CN108414028A - 量水堰水力参数测量装置 - Google Patents
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Abstract
量水堰水力参数测量装置，其中，量水堰底板上设置有用于将量水堰底板划分为多个量水堰通道的量水堰侧板，并在每个量水堰通道中分别设置有水位及波动测量机构和流速测量机构，水位及波动测量机构竖直紧固设置在量水堰侧板一侧，并提供两种测量水位方式，测量精度高，有效减少人工读数误差；流速测量机构竖直紧固安装在量水堰底板上，且流速测量机构在量水堰通道中呈立体交叉分布，同时水位及波动测量机构与远程上位机连接，由水位及波动测量机构对接收的数据进行综合处理后传输至远程上位机，以实时实现对局部地区乃至国家级区域的水文智能监测，通过对累积数据的处理，为指导水利工程建设、调度用水和防汛抗涝提供决策性依据。
Description
技术领域
本发明涉及水力参数测量技术领域，尤其涉及一种量水堰水力参数测量装置。
背景技术
在灌区兴修的水利工程中，量水堰的过水量关系着下游灌溉用水，其调度关系着环境、农业以及经济效益，因此要求量水堰必须能够精确计量水量，这样水位计的精度就非常关键，然而现有的水位测试设备存在以下缺陷：
1、精度不高，一般不能满足精度5毫米要求；
2、读数不方便，需要消耗人力，且人为因素干扰大；
3、由于量水堰经过水流急湍，受水流冲击作用大，测定困难；
4、水位量程有限，且读数偏差大，长期使用易造成精度误差加大；
5、对水位测量仅限于单个监控点，没有统筹考虑不同流量下对水位的影响，不能实现对局部地区乃至国家级区域的水文智能监测，为指导水利工程建设、调度用水和防汛抗涝给出决策性依据；
因此研制一种能够降低人工劳动强度，同时提高测量精度、并为指导水利工程建设、调度用水和防汛抗涝提供决策性依据的装置已经成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种量水堰水力参数测量装置，以解决上述背景技术中的缺点。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
量水堰水力参数测量装置，包括水位及波动测量机构、流速测量机构、量水堰侧板及量水堰底板，其中，量水堰底板上设置有用于将量水堰底板划分为多个量水堰通道的量水堰侧板，并在每个量水堰通道中分别设置有水位及波动测量机构和流速测量机构，水位及波动测量机构竖直紧固设置在量水堰侧板一侧，流速测量机构竖直紧固安装在量水堰底板上，且流速测量机构在量水堰通道中呈立体交叉分布，同时水位及波动测量机构与远程上位机连接；各部分具体结构如下：
水位及波动测量机构中，主桶体一侧设置有用于安装水位及波动测量机构的安装支架，主桶体另一侧设置有用于进行水力发电的发电机构，为数据处理器、称重传感器、风速测量仪及电磁比例放气阀供电，感应支架设置在主桶体上，感应浮球套装在感应支架上；上端盖设置在主桶体顶部，并在上端盖内腔上部设置有多道用于安装稳定罩桶顶部的端盖环形槽，上端盖一侧沿竖直方向设置有用于连通主桶体内外的端盖气道，在位于端盖气道出口处的上端盖上设置有用于控制放气量的电磁比例放气阀，风速测量仪设置在上端盖顶部；称重传感器设置在上端盖的回转中部，且称重传感器底部通过称重杆或称重拉绳与计量棒连接，当称重传感器通过称重拉绳与计量棒连接时，称重传感器用于测量计量棒对称重传感器的拉力，当水流慢慢升高时，主桶体内外水位保持一致，随着水位慢慢升高，在浮力的作用下，计量棒上浮与称重传感器连接，称重传感器所受拉力慢慢减小，根据读数转化计算水位值的大小，在量水堰有水时，称重传感器的测量值与水位关系为：
W1-W2＝W水 (1)
W1为无水时称重传感器的测量值，W2为有水时称重传感器的测量值，W水为计量棒排开水的重量；
S为计量棒的横截面积，ρ水为水的密度，h为测量时的水位；
当称重传感器通过称重杆与计量棒连接时，称重传感器用于测量计量棒对称重传感器的支撑力，将无水时的称重传感器测量值设置为零，当水流慢慢升高时，主桶体内外水位保持一致，随着水位慢慢升高，在浮力的作用下，计量棒上浮与称重传感器连接，称重传感器所受压力逐渐增大，根据读数转化计算水位值的大小，在量水堰有水时，称重传感器的测量值与水位关系为：
