CN111175538B - 一种鱼翼型漂浮式流速仪 - Google Patents

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Abstract

一种鱼翼型漂浮式流速仪，本发明涉及运输技术中用于水下居住或作业的设备技术领域，绕线支撑环内嵌设有绕线支撑轴承，绕线支撑轴承内开设有穿线孔，绕线手柄的下端固定有绕线盘线轴，绕线盘线轴的上端一体成型有上部挡板，绕线盘线轴的下端一体成型有下部挡板，且绕线盘线轴的下端侧壁固定有接线耳，绕线中心轴的上下两端利用绕线上轴承、绕线下轴承旋接于绕线盘线轴中，且绕线中心轴与绕线手柄上下贯通设置，绕线支撑环的底表面固定有若干个绕线支架。有效的利用天然河流的动力，形成相对静止并实现测流体流速，能够自身保持平衡的同时，还能够达到流速仪自动收放牵引线的目的。

Description

一种鱼翼型漂浮式流速仪
技术领域
本发明涉及运输技术中用于水下居住或作业的设备技术领域，具体涉及一种鱼翼型漂浮式流速仪。
背景技术
流体动力是人类应用最广泛的技术，其中天然水流对于人类而言是最为便利的动力来源。由于天然水流是不稳定的，在天然水流中测流速较为困难，现有的水流测速仪在使用的时候存在一定的弊端且常规测速仪测得是水流一点的流速。如果能够将天然水流的驱动力合理利用起来，那将会给水上测流速带来便利。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种设计合理的鱼翼型漂浮式流速仪，有效的利用天然河流的动力，形成相对静止并实现测流体流速，能够自身保持平衡的同时，还能够达到流速仪自动收放牵引线的目的。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：它包含上部结构、中部结构和下部结构；其中，上部结构包含调整锥固定螺栓、绕线手柄、绕线支撑环、绕线支架、绕线盘线轴、上部挡板、下部挡板、接线耳、绕线中心轴、绕线下轴承、绕线上轴承、绕线支撑轴承；调整锥固定螺栓穿设固定在绕线手柄的顶壁中，绕线手柄为空心结构，且设置于绕线支撑环的内环中，绕线支撑环内嵌设有绕线支撑轴承，绕线支撑轴承内开设有穿线孔，绕线手柄的下端固定有绕线盘线轴，绕线盘线轴的上端一体成型有上部挡板，绕线盘线轴的下端一体成型有下部挡板，且绕线盘线轴的下端侧壁固定有接线耳，绕线中心轴的上下两端利用绕线上轴承、绕线下轴承旋接于绕线盘线轴中，且绕线中心轴与绕线手柄上下贯通设置，绕线支撑环的底表面固定有若干个绕线支架；
上述中部结构包含流速仪空腔、叶形平衡器、叶形平衡器连接杆、鱼翼型漂浮器、漂浮器连接杆、调整锥、调整锥柔性钢丝；上述绕线支架的下端固定在流速仪空腔的顶壁，且流速仪空腔的顶壁开设有通过孔，通过孔与绕线中心轴贯通设置；调整锥悬设于流速仪空腔内，且调整锥的上端连接有调整锥柔性钢丝，调整锥柔性钢丝的上端穿过通过孔、绕线中心轴以及绕线手柄的底壁后，与调整锥固定螺栓连接固定；流速仪空腔由上部的圆柱空腔结构和下部的倒锥形空腔结构构成，圆柱空腔结构的下部一体成型有倒锥形空腔结构，位于圆柱空腔结构的外壁利用数个叶形平衡器连接杆连接有叶形平衡器，叶形平衡器的下环面上利用漂浮器连接杆对称设有鱼翼型漂浮器；
上述下部结构包含测杆、尾翼、测速装置、连接环、连接杆、测速传感器；连接杆穿设在倒锥形空腔结构的下端，且连接杆为空心结构，测杆插设固定在连接杆的下端中，测杆的尾端连接有尾翼，测杆的头端为空心结构，该空心结构与连接杆贯通设置，且该头端利用连接环连接有测速装置，测速装置与测速传感器连接，测速传感器固定在连接杆内。
