CN205619976U - 一种隧道中心排水管流量监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出的流量监测装置主要由薄壁堰式流量检测件、具有射流清除泥沙沉积效应的排泄孔管、液位传感器和数据处理单元组成；排泄孔管安装在流量检测件的底部；在堰式流量检测件出水口最低点以下与排泄孔管之间设有垂向防扰流板，以抑制射流清除泥沙过程对薄壁堰式流量检测过程中对垂直于水流方向的扰动；在堰式流量检测件出水口最高点中心线两侧对称设有导流板，以保持薄壁堰式流量检测过程中对水流横向稳定性的要求；液位测量传感器安装在固定于导流板的支架上，传感器输出信号通过导线传输到数据处理单元；根据同一个液位传感器检测结果，可同时对流过薄壁堰式流量检测件的流量和通过排泄孔管的流量进行计算，确定隧道中心排水管内总的水流量。

Description

一种隧道中心排水管流量监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种自由表面水流量实时监测装置，属于液体流量检测技术领域。

背景技术

随着高海拔、高寒地区公路交通中隧道数量的增加，对隧道健康状态进行长期监测的技术需求也越来越强。获取隧道排水系统状况及防冻保温效果相关数据信息，是对在用隧道制定养护计划或维修决策的重要依据。在某些地域建设的隧道，由于受特殊的地质、水文以及气象条件的影响，需要对隧道围岩体涌水、季节性冻土融化渗水状态进行总体监测，即对隧道中心排水管的泄水流量进行检测。

隧道中心排水管内的水流一般处于自由表面的渠水流动状态，可基于明渠流量检测方法对排水量进行检测。常见的明渠流量计主要有堰式和槽式两大类，其原理是通过测量渠内流体相对于流量计位置上游规定距离的液位高度，再根据具体流量计的结构特性参数进行相应计算得到液体流量。由于明渠流量计对液位高度的测量常采用非接触式，所以能在较恶劣的环境中应用。

上述明渠流量检测方式存在的不足主要是：对于堰式流量计，如薄壁堰，虽然检测件结构简单，但是使用时由于渠水截流而导致泥沙、杂物等沉积在流量计检测件之前，不能自动排除，当沉积到一定程度时将影响流量计的检测精度，因此需要定期人工清除；对于槽式流量计，如巴歇尔槽，虽然不会在流量计检测件之前产生沉积现象，但是需要将流量检测槽装在渠道内，不仅占用较大的空间，而且检测件的结构较为复杂。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种隧道中心排水管流量监测装置，适用于高海拔、高寒地区隧道围岩体涌水、季节性冻土融化渗水状态导致的总排水量的监测。

本实用新型采用的技术方案是：隧道中心排水管流量监测装置主要由薄壁堰式流量检测件、具有射流清除泥沙沉积效应的排泄孔管、液位测量传感器和数据处理单元组成；排泄孔管安装在流量检测件的底部；在堰式流量检测件出水口最低点以下规定的距离与排泄孔管之间设有垂向防扰流板，以抑制薄壁堰式流量检测时射流清除泥沙过程对垂直于水流方向的扰动；在堰式流量检测件出水口最高点中心线两侧规定距离处对称设有导流板，以保持薄壁堰式流量检测过程中对水流横向稳定性的要求；液位测量传感器安装在固定于导流板的支架上，传感器输出信号通过导线传输到数据处理单元。

本实用新型采用技术方案的工作原理是：对液体流量的检测分为两个部分，其一是采用薄壁堰式流量检测方式，即安装在明渠水流中的流量检测部件(堰)将水位升高，升高的水位与流量之间有函数关系，因而测定水位高度就可求出水流量，记为Q_y；对于梯形堰，当tgθ＝1/4时称为希普列蒂(Cippoletti)堰，其流量可按下式计算：

Q_y＝1.855×b×h_y ^3/2

式中，b为梯形堰口底部宽度；h_y为相对堰口底边的液位高度。

其二是检测通过排泄孔管的水流量，记为Q_g；其流量可按下式计算：

Q_g＝μ×A×(2h_g)^1/2

式中，μ为流量系数，一般可取0.6；A为排泄孔管出口的截面积；h_g为排泄孔管水头压力，与中心排水管内的液位高度相关。因此，采用本技术方案所测得的流量值Q为:

Q＝Q_y(h_y)+Q_g(h_g)

式中，h_y为确定薄壁堰式流量计所检测流量的液位高度；h_g为确定排泄孔管流量的液位高度；且h_y和h_g可结合液位高度检测结果、流量检测部件的结构尺寸参数及排泄孔管的相对安装位置来确定。数据处理单元接收液位传感器的检测数据后，计算得到检测流量Q。

此外，排泄孔管设计为锥形，液体流过时可产生射流效应，对沉积在堰板底部的泥沙、杂物等具有抽吸排除效果。

本实用新型提出的技术方案的有益效果是：利用了薄壁堰式流量检测件结构简单、流量检测范围宽的特点，并通过设置既能通过测量液位高度计量流量，又能清除堰板底部泥沙、杂物沉积的排泄孔管，达到使用方便和不用进行清除沉积维护的效果。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明：