W水为计量棒排开水的重量，S为计量棒的横截面积，ρ水为水的密度，h为测量时的水位；
h为测量时的水位，在式(2)中，称重传感器测量时受到的是拉力，在式(3)中，称重传感器测量时是受压力；
主桶体内底部设置有下支架，下支架上部设置有多道用于安装稳定罩桶底部的支架环形槽，下支架上沿周向均布设置有多个用于水过流的支架通道，稳定罩桶根据计量棒选型直径的大小配置，稳定罩桶上设置有多个用于水通流的连通孔，下支架位于底座上方，底座设置在主桶体底部，底座内部设置有用于对进水机构和出水机构进行拆装的底座环型腔，底座过滤型腔设置在底座外部，用于安装缓冲机构的底座缓冲型腔设置在底座内部，且底座过滤型腔与底座缓冲型腔连通，底座一侧设置有底座进水通道与用于安装进水机构的底座进水插孔，底座另一侧设置有底座出水通道与用于安装出水机构的底座出水插孔，底座缓冲型腔通过底座进水通道与底座进水插孔连通，底座缓冲型腔通过底座出水通道与底座出水插孔连通；
缓冲机构中，缓冲阀体关于自身对称，缓冲阀体内右侧设置有缓冲右横向通道与能够贯通缓冲阀体上下的缓冲右竖向通道，缓冲右横向通道一端与外部接通，缓冲右横向通道另一端与缓冲右竖向通道接通，缓冲阀体内左侧设置有能够贯通缓冲阀体上下的缓冲左竖向通道与缓冲左横向通道，缓冲左横向通道一端与外部接通，缓冲左横向通道另一端与缓冲左竖向通道接通；缓冲阀体沿自身回转中心设置有用于安装缓冲调节杆的通孔，用于调节缓冲右竖向通道和缓冲左竖向通道开度的缓冲阀门套装在缓冲调节杆一端，缓冲调节杆下端设置有用于锁定缓冲阀门相对开度位置的缓冲拼紧螺母，根据需要调整好缓冲右竖向通道和缓冲左竖向通道的开度后，通过拼紧缓冲拼紧螺母锁定缓冲阀门的相对开度位置；
进水机构中，进水阀体内部从右至左依次设置有进水轴向通道、进水密封线、进水阀体型腔及用于安装进水阀芯的进水安装孔，并在进水阀体周向均布设置有与进水阀体型腔连通的进水径向通道，进水阀芯周向均布设置有使得进水阀芯与进水安装孔为线接触的进水阀芯支体，进水负压弹簧处于预压缩状态的一端与进水轴向通道接触，进水负压弹簧另一端与进水阀芯一端接触，进水阀芯另一端与进水调节弹簧一端接触，进水调节弹簧另一端与进水调节杆接触，进水调节杆与进水阀体连接，且通过进水调节内六角旋转调节进水调节杆与进水阀体的配合量，进而调整进水调节弹簧的预压缩量，使得进水阀芯的锥面与进水密封线接触密封，且预设定进水调节弹簧的预压缩力加进水阀芯相对进水安装孔的摩擦力等于进水负压弹簧的预压缩力，以使得进水阀芯的开启压力为零，在主桶体内外压差作用下，进水阀芯开启，水从进水轴向通道进入经进水阀体型腔、进水径向通道进入主桶体内，进水调节杆上设置有进水拼紧螺母，待进水调节弹簧调定后，通过拼紧进水拼紧螺母，锁定调定值；
出水机构中，出水阀体内部从左至右依次设置有出水轴向通道、出水密封线、出水阀体型腔及用于安装出水阀芯的出水安装孔，并在出水阀体周向均布设置有与出水阀体型腔连通的出水径向通道，出水阀芯与出水阀芯支架连接，出水阀芯支架通过出水安装孔与出水阀体配合安装，出水阀芯支架周向均布设置有使得出水阀芯支架与出水安装孔为线接触的出水阀芯支体，出水负压弹簧处于预压缩状态的一端与出水轴向通道接触，出水负压弹簧另一端与出水阀芯一端接触，出水阀芯支架一端与出水调节弹簧一端接触，出水调节弹簧另一端与出水调节杆接触，出水调节杆与出水阀体连接，且通过出水调节内六角旋转调节出水调节杆与出水阀体的配合量，进而调整出水调节弹簧的预压缩量，使得出水阀芯的锥面与出水密封线接触密封，且预设定出水调节弹簧的预压缩力等于出水阀芯支架相对出水安装孔的摩擦力加出水负压弹簧的预压缩力，以使得出水阀芯的开启压力为零，在主桶体内外压差作用下，出水阀芯开启，主桶体内的水从出水径向通道进入经出水阀体型腔和出水轴向通道流出，出水调节杆上设置有出水拼紧螺母，待出水调节弹簧调定后，通过拼紧出水拼紧螺母，锁定调定值，出水阀芯一端设置有外六角，出水阀芯支架上设置有内六角，在出水阀芯支架与出水阀芯分别装入出水阀体后，通过内六角旋转出水阀芯支架和出水阀芯配合安装；
