CN113063476B - 运载装置及其运载水下淤积层表面探测仪器的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于水下淤积层表面探测仪器的运载装置，包括运载器和配重装置，运载器包括从下往上一体的圆柱体、圆锥体和挂环，圆柱体和圆锥体的内部纵向镂空开设有用于放置所述探测仪器的容纳腔，圆柱体和圆锥体的侧壁内灌铅并密封，贯穿圆柱体的侧壁开设有螺孔，螺孔配设有用于固定探测仪器的螺栓。本发明能够通过合理设定，既保护探测仪器不易在水中受到损坏，又使运载装置，能够始终贴浮在淤积层上表面，既不漂浮又不会陷入淤积层，为精确测量淤积层厚度工作打好基础。

Description

运载装置及其运载水下淤积层表面探测仪器的应用

技术领域

本发明涉及水利技术领域，尤其涉及用于水下淤积层表面探测仪器的运载装置。

背景技术

在多泥沙河流中，河底会因流速变化而产生淤积，探测出淤积形态从而获得真实的河道过水断面，有助于相关水文水资源工作更好的开展。通常横断面测量有二种方法，第一种是实地丈量法，即从中桩开始向横断面两侧用两把直尺垂直相交地量出线上各点的间距和高差，整理数据绘成横断面，这种方法要求施测人员必须到达断面上各特征点。第二种方法是实地丈量结合全站仪测量。在地势平坦易于行走的地方采用实地丈量法，其他地方则采用全站仪测量，后者的优点是省时省物力，解决了高边坡上施测人员无法丈量断面的问题。其存在两个问题：1.无法实现含淤渠道淤积形态的自动化精确计量。2.无法实时监测淤积变化情况。

实际工作中，需要将探测仪器的位置保持在淤积层的上表面，既不能漂浮又不能陷入淤积层，此外，探测仪器不能在流体中受到损坏，所以需要一个能够保持其位置并保护探测仪器的运载装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于水下淤积层表面探测仪器的运载装置及其制造方法，能够通过合理设定配重器的流体阻力系数和重量，使运载器在牵引绳的牵引下，能够始终贴浮在淤积层上表面，既不漂浮又不会陷入淤积层，为精确测量淤积层厚度工作打好基础。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：用于水下淤积层表面探测仪器的运载装置，包括牵引绳、运载器和配重装置，运载器包括从下往上一体成型的圆柱体、圆锥体和挂环，牵引绳绑在挂环上，圆柱体和圆锥体的内部纵向镂空开设有用于放置所述探测仪器的容纳腔，圆柱体和圆锥体的侧壁内灌铅并密封，贯穿圆柱体的侧壁开设有螺孔，螺孔配设有用于固定探测仪器的螺栓，其结构中还包括配重装置。

作为本发明的一种优选技术方案，配重装置包括至少1个配重环，所述圆柱体的底部与最上方配重环的顶部之间、相邻配重环之间均为螺纹连接。

作为本发明的一种优选技术方案，所述配重环为圆环形，配重环的内径等于所述圆柱体的内径，配重环的外径等于所述圆柱体的外径。

作为本发明的一种优选技术方案，所述配重环的侧壁开设有螺孔，螺孔配设有用于固定所述探测仪器的螺栓。

作为本发明的一种优选技术方案，所述螺孔为三个，螺孔位于同一水平面内，螺孔均匀开设。

作为本发明的一种优选技术方案，所述配重装置包括3-5个铅条，铅条贴在所述运载器的外壁并通过钢箍固定。

作为本发明的一种优选技术方案，所述铅条外侧与所述钢箍相对的位置设置凹陷。

作为本发明的一种优选技术方案，所述探测仪器为压力式水位计。

运载装置的制造方法，包括以下步骤：

S1，在流体中测量运载器的流体阻力系数C；

S2，计算运载器的质量，计算公式为：m＝[(CAρv²tana)/2g+ρV](1)式中：m为运载器的质量，C为运载器在流体中的流体阻力系数，A为运载器垂直于流体流动方向上的投影面积，ρ为流体密度，v为流体相对于运载装置的流速，a为牵引绳与水平面的夹角，tan为正切函数，V为运载器的体积；

S3，通过灌铅或者安装配重装置来调节运载装置的实际质量，使运载装置的实际质量大于S2计算出来的运载器质量m但小于等于m的1.05倍。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明能够通过合理设定配重器的流体阻力系数和重量，使运载器在牵引绳的牵引下，能够始终贴浮在淤积层上表面，既不漂浮又不会陷入淤积层，为精确测量淤积层厚度工作打好基础。运载装置的制造方法基于流体力学进行受力分析，并结合牵引绳牵引走航的特定工况进行计算方法的探索，计算公式为制造运载装置做好理论基础。本发明的结构特点是上端尖而且下端较平整，上端尖能够减小流体阻力系数，降低漂浮的可能性，下端平整能够防止陷入淤泥层中。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明第一种具体实施方式的立体图。

图2是本发明第一种具体实施方式的剖视图。

图3是本发明第二种具体实施方式的立体图。

图4是本发明第二种具体实施方式的剖视图。

图5是本发明第三种具体实施方式的立体图。

图6本发明的受力分析图。

具体实施方式

首先参看图1-2所示的第一种具体实施方式，用于水下淤积层表面探测仪器的运载装置，包括牵引绳、运载器和配重装置，运载器包括从下往上一体成型的圆柱体1、圆锥体2和挂环3，牵引绳绑在挂环3上，圆柱体1和圆锥体2的内部纵向镂空开设有用于放置所述探测仪器的容纳腔4，圆柱体1和圆锥体2的侧壁内灌铅并密封，贯穿圆柱体1的侧壁开设有螺孔5，螺孔5配设有用于固定探测仪器的螺栓。