进一步地，所述的测速装置为空间螺旋结构，且在螺旋结构上均匀分布若干测速点。
进一步地，所述的调整锥固定螺栓的上端外环面上开设有螺纹槽。
本发明的工作原理：
水中调整放置方向及平衡：
流速仪放置于水中后，由于流速仪空腔、叶形平衡器和鱼翼型漂浮器的设计，在浮力作用下自动漂浮于水面；由于流速仪空腔由上部的圆柱空腔结构和下部的倒锥形空腔结构构成，且侧壁沿着圆周铅垂设计，在下部倒锥形空腔底部的材料密度较大，根据不倒翁原理，底部的重力使流速仪空腔完成流速仪自动在水面的位置调整；同时，由于流速仪空腔呈轴对称设计，叶形平衡器外侧的边界在流速仪位置调整的过程中，与水流进行作用，朝下的叶型面产生向上的推力，向上的叶型面面积较朝下的叶型面小，在水流的作用下产生向下压力，此时向上的推力大于向下的推力，加之向上的推力和向下的推力作用线不过流速仪的中心线，且不共线，两个力在空间上形成与轴有不同夹角的，且大小不等旋转力矩，因此在这两个旋转力矩的作用下流速仪倾斜方向上的产生的低速旋转，此旋转为流速仪调整平衡测速方向创造条件，进而加快了流速仪在水中放置位置的调整，即流速仪空腔、叶形平衡器和鱼翼型漂浮器促进流速仪位置调整，最终流速仪的结构设计保持了流速仪在水中的平衡，不倾斜处于正向放置；由于叶形平衡器的位置在流速仪空腔的上部空腔外侧连接，当流速仪在流体中调整好位置后，叶形平衡器以下构造全部浸入流体中，增强了流速仪整体的稳定性；
流速仪在水流作用下，保持相对静止平衡：
利用流体对鱼翼型漂浮器的作用，其水平分力通过对鱼翼型漂浮器的作用，产生一组相互对称的水平合力，这组水平力沿鱼翼型漂浮器轴心相互对称，最后相互抵消，在其与水流垂直方向水流对鱼翼型漂浮器产生沿水流方向的垂直分力；沿水流方向的分力在鱼翼型漂浮器两侧作用的力比作用在空腔和空腔周围的分力要大，因此在鱼翼型漂浮器的末端两侧的水流会在鱼翼型漂浮器与空腔之间发生回流，产生逆水流方向的力,当逆水流方向的力等于垂直分力时，漂浮仪在水流中保持相对静止平衡；
水中绕线：
在水流作用下，由于流速仪整体为轴对称设计，其平衡受到鱼翼型漂浮器、流速仪的尺寸、叶形平衡器的几何空间布置及其尺寸关系等因素影响，流速仪中的调整锥由于惯性的作用存在转动，利用调整锥转动进行绕线操作，即将绕线的下端由绕线支撑环上穿线孔向下引出，并绑设在接线耳上，再将该流速仪置于水中，其漂浮于水面，水流对叶形平衡器和鱼翼型漂浮器作用，从而使漂浮仪在水流中保持平衡进行匀速运动，流速仪空腔保持不动，调整锥以一定的角速度旋转的同时，带动绕线卷绕于绕线盘线轴上，通过调整锥柔性钢丝来调节调整锥的高度，用来调整整个流速仪位于水中的下沉量；
测速仪水中测速：
由上原理可知，当流速仪在水流作用下使测速仪保持匀速运动时，测速仪与水流保持相对静止，此时测速仪开始测水流的特征；测速装置为空间螺旋结构且方向与水流相对，在螺旋结构上均匀分布若干测速点，水流沿螺旋结构运动，对螺旋结构面产生压力，测速装置根据压力测得水流在一段空间中的流速，接着通过测速传感器将所测得流速数据传输出去。
采用上述结构后，本发明的有益效果是：本发明提供了一种鱼翼型漂浮式流速仪，有效的利用天然河流的动力，形成相对静止并实现测流体流速，能够自身保持平衡的同时，还能够达到流速仪自动收放牵引线的目的。
附图说明：