流速测量机构中，流速测量集成处理器一侧设置有集成发电器与流速测量计，集成发电器与流速测量计分别与流速测量集成处理器连接，流速测量计将监测数据传输给流速测量集成处理器，经流速测量集成处理器处理后传输至数据处理器，集成发电器发电供流速测量集成处理器储备使用，流速测量集成处理器底部安装在支撑调节杆上，支撑调节杆与支撑底杆连接，支撑底杆安装在支撑底座上，支撑底座设置在支撑底板上，支撑底板紧固安装在量水堰底板上，根据需要通过调整支撑调节杆和支撑底杆，以设定流速测量集成处理器相对量水堰底板的高度位置；
称重传感器、感应支架、电磁比例放气阀及流速测量集成处理器分别与数据处理器连接，数据处理器与远程上位机连接。
在本发明中，感应支架位于安装支架与发电机构连线的垂直方向上。
在本发明中，上端盖上部设置有用于对上端盖进行拆装的端盖安装孔。
在本发明中，底座底部设置有用于对底座进行拆装的底座安装孔。
在本发明中，底座过滤型腔内设置有滤网。
在本发明中，缓冲阀体上部外围设置有缓冲安装螺纹，缓冲机构通过缓冲安装螺纹配合安装在底座缓冲型腔内。
在本发明中，缓冲阀门一侧设置有用于对缓冲阀门轴向进行限位的缓冲挡圈，缓冲挡圈安装在缓冲调节杆上，缓冲阀门另一侧与缓冲阀体上端面贴合。
在本发明中，进水轴向通道内设置有进水孔用挡圈，进水负压弹簧处于预压缩状态一端与进水孔用挡圈接触。
在本发明中，出水轴向通道内设置有出水孔用挡圈，出水负压弹簧处于预压缩状态一端与出水孔用挡圈接触。
有益效果：本发明提供两种测量方式，一种是称重传感器通过称重杆与计量棒连接，称重传感器用于测量计量棒对称重传感器的拉力，另一种是称重传感器通过称重拉绳与计量棒连接，称重传感器用于测量计量棒对称重传感器的支撑力，根据水的浮力作用结合称重传感器的测量值，换算出具体水位，测量精度高，有效减少人工读数误差，并在进水机构与出水机构之间设置有缓冲机构，从而避免较大水位差引发冲击；同时水位及波动测量机构与远程上位机连接，流速测量机构监测的数据实时传输至水位及波动测量机构，由水位及波动测量机构对接收的数据进行综合处理后传输至远程上位机，以实时实现对局部地区乃至国家级区域的水文智能监测，通过对累积数据的处理，为指导水利工程建设、调度用水和防汛抗涝提供决策性依据。
附图说明
图1为本发明的较佳实施例的整体结构示意图。
图2为本发明的较佳实施例中的水位及波动测量机构主视图。
图3为本发明的较佳实施例中的底座结构示意图。
图4为本发明的较佳实施例中的缓冲机构主视图。
图5为本发明的较佳实施例中的缓冲机构俯视图。
图6为本发明的较佳实施例中的出水机构结构示意图。
图7为本发明的较佳实施例中的进水机构结构示意图。
图8为本发明的较佳实施例中的进水阀芯结构示意图。
图9为本发明的较佳实施例中的出水阀芯支架结构示意图。
图10为本发明的较佳实施例中的流速测量机构结构示意图。
图11为本发明的较佳实施例中的水位及波动测量机构右视图。
图12为本发明的较佳实施例中的水位及波动测量机构俯视图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图1～图12的量水堰水力参数测量装置，包括水位及波动测量机构1、数据处理器1-1、上端盖1-2、端盖安装孔1-2-1、端盖环形槽1-2-2、端盖气道1-2-3、蓄电机构1-3、下支架1-4、支架环形槽1-4-1、支架通道1-4-2、主桶体1-5、进水机构1-6、进水调节杆1-6-1、进水拼紧螺母1-6-2、进水调节弹簧1-6-3、进水阀芯1-6-4、进水负压弹簧1-6-5、进水孔用挡圈1-6-6、进水阀体1-6-7、进水阀芯支体M1、进水调节内六角M2、进水安装孔M3、进水径向通道M4、进水阀体端面M5、进水轴向通道M6、进水安装螺纹M7、进水密封线M8、进水阀体型腔M9、底座1-7、底座安装孔1-7-1、底座过滤型腔1-7-2、底座环型腔1-7-3、底座进水插孔1-7-4、底座进水通道1-7-5、底座缓冲型腔1-7-6、底座出水通道1-7-7、底座出水插孔1-7-8、缓冲机构1-8、缓冲阀体1-8-1、缓冲调节杆1-8-2、缓冲阀门1-8-3、缓冲挡圈1-8-4、缓冲拼紧螺母1-8-5、缓冲外六角L1、缓冲右横向通道L2、缓冲右竖向通道L3、缓冲左竖向通道L4、缓冲左横向通道L5、缓冲安装螺纹L6、出水机构1-9、出水调节杆1-9-1、出水拼紧螺母1-9-2、出水调节弹簧1-9-3、出水阀芯1-9-4、出水负压弹簧1-9-5、出水孔用挡圈1-9-6、出水阀体1-9-7、出水阀芯支架1-9-8、出水阀芯支体N1、出水