CN110398313B - 一种动水压力测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动水压力测量装置及方法，包括本体（1）和压力传感器（3），所述本体的顶部设有第一通孔（11），所述本体内设置用于打开或封闭第一通孔的启闭装置（2）和所述压力传感器；所述启闭装置包括弹性门体（21）、连接弹性门体的杆（22）和与所述杆连接的驱动结构（24），所述弹性门体的头部（211）的径向截面形状与所述第一通孔的径向截面形状相匹配；所述弹性门体在驱动结构及杆的共同作用下滑动到所述本体内腔顶部时，所述弹性门体的头部正好插入所述第一通孔，并将所述第一通孔封闭，所述弹性门体向下滑动使其头部退出所述第一通孔时，所述第一通孔打开。本发明能够避免压力传感器因长期的动水压力作用导致的疲劳破坏。
Description
技术领域
本发明涉及一种水利水电工程泄洪消能建筑物高速水流的动水压力测量装置，具体是一种动水压力测量装置及方法。
背景技术
对于水利水电工程泄水建筑物而言，高速水流的作用力是非常巨大的，往往会造成建筑物的结构振动、空蚀破坏、泥沙磨损、水流冲刷、回流淘刷等，严重时会导致建筑物整体破坏。通过对泄水建筑物进行水力学原型观测，测量水流的时均压力和脉动压力、水流流速、掺气浓度、结构的振动和位移等参数，可以为评判泄水建筑物的安全性状提供重要的技术支持。
在水力学原型观测的实施过程中，通常的做法是：在混凝土浇筑前预先固定好传感器的通用底座A（如图1所示），并使底座顶面与待浇筑的混凝土表面保持齐平，混凝土施工完成后将压力传感器B安装在底座顶面的面板上，且保持压力传感器B的头部与混凝土表面齐平。众多的工程实例证明，压力传感器的感应膜片受到高速水流的冲击、空蚀、磨损以及泥沙的淤堵等因素影响，压力传感器极容易损坏或失效。同时，在工程实际中，高速水流的空蚀和磨损破坏会造成混凝土浅表层或多或少的剥离，混凝土表面高程随之降低。传统的通用底座和压力传感器采用金属材料制成，由于金属材料的抗空蚀和磨损能力足够大，不会随着混凝土表面高程的降低而降低，导致通用底座和压力传感器凸出至混凝土表面外，干扰流场，影响传感器测量区域的压力分布，测量数据可能出现较大的误差，甚至错误。凸出的通用底座和压力传感器将成为新的空化源，恶化水流。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种动水压力测量装置及方法，其能够对压力传感器的感应膜片进行保护，避免压力传感器因长期的动水压力作用导致疲劳破坏。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种动水压力测量装置，包括本体和压力传感器，所述本体的顶部设有第一通孔，所述本体内设置用于打开或封闭第一通孔的启闭装置和所述压力传感器；所述启闭装置包括弹性门体、连接弹性门体的杆和与所述杆连接的驱动结构，所述弹性门体的头部的径向截面形状与所述第一通孔的径向截面形状相匹配；所述弹性门体在驱动结构及杆的共同作用下向上滑动到所述本体的内腔顶部时，所述弹性门体的头部正好插入所述第一通孔，并将所述第一通孔封闭，所述弹性门体向下滑动使其头部退出所述第一通孔时，所述第一通孔打开。
为使弹性门体上下滑动更为平稳，所述启闭装置还包括与所述第一通孔连通的套缸，套缸上部的侧壁上开设与所述压力传感器连通的旁通孔，所述弹性门体设置在所述套缸内并沿所述套缸上下滑动。
为避免泥沙淤堵在压力传感器的感应膜片上，影响压力传感器的测量精度，所述本体内还设置与所述旁通孔连通的旁通管、与所述旁通管另一端连通的蓄水腔，且所述蓄水腔的壁面设有与所述压力传感器连通的第二通孔。进一步，所述压力传感器安装在所述蓄水腔的顶面，且所述第二通孔设置在所述蓄水腔的顶面。
为使弹性门体的上下滑动更为平稳，保证弹性门体的头部能够准确插入第一通孔，所述第一通孔的中心轴线与所述套缸的中心轴线重合。
