CN111730980B - 新型水下示踪储墨器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型水下示踪储墨器。本发明包括储墨器、稀释喷嘴，储墨器、稀释喷嘴通过PU管相连，储墨器内部含有示踪剂并依靠记忆合金拉力的作用导出示踪剂，储墨器上端的出墨孔有一单向阀防止水倒流进储墨器，储墨器的出墨孔通过PU管接入稀释喷嘴的输入端，稀释喷嘴装有用于稀释高浓度示踪剂的小型螺旋桨机，并将稀释后的示踪剂从输出端排出用于大坝裂缝检测。本发明结构紧凑，控制简单，通过整个装置，可轻易实现在水下大坝坝体的裂缝检测。
Description
技术领域
本发明属于水下喷墨装置领域，具体涉及一种新型水下示踪储墨器。
背景技术
水库大坝在使用一段时间后，由于水流冲刷和自身重量的影响，有可能会使得坝体浸入水下的部分产生裂缝而造成渗漏，严重渗漏会对大坝安全造成严重影响。对裂缝的定期检测并处理是必不可少的措施。
传统查漏方式是潜水员携带与加压设备连接的管道潜入水中，一旦发现危险点，即可打开阀门，同时使岸上的加压设备启动将示踪剂通过高压打入目标点，目标点附近水域会被染色。若存在裂缝，裂缝内外压差会迫使染色后水体流入裂缝内，从而观察到裂缝位置。
传统查漏方式的缺点如下：
1)需要雇佣潜水员，潜水员的雇佣价格昂贵，且潜水员下潜深度有限，仅30-50m水深。
2)潜水员需要携带管道下去，若距离较长，则管道也会很长，携带麻烦、重量大。
3)需要与岸上人员协同合作，通讯麻烦。
发明内容
为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种新型水下示踪储墨器，可以方便的在水下进行示踪检测。
本发明所采用的技术方案如下：
一、一种新型水下示踪储墨器
储墨器包括由上至下依次同轴连接的端盖、挡板和风箱，端盖中心设有凸台，凸台为与端盖中心上下贯通的中空结构，凸台内侧面的中部径向延伸出一圈凸缘，凸缘中心开孔；
凸缘和挡板围成的空腔内设置有弹簧和活塞组成的单向阀，活塞下端抵住挡板中心开有的通孔，活塞上端和凸缘下端之间连接有被压缩的弹簧；
风箱为上端开口、下端封闭的伸缩结构，用于存储示踪剂，风箱开口处设有与挡板边缘上下对接的环形安装板，风箱周侧面由呈波纹状布置的风管组成；挡板和风箱之间的空腔沿周向均布有多根记忆合金丝，记忆合金丝上下两端通过环形螺栓分别与挡板下端和风箱底部相连。
储墨器通过PU管与稀释喷嘴相连，所述稀释喷嘴包括喷头、上盖、中盖、螺旋桨机和下盖，上盖、中盖和下盖均为中空的套筒结构，喷头通过螺栓连接到上盖上端面，上盖通过中盖与下盖同轴固定相连；喷头为喇叭口结构，喷头上端小口作为喷嘴，喷头下端面靠近边缘位置处设有环形凸台，环形凸台外侧面与上盖内侧面贴合密封连接；上盖两侧均开有一侧孔，下盖底部开有用于水流进入的圆孔；螺旋桨机机体位于上盖和中盖围成的空腔内，螺旋桨机机体通过三个穿过中盖侧壁径向布置的固定螺钉安装于中盖内侧面，螺旋桨机的桨轴朝下，且桨轴上安装的桨叶位于下盖空腔内，与螺旋桨机相连的螺旋桨机电线穿过上盖一侧开有的侧孔与电控设备相连；所述PU管一端与端盖中心的凸台上端相连，PU管另一端伸入至稀释喷嘴上盖另一侧开有的侧孔。
下盖底部的圆孔大小与喷嘴的通孔大小相近，防止螺旋桨机快速旋转对外部水流造成大范围的旋涡影响，避免对装置整体的控制产生干涉。喷头环形凸台的外侧面与上盖的内侧面之间安装有橡胶密封圈，上盖与中盖的接触面、上盖与中盖的接触面均安装有橡胶密封圈。所述喷头设计成圆台形式便于高浓度示踪剂的充分混合稀释，增加出口排出流速。
电源的正负极通过防水接头引入风箱内部后分别与记忆合金丝上下两端接触，并通过电控设备控制电流的通断。记忆合金丝在低温可以被拉长，通电后可以缩短，以起到压缩风箱的作用。
