CN204575149U - 一种横轴式泥沙径流表 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种横轴式泥沙径流表，其包括设置有进水口和出水口的壳体以及设置于所述壳体内的叶轮，所述壳体上设置有测量所述叶轮转动圈数的传感装置；所述叶轮通过轴承设置于壳体内，所述叶轮上均匀设置有扇叶；所述的传感装置包括设置于所述叶轮上的磁感应体以及设置于所述壳体上的与所述磁感应体相对应的磁感应传感器，所述进水口的宽度小于扇叶的宽度。本实用新型通过叶轮接触来水转动被电磁感应转化为数字信号，实现对径流量的测量，通过优化进水口的结构，和叶轮扇叶的参数提高测量的精确度，可将精度提高至90%。本实用新型可通过接入现有泥沙设备实现监测，弥补已有采样设备不能监测径流量的缺陷。

Description

一种横轴式泥沙径流表

技术领域

本实用新型涉及一种横轴式泥沙径流表。

背景技术

水蚀小区的降雨、径流、泥沙观测试验，是研究水土流失规律和水土保持效益的重要途径，也是开展水土保持监测工作的重要手段之一，开展小区监测的基础设施包括集水小区（其中标准水蚀小区集水区投影面积100平方米，挡水围坎投影长度20米，宽度5米），集流槽和集流池（或集流桶）等。观测计量仪器主要包括雨量筒、取水器、烘干器、天平等。

其中水蚀小区水土保持观测的主要内容包括：降雨量，径流量和泥沙量。

水蚀小区观测常用方法：降雨观测用自记雨量计或雨量筒观测。径流量采取集流池直接观测法（根据集流池面积和水深关系计算）或分流观测计算法。泥沙观测采取推移质（沙、粒石）和悬移质（可悬浮细沙和泥土）求合计算。推移质采取凉干称重法，悬移质过滤烘干称重法。

传统的径流小区雨量、径流及泥沙监测，其原理简单，但观测、处理和计算程序繁杂，且管理运行成本高。观测小区挡水围坎和集流槽等，一般由建筑用砖外抹混凝土即可，建设工艺简单，工程也很小，容易达到质量要求。但集流设施（集流池或集流筒）建设就比较复杂，一是集池容积大小问题，如果按5年一遇24小时暴雨最大暴雨径流计算，集流池的容积至少要5立方米，工程量大，质量和精度难以保证，如果采用集流桶或分流桶，投资大，成本高，每年都需要进行维修养护。在运行操作方面，每次降雨都需要技术人员现场观测降雨量，更换自记纸，取水量水，过滤烘干称重，清洁集水池（桶）等，费工费时，不仅需要有专人观测，也难以筹措管理运行费，因此很多观测小区，运行不到几年就无法支持下去，不得不半途而废。

为了提高水蚀小区监测的自动化和准确度，基于对传统监测方法的改进，中国专利CN103698159A公开了一种降雨触发式径流自动采样器及其方法，中国专利CN201607350U公开了一种低干扰坡面径流采样器，上述两个专利公开的设备均是用于对径流段的采样和泥沙监测，但是缺少对径流量的监测。究其原因，一是水蚀小区的径流含有大量的泥沙，通常使用的流量检测监测设备如流量计，易堵塞，要求启动及运行流量大；而后续开发的手持式雷达电波流速仪、超声波多普勒流速仪等，不能与采样及泥沙监测设备兼容，需要额外剂量，这就增加了人工和设备投入成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可与泥沙采样、监测设备兼容的，提高水蚀小区水土保持观测的精确性，可自动化实现径流产期连续监测的横轴式泥沙径流表。

基于上述实用新型目的，本实用新型所采用的技术方案如下：

本实用新型所述的横轴式泥沙径流表包括设置有进水口和出水口的壳体以及设置于所述壳体内的叶轮，所述壳体上设置有测量所述叶轮转动圈数的传感装置；所述叶轮通过轴承设置于壳体内，所述叶轮上均匀设置有扇叶；，所述的传感装置包括设置于所述叶轮上的磁感应体以及设置于所述壳体上的与所述磁感应体相对应的磁感应传感器，所述进水口的宽度小于扇叶的宽度。

