够满足千差万别的城市排水管涵的流量在线监测。
用于城市排水管涵内的在线流量计主要有两类，一是以电波流速仪为代表的非接触式在线流量计，二是以超声波流量计为代表的接触式流量计，其中，电波流速仪通常适用于大场景户外流量监测，但是其并不能适用于满管情况，无法在满管情况下进行在线测量。超声波流量计中的超声波时差法流量计对水体条件要求较高，多用于供水系统，对于城市排水监测不适用；而超声多普勒流量计对水体条件具有更好的适应性，可长时间在恶劣的环境下稳定运行，但是安装位置受限，安装在底部时易受淤积影响，安装在顶部时，对于非满管情况存在不能测量的情况。
因此，需要设计一种能够实现全场景情况下的水文信息采集的流量监测装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种城市排水管道流量监测装置，适用于满管或非满管情况下城市污水排放、季节性雨水排放的水量监测。
本发明采用的技术方案是提供一种城市排水管道流量监测装置，包括：电波流速仪、超声波多普勒流速仪以及液位传感器、数据采集处理单元，其中，所述电波流速仪、超声波多普勒流速仪和液位传感器安装在管道顶部；所述数据采集处理单元安装在竖井井盖以下位置。
其中，所述电波流速仪实时监测非满管排水时管道内水流表面流速，所述数据采集处理单元根据实时传回的流速、液位数据，计算非满管排水时管道监测断面平均流速、瞬时流量、累计流量。
其中，所述超声波多普勒流速仪实时监测满管时管道内水流流速，所述数据采集处理单元根据实时传回流速数据，计算满管时管道监测断面平均流速、瞬时流量、累计流量。
其中，所述数据采集处理单元通过内置流量计算模型软件，实时计算管道排水水量，并可通过GPRS/3G/4G/Nb-iot网络上报排水管道内水流平均流速、水位、瞬时流量、累计流量和排水时间等。
其中，进一步包括为流量监测装置提供工作电源的供电单元。
本发明提出的技术方案的有益效果是：城市排水管道流量监测装置，具有结构简单、易于安装、维护检修方便、流量检测范围宽、精度高的特点，对水体条件、满管流及非满管流排水具有更好的适应性，是排水监测相对较优的选择，而且它本身具有体积小、易安装和节能的优点，可长时间在恶劣的环境下稳定运行，适合城市排水水量计量。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明：
图1是本发明的城市方涵排水管道流量监测装置现场安装示意图；
图2是本发明的城市圆管排水管道流量监测装置现场安装示意图；
图3是本发明的多普勒流速仪、电波流速仪以及超声波水位计安装示意图；
图4是本发明的安装支架的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图对本发明的实施例中的用于城市排水管道(圆管或方涵)流量监测装置的技术方案进行说明，本领域技术人员应当理解，下述的说明只是为了便于对发明进行解释，而不作为对其范围的具体限定。
图1为城市方涵排水管道流量监测装置的结构示意图；图2所示为城市圆管排水管道流量监测装置的结构示意图；图3是本发明的多普勒流速仪、电波流速仪以及超声波水位计安装示意图；图4是本发明的安装支架的结构示意图。作为城市的排水管道，所述管道可以为方涵，也可以为圆管或其他各种合适的形状，其形状根据实际的应用场合而调整，本发明并不对其进行限定，在与所述排水管道相交叉的位置处设置有竖井。
如图1和图2中所示的方涵以及圆管，在竖井与管道上设置根据不同竖井深度及管涵类型选择不同长度的安装支架6，所述安装支架6包括沿竖井的管壁安装的第一部分9和沿着排水管道的顶壁安装的第二部分11，所述第一部分和第二部分之间通过连接组件10进行连接，其所述第一部分9通过垂直度调节构件8和固定乱栓7被固定在竖井的井壁上，其中，通过垂直度调节结构件8的调整使安装支架6的第一部分9处于垂直状态；所述安装支架6的第二部分10安装在排水管道的顶壁上，所述第二部分10具有多个安装位置。优选，本发明的安装支架采用316不锈钢圆管焊接而成，并设计预留垂直度调节结构件，与固定采用304不锈钢膨胀螺栓固定，适用于非标准排水监测竖井安装，结构简单、安装方便且造价低。
所述安装支架6的结构通常包括第一部分9、连接组件10、第二部分11，所述第一部分9、连接组件10和第二部分11可以一体成型也可采用分立组合安装的方式，所述安装支架6的材料可以为塑料或者不锈钢材料或其他合适的材料；作为更进一步的选择，可以省略所述连接组件10，所述安装支架6只包括第一部分9和第二部分11，该两个部分之间并没有设置单独的连接组件，可以在第一部分9和第二部分11相靠近的端部设置相配合的形状，或者第一部分和第二部门之间并不接触且具有预定的距离。
如图4所示，所述安装支架6的第一部分9、第二部分11以及连接组件10可以为中空结构。在第一部分9和第二部分11上分别就有多个用于与螺栓配合的螺孔，采用螺栓穿过所述螺孔的方式将所述第一部分固定在竖井上以及将第二部分11固定在所述排水管道的顶壁上。