所述螺孔5为三个，螺孔5位于同一水平面内，螺孔5均匀开设。螺栓穿入螺孔5并顶紧探测仪器，将探测仪器固定在容纳腔4内。

所述探测仪器为压力式水位计。压力式水位计可以测量淤积层位置的水深，总深度减去水深度即可得到淤积层厚度。

第一种具体实施方式通过在圆柱体1和圆锥体2的侧壁内灌铅来配重。该方式不影响流体阻力系数，但是一旦制造完成，就很难改变运载器的质量，适用于流体性质、流速都稳定的工况。

然后参看图3-4所示的第二种具体实施方式，配重装置包括至少1个配重环6，所述圆柱体1的底部与最上方配重环6的顶部之间、相邻配重环6之间均为螺纹连接。

所述配重环6为圆环形，配重环6的内径等于所述圆柱体1的内径，配重环6的外径等于所述圆柱体1的外径。上下统一内外径，减小配重环6对流体阻力系数的影响。

所述配重环6的侧壁开设有螺孔5，螺孔5配设有用于固定所述探测仪器的螺栓。

第二种具体实施方式通过配重环5来配重，一定程度会影响其流体阻力系数，但是通过匹配不同数量的配重环5，能够方便快捷地改变运载器质量，适用于流体的性质、流速经常改变的工况。

单独参看附图5所示的第三种具体实施方式，所述配重装置包括3个铅条7，铅条7贴在所述运载器的外壁并通过钢箍8固定。铅条7固定在运载器外壁，能够防止运载器在移动过程中发生滚动。

所述铅条7外侧与所述钢箍8相对的位置设置凹陷。凹陷能够防止钢箍8滑动或脱落，使固定更加稳固。

最后单独参看附图6所示的受力分析图，运载装置的制造方法中核心技术是计算运载器的重量。

首先所述牵引绳的拉力F在水平方向上的分力Fcosa等于流体对运载器的阻力f，后者的计算公式为

f＝(CAρv²)/2 (2)

因此可得公式

Fcosa＝(CAρv²)/2 (3)

然后，运载器的重力G等于牵引绳的拉力F在竖直方向上的分力Fsina与运载器在流体中的浮力F_浮＝ρgV之和，即公式G＝mg＝Fsina+ρgV (4)将公式(2)和公式(3)代入公式(4)即可得到公式

m＝[(CAρv²tana)/2g+ρV] (1)。式中：m为运载器的质量，C为运载器在流体中的流体阻力系数，A为运载器垂直于流体流动方向上的投影面积，ρ为流体密度，v为流体相对于运载装置的流速，a为牵引绳与水平面的夹角，tan为正切函数，V为运载器的体积。

最后，通过灌铅或者安装配重装置来调节运载装置的实际质量，使运载装置能够在牵引绳的拖动下，始终保持河道淤积层上表面运动，既不会漂浮也不会陷入淤积层。通过多次实验数据得出，当运载装置的实际质量大于计算出来的运载器质量m但小于等于m的1.05倍时，能够满足上述要求。

Claims (6)

1.运载装置，包括运载器和配重装置，运载器从下往上包括一体的圆柱体、圆锥体和挂环，圆柱体和圆锥体的内部纵向镂空开设有用于放置探测仪器的容纳腔，圆柱体和圆锥体的侧壁内灌铅并密封，贯穿圆柱体的侧壁开设有第一螺孔，第一螺孔配设有用于固定探测仪器的螺栓，通过设定运载装置的流体阻力系数和重量，使运载器在牵引绳的牵引下，能够始终贴浮在淤积层上表面，既不漂浮又不会陷入淤积层；

该运载装置的质量大于计算质量m且小于等于1.05m，m=[（CAρv²tana）/2g+ρV]

式中： C为运载器在流体中的流体阻力系数，A为运载器垂直于流体流动方向上的投影面积，ρ为流体密度，v为流体相对于运载装置的流速，a为运载器牵引绳与水平面的夹角，tan为正切函数，V为运载器的体积；

所述配重装置包括至少1个配重环或3-5个铅条，运载器所述圆柱体的底部与所述配重环的连接方式为螺纹连接；当配重环数量＞1时，相邻配重环之间的连接方式均为螺纹连接；铅条固定在所述运载器的外壁并可通过钢箍固定；

所述探测仪器为压力式水位计。

2.如权利要求1所述的运载装置，其特征是，所述配重环为圆环形；配重环的内径等于运载器所述圆柱体的内径，配重环的外径等于运载器所述圆柱体的外径。

3.如权利要求2所述的运载装置，其特征是，所述配重环的侧壁开设有第二螺孔。

4.如权利要求3所述的运载装置，其特征是，所述第一螺孔或第二螺孔为三个，螺孔位于同一水平面内，螺孔均匀开设。

5.如权利要求1所述的运载装置，其特征是，所述铅条通过其上设置的凹陷，与所述钢箍配接。

6.如权利要求1-5任一项所述的运载装置，用于运载水下淤积层表面探测仪器。