CN204007574U - 一种泥沙淤积厚度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种泥沙淤积厚度测量装置，包括封闭壳体，该封闭壳体包括位于顶部的承载平台、位于底部的底座以及位于侧面的保护壳，侧面的保护壳上设置有缝隙，缝隙处设置有防沙透水膜，封闭壳体的内部设置有一个或多个防水型的力传感器，力传感器直接或间接与承载平台连接，力传感器连接的信号输出电缆直接或间接引出至封闭壳体外部。该装置能够实现对沉淀池中的泥沙淤积厚度的实时测量，并具有结构及安装简单，便于维护和测量可靠性高的优点。

Description

一种泥沙淤积厚度测量装置

技术领域

本实用新型涉及岩土工程的安全监测技术领域，特别涉及一种泥沙淤积厚度测量装置，适用于水电站调压室、调压井底、水厂沉淀池底等的泥沙淤积厚度的监测。

背景技术

在岩土工程安全监测领域比如在发电站中常采用引水式发电，引水式发电大多要用到调压室，如图1所示，在连接水轮发电机组1的引水管道2上设置调压室3，其作用是由于发电站的引水管道2较长，当水轮发电机组1运行中突然甩负荷关闭导叶时，水流的惯性作用产生很大的水锤效应易损毁发电设备，因此利用调压室3来消除或降低水锤作用从而保护水轮发电机组1中的水轮机及发电机。此外调压室3还有一个重要作用是在底部设置沉淀池4，防止因泥沙或石块进入后加速水轮机叶片的磨损或导致水轮机的损坏。

受当前已有的技术条件限制，尽管有相关超声波设备也能通过测量水深的方式来反映泥沙淤积厚度，但对于调压室而言水深与泥沙淤积厚度均是动态变化的，并且该超声波设备也不能用于大幅度变化的水下应用。因此，当前对调压室中底部的泥沙淤积厚度监测基本是定期停机并放空积水后依赖人工检查，时效性较差。但若当池底泥沙淤积厚度超过设计允许量未被清除时，沉淀池将失去沉淀作用，从而将影响发电设备的正常运行。因此在环境恶劣的沉淀池中对泥沙的淤积厚度进行实时自动检测目前还处于空白阶段。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术无法在环境恶劣的沉淀池中对泥沙的淤积厚度进行实时自动检测的问题，提供一种新型的泥沙淤积厚度测量装置，该装置基于防水型的力传感器并利用承载平台来实现对沉淀池中的泥沙淤积厚度的实时测量，具有结构及安装简单，便于维护和测量可靠性高的优点。

本实用新型的技术方案如下：

一种泥沙淤积厚度测量装置，其特征在于，包括封闭壳体，所述封闭壳体包括位于顶部的承载平台、位于底部的底座以及位于侧面的保护壳，所述侧面的保护壳上设置有缝隙，所述缝隙处设置有防沙透水膜，所述封闭壳体的内部设置有一个或多个防水型的力传感器，所述力传感器直接或间接与承载平台连接，所述力传感器连接的信号输出电缆直接或间接引出至封闭壳体外部。