风箱开口处的环形安装板下端面呈周向均布有多根限制风箱左右移动的铜柱，铜柱位于风箱周侧方。
所述风管采用可拉伸的PU聚氨酯材质。
所述活塞直径大于挡板中心的通孔孔径。
所述挡板的下表面和风箱的环形安装板之间通过O型密封圈实现密封。
风箱开口处的环形安装板、挡板、端盖的边缘处均开有多个同轴的螺纹孔，风箱、挡板、端盖通过插装于螺纹孔的螺栓同轴连接。
挡板中心的通孔与端盖凸缘中心的孔为同轴孔。
二、采用上述新型水下示踪储墨器的使用方法
包括以下步骤：
步骤1)取下储墨器端盖，朝拉伸后的风箱空腔内注射示踪剂，直至示踪剂与风箱上端面平齐停止注射；
步骤2)将储墨器与稀释喷嘴组成的喷墨示踪装置搭载于潜水器潜入水下工作，通过潜水器探测到大坝危险点时，连通记忆合金丝上下端的正负极，记忆合金丝在通电后收缩的同时带动风箱收缩，活塞在风箱空腔内示踪剂的压力作用下从挡板通孔内被顶出，示踪剂依次经挡板通孔、凸台空腔、PU管流入稀释喷嘴；
步骤3)打开螺旋桨机使其旋转，流入稀释喷嘴的示踪剂与水在桨叶作用下进行充分搅拌后，从稀释喷嘴的喷嘴排出大量稀释后的示踪剂。
示踪剂为食用色素赤鲜红，风箱内的示踪剂为高浓度的示踪剂，流入稀释喷嘴的示踪剂被稀释为低浓度的示踪剂。
所述活塞与弹簧采用刚性材料或软性材料，软性材料如压缩软囊等。
当使用不同尺寸的记忆合金丝以及不同的电流时，记忆合金丝对风箱底部产生的拉力大小不同。
所述记忆合金丝在低温下被拉长，当通电时会缩短，控制通电时长即可控制金属丝缩短量，从而控制排出示踪剂的量。
由于储墨器和喷头在水下位于同一高度，所以储墨器与喷头受到的水压近似相等，并且单向阀使得水不会倒流到储墨器中，连接储墨器与喷头的PU管内的示踪剂在两端受到的水压相抵消的情况下仅受到记忆合金丝拉力的作用，因此本发明在具体实施时与水深和水压无关。
本发明的有益效果：
1)本发明体积较小，重量较轻，操作方便且效率高，只需携带高度浓缩的示踪剂下水，其稀释所用的水为外界的水，所以少量浓缩后的示踪剂在经过与外界水混合稀释后仍能产生大量稀释后的染色水。
2)本发明具备深水作业能力，能够抵抗2.5MPa的外部水压，且使用时不受水深即外部水压的影响。
3)本发明没有外部框架限制，可以根据水下设备留有的空间来设置示踪剂的体积，灵活性高，并且当示踪剂减少时，储墨器的体积也会减少。
4)本发明安装和注入浓示踪液的操作简单，可以单人操作，提高该装置的使用便捷性。
5)本发明无需电磁阀进行控制示踪液的喷出，质量大大减小。
6)本发明为独立设备，可以搭载于潜水器等水下机器人工作，仅需通过电控控制记忆合金丝的通断电与螺旋桨机的转与停，即可实现大坝坝体裂缝检测的示踪手段。
附图说明
图1为本发明的总体连接图。
图2为本发明储墨器的结构示意图。
图3为本发明稀释喷嘴的结构示意图。
图4为本发明折叠风箱的结构示意图。
图中：1、储墨器；2、稀释喷嘴；3、弹簧；4、活塞；5、O型密封圈；6、风箱；7、记忆合金丝；8、端盖；9、挡板；10、示踪剂；11、喷头；12、上盖；13、螺旋桨机电线；14、中盖；15、下盖；16、橡胶密封圈；17、PU管；18、固定螺钉；19、螺旋桨机；20、铜柱。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明包括储墨器1和稀释喷嘴2，储墨器1和稀释喷嘴2依次通过PU管17相连，PU管17一端与端盖8中心设有的凸台相连，PU管17另一端伸入至稀释喷嘴2上盖12另一侧开有的侧孔。