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的主视图。
图3是图2的俯视图。
图4是图2中E-E向剖视图
图5是图2中F-F向剖视图。
图6是图2中G-G向剖视图。
图7是图2中H-H向剖视图。
图8是图2中J-J向剖视图。
图9是图2中K-K 向剖视图。
图10是图2中L-L向剖视图。
图11是图2中M-M向剖视图。
图12是本发明水中调整放置方向及平衡原理图。
图13是本发明在水流作用下保持相对静止平衡原理图。
图14是本发明水中绕线原理图。
附图标记说明：
调整锥固定螺栓1、绕线手柄2、穿线孔3、绕线支撑环4、绕线支架5、绕线盘线轴6、上部挡板7、下部挡板8、接线耳9、绕线中心轴10、绕线下轴承11、绕线上轴承12、绕线支撑轴承13、螺纹槽14、流速仪空腔15、圆柱空腔结构15-1、倒锥形空腔结构15-2、叶形平衡器16、叶形平衡器连接杆17、鱼翼型漂浮器18、漂浮器连接杆19、测杆20、尾翼21、测速装置22、连接环23、连接杆24、测速传感器25、调整锥26、调整锥柔性钢丝27、通过孔28。
具体实施方式：
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1图11所示，本具体实施方式采用如下技术方案：它包含上部结构、中部结构和下部结构；其中，上部结构包含调整锥固定螺栓1、绕线手柄2、绕线支撑环4、绕线支架5、绕线盘线轴6、上部挡板7、下部挡板8、接线耳9、绕线中心轴10、绕线下轴承11、绕线上轴承12、绕线支撑轴承13；调整锥固定螺栓1的上端外环面上开设有螺纹槽14，调整锥固定螺栓1穿设固定在绕线手柄2的顶壁中，绕线手柄2为空心结构，且设置于绕线支撑环4的内环中，绕线支撑环4内嵌设有绕线支撑轴承13，绕线支撑轴承13内开设有穿线孔3，绕线手柄2的下端固定有绕线盘线轴6，绕线盘线轴6的上端一体成型有上部挡板7，绕线盘线轴6的下端一体成型有下部挡板8，且绕线盘线轴6的下端侧壁固定有接线耳9，绕线中心轴10的上下两端利用绕线上轴承12、绕线下轴承11旋接于绕线盘线轴6中，且绕线中心轴10与绕线手柄2上下贯通设置，绕线支撑环4的底表面固定有若干个绕线支架5；
上述中部结构包含流速仪空腔15、叶形平衡器16、叶形平衡器连接杆17、鱼翼型漂浮器18、漂浮器连接杆19、调整锥26、调整锥柔性钢丝27；上述绕线支架5的下端固定在流速仪空腔15的顶壁，且流速仪空腔15的顶壁开设有通过孔28，通过孔28与绕线中心轴10贯通设置；调整锥26悬设于流速仪空腔15内，且调整锥26的上端连接有调整锥柔性钢丝27，调整锥柔性钢丝27的上端穿过通过孔28、绕线中心轴10以及绕线手柄2的底壁后，与调整锥固定螺栓1连接固定；流速仪空腔15由上部的圆柱空腔结构15-1和下部的倒锥形空腔结构15-2构成，圆柱空腔结构15-1的下部一体成型有倒锥形空腔结构15-2，位于圆柱空腔结构15-1的外壁利用数个叶形平衡器连接杆17连接有叶形平衡器16，叶形平衡器16的下环面上利用漂浮器连接杆19对称设有鱼翼型漂浮器18；
上述下部结构包含测杆20、尾翼21、测速装置22、连接环23、连接杆24、测速传感器25；连接杆24穿设在倒锥形空腔结构15-2的下端，且连接杆24为空心结构，测杆20插设固定在连接杆24的下端中，测杆20的尾端连接有尾翼21，测杆20的头端为空心结构，该空心结构与连接杆24贯通设置，且该头端利用连接环23连接有测速装置22，测速装置22为空间螺旋结构，且在螺旋结构上均匀分布若干测速点，测速装置22与测速传感器25连接，测速传感器25固定在连接杆24内。
