CN203836618U - 一种非满流圆管实时流量远程监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种非满流圆管实时流量远程监测装置，包括位于底部的船式底座（2）和位于顶部并且与船式底座（2）对应的顶部承托板（4），所述顶部承托板（4）与船式底座（2）之间通过伸缩杆（3）配合连接，所述伸缩杆（3）的顶部固定在顶部承托板（4）上，在所述船式底座（4）上固定有压力传感器（7），所述压力传感器（7）通过信号线（12）与智能控制模块（13）连接；在所述顶部承托板（4）的下侧安装有激光测距仪（9），所述激光测距仪（9）通过信号线（12）与所述智能控制模块（13）连接。

Description

一种非满流圆管实时流量远程监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种非满流圆管实时流量远程监测装置，主要用于城市排污管道和雨水管道流量的实时远程监控，属环境治理的技术领域。

背景技术

城市市政污水的排放对水环境的影响日益加大，对污水排放量进行实时远程监测，就可以掌握某一区域的污染物总量排放情况，从而采取有效手段实施“节能减排”控制。城市市政排污管道和雨水管道通常采用圆管输送，水流在管道中通常处于非满流状态，因此对非满流圆管流量进行实时远程监测就显得非常必要。现有非满流圆管流量监测装置通常包括两套相互配合的独立模块，分别对管道流速和水位深度进行联合监测，然后获得管道流量数据。而非满流圆管的水流流速分布是非均匀的，流速监测存在较大的误差。同时相关监测装置不但价格较高，且不具备远程监测功能，难以适应城市水污染物排放总量实时监控的需求。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种测量精度较高的非满流圆管实时流量远程监测装置，该装置携带安装方便、测量精度高、兼备在线监测功能，可提供高精度的非满流圆管实时流量远程监控功能。

本实用新型的目的通过以下技术方案来具体实现：

一种非满流圆管实时流量远程监测装置，包括位于底部的船式底座(2)和位于顶部并且与船式底座(2)对应的顶部承托板(4)，所述顶部承托板(4)与船式底座(2)之间通过伸缩杆(3)配合连接，所述伸缩杆(3)的顶部固定在顶部承托板(4)上，在所述船式底座(4)上固定有压力传感器(7)，所述压力传感器(7)通过信号线(12)与智能控制模块(13)连接；在所述顶部承托板(4)的下侧安装有激光测距仪(9)，所述激光测距仪(9)通过信号线(12)与所述智能控制模块(13)连接。

所述智能控制模块(13)通过天线(14)与外部进行信号传输。

所述压力传感器(7)通过固定带(6)固定在船式底座上。

所述激光测距仪(9)通过记忆螺栓(11)安装在滑动杆(10)的下端，滑动杆(10)的上端安装在顶部承托板(4)的下侧。

所述顶部承托板(4)的上部以及所述船式底座(2)的下部分别设有防滑橡胶。

所述船式底座(2)的靠近底部的位置设有若干个透水孔(2A)。

所述伸缩杆(3)采用电动控制，并且伸缩杆的数量为四个。

所述激光测距仪(9)下部连接有方向定位重锤(8)。

使用时，将船式底座(2)置于管道底部，长度方向与水流方向平行。启动电动伸缩杆(3)，电动伸缩杆(3)自动伸长，顶部承托板(4)接触管道顶部，在压力作用下电动伸缩杆(3)形成自锁，自动停止，同时记录电动伸缩杆(3)的长度，电动伸缩杆(3)的长度转化为电信号后通过信号传输线(12)导入智能控制模块(13)。底部防滑橡胶(1)和顶部防滑橡胶(5)可以将装置固定于管道中，防止水流冲刷导致装置滑动。

记忆螺栓(11)将激光测距仪(9)固定，同时记录激光测距仪(9)与重锤(8)方向夹角，重锤(8)通过滑动杆(10)保证垂线方向(15)。激光测距仪(9)测得到管道内壁的距离，距离信号和方向夹角转化为电信号后通过信号传输线(12)将信号导入智能控制模块(13)。管道内的水流可以通过船式底座(2)透水孔(2A)进入其内部，压力传感器(7)将水压信号转化为电信号，通过信号传输线(12)将信号导入智能控制模块(13)。智能控制模块(13)由电动伸缩杆(3)长度、激光测距仪(9)测量距离、压力传感器(7)测量水压耦合为管道实时流量，通过信号发射天线(14)将流量数据进行无线传送。