调节内六角N2、出水安装孔N3、出水径向通道N4、出水阀体端面N5、出水轴向通道N6、出水安装螺纹N7、出水密封线N8、出水阀体型腔N9、出水支架内六角N10、称重传感器1-10、称重杆1-11、称重拉绳1-12、风速测量仪1-13、电磁比例放气阀1-14、计量棒1-15、稳定罩桶1-16、连通孔1-16-1、安装支架1-17、发电机构1-18、滤网1-19、感应支架1-20、感应浮球1-21、流速测量机构2、流速测量集成处理器2-1、集成发电器2-2、流速测量计2-3、支撑调节杆2-4、支撑底杆2-5、第一紧固螺钉2-6、第二紧固螺钉2-7、支撑底座2-8、支撑底板2-9、量水堰侧板3及量水堰底板4；
水位及波动测量机构1通过膨胀螺栓竖直紧固设置于量水堰侧板3一侧，流速测量机构2通过膨胀螺栓竖直紧固安装于量水堰底板4上，且流速测量机构2在量水堰通道中呈立体交叉分布，对于多通道的量水堰，在每个通道中分别设置水位及波动测量机构1和流速测量机构2；水位及波动测量机构1用于监测水位高度、过流波动及外部环境的风速，流速测量机构2用于监测过流多点的实时动态流速；流速测量机构2监测的数据实时传输至水位及波动测量机构1，由水位及波动测量机构1对接收的数据进行综合处理；在某个或多个区域内的关键量水堰、排灌站、闸坝等安装本装置，由各个监测点的水位及波动测量机构1将处理后的数据通过互联网技术实时反馈至水利工程监测中心，以实时实现对局部地区乃至国家级区域的水文智能监测，通过对累积数据的处理，为指导水利工程建设、调度用水、防汛抗涝提供决策性依据；
主桶体1-5一侧设置有安装支架1-17，安装支架1-17用于安装水位及波动测量机构1，在主桶体1-5另一侧(即相对安装支架1-17的正对方向)设置有发电机构1-18，发电机构1-18用于水力发电，并将电能储备于蓄电机构1-3内以供数据处理器1-1及称重传感器1-10、风速测量仪1-13及电磁比例放气阀1-14使用，感应支架1-20设置于主桶体1-5上，且感应支架1-20处于安装支架1-17与发电机构1-18连线的垂直方向上，感应浮球1-21套装于感应支架1-20上，且感应浮球1-21可在水波动这一外力作用下沿着感应支架1-20轴线方向上下浮动，感应支架1-20通过对感应浮球1-21的浮动感应并将数据传递给数据处理器1-1，用于实时监测通过流体的波动量；上端盖1-2与主桶体1-5通过螺纹连接并设置于主桶体1-5顶部，上端盖1-2上部设置有端盖安装孔1-2-1用于对上端盖1-2进行拆装，上端盖1-2内腔上部设置有多道端盖环形槽1-2-2用于对稳定罩桶1-16的安装限位，上端盖1-2一侧沿竖直方向设置有端盖气道1-2-3用于连通主桶体1-5的内外，上端盖1-2上设置有风速测量仪1-13用于测量监测点的实时风速，在位于端盖气道1-2-3出口处的上端盖1-2上设置有电磁比例放气阀1-14用于控制放气量，称重传感器1-10通过螺纹连接设置于上端盖1-2的回转中部，称重传感器1-10通过称重杆1-11或称重拉绳1-12与计量棒1-15连接，当称重传感器1-10通过称重拉绳1-12与计量棒1-15连接时，称重传感器1-10用于测量计量棒1-15对称重传感器1-10的拉力，当水流慢慢升高时，主桶体1-5内外水位保持一致，随着水位慢慢升高，在浮力的作用下，计量棒1-15上浮与称重传感器1-10连接，称重传感器1-10所受拉力慢慢减小，根据读数转化计算水位值的大小，在量水堰有水时，称重传感器1-10的测量值与水位关系为：
W1-W2＝W水(1)
W1为无水时称重传感器1-10的测量值，W2为有水时称重传感器1-10的测量值，W水为计量棒1-15排开水的重量；
S为计量棒1-15的横截面积，ρ水为水的密度，h为测量时的水位；
当称重传感器1-10通过称重杆1-11与计量棒1-15连接时，称重传感器1-10用于测量计量棒1-15对称重传感器1-10的支撑力，将无水时的称重传感器1-10测量值设置为零，当水流慢慢升高时，主桶体1-5内外水位保持一致，随着水位慢慢升高，在浮力的作用下，计量棒1-15上浮与称重传感器1-10连接，称重传感器1-10所受压力逐渐增大，根据读数转化计算水位值的大小，在量水堰有水时，称重传感器1-10的测量值与水位关系为：
