CN111609894A - 低流量降水井流量计量装置及其计量方法 - Google Patents

低流量降水井流量计量装置及其计量方法 Download PDF

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陆建生
乔华山
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Abstract

一种低流量降水井流量计量装置及其计量方法，涉及基建施工技术领域，该装置包括电磁阀阀组、计数器，及两个容积箱；所述电磁阀阀组具有三个进水口及三个出水口，并且电磁阀阀组有两个工作位；电磁阀阀组的一个进水口接到降水井的外排水水管，另两个进水口分别接到两个容积箱的排水口；电磁阀阀组的一个出水口接到降水井外排水排放点，另两个出水口分别接到两个容积箱的进水口；两个容积箱内都设有液位传感器，通过液位传感器来控制电磁阀阀组切换工作位，及触发计数器计数。本发明提供的装置，特别适合低流量或有断流情况的降水井的流量计量。

Description

低流量降水井流量计量装置及其计量方法
技术领域
本发明涉及基建施工技术，特别是涉及一种低流量降水井流量计量装置及其计量方法的技术。
背景技术
基坑地下水控制中，降水井外排水量的准确计量统计是一项基本工作，可为实时有效的进行基坑地下水控制进行风险分析与风险预判，但目前工程现场的数据统计较为混乱，特别是在软土地区基坑降水过程中，如果降水目的层为粘土层或淤泥质粘土层，或者降水目的层被止水帷幕完全隔断，在这些场景下往往会出现以下几种异常情况：1)降水井出水量较小，往往出现明显的断流现象，外排水中含有大量的气体，使得常规机械式水表、电磁流量计、超声波流量计等计量仪器的计量受到明显的干扰；2)因外排水量低，井内往往会加真空加强抽水效果，使得常规计量水表出现倒转现象，计量数据出现明显的不合理；3)浅部疏干过程中，地下水水质差且含杂质较多，使得常规计量水表短期内出现停转和计量表模糊不清的问题。
上述异常情况发生时，会导致降水井外排水量的计量数据误差较大。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能准确计量低流量或有断流情况的降水井外排水量的低流量降水井流量计量装置及其计量方法。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种低流量降水井的流量计量装置，其特征在于：包括电磁阀阀组、计数器，及两个容积箱；
所述电磁阀阀组具有三个进水口及三个出水口，并且电磁阀阀组有两个工作位；电磁阀阀组的三个进水口分别为第一进水口、第二进水口、第三进水口，电磁阀阀组的三个出水口分别为第一出水口、第二出水口、第三出水口；
所述电磁阀阀组切换至第一工作位时，电磁阀阀组的进水口、出水口的导通方式为：第一进水口与各个出水口相互隔断，第二进水口仅与第二出水口相互导通，第三进水口仅与第一出水口相互导通；
所述电磁阀阀组切换至第二工作位时，电磁阀阀组的进水口、出水口的导通方式为：第一进水口仅与第一出水口相互导通，第二进水口仅与第三出水口相互导通，第三进水口与各个出水口相互隔断；
所述容积箱上设有用于标示箱内水体容量的流量标记尺，容积箱的上端设有进水口，容积箱的下端设有排水口，其中的一个容积箱为第一容积箱，另一个容积箱为第二容积箱；
所述电磁阀阀组的第一进水口接到第一容积箱的排水口，电磁阀阀组的第二进水口接到降水井的外排水水管，电磁阀阀组的第三进水口接到第二容积箱的排水口；
所述电磁阀阀组的第一出水口通过管件接到降水井外排水排放点，电磁阀阀组的第二出水口接到第一容积箱的进水口，电磁阀阀组的第三出水口接到第二容积箱的进水口；
所述第一容积箱、第二容积箱内都设有液位传感器，两个容积箱内的液位传感器的信号输出端口分别接到电磁阀阀组的控制端口，用于控制电磁阀阀组切换工作位，并且第二容积箱内的液位传感器的信号输出端口接到计数器的计数信号输入端口，用于触发计数器计数；
所述第一容积箱内的液位传感器监测到箱内水位达到该液位传感器所在位置时，该液位传感器能输出相应信号至电磁阀阀组的控制端口，从而触发电磁阀阀组切换至第二工作位；