本具体实施方式的工作原理：
水中调整放置方向及平衡：
参看图12，流速仪放置于水中后，由于流速仪空腔15、叶形平衡器16和鱼翼型漂浮器18的设计，在浮力作用下自动漂浮于水面；由于流速仪空腔15由上部的圆柱空腔结构15-1和下部的倒锥形空腔结构15-2构成，且侧壁沿着圆周铅垂设计，在下部倒锥形空腔底部的材料密度较大，根据不倒翁原理，底部的重力G使流速仪空腔15完成流速仪自动在水面的位置调整；同时，由于流速仪空腔15呈轴对称设计，叶形平衡器16外侧的边界在流速仪位置调整的过程中，与水流进行作用，朝下的叶型面产生向上的推力，向上的叶型面面积较朝下的叶型面小，在水流的作用下产生向下压力，此时向上的推力F1大于向下的推力F2，加之向上的推力F1和向下的推力F2作用线不过流速仪的中心线，且不共线，两个力在空间上形成与轴有不同夹角的，且大小不等旋转力矩，因此在这两个旋转力矩的作用下流速仪倾斜方向上的产生的低速旋转，此旋转为流速仪调整平衡测速方向创造条件，进而加快了流速仪在水中放置位置的调整，即流速仪空腔15、叶形平衡器16和鱼翼型漂浮器18促进流速仪位置调整，最终流速仪的结构设计保持了流速仪在水中的平衡，不倾斜处于正向放置；由于叶形平衡器16的位置在流速仪空腔15的上部空腔外侧连接，当流速仪在流体中调整好位置后，叶形平衡器16以下构造全部浸入流体中，增强了流速仪整体的稳定性；
流速仪在水流作用下，保持相对静止平衡：
参看图13，利用流体对鱼翼型漂浮器18的作用，其水平分力通过对鱼翼型漂浮器18的作用，产生一组相互对称的水平合力F4，这组水平力沿鱼翼型漂浮器18轴心相互对称，最后相互抵消，在其与水流垂直方向水流对鱼翼型漂浮器18产生沿水流方向的垂直分力F3；沿水流方向的分力在鱼翼型漂浮器18两侧作用的力比作用在空腔和空腔周围的分力要大，因此在鱼翼型漂浮器18的末端两侧的水流会在鱼翼型漂浮器18与空腔之间发生回流，产生逆水流方向的力F5,当F3=F5时，漂浮仪在水流中保持相对静止平衡；
水中绕线：
参看图14，在水流作用下，由于流速仪整体为轴对称设计，其平衡受到鱼翼型漂浮器18、流速仪的尺寸、叶形平衡器16的几何空间布置及其尺寸关系等因素影响，流速仪中的调整锥26由于惯性的作用存在转动，利用调整锥26转动进行绕线操作，即将绕线的下端由绕线支撑环4上穿线孔3向下引出，并绑设在接线耳9上，再将该流速仪置于水中，其漂浮于水面，水流对叶形平衡器16和鱼翼型漂浮器18作用，从而使漂浮仪在水流中保持平衡进行匀速运动，流速仪空腔15保持不动，调整锥26以角速度W1旋转的同时，带动绕线卷绕于绕线盘线轴6上，通过调整锥柔性钢丝27来调节调整锥26的高度，用来调整整个流速仪位于水中的下沉量；
测速仪水中测速：
由上原理可知，当流速仪在水流作用下使测速仪保持匀速运动时，测速仪与水流保持相对静止，此时测速仪开始测水流的特征；测速装置22为空间螺旋结构且方向与水流相对，在螺旋结构上均匀分布若干测速点，水流沿螺旋结构运动，对螺旋结构面产生压力，测速装置22根据压力测得水流在一段空间中的流速，接着通过测速传感器25将所测得流速数据传输出去。
采用上述结构后，本具体实施方式的有益效果如下：
1、利用流速仪空腔、叶形平衡器的空腔和鱼翼型漂浮器，达到流速仪的漂浮与平衡；
2、利用流速仪空腔上轻下重达到流速仪平衡放置位置的自动调整；