W水为计量棒1-15排开水的重量，S为计量棒1-15的横截面积，ρ水为水的密度，h为测量时的水位；
h为测量时的水位，在式(2)中，称重传感器1-10测量时受到的是拉力，在式(3)中，称重传感器1-10测量时是受压力；
下支架1-4通过螺纹连接设置于主桶体1-5内，下支架1-4上部设置有多道支架环形槽1-4-1用于对稳定罩桶1-16的安装限位，在下支架1-4上沿周向均布设置有多个支架通道1-4-2用于过流，稳定罩桶1-16底部安装于支架环形槽1-4-1内，稳定罩桶1-16顶部安装于端盖环形槽1-2-2内，稳定罩桶1-16根据计量棒1-15选型直径的大小配置，稳定罩桶1-16上设置有多个连通孔1-16-1用于通流，下支架1-4位于底座1-7上方；底座1-7与主桶体1-5通过螺纹连接设置于主桶体1-5底部，底座1-7底部设置有底座安装孔1-7-1用于对底座1-7的拆装，底座1-7内部设置有底座环型腔1-7-3用于对进水机构1-6和出水机构1-9的拆装，底座过滤型腔1-7-2设置于底座1-7外部，底座缓冲型腔1-7-6设置于底座1-7内部，底座过滤型腔1-7-2和底座缓冲型腔1-7-6连通，滤网1-19设置于底座过滤型腔1-7-2内，且底座过滤型腔1-7-2用于缓冲机构1-8的安装，底座缓冲型腔1-7-6内设置有内螺纹，缓冲机构1-8通过缓冲安装螺纹L6配合安装于底座缓冲型腔1-7-6内，底座1-7一侧设置有底座进水通道1-7-5和底座进水插孔1-7-4，底座1-7另一侧设置有底座出水通道1-7-7和底座出水插孔1-7-8，进水机构1-6设置于底座进水插孔1-7-4内，出水机构1-9设置于底座出水插孔1-7-8内，底座缓冲型腔1-7-6通过底座进水通道1-7-5与底座进水插孔1-7-4连通，底座缓冲型腔1-7-6通过底座出水通道1-7-7与底座出水插孔1-7-8连通；
缓冲机构1-8中，缓冲阀体1-8-1关于自身对称，缓冲阀体1-8-1内右侧设置有缓冲右横向通道L2和缓冲右竖向通道L3，缓冲右横向通道L2一端接通外部，缓冲右横向通道L2另一端接通缓冲右竖向通道L3，缓冲右竖向通道L3贯通缓冲阀体1-8-1上下，缓冲阀体1-8-1内左侧设置有缓冲左竖向通道L4和缓冲左横向通道L5，缓冲左横向通道L5一端接通外部，缓冲左横向通道L5另一端接通缓冲左竖向通道L4，缓冲左竖向通道L4贯通缓冲阀体1-8-1上下，缓冲阀体1-8-1上部外围设置有缓冲安装螺纹L6，缓冲阀体1-8-1下部外围设置有缓冲外六角L1，缓冲阀体1-8-1沿自身回转中心设置有通孔，缓冲调节杆1-8-2与该通孔配合安装，缓冲阀门1-8-3套装于缓冲调节杆1-8-2一端，且在缓冲阀门1-8-3一侧设置有缓冲挡圈1-8-4用于对缓冲阀门1-8-3的轴向进行限位，缓冲挡圈1-8-4安装于缓冲调节杆1-8-2上，缓冲阀门1-8-3另一侧与缓冲阀体1-8-1上端面贴合，通过旋转缓冲阀门1-8-3调节缓冲右竖向通道L3和缓冲左竖向通道L4的开度，缓冲调节杆1-8-2下端设置有缓冲拼紧螺母1-8-5，根据需要调整好缓冲右竖向通道L3和缓冲左竖向通道L4的开度后，通过拼紧缓冲拼紧螺母1-8-5锁定缓冲阀门1-8-3的相对开度位置；
进水机构1-6中，进水阀体1-6-7一端外围设置有进水安装螺纹M7与进水阀体端面M5分别用于和底座进水插孔1-7-4的连接安装与定位，进水阀体1-6-7内部从右至左依次设置有进水轴向通道M6、进水密封线M8、进水阀体型腔M9和进水安装孔M3，沿进水阀体1-6-7周向均布设置有进水径向通道M4，且进水径向通道M4与进水阀体型腔M9连通，进水阀芯1-6-4通过进水安装孔M3与进水阀体1-6-7配合安装，沿着进水阀芯1-6-4周向均布设置有进水阀芯支体M1，使得进水阀芯1-6-4与进水安装孔M3为预留空间的线接触，进水孔用挡圈1-6-6设置于进水轴向通道M6内，进水负压弹簧1-6-5处于预压缩状态一端与进水孔用挡圈1-6-6接触，进水负压弹簧1-6-5另一端与进水阀芯1-6-4一端接触，进水阀芯1-6-4另一端与进水调节弹簧1-6-3一端接触，进水调节弹簧1-6-3另一端与进水调节杆1-6-1接触，进水调节杆1-6-1通过螺纹配合与进水阀体1-6-7连接，且通过进水调节内六角M2旋转调节进水调节杆1-6-1与进水阀体1-6-7的配合量，进而调整进水调节弹簧1-6-3的预压缩量，使得进水阀芯1-6-4的锥面与进水密封线M8接触密封，且预设定进水调节弹簧1-6-3的预压缩力加进水阀芯1-6-4相对进水安装孔M3的摩擦力等于进水负压弹簧1-6-5的预压缩力，以使得进水阀芯1-6-4的开启压力为零，在主桶体1-5内外压差作用下，进水阀芯1-6-4开启，水从进水轴向通道M6进入经进水阀体型腔M9和进水径向通道M4进入主桶体1-5内，进水调节杆1-6-1上设置有进水拼紧螺母1-6-2，待进水调节弹簧1-6-3调定后，通过拼紧进水拼紧螺母1-6-2，锁定调定值；