所述第二容积箱内的液位传感器监测到箱内水位达到该液位传感器所在位置时，该液位传感器能输出相应信号至电磁阀阀组的控制端口及计数器的计数信号输入端口，从而触发电磁阀阀组切换至第一工作位，并触发计数器，使得计数器的计数值增加1。
进一步的，还包括远程监测终端、流量采集模块，两个容积箱内都设有水位计；
所述流量采集模块用于采集两个水位计的水位数据，并发送给远程监测终端，流量采集模块的两个数据采集端口分别连接两个水位计的水位数据输出端口，并且流量采集模块通过通信网络连接远程监测终端。
本发明提供的低流量降水井的流量计量装置的计量方法，其特征在于：降水井外排水的总流量计算公式为：
Qt＝Qt-dt+S×(max(H1t-H1t-dt，0)+max(H2t-H2t-dt，0))
式中，Qt为降水井在t时刻的外排水总流量，Qt-dt为降水井在t-dt时刻的外排水总流量，dt为预先设置的水位数据采集间隔时长，S为容积箱的底面积，H1t为第一容积箱在t时刻的水位，H1t-dt为第一容积箱在t-dt时刻的水位，H2t为第二容积箱在t时刻的水位，H2t-dt为第二容积箱在t-dt时刻的水位，max()为取最大值函数。
进一步的，根据降水井外排水的总流量计算结果，进一步计算出降水井外排水的平均流量，计算公式为：
Figure BDA0002565969310000031
式中，
Figure BDA0002565969310000032
为降水井外排水的平均流量，Qt1为降水井外排水在t1时刻的总流量，Qt2为降水井外排水在t2时刻的总流量，t1、t2为两个总流量计量时间点。
本发明提供的低流量降水井流量计量装置及其计量方法，利用流向控制实现两个容积箱的进水转换、定流量排水，并通过计数器、流量标记尺的配合，在低流量或断流情况下均可实现对降水井外排水量的准确计量，同时也可解决气体和杂质对数据的干扰及仪器的损伤，增设远程监测终端、流量采集模块、水位计之后还可以实现对降水井外排水流量的远程监测。
附图说明
图1是本发明第一实施例的低流量降水井流量计量装置的结构示意图；
图2是本发明第二实施例的低流量降水井流量计量装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围，本发明中的顿号均表示和的关系，本发明中的英文字母区分大小写。
如图1所示，本发明第一实施例所提供的一种低流量降水井的流量计量装置，其特征在于：包括电磁阀阀组H1、计数器J1，及两个容积箱U1、U2；
所述电磁阀阀组H1具有三个进水口及三个出水口，并且电磁阀阀组H1有两个工作位；电磁阀阀组的三个进水口分别为第一进水口A1、第二进水口A2、第三进水口A3，电磁阀阀组的三个出水口分别为第一出水口B1、第二出水口B2、第三出水口B3；
所述电磁阀阀组H1切换至第一工作位时，电磁阀阀组的进水口、出水口的导通方式为：第一进水口A1与各个出水口相互隔断，第二进水口A2仅与第二出水口B2相互导通，第三进水口A3仅与第一出水口B1相互导通；
所述电磁阀阀组H1切换至第二工作位时，电磁阀阀组的进水口、出水口的导通方式为：第一进水口A1仅与第一出水口B1相互导通，第二进水口A2仅与第三出水口B3相互导通，第三进水口A3与各个出水口相互隔断；
所述容积箱上设有用于标示箱内水体容量的流量标记尺L1，容积箱的上端设有进水口，容积箱的下端设有排水口，其中的一个容积箱为第一容积箱U1，另一个容积箱为第二容积箱U2；
所述电磁阀阀组的第一进水口A1接到第一容积箱U1的排水口，电磁阀阀组的第二进水口A2接到降水井的外排水水管，电磁阀阀组的第三进水口A3接到第二容积箱U2的排水口；
所述电磁阀阀组的第一出水口B1通过管件接到降水井外排水排放点，电磁阀阀组的第二出水口B2接到第一容积箱U1的进水口，电磁阀阀组的第三出水口B3接到第二容积箱U2的进水口；
所述第一容积箱U1内设有液位传感器P1，第二容积箱U2内设有液位传感器P2，两个容积箱内的液位传感器P1、P2的信号输出端口分别接到电磁阀阀组H1的控制端口，用于控制电磁阀阀组H1切换工作位，并且第二容积箱内的液位传感器P2的信号输出端口接到计数器J1的计数信号输入端口，用于触发计数器J1计数；