进一步的，本实用新型所述扇叶的数量为8~15个。

进一步的，本实用新型所述壳体空腔的中心设置有轴承座，所述轴承设置于轴承座上；所述扇叶的长度占壳体空腔长度的70~95%，所述扇叶的宽度占壳体空腔半径的70%~95%。

进一步的，本实用新型所述扇叶的长度占壳体空腔长度的80~90%，所述扇叶的宽度占壳体空腔半径的80%~90%。

进一步的，本实用新型所述磁感应体的数量为1、2或4个。

进一步的，本实用新型所述进水口的宽度为扇叶宽度的50~100%。

进一步的，本实用新型所述进水口设置有若干直径为1~2cm的细管。

进一步的，本实用新型所述壳体的下方设置有缓冲管，所述出水口设置于缓冲管的侧方。

进一步的，本实用新型所述出水口的面积不小于所述进水口的面积。

本实用新型的积极效果包括：

本实用新型的横轴式泥沙径流表通过叶轮接触来水转动被电磁感应转化为数字信号，实现对泥沙含量大的水体的径流量的测量，通过优化进水口的结构，和叶轮扇叶的参数提高测量的精确度，可将精度提高至90%。本实用新型结构简单，可通过接入现有泥沙监测设备实现实时检测监测，弥补已有采样检测监测设备不能监测径流量的缺陷。同时，本实用新型可实现自动化监测，自动感应，自动记录，节约了人力和设备资源。

本实用新型的进水口宽度小于扇叶的宽度，可以使通过进水口的水量完全冲刷扇叶，提高监测的精度。其中进水口宽度与扇叶宽度的比例越小，精度越高；但是相应的水流阻力越大，因此优选的进水口宽度为扇叶的宽度的50~100%。进一步的，在进水口设置直径为1~2cm的细管，可以筛选直径大于2cm的碎石，防止碎石进入监测系统，损坏监测设备；细管可以设置若干个，细管的总面积最多不超过进水口的容纳面积。

本实用新型通过电磁感应器扫描设置于扇片上的磁感应体记录叶轮的旋转数，可进一步换算为径流量。可以单独在一片扇片上设置磁感应体，也可以选择在对称设置的两片或四片扇叶上设置磁感应体，磁感应体数量的增加，有利于提高监测的精确度。

本实用新型特别限制了扇叶的宽度和长度，虽然现有技术中存在以水轮取水的技术，但是以叶轮用作监测径流量是本申请首次提出的，并严格限制了叶轮上扇叶的长度和宽度，该限定可以提高监测的精确度。

附图说明

图1为本实用新型实施例1径流测量装置的结构示意图。

图2为本实用新型实施例1流量监测装置的壳体结构示意图。

图3为本实用新型实施例1流量监测装置的叶轮结构示意图。

图4为本实用新型实施例6径流测量装置的结构示意图。

图5为本实用新型实施例7径流泥沙自动监测装置结构示意图。

图6为本实用新型实施例7取样称重装置的结构示意图。

图7为本实用新型实施例7称重瓶体的结构示意图。

图8为本实用新型实施例7储水筒的结构示意图。

图9为本实用新型实施例7称重瓶体另一实施例的结构示意图。

图10为本实用新型实施例7汇流装置的结构示意图。

在附图中，31壳体、32叶轮、33传感装置、33-1磁感应体、33-2磁感应传感器、34进水口、35出水口、36轴承座、37轴承、38缓冲管、39细管；

100防护筒体、01取样称重装置、02汇流装置、03流量监测装置、04进水管道、05导流管、06排水管道、07控制器；

10称重瓶体、11进水管、12第一虹吸装置、12-1第一中心管、12-2第一套筒管、12-3连接柱、13储水筒、14排气管、15称重传感器（悬臂梁式）、16固定圈、17排水管口、18第二虹吸装置、18-1第二中心管、18-2第二套筒管、19出水管；

