CN210347683U - 一种泄水建筑物水流流速测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种泄水建筑物水流流速测量装置，其包括设置于水流被测区段上游端的第一电导率传感器（3），所述水流被测区段的下游端设置第二电导率传感器（5），第一、二电导率传感器分别与电导率仪（6）的测量端连接，所述第一电导率传感器的上游设置用于推送电解质溶液的电解质溶液推送装置。当已知第一、二电导率传感器之间的距离时，本实用新型通过测量电解质溶液在第一、二电导率传感器之间的迁移时间，可求得电解质溶液的迁移速度，由于电解质溶液融合在水体中，具有完全的跟随性，因此电解质溶液的迁移速度即是水流的运动速度。

Description

一种泄水建筑物水流流速测量装置

技术领域

本实用新型涉及水利水电工程泄水建筑物，特别是一种泄水建筑物高速水流的流速测量装置。

背景技术

目前流速的测量方法主要有：机械法、皮托管法、热线测速法、多普勒法和粒子图像法。在实际应用中常用的仪器设备有：旋桨流速仪、皮托管、差压传感器、超声波/激光多普勒流速仪等，上述仪器均属于直接接触式测量仪器，在进行流速测量时，流速仪的传感器必须置于被测点位，对被测流场干扰较大，影响测量的准确度。粒子图像测速仪（PIV）属于非接触式测量仪器，是利用示踪粒子反映流场表面流动速度的测量技术，PIV要求示踪粒子的流动跟随性好，粒子的密度尽量等于流体的密度，粒子的直径要在能够被成像系统拍摄到清晰图像的前提下尽可能的小，一般为μm量级。

接触式测量仪器主要存在三个方面的问题：（1）当采用悬臂式的安装支架固定传感器时，安装支架必须有足够的刚度抵抗高速水流的冲击，且不能对流场产生太大的干扰，目前尚没有这样一种可行的安装支架；（2）当利用预埋在混凝土内部的底座安装传感器时，传感器凸出至混凝土表面外，传感器极容易损毁或失效，且凸出的传感器干扰流场，影响测量的准确度；（3）凸出的流速传感器将成为新的空化源，恶化水流，使得过流面存在空蚀破坏的风险。

非接触式测量仪器采用的是粒子成像处理技术，对图像的清晰度要求较高，需要水流表面光滑、流线平顺。然而，高速水流在运动过程中与大气发生强烈剪切，水流表面卷吸破碎、掺气雾化，示踪粒子无法通过现行的成像技术显现在图像上，因此非接触式测量仪器无法在高速水流的速度测量中使用。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，针对现有流速测量仪器设备存在的不足，提供一种泄水建筑物水流流速测量装置。

为解决上述技术问题，本实用新型泄水建筑物水流流速测量装置包括设置于水流被测区段上游端的第一电导率传感器，所述水流被测区段的下游端设置第二电导率传感器，第一、二电导率传感器分别与电导率仪的测量端连接，所述第一电导率传感器的上游设置用于推送电解质溶液的电解质溶液推送装置。

进一步地，所述电解质溶液推送装置包括至少一个本体，所述本体的顶部设有竖向通孔，所述本体内设置用于打开或封闭竖向通孔的启闭装置和充满电解质溶液的空腔；所述启闭装置包括弹性门体、连接弹性门体的杆和与所述杆连接的驱动结构，所述弹性门体的头部的径向截面与所述竖向通孔的径向截面相匹配，所述弹性门体在驱动结构及杆的作用下向上滑动到所述本体的顶部时，所述弹性门体的头部正好插入所述竖向通孔，并将所述竖向通孔和所述空腔封闭，所述弹性门体向下滑动使其头部退出所述竖向通孔并下移一距离时，所述竖向通孔打开，并与所述空腔相连通。

进一步地，为使弹性门体上下滑动更为平稳，所述启闭装置还包括与所述竖向通孔连通的套缸，套缸上部的侧壁上开设与所述空腔连通的旁通孔，所述弹性门体设置在所述套缸内并沿所述套缸上下滑动。

进一步地，所述本体内还设置与所述旁通孔连通的旁通管，所述旁通孔经所述旁通管连通所述空腔。

进一步地，为使弹性门体的上、下滑动更为平稳，保证弹性门体的头部能够准确插入竖向通孔，所述竖向通孔的轴线与所述套缸的轴线重合。

进一步地，为避免弹性门体的头部凹陷或凸出至混凝土表面干扰流场，同时，避免弹性门体的头部成为新的空化源，恶化水流，所述弹性门体的头部插入所述竖向通孔时，所述弹性门体的头部顶面与所述本体的上表面平齐，且所述第一电导率传感器设置于所述本体的上表面，并与所述本体的上表面齐平。