如图2所示，储墨器1包括端盖8、活塞4、弹簧3、挡板9、密封圈5、风箱6以及记忆合金丝7，端盖8中心位置开有上下贯穿的通孔，通孔内设有一个内凸缘，内凸缘下台阶作为用于支撑弹簧3的凸肩，弹簧3末端安装有一个活塞4，其直径大于挡板9中心的通孔孔径，弹簧3始终处于压缩状态，挡板9中间开有一个通孔，挡板9与风箱6同轴，并且挡板9的下表面和风箱6的上表面用O型密封圈5进行密封连接，记忆合金丝7一端用环形螺钉固定在风箱6下表面，另一端用环形螺钉固定在挡板9下表面，通过防水接头将电源正负极引入到风箱6内部并且与记忆合金丝7两端接触，记忆合金丝7连接到电控设备。挡板9下表面、活塞4以及风箱6围成的空腔内装有示踪剂10，最后在风箱6周侧方周向均布多根限制风箱6左右运动的铜柱20。
如图3所示，稀释喷嘴2包括喷头11、上盖12、中盖14、螺旋桨机19和下盖15，上盖12、中盖14和下盖15均为中空的套筒结构，喷头11通过螺栓连接到上盖12上端面，上盖12通过中盖14与下盖15同轴固定相连；喷头11为喇叭口结构，喷头11上端小口作为喷嘴，喷头11下端面靠近边缘位置处设有环形凸台，环形凸台外侧面与上盖12内侧面贴合密封连接；上盖12两侧均开有一侧孔，下盖15底部开有用于水流进入的圆孔；螺旋桨机19机体位于上盖12和中盖14围成的空腔内，螺旋桨机19机体通过三个穿过中盖14侧壁径向布置的固定螺钉18安装于中盖14内侧面，螺旋桨机19的桨轴朝下，且桨轴上安装的桨叶位于下盖15空腔内，与螺旋桨机19相连的螺旋桨机19电线13穿过上盖12一侧开有的侧孔与电控设备相连。下盖15底部的圆孔大小与喷嘴2的通孔大小相近，防止螺旋桨机19快速旋转对外部水流造成大范围的旋涡影响，避免对机器人整体的控制产生干涉。喷头11环形凸台的外侧面与上盖12的内侧面之间安装有橡胶密封圈16，上盖12与中盖14的接触面、上盖12与中盖14的接触面均安装有橡胶密封圈16。
如图4所示，风箱6是一个一端闭合一端张开的管路结构，周侧面的波纹状结构是PU聚氨酯材质的风管，该风箱可以在一定长度范围内自由伸缩，用于作为存储示踪剂的容器，该设计可以大大减小储墨器的体积，并且当记忆合金丝7收缩时，风箱6长度也会随之缩短。
具体实施例：
在岸上安装储墨器1并储存示踪剂10的安装步骤如下：将记忆合金丝7的一端连接在风箱6底部内表面的环形螺钉上，将风箱6压扁，另一端与挡板9下表面的环形螺钉相连，并把电源的正负极引到记忆金属丝两端，将风箱6和挡板9的安装孔对齐，并在风箱6和挡板9之间安装O型密封圈5，将风箱6拉伸到一定长度，往空腔里面注射示踪剂10，待示踪剂10与风箱6上表面平齐的时候，停止注射。将弹簧3和活塞4安装到端盖8凸缘和挡板9围成的空腔内，将凸缘的中心孔与挡板9的通孔对齐，用螺栓和螺母将风箱6、挡板9和端盖8紧固。连通正负极，使记忆合金丝7收缩直至储墨器1上端端口有示踪液溢出停止通电。将PU管17一端安装在储墨器1端口上，另一端安装在接入稀释喷嘴2上盖12侧边开有的侧孔。如示踪液用完，只需要将端盖取下，用注射器重新注入即可，不需要将整个机构全部拆卸。
将整体装置搭载于潜水器潜入水下开始工作，当岸上工作人员通过潜水器发现大坝危险点时，通过电控装置给记忆合金丝7通电，使少量高浓度示踪剂10流入稀释喷嘴2，打开螺旋桨机19使其旋转，螺旋桨机旋转带动空腔内水流搅动从而使流入空腔内较高浓度的示踪剂被混合稀释成较低浓度的示踪剂，从喷头11的喷嘴排出大量稀释后的示踪剂10，然后再关闭螺旋桨机19即可。
Claims (10)
1.一种水下示踪储墨器，其特征在于：储墨器(1)包括由上至下依次同轴连接的端盖(8)、挡板(9)和风箱(6)，端盖(8)中心设有凸台，凸台为与端盖(8)中心上下贯通的中空结构，凸台内侧面的中部径向延伸出一圈凸缘，凸缘中心开孔；
凸缘和挡板(9)围成的空腔内设置有弹簧(3)和活塞(4)，活塞(4)下端抵住挡板(9)中心开有的通孔，活塞(4)上端和凸缘下端之间连接有被压缩的弹簧(3)；