20汇流筒、21第三虹吸装置、21-1第三中心管、21-2第三套筒管、21-3变径区、21-4出水管口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

为使本实用新型的上述目的，特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图和具体实施方式，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

电磁感应器的种类和型号对本申请没有特别限制，只要能通过感应磁片，进而感应磁感应体所在扇叶的转数即可实现本实用新型的目的。

本实用新型的使用方法：本实用新型可以单独使用也可以连接在现有的采样监测设备中使用。在使用时先测定流量与扇叶转数的对应关系，做出标准公式后，即可实现实时监测。标准公式为：监测一定数量的水（如200L）流经本实用新型的径流测量装置时磁感应传感器记录的扇叶的转数，监测三次，得到基本数据换算的标准公式。

实施例1

如附图1~3所示，本实用新型的横轴式泥沙径流表包括设置有进水口34和出水口35的壳体31以及设置于所述壳体31内的叶轮32，所述壳体31上设置有测量所述叶轮32转动圈数的传感装置33；所述叶轮32通过轴承36设置于壳体31内，所述叶轮上均匀设置有扇叶；，所述的传感装置33包括设置于所述叶轮32上的磁感应体33-1以及设置于所述壳体31上的与所述磁感应体33-1相对应的磁感应传感器33-2，所述进水口34的宽度D1小于扇叶的宽度D2。

所述扇叶的数量为12个，均匀设置于所述轴承36的圆周外侧。所述壳体31空腔的中心设置有轴承座37，所述轴承36设置于轴承座37上；所述轴承36中心与壳体31空腔的中心重合；所述扇叶的长度占壳体31空腔长度的90%，所述扇叶的宽度D2占壳体31空腔半径R的90%。其中所述扇叶的长度是指扇叶的纵向边距的距离；扇叶的宽度D2是指扇叶的横向边距的距离。

实施例1设备的稳定性测定：人工模拟径流试验，取蓄水桶（1.73立方米），进行多次倾倒，测算该设备的测量范围和稳定性。

通过监测，实施例1的测量精度在85%以上，且比较稳定，主要误差出现在高水位和低水位对比值，即在水体一定的情况下，采取大流量放水时，水表测定的数值偏小，采取小水量时，水表计量的数量偏大，最大误差在15%左右。在流量一定的情况下，电子计数器的显示值，非常接近，说明实施例1的稳定性较好。

实施例2~5

实施例2~5的装置与实施例1的装置基本相同，其区别仅在于扇叶的长度和宽度不同，并具体监测了其测量的泥水径流量的准确度。其中所监测的水中添加20%的固体泥沙，具体结果见表1。其中L1为壳体空腔长度，L2为扇叶长度，D2为扇叶宽度，R为壳体空腔半径。

根据上述实验数据，市售流量计由于泥沙封堵不未能完成监测；采用本实用新型的实施例1~5，可以实现对泥沙的监测，并且精确度达到85%以上；通过优化壳体空腔长度、扇叶长度、扇叶宽度及壳体空腔半径之间的比例关系，可进一步提高监测的准确性，当扇叶长度与壳体空腔长度的比例为0.9:1，且扇叶宽度与壳体空腔半径的比例为0.9:1时，准确性最高，可以达到93.6%。

实施例6

如附图4所示，本实用新型的横轴式泥沙径流表包括设置有进水口34和出水口35的壳体31以及设置于所述壳体31内的叶轮32，所述壳体31上设置有测量所述叶轮32转动圈数的传感装置33；所述叶轮32通过轴承36设置于壳体31内，所述叶轮上均匀设置有扇叶；所述的传感装置33包括设置于所述叶轮32上的磁感应体33-1以及设置于所述壳体31上的与所述磁感应体33-1相对应的磁感应传感器33-2，所述进水口34的宽度小于扇叶的宽度。所述进水口34设置有若干直径为1~2cm的细管39。所述壳体31的下方设置有缓冲管38，所述出水口35设置于缓冲管38的侧方。