图1是本实用新型的流量监测装置的流量检测结构正视图；

图2是本实用新型的流量监测装置的流量检测结构左视图；

图3是本实用新型的流量监测装置的流量检测结构俯视图；

图4是本实用新型的导流体结构正视图；

图5是本实用新型的导流体结构左视图；

图6是本实用新型的导流体结构俯视图；

图7是本实用新型的排泄孔管结构示意图；

图8是本实用新型的隧道中心排水管流量监测装置现场安装示意图。

图中，1为导流体；2为传感器支架；3为液位传感器；4为梯形薄壁堰板；5为堰板固定螺栓；6为固定座；7为排泄孔管固定螺栓；8为排泄孔管；9为传感器支架固定螺栓；10为检测件安装板；11为垂向防扰流板；12为薄壁堰板安装螺栓孔；13为纵向导流板；14为导流板加强筋；15为防扰流板加强筋；16为排泄孔管安装螺栓孔；17排泄孔管安装孔；18为液位检测孔；19为排泄孔管；20为排泄孔管联接法兰盘；21为排泄孔管定位孔；22为流量检测装置；23为数据处理单元；24为信号线；25为穿线管；26为检查井；27为中心排水管；H为传感器安装高度；p为堰口底边液位高度；b为堰口底边宽度；h_g为排泄孔管水头压力液位高度；h_y为相对堰口底边的液位高度；h_c为传感器检测的液面与传感器测点之间的距离；θ为梯形堰板侧边的倾斜角度。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型实施例中的用于圆形排水管的梯形薄壁堰流量检测装置的技术方案进行清除完整地描述。

如图1、图2、图3所示，本实用新型所述的隧道中心排水管流量监测装置中，根据监测流量范围选择标准尺寸的流量检测件梯形薄壁堰板4，并用堰板固定螺栓5将梯形薄壁堰板4联接固定在导流体1的检测件安装板10上(图4)；液位传感器3由螺栓固定安装在传感器支架2上，由排泄孔管固定螺栓7将传感器支架2固定在导流体1的纵向导流板13上(图4)；排泄孔管8由传感器支架固定螺栓9固定在导流体1的检测件安装板10上(图4)；4个固定座6由螺栓固定在导流体1的检测件安装板10的外侧。

通过液位传感器3可以检测到排水管内梯形薄壁堰板4后的液面与传感器测点之间的距离h_c，但是由梯形薄壁堰板4检测流量Q_y的计算公式中需要确定相对堰口底边的液位高度h_y，即

h_y＝H–p–h_c

同样，对于经过排泄孔管的水流量Q_g的计算公式中需要确定排泄孔管水头压力液位高度h_g，即

H_g＝H–h_c

如图4、图5、图6所示，本实用新型所述的隧道中心排水管流量监测装置中，导流体1由检测件安装板10、垂向防扰流11板和两侧纵向导流板13组成；在检测件安装板10中上部加工出与梯形薄壁堰板4安装尺寸相对应的U型口和4个安装薄壁堰板4的螺栓孔12；检测件安装板10底部加工出安装排泄孔管8的圆形排泄孔管安装孔17与2个排泄孔管安装螺栓孔16；垂向防扰流板11设在排泄孔管安装孔17与梯形薄壁堰板4底部之间，在垂向防扰流板11前部加工出液位检测孔18；垂向防扰流板11底部设有2个防扰流板加强筋15，纵向导流板13外侧各设有2个导流板加强筋14；导流体1采用注塑成型工艺加工，或采用玻璃钢制作成型。

如图7所示，本实用新型所述的隧道中心排水管流量监测装置中，排泄孔管19的内孔为锥形体，进水口直径设为排水管27(图8)直径的5％，锥度1:5；排泄孔管联接法兰盘20上下两侧平行切割，左右两侧加工出排泄孔管定位孔21；排泄孔管19采用注塑成型工艺加工，或采用玻璃钢制作成型。

如图8所示，本实用新型所述的隧道中心排水管流量监测装置中，在中心排水管27的检查井26内，将流量检测装置22安装在中心排水管27上游距离检查井26周壁0.5m处，并用膨胀螺栓固定在中心排水管27的内壁上；液位传感器3的检测结果由置于穿线管25内的信号线24传输至数据处理单元23；数据处理单元23在对检测信号预处理的基础上，计算出流量监测结果，并将数据进行记录存储。

尽管以上结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但本实用新型不限于上述具体实施方式，上述具体实施方式仅仅是示意性的而不是限定性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不违背本实用新型宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种隧道中心排水管流量监测装置，包含导流体(1)、梯形薄壁堰板(4)、排泄孔管(19)、液位传感器(3)和数据处理单元(23)，其特征在于所述导流体(1)由检测件安装板(10)、垂向防扰流板(11)和纵向导流板(13)组成；所述排泄孔管(19)安装在所述梯形薄壁堰板(4)底部；所述垂向防扰流板(11)设在排泄孔管安装孔(17)与所述梯形薄壁堰板(4)底部之间；所述纵向导流板(13)对称设在所述梯形薄壁堰板(4)出水口最高点中心线两侧；所述液位传感器(3)安装在固定于所述纵向导流板(13)的传感器支架(2)上。

2.根据权利要求1所述的隧道中心排水管流量监测装置，其特征在于在所述检测件安装板(10)中上部加工出与所述梯形薄壁堰板(4)安装尺寸相对应的U型口和4个薄壁堰板安装螺栓孔(12)，所述检测件安装板(10)底部加工出排泄孔管安装孔(17)与2个排泄孔管安装螺栓孔(16)。

3.根据权利要求1所述的隧道中心排水管流量监测装置，其特征在于所述垂向防扰流板(11)前部加工出液位检测孔(18)，底部设有2个防扰流板加强筋(15)，所述纵向导流板(13)外侧各设有2个导流板加强筋(14)。

4.根据权利要求1所述的隧道中心排水管流量监测装置，其特征在于所述排泄孔管(19)的内孔为锥形体，进水口直径设为排水管(27)直径的5％，锥度为1:5。