出水机构1-9中，出水阀体1-9-7一端外围设置有出水安装螺纹N7与出水阀体端面N5分别用于和底座出水插孔1-7-8的连接安装与定位，出水阀体1-9-7内部从左至右依次设置有出水轴向通道N6、出水密封线N8、出水阀体型腔N9和出水安装孔N3，沿出水阀体1-9-7周向均布设置有出水径向通道N4，且出水径向通道N4与出水阀体型腔N9连通，出水阀芯1-9-4通过螺纹配合与出水阀芯支架1-9-8连接，出水阀芯支架1-9-8通过出水安装孔N3与出水阀体1-9-7配合安装，沿着出水阀芯支架1-9-8周向均布设置有出水阀芯支体N1，使得出水阀芯支架1-9-8与出水安装孔N3为预留空间的线接触，出水孔用挡圈1-9-6设置于出水轴向通道N6内，出水负压弹簧1-9-5处于预压缩状态一端与出水孔用挡圈1-9-6接触，出水负压弹簧1-9-5另一端与出水阀芯1-9-4一端接触，出水阀芯支架1-9-8一端与出水调节弹簧1-9-3一端接触，出水调节弹簧1-9-3另一端与出水调节杆1-9-1接触，出水调节杆1-9-1通过螺纹配合与出水阀体1-9-7连接，且通过出水调节内六角N2旋转调节出水调节杆1-9-1与出水阀体1-9-7的配合量，以调整出水调节弹簧1-9-3的预压缩量，使得出水阀芯1-9-4的锥面与出水密封线N8接触密封，且预设定出水调节弹簧1-9-3的预压缩力等于出水阀芯支架1-9-8相对出水安装孔N3的摩擦力加出水负压弹簧1-9-5的预压缩力，以使得出水阀芯1-9-4的开启压力为零，在主桶体1-5内外压差作用下，出水阀芯1-9-4开启，主桶体1-5内的水从出水径向通道N4进入经出水阀体型腔N9和出水轴向通道N6流出，出水调节杆1-9-1上设置有出水拼紧螺母1-9-2，待出水调节弹簧1-9-3调定后，通过拼紧出水拼紧螺母1-9-2，锁定调定值,出水阀芯1-9-4一端设置有外六角，出水阀芯支架1-9-8上设置有内六角，在出水阀芯支架1-9-8和出水阀芯1-9-4分别装入出水阀体1-9-7后，通过内六角旋转出水阀芯支架1-9-8和出水阀芯1-9-4配合安装；
流速测量机构2中，集成发电器2-2和流速测量计2-3分别设置于流速测量集成处理器2-1一侧，流速测量计2-3将监测数据传输给流速测量集成处理器2-1，经流速测量集成处理器2-1处理后传输至数据处理器1-1，集成发电器2-2发电供流速测量集成处理器2-1储备使用，流速测量集成处理器2-1底部安装于支撑调节杆2-4上，支撑调节杆2-4与支撑底杆2-5连接，支撑底杆2-5安装于支撑底座2-8上，流速测量集成处理器2-1与支撑调节杆2-4之间通过第一紧固螺钉2-6固定，支撑调节杆2-4与支撑底杆2-5之间通过第一紧固螺钉2-6固定，支撑底杆2-5与支撑底座2-8之间通过第二紧固螺钉2-7固定，支撑底座2-8设置于支撑底板2-9上，且支撑底板2-9通过膨胀螺栓紧固安装于量水堰底板4上，根据需要通过调整支撑调节杆2-4和支撑底杆2-5，以设定流速测量集成处理器2-1相对量水堰底板4的高度位置。
在本实施例中，当主桶体1-5外的水位高于内部水位时，数据处理器1-1控制电磁比例放气阀1-14调整较大开度，水经滤网1-19过滤后进入底座过滤型腔1-7-2，并经缓冲右横向通道L2、缓冲右竖向通道L3和缓冲左横向通道L5、缓冲左竖向通道L4同时进入底座缓冲型腔1-7-6，此时出水机构1-9单向止回，水经底座进水通道1-7-5、底座进水插孔1-7-4和进水轴向通道M6推动进水阀芯1-6-4打开，使水流经进水阀体型腔M9和进水径向通道M4进入主桶体1-5内，并经支架通道1-4-2和连通孔1-16-1进入稳定罩桶1-16内，以改变对计量棒1-15的作用力，称重传感器1-10通过称重拉绳1-12或称重杆1-