风箱(6)为上端开口、下端封闭的伸缩结构，用于存储示踪剂(10)，风箱(6)开口处设有与挡板(9)边缘上下对接的环形安装板，风箱(6)周侧面由呈波纹状布置的风管组成；挡板(9)和风箱(6)之间的空腔沿周向均布有多根记忆合金丝(7)，记忆合金丝(7)上下两端通过环形螺栓分别与挡板(9)下端和风箱(6)底部相连。
2.根据权利要求1所述的一种水下示踪储墨器，其特征在于，储墨器(1)通过PU管(17)与稀释喷嘴(2)相连，所述稀释喷嘴(2)包括喷头(11)、上盖(12)、中盖(14)、螺旋桨机(19)和下盖(15)，上盖(12)、中盖(14)和下盖(15)均为中空的套筒结构，喷头(11)通过螺栓连接到上盖(12)上端面，上盖(12)通过中盖(14)与下盖(15)同轴固定相连；喷头(11)为喇叭口结构，喷头(11)上端小口作为喷嘴，喷头(11)下端面靠近边缘位置处设有环形凸台，环形凸台外侧面与上盖(12)内侧面贴合密封连接；上盖(12)两侧均开有一侧孔，下盖(15)底部开有用于水流进入的圆孔；螺旋桨机(19)机体位于上盖(12)和中盖(14)围成的空腔内，螺旋桨机(19)机体通过三个穿过中盖(14)侧壁径向布置的固定螺钉(18)安装于中盖(14)内侧面，螺旋桨机(19)的桨轴朝下，且桨轴上安装的桨叶位于下盖(15)空腔内，与螺旋桨机(19)相连的螺旋桨机(19)电线(13)穿过上盖(12)一侧开有的侧孔与电控设备相连；所述PU管(17)一端与端盖(8)中心的凸台上端相连，PU管(17)另一端伸入至稀释喷嘴(2)上盖另一侧开有的侧孔。
3.根据权利要求1所述的一种水下示踪储墨器，其特征在于，电源的正负极通过防水接头引入风箱(6)内部后分别与记忆合金丝(7)上下两端接触，并通过电控设备控制电流的通断。
4.根据权利要求1所述的一种水下示踪储墨器，其特征在于，风箱(6)开口处的环形安装板下端面呈周向均布有多根限制风箱(6)左右移动的铜柱(20)，铜柱(20)位于风箱(6)周侧方。
5.根据权利要求1所述的一种水下示踪储墨器，其特征在于，所述风管采用可拉伸的PU聚氨酯材质。
6.根据权利要求1所述的一种水下示踪储墨器，其特征在于，所述活塞(4)直径大于挡板(9)中心的通孔孔径。
7.根据权利要求1所述的一种水下示踪储墨器，其特征在于，所述挡板(9)的下表面和风箱(6)的环形安装板之间通过O型密封圈(5)实现密封。
8.根据权利要求1所述的一种水下示踪储墨器，其特征在于，风箱(6)开口处的环形安装板、挡板(9)、端盖(8)的边缘处均开有多个同轴的螺纹孔，风箱(6)、挡板(9)、端盖(8)通过插装于螺纹孔的螺栓同轴连接。
9.采用权利要求1～8任一所述的水下示踪储墨器的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)取下储墨器(1)端盖(8)，朝拉伸后的风箱(6)空腔内注射示踪剂(10)，直至示踪剂(10)与风箱(6)上端面平齐停止注射；
步骤2)将储墨器(1)与稀释喷嘴(2)组成的喷墨示踪装置搭载于潜水器潜入水下工作，通过潜水器探测到大坝危险点时，连通记忆合金丝(7)上下端的正负极，记忆合金丝(7)在通电后收缩的同时带动风箱(6)收缩，活塞(4)在风箱(6)空腔内示踪剂(10)的压力作用下从挡板(9)通孔内被顶出，示踪剂(10)依次经挡板(9)通孔、凸台空腔、PU管(17)流入稀释喷嘴(2)；
步骤3)打开螺旋桨机(19)使其旋转，流入稀释喷嘴(2)的示踪剂(10)与水在桨叶作用下进行充分搅拌后，从稀释喷嘴(2)的喷嘴排出大量稀释后的示踪剂(10)。
10.根据权利要求9所述的水下示踪储墨器的使用方法，其特征在于，示踪剂(10)为食用色素赤鲜红，风箱(6)内的示踪剂(10)为高浓度的示踪剂，流入稀释喷嘴(2)的示踪剂(10)被稀释为低浓度的示踪剂。
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