所述力传感器间接与承载平台连接是力传感器通过传感器耦合器与承载平台连接。

所述传感器耦合器固定设置在承载平台下方，所述力传感器的中心位置与相配合的传感器耦合器的中心位置相对应。

所述力传感器的顶部耦合端为锥形或锥台形结构，所述传感器耦合器的底端为与力传感器的顶部耦合端匹配的倒锥形或倒锥台形结构。

所述承载平台为长方形结构，所述力传感器和相应传感器耦合器均采用三个或四个并分别设置于承载平台的三角或四角。

所述承载平台为圆形结构，所述力传感器和相应传感器耦合器均采用三个并均匀设置于承载平台的圆周。

所述力传感器连接的信号输出电缆均引至封闭壳体的底座内设置的防水的接线盒上，通过接线盒通过信号总线电缆引出至封闭壳体外部。

所述底座还包括沿封闭壳体内的侧壁回弯的悬空平台，所述力传感器通过固定螺栓安装在悬空平台。

所述封闭壳体为防腐材料制成的结构。

本实用新型的技术效果如下：

本实用新型涉及的泥沙淤积厚度测量装置，可设置于沉淀池底部或在沉淀池预留的安装槽中，并可以在有压水环境中可靠运行，封闭壳体内设置与承载平台直接或间接连接的防水型的力传感器，封闭壳体侧面的保护壳上设置有缝隙，在缝隙处设置防沙透水膜，该防沙透水膜允许水通过而且能阻止泥沙通过，这样使得外部的水进入装置内部，而泥沙不能进入装置内部，因此装置内外的水压是一致的，封闭壳体顶部的承载平台上下受到的水压是等同的，因此作用在承载平台也即力传感器上的压力仅有泥沙的重量，而与沉淀池或调压室或调压井内的水位高低无关，也即与泥沙层的水深无关。通过承载平台来承载淤积的泥沙，当其上有泥沙淤积或覆盖时，单位面积内的泥沙产生的压力作用在承载平台上，泥沙以及承载平台的质量通过与承载平台直接或间接连接在力传感器感应，其压力大小转化为电信号并通过信号输出电缆直接或间接引出至封闭壳体外部的远端数据采集装置输出或显示，从而得到传感器受到的压力，通过转换为泥沙的质量进一步得到泥沙堆积的厚度，从而实现对沉淀池中的泥沙淤积厚度进行实时测量。避免了现有技术采用超声波设备测量应用受到限制的问题，也无需放空积水进行人工检查，不会影响发电设备的正常运行，提高了工作效率，填补了现有技术无法对泥沙淤积厚度进行实时自动检测的空白。本实验新型的该装置的结构简单，安装方便，并具有便于维护和测量可靠性高的优点。

优选传感器耦合器使得力传感器与承载平台连接，使得承载平台承受的泥沙的重量作为压力定向传输至力传感器，使得力传感器感应的力更加准确，进一步提高泥沙淤积厚度测量精度。设置力传感器的顶部耦合端为锥形或锥台形结构，传感器耦合器的底端为与力传感器的顶部耦合端匹配的倒锥形或倒锥台形结构，该结构能够使得力传感器与传感器耦合器更好的耦合，两者不会相互移动，使承载平台通过传感器耦合器放置在力传感器上而不会沿着水平方向滑移，能够提高泥沙淤积厚度测量的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为现有的引水式发电系统的结构示意图。

图2为本实用新型泥沙淤积厚度测量装置的优选结构示意图。

图3为图2的另一角度的结构示意图。

图4为本实用新型泥沙淤积厚度测量装置的安装示意图。

图中各标号列示如下：

1－水轮发电机组；2－引水管道；3－调压室；4－沉淀池；5－封闭壳体；501－承载平台；502－底座；503－保护壳；6－力传感器；7－传感器耦合器；8－防沙透水膜；9－信号输出电缆；10－接线盒；11－信号总线电缆；12－悬空平台；13－固定螺栓；14－安装槽。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行说明。

本实用新型公开了一种泥沙淤积厚度测量装置，其结构如图2和图3所示，其中图2可理解为是正面剖视图，图3可理解为是俯视示意图。该泥沙淤积厚度测量装置包括封闭壳体5，该封闭壳体5包括位于顶部的承载平台501、位于底部的底座502以及位于侧面的保护壳503，在侧面的保护壳503上设置有缝隙，在缝隙处设置有防沙透水膜8，封闭壳体5的内部设置有一个或多个防水型的力传感器6，该力传感器6可以直接或间接与承载平台501连接，力传感器6连接的信号输出电缆9可直接或间接引出至封闭壳体5外部。

图2和图3所示实施例是设置多个防水型的力传感器6，具体可采用常用的应变式力传感器，当然也可以采用其它的力传感器。力传感器6通过传感器耦合器7与承载平台501连接，此时可将传感器耦合器7焊接在承载平台501下方，并使力传感器6的中心位置与相配合的传感器耦合器7的中心位置相对应。为了使得力传感器6与传感器耦合器7之间或者说是使力传感器6与承载平台501之间不会沿水平方向滑移，优选将力传感器6的顶部耦合端设置为锥形或锥台形结构，此时传感器耦合器7的底端为与力传感器6的顶部耦合端匹配的倒锥形或倒锥台形结构。该实施例的承载平台501为长方形结构，此时力传感器6和相应传感器耦合器7均可采用三个或四个并分别设置于承载平台501的三角或四角；当然，承载平台为其它结构比如圆形结构时，力传感器6和相应传感器耦合器7可均采用三个并均匀设置于承载平台501的圆周，该设置使得承载平台501受力均匀并且稳定。图2和图3所示的实施例采用四个安装高度完全一致的力传感器6，各力传感器6连接的信号输出电缆9均引至封闭壳体5的底座502内设置的防水的接线盒10上，通过接线盒10引出的信号总线电缆11引出至封闭壳体5外部，最后可通过信号总线电缆11传输到远端如数据采集仪处。

如图2所示，底座502还包括沿封闭壳体5内的侧壁回弯的悬空平台12，悬空平台12可在底座的四角分别设置四个，力传感器6通过固定螺栓13安装在悬空平台12实现安装在底座502的四角。信号输出电缆9为防水型信号电缆；封闭壳体5为防腐材料制成的结构，如采用防腐型或经防腐处理的金属的底座502，采用防腐型或经防腐处理的金属板制成的承载平台501，采用金属或非金属的保护壳503；接线盒10为防水密封结构；承载平台501及传感器耦合器7固定设置后为一体结构；力传感器6与底座502以及保护壳503为一体结构；承载平台501与保护壳503为分体结构，承载平台501与保护壳503上方之间预留缝隙，此时仍然可以理解为是在侧面的保护壳503上设置有缝隙。整条预留的缝隙使用一条防沙透水膜8采用粘接或压接方式固定，以阻止泥沙进入装置内部，但允许水进入装置内部；当然也可以是承载平台501与保护壳503顶部形成一体结构，而是在保护壳的其它部位设置缝隙，并在缝隙处设置防沙透水膜8。