为避免弹性门体的头部凹陷或凸出至混凝土表面干扰流场，影响压力传感器测量区域的压力分布，同时，避免弹性门体的头部成为新的空化源，恶化水流，所述弹性门体的头部插入所述第一通孔时，所述弹性门体头部的顶面与所述本体的上表面平齐。
所述驱动结构包括一微型潜水电机，且所述微型潜水电机水平安装，通过齿轮和齿条连接所述杆，或者，所述驱动结构为一微型推杆电机，且所述微型推杆电机垂直安装，并与所述杆直接连接。这两种结构型式能够使测量装置的装配更为紧凑，尺寸更小，更适应工作环境需求。
所述微型潜水电机或微型推杆电机的电源线引出至所述本体侧面或底面，且所述微型潜水电机或微型推杆电机的控制回路中连接有上、下行程限位控制开关，控制弹性门体的升降距离，保证弹性门体下拉时头部至套缸侧壁的旁通孔的下方，弹性门体上推时头部的顶面与所述本体的上表面平齐。
所述旁通孔直径不大于套缸直径，以确保弹性门体能够完整地封闭旁通孔。
所述旁通管、蓄水腔、套缸和杆采用铝合金或不锈钢材料制成，以便保证测量装置长时间服役过程中不至于老化锈蚀而破损。
所述本体由混凝土或砂浆材料制成，所述弹性门体采用橡胶或聚四氟乙烯材料制成，能够使得测量装置的抗磨损性能不大于当地混凝土，且本体顶部及弹性门体头部留有一定的富余长度；在服役过程中，随着时间的推移，在水流磨损作用下，弹性门体的头部及本体顶面均会随着混凝土表层剥离而剥离，如此，弹性门体头部的顶面及本体顶面始终与混凝土表面齐平，不会出现凹陷或凸出，不会成为新的空化源，确保水流流态良好，从而保证传感器测量到的压力为水流的真实压力。
为解决上述技术问题，本发明还提供了上述动水压力测量装置的测量方法，其中：
1）进入启用状态时，驱动结构启动，将弹性门体头部下拉至套缸侧壁的旁通孔的下方，外部水体经过旁通管进入到蓄水腔内，水流时均压力和脉动压力通过旁通管和蓄水腔内的水体传递至压力传感器；
2）进入停用状态时，驱动结构启动，将弹性门体上推至套缸的顶部，使弹性门体头部穿过所述本体顶部的第一通孔，且所述弹性门体头部的顶面与所述本体的上表面平齐，使所述弹性门体与所述套缸内壁形成封闭的止水圈，阻隔动水压力的传递。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
本发明的压力传感器封装在测量装置的本体内部，当进行动水压力测量时开启测量装置，动水压力传递至压力传感器，测量结束后锁闭测量装置，阻隔动水压力的传递，从而避免了高速水流对压力传感器感应膜片的直接冲击、空蚀和磨损破坏，消除了泥沙淤堵对压力传感器感应膜片测量精度的影响，且避免了压力传感器因长期的动水压力作用而导致的疲劳破坏。
本发明测量装置本体的顶壁的厚度及弹性门体的头部预留适当的富余长度，以便适应长时间服役过程中混凝土浅表层的空蚀或磨损破坏。
本发明通过启闭装置不仅实现了测量装置的开启和锁闭，而且保证了驱动结构始终处于无水的密闭空腔内。
本发明测量装置封装完成后在混凝土浇筑时直接埋置在混凝土内，免除了后期安装压力传感器，简化了作业程序。
附图说明
图1为现有压力传感器和通用底座的安装结构示意图；
图2为本发明实施例1启用状态的结构示意图；
图3为本发明实施例1停用状态的结构示意图；
图4为图2中A－A面剖视图；
图5为图2中B－B面剖视图；
图6为本发明实施例2启用状态的结构示意图；
图7为本发明实施例2停用状态的结构示意图。
图中：1—本体；2—启闭装置；3—压力传感器；11－第一通孔；12－旁通管；13－蓄水腔；14－第二通孔；21—弹性门体；22—杆；23—套缸；24—驱动结构；211—头部；231—旁通孔。
具体实施方式
以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
为了便于描述，各部件的相对位置关系（如：上、下、左、右等）的描述均是根据说明书附图的布图方向来进行描述的，并不对本专利的结构起限定作用。
实施例1：