11实时监测受力数据并反馈至数据处理器1-1；当主桶体1-5外的水位低于内部水位时，数据处理器1-1控制电磁比例放气阀1-14调整较大开度，此时进水机构1-6单向止回，水经出水机构1-9上的出水径向通道N4进入出水阀体型腔N9内推动出水阀芯1-9-4开启，使水流经出水轴向通道N6、底座出水插孔1-7-8、底座出水通道1-7-7进入底座缓冲型腔1-7-6内，并经缓冲机构1-8上的缓冲右横向通道L2、缓冲右竖向通道L3和缓冲左横向通道L5、缓冲左竖向通道L4同时输出经底座过滤型腔1-7-2和滤网1-19输出主桶体1-5，在水输出过程中改变对计量棒1-15的作用力，由称重拉绳1-12或称重杆1-11实时监测计量棒1-15受力数据并将反馈至数据处理器1-1，数据处理器1-1通过对受力数据处理得出当前的水位值；当主桶体1-5的内外水位保持一致时，数据处理器1-1控制电磁比例放气阀1-14调整较小开度或关闭，以此降低外部不稳定因素带来的水位波动偏差，当水面受到外部环境影响而产生波动时，感应浮球1-21产生波动，数据处理器1-1根据感应浮球1-21的波动特性并结合风速测量仪1-13的数据反馈，综合判定水面波动因素，当在某个时间段内感应浮球1-21的波动中心高度无明显较大变化时，数据处理器1-1控制电磁比例放气阀1-14关闭，阻止突发波动带来的水位值频繁变化，当在某个时间段内感应浮球1-21的波动中心高度有明显较大变化时，数据处理器1-1控制电磁比例放气阀1-14调整较大开度，迅速实时调整内外水位差，在电磁比例放气阀1-14处于较大开度的水位变化过程中，进水机构1-6与出水机构1-9分别结合缓冲机构1-8，起到缓冲阻隔水路作用，从而避免较大水位差引发的冲击；
在量水堰过流时，不同高度或是同一高度的不同位置，水流速受到综合因素影响而有所不同，流速测量机构2的交叉立体分布能够有效的采集多点数据，经数据处理器1-1综合处理后得到更加精确的流量值。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.量水堰水力参数测量装置，包括水位及波动测量机构、流速测量机构、量水堰侧板及量水堰底板，其特征在于，量水堰底板上设置有用于将量水堰底板划分为多个量水堰通道的量水堰侧板，并在每个量水堰通道中分别设置有水位及波动测量机构和流速测量机构，水位及波动测量机构竖直紧固设置在量水堰侧板一侧，流速测量机构竖直紧固安装在量水堰底板上，且流速测量机构在量水堰通道中呈立体交叉分布，同时水位及波动测量机构与远程上位机连接；各部分具体结构如下：
水位及波动测量机构中，主桶体一侧设置有用于安装水位及波动测量机构的安装支架，主桶体另一侧设置有用于进行水力发电的发电机构，感应支架设置在主桶体上，感应浮球套装在感应支架上；上端盖设置在主桶体顶部，并在上端盖内腔上部设置有多道用于安装稳定罩桶顶部的端盖环形槽，上端盖一侧沿竖直方向设置有用于连通主桶体内外的端盖气道，在位于端盖气道出口处的上端盖上设置有用于控制放气量的电磁比例放气阀，风速测量仪设置在上端盖顶部；称重传感器设置在上端盖的回转中部，且称重传感器底部通过称重杆或称重拉绳与计量棒连接，主桶体内底部设置有下支架，下支架上部设置有多道用于安装稳定罩桶底部的支架环形槽，下支架上沿周向均布设置有多个用于水过流的支架通道，稳定罩桶上设置有多个用于水通流的连通孔，下支架位于底座上方，底座设置在主桶体底部，底座内部设置有用于对进水机构和出水机构进行拆装的底座环型腔，底座过滤型腔设置在底座外部，用于安装缓冲机构的底座缓冲型腔设置在底座内部，且底座过滤型腔与底座缓冲型腔连通，底座一侧设置有底座进水通道与用于安装进水机构的底座进水插孔，底座另一侧设置有底座出水通道与用于安装出水机构的底座出水插孔，底座缓冲型腔通过底座进水通道与底座进水插孔连通，底座缓冲型腔通过底座出水通道与底座出水插孔连通；
进水机构中，进水阀体内部从右至左依次设置有进水轴向通道、进水密封线、进水阀体型腔及用于安装进水阀芯的进水安装孔，并在进水阀体周向均布设置有与进水阀体型腔连通的进水径向通道，进水阀芯周向均布设置有使得进水阀芯与进水安装孔为线接触的进水阀芯支体，进水负压弹簧处于预压缩状态的一端与进水轴向通道接触，进水负压弹簧另一端与进水阀芯一端接触，进水阀芯另一端与进水调节弹簧一端接触，进水调节弹簧另一端与进水调节杆接触，进水调节杆与进水阀体连接，且预设定进水调节弹簧的预压缩力加进水阀芯相对进水安装孔的摩擦力等于进水负压弹簧的预压缩力，以使得进水阀芯的开启压力为零；