由于本装置设有透水的防沙透水膜8使得外部水可以进入而泥沙不能进入，因此装置内外的水压是一致的，承载平台501上下受到的水压是等同的，因此作用在承载平台501也即力传感器6上的压力仅有泥沙的重量，而与沉淀池或调压室或调压井内的水位高低无关，也即与泥沙层上的水深无关。

使用时，将本实用新型的整台装置的底座用膨胀螺栓固定在沉淀池底部或固定在预留的安装槽中，如图4所示固定在安装槽14中。当其上有泥沙淤积或覆盖时，单位面积内的泥沙产生的压力作用在承载平台501上，泥沙及包括承载平台501的质量通过四个力传感器6感应，力传感器6受压后将会通过信号输出电缆9输出相应的电信号，其压力大小通过信号输出电缆9、接线盒10及信号总线电缆11输出到远端数据采集装置处输出或显示。由于承载平台501的质量是已知且可以在安装时测得，设四个力传感器6分别受到的压力f1、f2、f3、f4，承载平台501的质量为fp，承载平台501的面积为1(m2)，泥沙的容重为r(kg/m3)，则承载平台501上的泥沙质量为：

m＝f1+f2+f3+f4-fp

设泥沙的淤积厚度为h，最终则有：

h＝m/r(m)

本实用新型提供的泥沙淤积厚度测量装置针对现有调压室内水位以及水中泥沙含量频繁变化的特点，提供防水、直接安装在沉淀池底部并可远程遥测的装置。该装置可工作于水下，且测量值与水深无关；结构简单，安装方便，可直接放置或用膨胀螺栓固定于在指定位置；该装置可以在有压水环境下可靠运行，封闭壳体结构，无论是有压的调压室或无压的调压井均不影响测量；采用信号输出电缆以及信号总线电缆将压力转换的电信号输出，可在运行时实现实时监测及远程遥测，填补了水电站调压室在运行环境下实时监测沉淀池泥沙淤积厚度的空白。本实用新型的该装置结构简单、安装方便、便于维护及测量可靠性高。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (9)

1.一种泥沙淤积厚度测量装置，其特征在于，包括封闭壳体，所述封闭壳体包括位于顶部的承载平台、位于底部的底座以及位于侧面的保护壳，所述侧面的保护壳上设置有缝隙，所述缝隙处设置有防沙透水膜，所述封闭壳体的内部设置有一个或多个防水型的力传感器，所述力传感器直接或间接与承载平台连接，所述力传感器连接的信号输出电缆直接或间接引出至封闭壳体外部。

2.根据权利要求1所述的泥沙淤积厚度测量装置，其特征在于，所述力传感器间接与承载平台连接是力传感器通过传感器耦合器与承载平台连接。

3.根据权利要求2所述的泥沙淤积厚度测量装置，其特征在于，所述传感器耦合器固定设置在承载平台下方，所述力传感器的中心位置与相配合的传感器耦合器的中心位置相对应。

4.根据权利要求3所述的泥沙淤积厚度测量装置，其特征在于，所述力传感器的顶部耦合端为锥形或锥台形结构，所述传感器耦合器的底端为与力传感器的顶部耦合端匹配的倒锥形或倒锥台形结构。

5.根据权利要求4所述的泥沙淤积厚度测量装置，其特征在于，所述承载平台为长方形结构，所述力传感器和相应传感器耦合器均采用三个或四个并分别设置于承载平台的三角或四角。

6.根据权利要求4所述的泥沙淤积厚度测量装置，其特征在于，所述承载平台为圆形结构，所述力传感器和相应传感器耦合器均采用三个并均匀设置于承载平台的圆周。

7.根据权利要求5或6所述的泥沙淤积厚度测量装置，其特征在于，所述力传感器连接的信号输出电缆均引至封闭壳体的底座内设置的防水的接线盒上，通过接线盒通过信号总线电缆引出至封闭壳体外部。

8.根据权利要求1所述的泥沙淤积厚度测量装置，其特征在于，所述底座还包括沿封闭壳体内的侧壁回弯的悬空平台，所述力传感器通过固定螺栓安装在悬空平台。

9.根据权利要求1所述的泥沙淤积厚度测量装置，其特征在于，所述封闭壳体为防腐材料制成的结构。