进一步地，所述驱动结构包括一微型潜水电机，且所述微型潜水电机水平安装，通过齿轮和齿条连接所述杆。

所述微型潜水电机的电源线引出至所述本体侧面或底面，且所述微型潜水电机的控制回路中连接有上、下行程限位控制开关，控制弹性门体的升降距离，保证弹性门体下拉时头部至套缸侧壁的旁通孔的下方，弹性门体上推时头部的顶面与所述本体的上表面平齐。

所述弹性门体与所述套缸间隙配合，不仅通过启闭装置实现了竖向通孔的开启和锁闭，而且保证了驱动结构始终处于无水的密闭空腔内，阻隔外部水体与电解质溶液混合。

所述旁通孔的直径小于所述弹性门体的主体高度，以确保弹性门体能够完整地封闭旁通孔。

所述旁通管、空腔、套缸和杆采用铝合金或不锈钢材料制成，以便保证测量装置长时间服役过程中不至于老化锈蚀而破损。

所述本体由混凝土或砂浆材料制成，所述弹性门体采用橡胶或聚四氟乙烯材料制成，所述电导率传感器的绝缘材料为环氧树脂、聚酯、聚氨酯、有机硅树脂中的一种或多种，电极采用肖氏硬度不小于60的石墨制成，能够使得测量装置的抗磨损性能不大于当地混凝土，且本体顶部及弹性门体头部留有一定的富余长度；在服役过程中，随着时间的推移，在水流磨损作用下，弹性门体的头部、本体顶面及电导率传感器均会随着混凝土表层剥离而剥离，如此，弹性门体头部的顶面、本体顶面及电导率传感器始终与混凝土表面齐平，不会出现凹陷或凸出，不会成为新的空化源，确保水流流态良好。

进一步地，所述电解质溶液采用高浓度NaCl溶液。

进一步地，所述本体沿水流方向设置多个，后一个本体上的电导率传感器作为前一本体的第二电导率传感器，重复上述步骤，即可测量流速沿流程的变化。

本实用新型利用弹性门体脉冲式地推送电解质溶液，通过测量电解质溶液在第一、二电导率传感器之间的迁移时间，当已知第一、二电导率传感器之间的距离时，可求得电解质溶液的迁移速度，由于电解质溶液融合在水体中，具有完全的跟随性，因此电解质溶液的迁移速度即是水流的运动速度。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型不仅提供了一种新的测量水流流速的方法，而且本实用新型第一电导率传感器与本体上表面平齐，消除了接触式传感器对被测流场的干扰、避免了传感器被水流冲击损毁和失效，且避免了过流面空蚀破坏的风险。

2.本实用新型通过启闭装置不仅实现了竖向通孔的开启和锁闭，而且保证了驱动结构始终处于无水的密闭空腔内，阻隔外部水体与电解质溶液混合。

3.本实用新型测量装置封装完成后在混凝土浇筑时直接埋置在混凝土内，免除了后期安装传感器，简化了作业程序。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的结构示意图（启用状态/电解质溶液导入状态）。

图2为图1中A－A面剖视图。

图3为图1中B－B面剖视图。

图4为本实用新型实施例一停用状态/电解质溶液推送状态的结构示意图。

图5为本实用新型使用时第一、二电导率传感器测得的水流电导率变化曲线图。

图中：1—本体；2—启闭装置；3—第一电导率传感器；4—电解质溶液；5—第二电导率传感器；6—电导率仪；11－竖向通孔；12－旁通管；13－空腔； 21—弹性门体；22—杆；23—套缸；24—驱动结构；211—头部；231—旁通孔。

具体实施方式

以下结合具体优选的实施例对本实用新型作进一步描述，但并不因此而限制本实用新型的保护范围。

为了便于描述，各部件的相对位置关系（如：上、下、左、右等）的描述均是根据说明书附图的布图方向来进行描述的，并不对本专利的结构起限定作用。

实施例1：

如图1～图4所示，本实用新型泄水建筑物水流流速测量装置一实施例包括由混凝土或砂浆材料制作的圆柱形本体1，本体1内设置有旁通管12、空腔13、启闭装置2；本体1的顶部设有与上部水体连通的竖向通孔11，同时竖向通孔11与启闭装置2的套缸23顶部连通，且竖向通孔11的轴线与套缸23的轴线重合；套缸23上部的侧壁上设置旁通孔231，旁通管12的一端与旁通孔231连通，另一端与空腔13连通；启闭装置2包括弹性门体21、杆22、套缸23和驱动结构24，弹性门体21的头部211的径向截面形状与竖向通孔11的径向截面形状相匹配，弹性门体21在驱动结构24及杆22的共同作用下沿套缸23内壁上下滑动，使弹性门体21的头部211正好插入竖向通孔11时将竖向通孔11封闭，或弹性门体21的头部211退出竖向通孔11时打开竖向通孔11；第一电导率传感器3安装在所述本体1的顶部，且与所述本体1的上表面齐平；旁通孔231、旁通管12和空腔13内充满电解质溶液4。