3、利用水流对鱼翼型漂浮器的作用达到流速仪在流体中保持受力平衡，进行匀速运动；
4、利用叶形平衡器保证流速仪增强流速仪浮力的同时，叶形的构造有利于形成漂浮的平稳状态；
5、流速仪中调整锥由于运动的作用产生转动，利用调整锥转动特征进行绕线可知操作。
6、利用流速仪中测速结构在流速仪保持匀速运动时开始测速，测得水流在一段空间中的流速。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种鱼翼型漂浮式流速仪，其特征在于：它包含上部结构、中部结构和下部结构；其中，上部结构包含调整锥固定螺栓(1)、绕线手柄(2)、绕线支撑环(4)、绕线支架(5)、绕线盘线轴(6)、上部挡板(7)、下部挡板(8)、接线耳(9)、绕线中心轴(10)、绕线下轴承(11)、绕线上轴承(12)、绕线支撑轴承(13)；调整锥固定螺栓(1)穿设固定在绕线手柄(2)的顶壁中，绕线手柄(2)为空心结构，且设置于绕线支撑环(4)的内环中，绕线支撑环(4)内嵌设有绕线支撑轴承(13)，绕线支撑轴承(13)内开设有穿线孔(3)，绕线手柄(2)的下端固定有绕线盘线轴(6)，绕线盘线轴(6)的上端一体成型有上部挡板(7)，绕线盘线轴(6)的下端一体成型有下部挡板(8)，且绕线盘线轴(6)的下端侧壁固定有接线耳(9)，绕线中心轴(10)的上下两端利用绕线上轴承(12)、绕线下轴承(11)旋接于绕线盘线轴(6)中，且绕线中心轴(10)与绕线手柄(2)上下贯通设置，绕线支撑环(4)的底表面固定有若干个绕线支架(5)；
上述中部结构包含流速仪空腔(15)、叶形平衡器(16)、叶形平衡器连接杆(17)、鱼翼型漂浮器(18)、漂浮器连接杆(19)、调整锥(26)、调整锥柔性钢丝(27)；上述绕线支架(5)的下端固定在流速仪空腔(15)的顶壁，且流速仪空腔(15)的顶壁开设有通过孔(28)，通过孔(28)与绕线中心轴(10)贯通设置；调整锥(26)悬设于流速仪空腔(15)内，且调整锥(26)的上端连接有调整锥柔性钢丝(27)，调整锥柔性钢丝(27)的上端穿过通过孔(28)、绕线中心轴(10)以及绕线手柄(2)的底壁后，与调整锥固定螺栓(1)连接固定；流速仪空腔(15)由上部的圆柱空腔结构(15-1)和下部的倒锥形空腔结构(15-2)构成，圆柱空腔结构(15-1)的下部一体成型有倒锥形空腔结构(15-2)，位于圆柱空腔结构(15-1)的外壁利用数个叶形平衡器连接杆(17)连接有叶形平衡器(16)，叶形平衡器(16)的下环面上利用漂浮器连接杆(19)对称设有鱼翼型漂浮器(18)；
上述下部结构包含测杆(20)、尾翼(21)、测速装置(22)、连接环(23)、连接杆(24)、测速传感器(25)；连接杆(24)穿设在倒锥形空腔结构(15-2)的下端，且连接杆(24)为空心结构，测杆(20)插设固定在连接杆(24)的下端中，测杆(20)的尾端连接有尾翼(21)，测杆(20)的头端为空心结构，该空心结构与连接杆(24)贯通设置，且该头端利用连接环(23)连接有测速装置(22)，测速装置(22)与测速传感器(25)连接，测速传感器(25)固定在连接杆(24)内。
2.根据权利要求1所述的一种鱼翼型漂浮式流速仪，其特征在于：所述的测速装置(22)为空间螺旋结构，且在螺旋结构上均匀分布若干测速点。
3.根据权利要求1所述的一种鱼翼型漂浮式流速仪，其特征在于：所述的调整锥固定螺栓(1)的上端外环面上开设有螺纹槽(14)。