所述第一容积箱内的液位传感器P1监测到箱内水位达到该液位传感器所在位置时，该液位传感器能输出相应信号至电磁阀阀组H1的控制端口，从而触发电磁阀阀组H1切换至第二工作位；
所述第二容积箱内的液位传感器P2监测到箱内水位达到该液位传感器所在位置时，该液位传感器能输出相应信号至电磁阀阀组H1的控制端口及计数器J1的计数信号输入端口，从而触发电磁阀阀组H1切换至第一工作位，并触发计数器J1，使得计数器J1的计数值增加1。
本发明第一实施例中，所述电磁阀阀组由一个一进二出的电磁换向阀及一个二进一出的电磁换向阀组成，本发明其它实施例中，电磁阀阀组也可以采用其它电磁阀的组合。
本发明第一实施例的计量方法如下：
初始状态下，电磁阀阀组H1处于第一工作位，第一容积箱U1、第二容积箱U2均为空箱，此时降水井的外排水通过外排水水管，依次流经电磁阀阀组的第二进水口A2、第二出水口B2后进入第一容积箱U1；
当第一容积箱U1内的水位到达液位传感器P1所在位置时，液位传感器P1输出相应信号触发电磁阀阀组H1切换至第二工作位；
电磁阀阀组H1切换至第二工作位后，第一容积箱U1内的水开始排出，依次流经电磁阀阀组的第一进水口A1、第一出水口B1后，通过管件排放到降水井外排水排放点；
电磁阀阀组H1切换至第二工作位后，降水井的外排水通过外排水水管，依次流经电磁阀阀组的第二进水口A2、第三出水口B3后进入第二容积箱U2；
当第二容积箱U2内的水位到达液位传感器P2所在位置时，第一容积箱U1内的水也已排空，此时液位传感器P2输出相应信号触发电磁阀阀组H1切换至第一工作位，并触发计数器J1，使得计数器J1的计数值增加1；
计数器J1的计数值每增加1，代表当前的计量周期结束，也代表下一个计量周期的开始，降水井在单个计量周期内的外排水流量为两个容积箱的容量之和，容积箱的容量是指箱内水体到达液位传感器所在位置时的水体容积；
降水井在整个计量期间的外排水总流量为：Q＝N×V+Vt；
式中，Q为降水井的外排水总流量，N为计数器的计数值，V为两个容积箱的容量之和；
如果电磁阀阀组H1处于第一工作位，则Vt为流量标记尺所标示的第一容积箱内的水体容量，如果电磁阀阀组H1处于第二工作位，则Vt为流量标记尺所标示的第二容积箱内的水体容量。
如图2所示，本发明第二实施例与第一实施例的区别在于：第二实施例中，还包括远程监测终端M1、流量采集模块M2，在第一容积箱U1内设有水位计P3，第二容积箱U2内设有水位计P4；
所述流量采集模块M2用于采集两个水位计P3、P4的水位数据，并发送给远程监测终端M1，流量采集模块M2的两个数据采集端口分别连接两个水位计P3、P4的水位数据输出端口，并且流量采集模块M2通过通信网络连接远程监测终端M1。
本发明第二实施例中，所述水位计、远程监测终端、流量采集模块均为现有技术，远程监测终端采用的是计算机，流量采集模块可以采用具有通信功能的数据采集板。
本发明第二实施例相比第一实施例，可实现对降水井外排水流量的远程监测，远程监测时由于无法察看流量标记尺，降水井外排水的总流量、可通过计算得到，计算公式为：
Qt＝Qt-dt+S×(max(H1t-H1t-dt，0)+max(H2t-H2t-dt，0))
式中，Qt为降水井在t时刻的外排水总流量，Qt-dt为降水井在t-dt时刻的外排水总流量，dt为预先设置的水位数据采集间隔时长，S为容积箱的底面积，H1t为第一容积箱在t时刻的水位，H1t-dt为第一容积箱在t-dt时刻的水位，H2t为第二容积箱在t时刻的水位，H2t-dt为第二容积箱在t-dt时刻的水位，max()为取最大值函数。
根据降水井外排水的总流量计算结果，可进一步计算出降水井外排水的平均流量，计算公式为：
Figure BDA0002565969310000071
式中，
Figure BDA0002565969310000072
为降水井外排水的平均流量，Qt1为降水井外排水在t1时刻的总流量，Qt2为降水井外排水在t2时刻的总流量，t1、t2为两个总流量计量时间点，t1-t2为t1、t2两个计量时间点之间的时间差。