所述扇叶的数量为12个，均匀设置于所述轴承36的圆周外侧。所述壳体31空腔的中心设置有轴承座37，所述轴承36设置于轴承座37上；所述轴承36中心与壳体31空腔的中心重合；所述扇叶的长度占壳体31空腔长度的70%，所述扇叶的宽度占壳体31空腔半径的70%。其中所述扇叶的长度是指扇叶的纵向边距的距离；扇叶的宽度是指扇叶的横向边距的距离。

实施例7一种径流泥沙自动监测装置

将本实用新型的径流测量装置连接在径流泥沙自动监测装置中实现自动监测。

如附图5所示的一种径流泥沙自动监测装置，其包括：

圆柱形的防护筒体100，所述防护筒体100上设置有用于接收监测小区径流泥水的进水管道04，所述防护筒体100底部设置有排水管道06；所述防护筒体100内设置有取样称重装置01、汇流装置02、流量监测装置03以及控制器07，所述取样称重装置01接收进水管道04中一部分泥水进行称重，并将数据传输给控制器07，或取样称重装置01接收一部分流量监测装置03出水口的泥水进行称重；所述的汇流装置02汇聚进水管道04的泥水后通入到流量监测装置03中，所述流量监测装置03将测量数据传递给控制器07。

泥水通过进水管道04进入到防护筒体100，经过取样称重和流量测量后由排水管道06排出，整个防护筒体100起到支撑保护作用，不储存泥水，与传统的集流桶有本质区别。本装置不需要对泥水进行储存，因此大大降低了设备的体积。

参见附图6-8，所述的取样称重装置01包括称重瓶体10、设置在称重瓶体10顶部的进水口以及设置在所述称重瓶体10内的第一虹吸装置12，所述第一虹吸装置12的进水口贴近所述称重瓶体10底部；所述的称重瓶体10的底部呈漏斗状或球冠形，所述第一虹吸装置12的进水口位于称重瓶体10底部最低洼的位置，能够将泥水汇集并通过虹吸作用排尽。所述称重瓶体10上设置有称重传感器15。所述的称重传感器15为固定于所述称重瓶体10瓶身或瓶口上的悬臂梁式称重传感器，所述称重传感器15的输出端与所述控制器07连接。

本实施例中，所述称重瓶体10的瓶口处固定设置固定圈16，所述称重传感器15通过固定圈16与所述称重瓶体10固定连接，所述称重传感器15的另一端与所述防护筒体100侧壁固定连接。

参见附图7，所述的第一虹吸装置12包括垂直固设于所述称重瓶体10底部的第一中心管12-1，所述第一中心管12-1底部与所述称重瓶体10外部相通，所述第一中心管12-1上套置有顶部封堵的第一套筒管12-2，所述第一中心管12-1和第一套筒管12-2之间留有排水间隙。

所述的称重瓶体10底部设置有防护管口17，所述防护管口17设置在称重瓶体10底部，且防护管口17直径大于第一中心管12-1，对所述的第一中心管12-1形成遮挡保护作用。

所述第一套筒管12-2通过多个连接柱12-3与所述称重瓶体10底部固定连接，所述连接柱12-3用于支撑第一套筒管12-2。所述连接柱12-3的数量为3个或4个为宜，少则不能稳定支撑，多则阻碍水流排出。所述的连接柱12-3也可设置在第一中心管12-1和第一套筒管12-2之间，即第一套筒管12-2通过第一中心管12-1支撑。

所述的称重瓶体10顶部设置有排气管14，用于使称重瓶体10与外界通畅排气换气，保证称重的准确性和稳定性。

由于所述的进水管道04水量较大，而所述的称重瓶体10体积和进水口相对较小，因此需要分流给称重瓶体10供水，在分流前，需要对杂草树枝以及石块进行过滤。

参见附图5和附图6，作为优选，所述的取样称重装置01还包括设置于称重瓶体10的进水口上游端的储水筒13，所述储水筒13固设于所述防护筒体100内，所述储水筒13内设置有第二虹吸装置18，所述第二虹吸装置18的排水口通过一出水管19插设于称重瓶体10的进水口中，且所述出水管19与所述称重瓶体10不接触，参见附图2，即所述出水管19插入到设置在称重瓶体10的进水口上的进水管11中，所述出水管19与所述进水管11不接触。将所述进水管11垂直设置于成长瓶体10的顶部，更方便与出水管1连接。