4.根据权利要求1所述的一种鱼翼型漂浮式流速仪，其特征在于：它的工作原理：
水中调整放置方向及平衡：
流速仪放置于水中后，由于流速仪空腔(15)、叶形平衡器(16)和鱼翼型漂浮器(18)的设计，在浮力作用下自动漂浮于水面；由于流速仪空腔(15)由上部的圆柱空腔结构(15-1)和下部的倒锥形空腔结构(15-2)构成，且侧壁沿着圆周铅垂设计，在下部倒锥形空腔底部的材料密度较大，根据不倒翁原理，底部的重力使流速仪空腔(15)完成流速仪自动在水面的位置调整；同时，由于流速仪空腔(15)呈轴对称设计，叶形平衡器(16)外侧的边界在流速仪位置调整的过程中，与水流进行作用，朝下的叶型面产生向上的推力，向上的叶型面面积较朝下的叶型面小，在水流的作用下产生向下压力，此时向上的推力大于向下的推力，加之向上的推力和向下的推力作用线不过流速仪的中心线，且不共线，两个力在空间上形成与轴有不同夹角的，且大小不等的旋转力矩，因此在这两个旋转力矩的作用下流速仪倾斜方向上产生低速旋转，此旋转为流速仪调整平衡测速方向创造条件，进而加快了流速仪在水中放置位置的调整，即流速仪空腔(15)、叶形平衡器(16)和鱼翼型漂浮器(18)促进流速仪位置调整，最终流速仪的结构设计保持了流速仪在水中的平衡，不倾斜处于正向放置；由于叶形平衡器(16)的位置在流速仪空腔(15)的上部空腔外侧连接，当流速仪在流体中调整好位置后，叶形平衡器(16)以下构造全部浸入流体中，增强了流速仪整体的稳定性；
流速仪在水流作用下，保持相对静止平衡：
利用流体对鱼翼型漂浮器(18)的作用，其水平分力通过对鱼翼型漂浮器(18)的作用，产生一组相互对称的水平合力，这组水平力沿鱼翼型漂浮器(18)轴心相互对称，最后相互抵消，在其与水流垂直方向水流对鱼翼型漂浮器(18)产生沿水流方向的垂直分力；沿水流方向的分力在鱼翼型漂浮器(18)两侧作用的力比作用在空腔和空腔周围的分力要大，因此在鱼翼型漂浮器(18)的末端两侧的水流会在鱼翼型漂浮器(18)与空腔之间发生回流，产生逆水流方向的力,当逆水流方向的力等于垂直分力时，漂浮仪在水流中保持相对静止平衡；
水中绕线：
在水流作用下，由于流速仪整体为轴对称设计，其平衡受到鱼翼型漂浮器(18)、流速仪的尺寸、叶形平衡器(16)的几何空间布置及其尺寸关系因素影响，流速仪中的调整锥(26)由于惯性的作用存在转动，利用调整锥(26)转动进行绕线操作，即将绕线的下端由绕线支撑轴承(13)上的穿线孔(3)向下引出，并绑设在接线耳(9)上，再将该流速仪置于水中，其漂浮于水面，水流对叶形平衡器(16)和鱼翼型漂浮器(18)作用，从而使漂浮仪在水流中保持平衡进行匀速运动，流速仪空腔(15)保持不动，调整锥(26)以一定的角速度旋转的同时，带动绕线卷绕于绕线盘线轴(6)上，通过调整锥柔性钢丝(27)来调节调整锥(26)的高度，用来调整整个流速仪位于水中的下沉量；
测速仪水中测速：
由上原理可知，当流速仪在水流作用下使测速仪保持匀速运动时，测速仪与水流保持相对静止，此时测速仪开始测水流的特征；测速装置(22)为空间螺旋结构且方向与水流相对，在螺旋结构上均匀分布若干测速点，水流沿螺旋结构运动，对螺旋结构面产生压力，测速装置(22)根据压力测得水流在一段空间中的流速，接着通过测速传感器(25)将所测得流速数据传输出去。
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