出水机构中，出水阀体内部从左至右依次设置有出水轴向通道、出水密封线、出水阀体型腔及用于安装出水阀芯的出水安装孔，并在出水阀体周向均布设置有与出水阀体型腔连通的出水径向通道，出水阀芯与出水阀芯支架连接，出水阀芯支架通过出水安装孔与出水阀体配合安装，出水阀芯支架周向均布设置有使得出水阀芯支架与出水安装孔为线接触的出水阀芯支体，出水负压弹簧处于预压缩状态的一端与出水轴向通道接触，出水负压弹簧另一端与出水阀芯一端接触，出水阀芯支架一端与出水调节弹簧一端接触，出水调节弹簧另一端与出水调节杆接触，出水调节杆与出水阀体连接，且预设定出水调节弹簧的预压缩力等于出水阀芯支架相对出水安装孔的摩擦力加出水负压弹簧的预压缩力，以使得出水阀芯的开启压力为零；
流速测量机构中，流速测量集成处理器一侧设置有集成发电器与流速测量计，集成发电器与流速测量计分别与流速测量集成处理器连接，流速测量集成处理器底部安装在支撑调节杆上，支撑调节杆与支撑底杆连接，支撑底杆安装在支撑底座上，支撑底座设置在支撑底板上，支撑底板紧固安装在量水堰底板上；
称重传感器、感应支架、电磁比例放气阀及流速测量集成处理器分别与数据处理器连接，数据处理器与远程上位机连接。
2.根据权利要求1所述的量水堰水力参数测量装置，其特征在于，当称重传感器通过称重拉绳与计量棒连接时，称重传感器用于测量计量棒对称重传感器的拉力，当水流慢慢升高时，主桶体内外水位保持一致，随着水位慢慢升高，在浮力的作用下，计量棒上浮与称重传感器连接，称重传感器所受拉力慢慢减小，根据读数转化计算水位值的大小，在量水堰有水时，称重传感器的测量值与水位关系为：
W1-W2＝W水 (1)
W1为无水时称重传感器的测量值，W2为有水时称重传感器的测量值，W水为计量棒排开水的重量；
S为计量棒的横截面积，ρ水为水的密度，h为测量时的水位；
当称重传感器通过称重杆与计量棒连接时，称重传感器用于测量计量棒对称重传感器的支撑力，将无水时的称重传感器测量值设置为零，当水流慢慢升高时，主桶体内外水位保持一致，随着水位慢慢升高，在浮力的作用下，计量棒上浮与称重传感器连接，称重传感器所受压力逐渐增大，根据读数转化计算水位值的大小，在量水堰有水时，称重传感器的测量值与水位关系为：
W水为计量棒排开水的重量，S为计量棒的横截面积，ρ水为水的密度，h为测量时的水位。
3.根据权利要求1所述的量水堰水力参数测量装置，其特征在于，感应支架位于安装支架与发电机构连线的垂直方向上。
4.根据权利要求1所述的量水堰水力参数测量装置，其特征在于，上端盖上部设置有用于对上端盖进行拆装的端盖安装孔。
5.根据权利要求1所述的量水堰水力参数测量装置，其特征在于，底座底部设置有用于对底座进行拆装的底座安装孔。
6.根据权利要求1所述的量水堰水力参数测量装置，其特征在于，底座过滤型腔内设置有滤网。
7.根据权利要求1所述的量水堰水力参数测量装置，其特征在于，缓冲机构中，缓冲阀体关于自身对称，缓冲阀体内右侧设置有缓冲右横向通道与能够贯通缓冲阀体上下的缓冲右竖向通道，缓冲右横向通道一端与外部接通，缓冲右横向通道另一端与缓冲右竖向通道接通，缓冲阀体内左侧设置有能够贯通缓冲阀体上下的缓冲左竖向通道与缓冲左横向通道，缓冲左横向通道一端与外部接通，缓冲左横向通道另一端与缓冲左竖向通道接通；缓冲阀体沿自身回转中心设置有用于安装缓冲调节杆的通孔，用于调节缓冲右竖向通道和缓冲左竖向通道开度的缓冲阀门套装在缓冲调节杆一端。
8.根据权利要求7所述的量水堰水力参数测量装置，其特征在于，缓冲阀体上部外围设置有缓冲安装螺纹，缓冲机构通过缓冲安装螺纹配合安装在底座缓冲型腔内。
9.根据权利要求7所述的量水堰水力参数测量装置，其特征在于，缓冲阀门一侧设置有用于对缓冲阀门轴向进行限位的缓冲挡圈，缓冲挡圈安装在缓冲调节杆上，缓冲阀门另一侧与缓冲阀体上端面贴合。
10.根据权利要求7所述的量水堰水力参数测量装置，其特征在于，缓冲调节杆下端设置有用于锁定缓冲阀门相对开度位置的缓冲拼紧螺母。
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