在所述安装支架的第二部分11上具有用于安装仪器的多个安装位置，在所述安装位置通过铆接、螺丝紧固或卡合结构等多种方式将测量仪器配置在所述安装支架6上，优选在第一安装位置设置多普勒流速仪1，在第二安装位置设置电波流速仪2、在第三安装位置设置超声波水位计3，所述第一安装位置、第二安装位置以及第三安装位置之间具有预定的间隔距离，避免仪器之间相互影响，所述多普勒流速仪1、电波流速仪2、超声波水位计3的安装位置并不局限于图中所示的第一到第三的位置顺序，在不影响正常测量基础上，可以对其位置进行调整，当所述安装支架6采用空心结构时，可将所述多普勒流速仪1、电波流速仪2、超声波水位计3相连接的信号线设置在所述安装支架6的空心内，避免外界环境对电路的影响。另外，为了进一步提高测量的准确性，在所述安装支架的第二部分的下方可设置屏蔽罩或在单个仪器位置设置保护装置，在不需要进行检测时可开始屏蔽罩或保护装置。
在所述安装支架6的第一部分上设置有数据处理单元及供电单元，由于第一部分位于排水管道的竖井井盖以下以及排水管道的顶壁上方，通常在竖井中不会存在排水，可保证数据处理单元4以及供电单元的正常工作，所述数据处理单元4以及所述供电单元通过信号线与所述多普勒流速仪1、电波流速仪2、超声波水位计3相连接，所述超声波水位计3可以为超声波液位传感器，其中所述信号线可位于所述安装支架6的空心结构中，也可以独立于所述安装支架6进行独立布线。所述供电单元可进一步与竖井的周围设置的太阳能电池板5进行连接，通过太阳能获得供电，所述供电单元包括电池组，所述电池组是可充电的，其可以通过太阳能电池板获得能量或与220v交流电相连。
如图1所示，数据采集处理单元4根据流速仪传回的流速数据、液位传感器传回的水位数据，通过内置流量计算模型软件，计算排水管道瞬时流量、累计流量、水位、平均流速、排水时间等水文要素。并将数据进行记录存储，或者可通过GPRS/3G/4G/Nb-iot网络将监测数据实时传回监测中心服务器，实现城市排水管道水量实时在线监测。通过流速(电波流速仪、多普勒流速仪)传感器、液位传感器实时采集的流速、水位数据，数据采集处理单元接收到流速、液位数据，计算出排水瞬时流量，记为Qs；累计水量，记为W；其流量可按下式计算：
Qs＝AV
式中A为管道过水面积；V为断面平均流速。
W＝QT
式中Q断面平均流量；T为累计时长(单位h)。
本发明提出的非满管流排放时，所述电波流速仪测量表面流速为V表；其断面平均流速，记为V平；计算原理为：
V平＝kV表，k为表面流速系数。
本发明提出的满管流排放时，所述多普勒流速仪分层测量管涵内水体流速，记为V0，断面平均流速记为V平；计算原理为：
V平＝k’V0，k’为超声多普勒流量计流速系数。
如图3所示，本发明通过将电波流速仪、多普勒流速仪及超声波水位计设置在安装支架上实现在线排水流量监测。
本发明中非接触式电波流速仪适应非满管的工作环境，可适应各种复杂水流条件和潜在的断面淤积的影响，在非满管条件下，可采用电波流速仪进行水文信息的采集。接触式的超声多普勒流量计安装在管涵或圆管的顶部，相对断面底部的布设方式，可抵御断面淤积的影响。它适应满管的工作环境，在满管条件下，可采用超声多普勒流量计进行水文信息的采集，从而实现全场景情况下的水文信息采集的流量监测。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (5)
1.一种城市排水管道流量监测装置，包括：电波流速仪、超声波多普勒流速仪以及液位传感器、数据采集处理单元，其特征在于：所述电波流速仪、超声波多普勒流速仪和液位传感器安装在管道顶部；所述数据采集处理单元安装在竖井井盖以下位置。
2.根据权利要求1所述的城市排水管道流量监测装置，其特征在于：所述电波流速仪实时监测非满管排水时管道内水流表面流速，所述数据采集处理单元根据实时传回的流速、液位数据，计算非满管排水时管道监测断面平均流速、瞬时流量、累计流量。
3.根据权利要求1所述的城市排水管道流量监测装置，其特征在于：所述超声波多普勒流速仪实时监测满管时管道内水流流速，所述数据采集处理单元根据实时传回流速数据，计算满管时管道监测断面平均流速、瞬时流量、累计流量。
4.根据权利要求1所述的城市排水管道流量监测装置，其特征在于：所述数据采集处理单元通过内置流量计算模型软件，实时计算管道排水水量，并可通过GPRS/3G/4G/Nb-iot网络上报排水管道内水流平均流速、水位、瞬时流量、累计流量和排水时间等。
5.根据权利要求1所述的城市排水管道流量监测装置，其特征在于：进一步包括为流量监测装置提供工作电源的供电单元。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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