如图2～图5所示，本发明动水压力测量装置实施例一包括由混凝土或砂浆材料制作的圆柱形本体1，本体1内设置有旁通管12、蓄水腔13、启闭装置2和压力传感器3；本体1的顶部设有与上部水体连通的第一通孔11，同时第一通孔11与启闭装置2的套缸23顶部连通，且第一通孔11的中心轴线与套缸23的中心轴线重合；套缸23上部的侧壁上设置旁通孔231，旁通管12的一端与旁通孔231连通，另一端与蓄水腔13连通；启闭装置2包括弹性门体21、杆22、套缸23和驱动结构24，弹性门体21的头部211的径向截面形状与第一通孔11的径向截面形状相匹配，弹性门体21在驱动结构24及杆22的共同作用下沿套缸23内壁上下滑动，使弹性门体21的头部211正好插入第一通孔11时将第一通孔11封闭，或弹性门体21的头部211退出第一通孔11时打开第一通孔11；压力传感器3安装在蓄水腔13的顶面的第二通孔14上，且压力传感器的感应膜片伸入第二通孔14内。
本实施例中的压力传感器3为现有技术，因而未对其结构作进一步描述。
驱动结构24采用微型潜水电机，潜水电机水平安装，通过齿轮和齿条连接杆22和弹性门体21，驱动结构24的控制回路中设置有上下行程限位控制开关。
蓄水腔13用铝合金材料制作，顶面设有与压力传感器3连接的第二通孔14；旁通管12、杆22和套缸23用铝合金材料制作；弹性门体21用橡胶材料制作。
实施例2：
如图6～图7所示，测量装置与实施例1基本相同。
驱动结构24采用微型推杆电机，电机垂直安装，且电机轴经联轴器与杆22直接连接。
以上所述，仅是本申请的较佳实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。
Claims (6)
1.一种动水压力测量装置，包括本体（1）和压力传感器（3），其特征在于，
所述本体的顶部设有第一通孔（11），所述本体内设置用于打开或封闭第一通孔的启闭装置（2）和所述压力传感器；
所述启闭装置包括弹性门体（21）、连接弹性门体的杆（22）、与所述杆连接的驱动结构（24）和与所述第一通孔连通的套缸（23），所述弹性门体的头部（211）的径向截面形状与所述第一通孔的径向截面形状相匹配，所述套缸上部的侧壁上开设与所述压力传感器连通的旁通孔（231），所述弹性门体设置在所述套缸内并沿所述套缸上下滑动；
所述本体内还设置与所述旁通孔连通的旁通管（12）、与所述旁通管另一端连通的蓄水腔（13），且所述蓄水腔的壁面设有与所述压力传感器连通的第二通孔（14），所述压力传感器安装在所述蓄水腔的顶面，所述第二通孔设置在所述蓄水腔的顶面；
所述弹性门体在驱动结构及杆的共同作用下向上滑动到所述本体的内腔顶部时，所述弹性门体的头部正好插入所述第一通孔，将所述第一通孔封闭，且所述弹性门体头部的顶面与所述本体的上表面平齐；
所述弹性门体向下滑动使其头部退出所述第一通孔时，所述第一通孔打开。
2.根据权利要求1所述的一种动水压力测量装置，其特征在于，所述第一通孔的中心轴线与所述套缸的中心轴线重合。
3.根据权利要求1所述的一种动水压力测量装置，其特征在于，所述驱动结构包括一微型潜水电机，且所述微型潜水电机水平安装，通过齿轮和齿条连接所述杆。
4.根据权利要求1所述的一种动水压力测量装置，其特征在于，所述驱动结构为一微型推杆电机，且所述微型推杆电机垂直安装，并与所述杆直接连接。
5.根据权利要求1所述的一种动水压力测量装置，其特征在于，所述本体采用混凝土或砂浆材料制成。
6.一种权利要求1－5任一项所述动水压力测量装置的测量方法，其特征在于：
1）进入启用状态时，驱动结构启动，将弹性门体头部下拉至套缸侧壁的旁通孔的下方，外部水体经过旁通管进入到蓄水腔内，水流时均压力和脉动压力通过旁通管和蓄水腔内的水体传递至压力传感器；
2）进入停用状态时，驱动结构启动，将弹性门体上推至套缸的顶部，使弹性门体的头部穿过所述本体顶部的第一通孔，且所述弹性门体头部的顶面与所述本体的上表面平齐，使所述弹性门体与所述套缸内壁形成封闭的止水圈，阻隔动水压力的传递。
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