本实用新型充分利用市政非满流圆管的流体力学特征，通过装置自动获得管道的特征参数，然后通过单因子检测(管道实时水深h)获得管道流量实时数据，并对监测数据实现无线发送。本装置降低了非满流圆管的流量监测劳动强度，实现了非满流圆管实时流量的远程监测，为用户提供了携带安装方便、测量精度高的实时流量远程监测工具。

附图说明

下面根据附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

图1是非满流圆管实时流量远程监测装置立面图；

图2是非满流圆管实时流量远程监测装置船式底座平面图；

图3是非满流圆管实时流量远程监测装置侧面图；

图4是非满流圆管实时流量远程监测装置激光测距仪安装图；

图5是非满流圆管实时流量远程监测装置测量原理图。

具体实施方式

如图1-5所示，本实用新型实施例所述的一种非满流圆管实时流量远程监测装置，包括位于底部的船式底座2和位于顶部并且与船式底座2对应的顶部承托板4，所述顶部承托板4与船式底座2之间通过伸缩杆3配合连接，所述伸缩杆3的顶部固定在顶部承托板4上，在所述船式底座4上固定有压力传感器7，所述压力传感器7通过信号线12与智能控制模块13连接；在所述顶部承托板4的下侧安装有激光测距仪9，所述激光测距仪9通过信号线12与所述智能控制模块13连接。

所述智能控制模块13通过天线14与外部进行信号传输。

所述压力传感器7通过固定带6固定在船式底座上。

所述激光测距仪9通过记忆螺栓11安装在滑动杆10的下端，滑动杆10的上端安装在顶部承托板4的下侧。

所述顶部承托板4的上部以及所述船式底座2的下部分别设有防滑橡胶。

所述船式底座2的靠近底部的位置设有若干个透水孔2A。

所述伸缩杆3采用电动控制，并且伸缩杆的数量为四个。

所述激光测距仪9下部连接有方向定位重锤8。

使用时，将船式底座2置于管道底部，长度方向与水流方向平行。启动电动伸缩杆3，电动伸缩杆3自动伸长，顶部承托板4接触管道顶部，在压力作用下电动伸缩杆3形成自锁，自动停止，同时记录电动伸缩杆3的长度，电动伸缩杆3的长度转化为电信号后通过信号传输线12导入智能控制模块13。底部防滑橡胶1和顶部防滑橡胶5可以将装置固定于管道中，防止水流冲刷导致装置滑动。

记忆螺栓11将激光测距仪9固定，同时记录激光测距仪9与重锤8方向夹角，重锤8通过滑动杆10保证垂线方向15。激光测距仪9测得到仪器与管道内壁的直线距离，距离信号和方向夹角转化为电信号后通过信号传输线12将信号导入智能控制模块13。管道内的水流可以通过船式底座2透水孔2A进入其内部，压力传感器7将水压信号转化为电信号，通过信号传输线12将信号导入智能控制模块13。智能控制模块13由电动伸缩杆3长度、激光测距仪9测量距离、压力传感器7测量水压耦合为管道实时流量，通过信号发射天线14将流量数据进行无线传送。

将船式底座2置于管道底部，调整其长度方向与水流方向平行，船式结构降低装置置入对管道水流的影响。启动电动伸缩杆3后，电动伸缩杆3自动伸长，当顶部承托板4到达管道顶端后，在压力作用下电动伸缩杆3形成自锁，自动停止后记录伸缩长度为H1，装置初始校正高度为H2，则管道直径为：

D＝H₁+H₂(1)

D—管道直径，m；

H₁—伸缩管伸缩长度，m；

H₂—装置初始校正高度，m。

在压力作用下，底部防滑橡胶1和顶部防滑橡胶5与管道形成较大的摩擦力，可以固定测量装置，防止水流冲刷导致的装置移位。

记忆螺栓11将激光测距仪9固定后，激光测距仪9通过滑动杆10可以自由滑动，重锤8吊于激光测距仪9下，可以保证垂线方向15的准确性。激光测距仪9测得与上管壁16的长度为L，激光测距仪9测距方向18与垂线方向15的夹角为α，激光测距仪9与上管壁16的垂线距离为L₁，见附图5。则对应管壁长度L′为：