所述的储水筒13底部呈漏斗状或球冠形，所述第二虹吸装置18的进水口位于储水筒13底部最低洼的位置。所述第二虹吸装置18与第一虹吸装置12结构相同，即所述的第二虹吸装置18包括垂直固设于所述储水筒13底部的第二中心管18-1，所述第二中心管18-1底部与所述储水筒13外部的出水管19连接，所述第二中心管18-1上套置有顶部封堵的第二套筒管18-2，所述第二中心管18-1和第二套筒管18-2之间留有排水间隙。

所述汇流装置02包括汇流筒20和设置于所述汇流筒20底部的第三虹吸装置21；所述汇流筒20底部呈漏斗状或球冠形，所述汇流筒20的端口周缘与所述的防护桶体100侧壁无缝焊接，所述汇流筒20位于所述进水管道04的下方，接收所述进水管道04的泥水。所述控制器07设置在所述汇流筒20下方，该位置干燥，不会受到水流冲击，安全稳定。

所述的第三虹吸装置21包括垂直固设于所述汇流筒20底部的第三中心管21-1，所述第三中心管21-1底部与所述汇流筒20外部相通，所述第三中心管21-1上套置有顶部封堵的第三套筒管21-2，所述第三中心管21-1和第三套筒管21-2之间留有排水间隙。即所述第一虹吸装置12、第二虹吸装置18以及第三虹吸装置21的结构相同。

参见附图1-3所示，所述的流量监测装置03即横轴式泥沙径流表横轴式泥沙径流表，包括设置有进水口34和出水口35的壳体31以及设置于所述壳体31内的叶轮32，所述壳体31内设置有轴承座36，所述轴承座36内固定设置有轴承37，两轴承37上设置有转轴，所述的叶轮32固定在所述转轴上。

所述壳体31上设置有测量所述叶轮32转动圈数的传感装置33；所述流量监测装置03的进水口34与所述汇流装置02的出水口连接，即与所述第三虹吸装置21的出水口连接，所述流量监测装置03的出水口35与所述排水管道06连接。所述的壳体31呈蜗壳状，所述的进水口34和出水口35均位于所述壳体31的一侧，出水口35与进水口34垂直对应。所述的进水口34的下端口呈扁平状，形成稳定的水柱对叶轮32的叶片进行冲刷，使叶轮32转动；或所述的第三中心管21-1的底端呈扁平状，其伸入到所述进水口34中对所述叶片形成冲刷。

参见附图1-3所示，所述的传感装置33包括设置于所述叶轮32上的磁感应体33-1以及设置于所述壳体31上的与所述磁感应体33-1相对应的磁感应传感器33-2，所述磁感应传感器33-2的输出端与所述控制器07的输入端连接。所述的磁感应体33-1随叶轮32转动，所述的磁感应传感器33-2固定在壳体31上，叶轮32每转动一周，所述的磁感应传感器33-2记录一次。

由汇流装置02将进水管道04导入的泥水汇集后，通过第三虹吸装置21稳定的通入到流量监测装置03，水流通过冲刷叶轮32使其转动，转动过程中，由所述传感装置33监测其转动的圈数，并将数据输出。通过汇流装置02能够将较小的水流汇集后通过第三虹吸装置21快速排出，在监测小区径流较小的时候，汇流装置02的第三虹吸装置21间歇性向流量监测装置03供水，但是在排水过程中流量稳定，在监测小区径流较大时，形成稳定连续的水流，并且第三虹吸装置同时能够避免泥沙在汇流筒20底部沉积。

所述的第一虹吸装置12、第二虹吸装置18以及第三虹吸装置21均可以为倒“U”型虹吸管。作为另一种实施方式，参见附图5所示，为称重瓶体10另一实施例的结构示意图，其中第一虹吸装置12的进水口位于称重瓶体10底部中央，排水管伸出到称重瓶体10外，该第一虹吸装置12为倒“U”型虹吸管。同理，所述的第二虹吸装置18和第三虹吸装置21均可为倒“U”型虹吸管。