本实用新型泄水建筑物水流流速测量装置还包括设置于水流被测区段下游端的第二电导率传感器5和与第一、二电导率传感器3、5连接的电导率仪6。

本实施例中的第一、二电导率传感器3、5和电导率仪6为市售产品，因而未对其结构作进一步描述。

驱动结构24采用微型潜水电机，潜水电机水平安装，通过齿轮齿条结构连接杆22及弹性门体21，驱动结构24的控制回路中设置有上、下行程限位控制开关。

空腔13用铝合金材料制作，旁通管12、杆22和套缸23用铝合金材料制作；弹性门体21用橡胶材料制作，电解质溶液4为质量百分比浓度为25%的高浓度NaCl溶液。

本实用新型泄水建筑物水流流速测量装置用于水流流速测量时，本体1埋置于水流被测区段的上游端，具体测量包括下列步骤：

1）测取第一、二电导率传感器之间的距离为1m，并将第一、二电导率传感器与电导率仪连接；

2）未泄流时，打开本体的竖向通孔，从竖向通孔将电解质溶液（质量百分比浓度为25%的NaCl溶液）注入到空腔内，随后封闭竖向通孔；

3）流速测量时，驱动结构启动，将弹性门体的头部下拉至套缸侧壁的旁通孔的下方，使外部水体进入竖向通孔，并与空腔内的电解质溶液在弹性门体头部上方的套缸内混合成电解质溶液；

4）再次将驱动结构启动，将弹性门体上推至套缸的顶部，使弹性门体的头部插入所述本体的竖向通孔并封闭所述竖向通孔，在此过程中，弹性门体头部上方套缸内的电解质溶液被推出本体；

5）弹性门体头部上方套缸内的电解质溶液被推出本体的同时，电导率仪同步测量第一、二电导率传感器的流经水流电导率随时间的变化（如图5所示）；

6）测取第一、二电导率传感器的流经水流电导率脉冲的迟滞时间；

7）利用第一、二电导率传感器之间的距离1m除以流经水流电导率脉冲的迟滞时间0.03s，即得流经水流的流速为30.3m/s。

以上所述，仅是本申请的较佳实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种泄水建筑物水流流速测量装置，其特征在于包括设置于水流被测区段上游端的第一电导率传感器（3），所述水流被测区段的下游端设置第二电导率传感器（5），第一、二电导率传感器分别与电导率仪（6）的测量端连接，所述第一电导率传感器的上游设置用于推送电解质溶液的电解质溶液推送装置。

2.根据权利要求1所述的一种泄水建筑物水流流速测量装置，其特征在于，所述电解质溶液推送装置包括至少一个本体（1），所述本体的顶部设有竖向通孔（11），所述本体内设置用于打开或封闭竖向通孔的启闭装置（2）和充满电解质溶液的空腔（13）；所述启闭装置包括弹性门体（21）、连接弹性门体的杆（22）和与所述杆连接的驱动结构（24），所述弹性门体的头部（211）的径向截面与所述竖向通孔的径向截面相匹配，所述弹性门体在驱动结构及杆的作用下向上滑动到所述本体的顶部时，所述弹性门体的头部正好插入所述竖向通孔，并将所述竖向通孔和所述空腔封闭，所述弹性门体向下滑动使其头部退出所述竖向通孔并下移一距离时，所述竖向通孔打开，并与所述空腔相连通。

3.根据权利要求2所述的一种泄水建筑物水流流速测量装置，其特征在于，所述启闭装置还包括与所述竖向通孔连通的套缸（23），套缸上部的侧壁上开设与所述空腔连通的旁通孔（231），所述弹性门体设置在所述套缸内并沿所述套缸上下滑动。

4.根据权利要求3所述的一种泄水建筑物水流流速测量装置，其特征在于，所述本体内还设置与所述旁通孔连通的旁通管（12），所述旁通孔经所述旁通管连通所述空腔。

5.根据权利要求3所述的一种泄水建筑物水流流速测量装置，其特征在于，所述竖向通孔的轴线与所述套缸的轴线重合。

6.根据权利要求2所述的一种泄水建筑物水流流速测量装置，其特征在于，所述第一电导率传感器设置于所述本体的上表面，并与所述本体的上表面齐平。

7.根据权利要求2所述的一种泄水建筑物水流流速测量装置，其特征在于，所述弹性门体的头部插入所述竖向通孔时，所述弹性门体的头部顶面与所述本体的上表面平齐。

8.根据权利要求2所述的一种泄水建筑物水流流速测量装置，其特征在于，所述驱动结构包括一微型潜水电机，且所述微型潜水电机水平安装，通过齿轮和齿条连接所述杆。

9.根据权利要求1所述的一种泄水建筑物水流流速测量装置，其特征在于，所述电解质溶液采用NaCl溶液。

10.根据权利要求3所述的一种泄水建筑物水流流速测量装置，其特征在于，所述弹性门体与所述套缸间隙配合，所述旁通孔的直径小于所述弹性门体的主体高度。

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