$L^{\′}=\sqrt{L^2+{L_1}^2-2\×L\×L_1\×\cos \mathrm{\α}}---\left(2\right)$

L′—管壁长度，m；

L—激光测距仪测量距离，m；

L₁—激光测距仪与上管壁的垂直距离，m；

α—激光测距仪与垂线方向夹角，度。

管壁16与水平方向17的夹角为：

$\mathrm{\β}={\cos }^{-1}\frac{L\×\sin }{L^{\′}}---\left(3\right)$

β—管壁与水平方向夹角，度。

则管道坡度为：

I＝tanβ(4)

I—管壁与水平方向夹角，度。

获得非满流圆管的特征参数D、I后，智能控制模块13进行数据储存。

船式底座2内的压力传感器7将水压信号转化为电信号，通过信号传输线12将信号导入智能控制模块13，然后将其转化化为实时监测水压信号(m)。

智能控制模块13通过下式计算管道流量：

Q＝Av(5)

Q—非满流管道流量，m³/s；

A—管道过流面积，m²；

v—管道平均水流速度，m/s。

式5中：

$A=\frac{D^2}{4}{\cos }^{-1}(1-2\frac{h}{D})-\frac{D^2}{2}(1-2\frac{h}{D})\sqrt{\frac{h}{D}(1-\frac{h}{D})}---\left(6\right)$

h—管道内水深，m。

$v=\frac{1}{n_M}{R}^{\frac{2}{3}}{I}^{\frac{1}{2}}---\left(7\right)$

R—水力半径，m；

n_M—管道粗糙系数；

式7中：

$R=\frac{D}{4}-\frac{D(1-2\frac{h}{D})\sqrt{\frac{h}{D}(1-\frac{h}{D})}}{2{\cos }^{-1}(1-2\frac{h}{D})}---\left(8\right)$

智能控制模块13安装至管道检查井井壁，通过式(1)～(8)联立进行管道实时流量计算，当计算h>D时，显示“管道处于压力状态”。计算结果和相关参数信息转化为无线信号后由信号发射天线14传送。

管道粗糙系数n_M由智能控制模块13内置的管道类型确定，其中预存管道类型和n_M为：混凝土圆管污水0.014；混凝土圆管雨水0.013；铸铁管0.013；聚乙烯PE双壁波纹管0.01。

本实用新型充分利用市政非满流圆管的流体力学特征，通过装置自动获得管道的特征参数，然后通过单因子检测(管道实时水深h)获得管道流量实时数据，并对监测数据实现无线发送。本装置降低了非满流圆管的流量监测劳动强度，实现了非满流圆管实时流量的远程监测，为用户提供了携带安装方便、测量精度高的实时流量远程监控工具。

Claims (8)

1.一种非满流圆管实时流量远程监测装置，其特征在于，包括位于底部的船式底座（2）和位于顶部并且与船式底座（2）对应的顶部承托板（4），所述顶部承托板（4）与船式底座（2）之间通过伸缩杆（3）配合连接，所述伸缩杆（3）的顶部固定在顶部承托板（4）上，在所述船式底座（4）上固定有压力传感器（7），所述压力传感器（7）通过信号线（12）与智能控制模块（13）连接；在所述顶部承托板（4）的下侧安装有激光测距仪（9），所述激光测距仪（9）通过信号线（12）与所述智能控制模块（13）连接。

2.如权利要求1所述的一种非满流圆管实时流量远程监测装置，其特征在于，所述智能控制模块（13）通过天线（14）与外部进行信号传输。

3.如权利要求1所述的一种非满流圆管实时流量远程监测装置，其特征在于，所述压力传感器（7）通过固定带（6）固定在船式底座上。

4.如权利要求1所述的一种非满流圆管实时流量远程监测装置，其特征在于，所述激光测距仪（9）通过记忆螺栓（11）安装在滑动杆（10）的下端，滑动杆（10）的上端安装在顶部承托板（4）的下侧。

5.如权利要求1所述的一种非满流圆管实时流量远程监测装置，其特征在于，所述顶部承托板（4）的上部以及所述船式底座（2）的下部分别设有防滑橡胶。

6.如权利要求1所述的一种非满流圆管实时流量远程监测装置，其特征在于，所述船式底座（2）的靠近底部的位置设有若干个透水孔（2A）。

7.如权利要求1所述的一种非满流圆管实时流量远程监测装置，其特征在于，所述伸缩杆（3）位于船式底座（2）顶板（2B）之上，采用电动控制，并且伸缩杆的数量为四个。

8.如权利要求1所述的一种非满流圆管实时流量远程监测装置，其特征在于，所述激光测距仪（9）下部连接有方向定位重锤（8）。