参见附图5，本实施例中，将所述的取样称重装置01设置在防护桶体100的最上方，水蚀监测小区中的径流通过进水管道04首先全部进入到储水筒13中，然后通过第二虹吸装置18稳定的给所述称重瓶体10供水，而多余的泥水由储水筒13顶部溢出排走。取样称重装置01通过储水筒13接收部分泥水进行称重，所述的第一虹吸装置12的排出口通过导流管05直接与所述排水管道06连接，由于取样称重装置01所截取的水量较小，因此对流量的监测影响较小。或者将所述第一虹吸装置12的排出口置于所述储水筒13中，经过第三虹吸装置21供给流量监测装置03，这样，流量监测装置03所测得的数据更加准确。

设置底部带有第二虹吸装置18储水筒13位于称重瓶体10上游给称重瓶体10供水，能够具有稳流的作用，一方面能够使进入到称重瓶体10的水量稳定化，一方面能够将多余的泥水从顶部溢出，同时避免了泥沙在储水筒13底部沉积。所述的储水筒13顶部设置有用于阻挡杂草或石块的过滤网。或所述进水管道04内设置过滤网。

在雨量较小或者水土流失量很小的情况下，只有很少的泥水量进入到称重瓶体10中，这样当称重瓶体10装满时通过一次虹吸作用能够将称重瓶体10内的泥水排尽，而后继续蓄水进行称重，当雨量或者水土流失量较大时，第一虹吸装置12不断的向外排水，维持称重瓶体10内的水量保持其固定容积，并且同时由称重传感器15实时称重测量，虹吸作用同时避免了称重瓶体10底部泥沙沉积。

Claims (9)

1.一种横轴式泥沙径流表，其特征在于其包括设置有进水口（34）和出水口（35）的壳体（31）以及设置于所述壳体（31）内的叶轮（32），所述壳体（31）上设置有测量所述叶轮（32）转动圈数的传感装置（33）；

所述叶轮（32）通过轴承（36）设置于壳体（31）内，所述叶轮上均匀设置有扇叶；

所述的传感装置（33）包括设置于所述叶轮（32）上的磁感应体（33-1）以及设置于所述壳体（31）上的与所述磁感应体（33-1）相对应的磁感应传感器（33-2），

所述进水口（34）的宽度（D1）小于扇叶的宽度(D2)。

2.根据权利要求1所述的一种横轴式泥沙径流表，其特征在于所述扇叶的数量为8~15个。

3.根据权利要求2所述的一种横轴式泥沙径流表，其特征在于所述壳体（31）空腔的中心设置有轴承座（37），所述轴承（36）设置于轴承座（37）上；所述扇叶的长度占壳体空腔（31）长度的70~95%，所述扇叶的宽度(D2)占壳体（31）空腔半径(R)的70%~95%。

4.根据权利要求3所述的一种横轴式泥沙径流表，其特征在于所述扇叶的长度占壳体（31）空腔长度的80~90%，所述扇叶的宽度(D2)占壳体（31）空腔半径的80%~90%。

5.根据权利要求2所述的一种横轴式泥沙径流表，其特征在于所述磁感应体（33-1）的数量为1、2或4个。

6.根据权利要求2所述的一种横轴式泥沙径流表，其特征在于所述进水口（34）的宽度（D1）为扇叶宽度(D2)的50~100%。

7.根据权利要求2所述的一种横轴式泥沙径流表，其特征在于所述进水口（34）设置有若干直径为1~2cm的细管（39）。

8.根据权利要求1~6任意一项所述的一种横轴式泥沙径流表，其特征在于所述壳体（31）的下方设置有缓冲管（38），所述出水口（35）设置于缓冲管（38）的侧方。

9.根据权利要求7所述的一种横轴式泥沙径流表，其特征在于所述出水口（35）的面积不小于所述进水口（34）的面积。