Claims (5)

1.一种低流量降水井的流量计量装置，其特征在于：包括电磁阀阀组、计数器，及两个容积箱；
所述电磁阀阀组具有三个进水口及三个出水口，并且电磁阀阀组有两个工作位；电磁阀阀组的三个进水口分别为第一进水口、第二进水口、第三进水口，电磁阀阀组的三个出水口分别为第一出水口、第二出水口、第三出水口；
所述电磁阀阀组切换至第一工作位时，电磁阀阀组的进水口、出水口的导通方式为：第一进水口与各个出水口相互隔断，第二进水口仅与第二出水口相互导通，第三进水口仅与第一出水口相互导通；
所述电磁阀阀组切换至第二工作位时，电磁阀阀组的进水口、出水口的导通方式为：第一进水口仅与第一出水口相互导通，第二进水口仅与第三出水口相互导通，第三进水口与各个出水口相互隔断；
所述容积箱上设有用于标示箱内水体容量的流量标记尺，容积箱的上端设有进水口，容积箱的下端设有排水口，其中的一个容积箱为第一容积箱，另一个容积箱为第二容积箱；
所述电磁阀阀组的第一进水口接到第一容积箱的排水口，电磁阀阀组的第二进水口接到降水井的外排水水管，电磁阀阀组的第三进水口接到第二容积箱的排水口；
所述电磁阀阀组的第一出水口通过管件接到降水井外排水排放点，电磁阀阀组的第二出水口接到第一容积箱的进水口，电磁阀阀组的第三出水口接到第二容积箱的进水口；
所述第一容积箱、第二容积箱内都设有液位传感器，两个容积箱内的液位传感器的信号输出端口分别接到电磁阀阀组的控制端口，用于控制电磁阀阀组切换工作位，并且第二容积箱内的液位传感器的信号输出端口接到计数器的计数信号输入端口，用于触发计数器计数；
所述第一容积箱内的液位传感器监测到箱内水位达到该液位传感器所在位置时，该液位传感器能输出相应信号至电磁阀阀组的控制端口，从而触发电磁阀阀组切换至第二工作位；
所述第二容积箱内的液位传感器监测到箱内水位达到该液位传感器所在位置时，该液位传感器能输出相应信号至电磁阀阀组的控制端口及计数器的计数信号输入端口，从而触发电磁阀阀组切换至第一工作位，并触发计数器，使得计数器的计数值增加1。
2.根据权利要求1所述的低流量降水井的流量计量装置，其特征在于：所述容积箱上设有用于标示箱内水体容量的流量标记尺。
3.根据权利要求1所述的低流量降水井的流量计量装置，其特征在于：还包括远程监测终端、流量采集模块，两个容积箱内都设有水位计；
所述流量采集模块用于采集两个水位计的水位数据，并发送给远程监测终端，流量采集模块的两个数据采集端口分别连接两个水位计的水位数据输出端口，并且流量采集模块通过通信网络连接远程监测终端。
4.根据权利要求3所述的低流量降水井的流量计量装置的计量方法，其特征在于：降水井外排水的总流量计算公式为：
Qt＝Qt-dt+S×(max(H1t-H1t-dt，0)+max(H2t-H2t-dt，0))
式中，Qt为降水井在t时刻的外排水总流量，Qt-dt为降水井在t-dt时刻的外排水总流量，dt为预先设置的水位数据采集间隔时长，S为容积箱的底面积，H1t为第一容积箱在t时刻的水位，H1t-dt为第一容积箱在t-dt时刻的水位，H2t为第二容积箱在t时刻的水位，H2t-dt为第二容积箱在t-dt时刻的水位，max()为取最大值函数。
5.根据权利要求3所述的低流量降水井的流量计量装置的计量方法，其特征在于：根据降水井外排水的总流量计算结果，进一步计算出降水井外排水的平均流量，计算公式为：
Figure FDA0002565969300000031
式中，
Figure FDA0002565969300000032
为降水井外排水的平均流量，Qt1为降水井外排水在t1时刻的总流量，Qt2为降水井外排水在t2时刻的总流量，t1、t2为两个总流量计量时间点。
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