CN211504264U - 用于梯形或u形渠道流量监测的明渠流量计 - Google Patents

用于梯形或u形渠道流量监测的明渠流量计 Download PDF

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安新代
王军良
彭彦铭
王彤
朱朋涛
康会莉
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Abstract

本实用新型公开了一种用于梯形或U形渠道流量监测的明渠流量计，包括设置在梯形渠道内的渠道水流形态监测装置和流量监测控制器；渠道水流形态监测装置包括横截面为菱形结构的立筒，组成立筒的四个立板上分别开设有滤波孔；立筒内设置有隔板将立筒内腔分隔为上游侧筒腔和下游侧筒腔，上游侧筒腔和下游侧筒腔内分别设置有上游侧立管和下游侧立管，上、下游侧立管周面上分别开设有滤波孔；底座上设置有上游侧压力水位监测仪和下游侧压力水位监测仪。本实用新型通过安装在被监测断面位置的渠道水流形态监测装置与渠道作用引起的渠道被监断面上、下游水位的变化，依据能量守恒及渠道连续方程进行被监测断面的平均流量测流，具有测量精度高的优点。

Description

用于梯形或U形渠道流量监测的明渠流量计
技术领域
本实用新型涉及明渠流量监测领域，尤其是涉及用于用于梯形或U形渠道流量监测的明渠流量计。
背景技术
输水明渠流量准确监测是灌区节水的基础，目前对于输水明渠流量监测、计量的手段主要有流速面积法，其核心是监测过流断面的平均流速，测量流速的方法有电磁法、超声波(时差法)、多普勒法、建筑物测流法。对于电磁法存在难以突破大断面测流限制的不足；而多普勒法主要用于测条带流速，精度低；超声波时差法测流，所采取的多声道测流设备对现场安装要求苛刻且成本很高。
发明内容
本实用新型目的在于提供一种测量精度高、安装方便的用于梯形或U形渠道流量监测的明渠流量计。
为实现上述目的，本实用新型采取下述技术方案：
本实用新型所述用于梯形或U形渠道流量监测的明渠流量计，包括设置在梯形或U形渠道内的渠道水流形态监测装置和设置在梯形或U形渠道外的流量监测控制器；所述渠道水流形态监测装置包括横截面为菱形结构的立筒，所述立筒下筒口设置有底座，组成立筒的四个立板上分别开设有用于消除水流扰动的滤波孔；立筒内设置有隔板将立筒内腔分隔为两个横截面为等腰三角形的上游侧筒腔和下游侧筒腔，所述上游侧筒腔和下游侧筒腔内分别设置有上游侧立管和下游侧立管，所述上、下游侧立管周面上分别开设有用于消除水流扰动的滤波孔；所述底座上位于上、下游侧立管内分别设置有上游侧压力水位监测仪和下游侧压力水位监测仪，所述上、下游侧压力水位监测仪的控制接口通过线缆从立筒上筒口引出，所述控制接口线缆与所述流量监测控制器连接。
所述流量监测控制器包括：
基本参数输入控制模块，用于输入所述梯形或U形渠道的断面尺寸数据、所述立筒阻水宽度数据和监测控制参数并存储于存储器内；
控制模块，用于发出控制指令，控制所述上、下游侧压力水位监测仪在设定的监测时段内按照设定的采集频率，同步采集各自监测的渠道断面水位并计算设定的所述监测时段内的平均水位及该平均水位的过水断面的面积；
瞬时流量监测计算模块，用于按照在设定的所述监测时段内计算被监测断面瞬时平均流量，计算在设定的监测时间段内所述被监测断面的平均流量。
开设在四个所述立板板面和所述上、下游侧立管周面上的滤波孔均为矩形竖孔。
在所述上、下游侧立管的底部管体壁上分别开设有豁口，以便渠水顺利进入上、下游侧立管内。
本实用新型突破了传统的测流方法，通过安装在被监测断面位置处的所述渠道水流形态监测装置与渠道作用引起的渠道被监断面上、下游水位的变化，依据能量守恒及渠道连续方程进行被监测断面的平均流量测流。消除了传统测流方式换能装置能量转换所带来的误差，不需要参数率定，具有测量精度高，安装、测流简便的优点。
附图说明
图1是本实用新型所述渠道水流形态监测装置的结构示意图。
图2是图1的A-A向剖面放大结构示意图。
图3是本实用新型所述上游侧立管（或下游侧立管）的结构示意图。
图4是本实用新型所述渠道水流形态监测装置布置于梯型渠道的平面示意图。
图5是本实用新型所述渠道水流形态监测装置布置于梯型渠道的立面示意图。
图6是本实用新型的电路控制系统框图。
图7是本实用新型所述方法的流程框图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述实施例。
如图1-6所示，本实用新型现以梯形渠道为例进行描述：
所述用于梯形渠道流量监测的明渠流量计，包括设置在梯形渠道1内的渠道水流形态监测装置和设置在梯形渠道外的流量监测控制器。
渠道水流形态监测装置包括横截面为菱形结构的立筒2，立筒2下筒口设置有底座3，组成立筒2的四个立板4.1、4.2、4.3、4.4上分别开设有用于消除水流扰动的滤波孔5.1，滤波孔5.1选择矩形竖孔结构，更易消除水流扰动。
立筒2内设置有隔板6将立筒内腔分隔为两个横截面为等腰三角形的上游侧筒腔7和下游侧筒腔8，上游侧筒腔7和下游侧筒腔8内分别设置有上游侧立管9和下游侧立管10，上、下游侧立管9、10周面上分别开设有用于消除水流扰动的滤波孔5.2，滤波孔5.2选择矩形竖孔结构，更易消除水流扰动；上、下游侧立管9、10的底部管体壁上分别开设有豁口11，以便渠水顺利进入上、下游侧立管9、10内。底座3上位于上、下游侧立管9、10内分别设置有上游侧压力水位监测仪12和下游侧压力水位监测仪13，上、下游侧压力水位监测仪12、13的控制接口通过线缆从立筒2上筒口引出，控制接口线缆与流量监测控制器连接。
如图6所示，所述流量监测控制器包括：
基本参数输入控制模块，用于输入梯形渠道的断面尺寸数据、立筒2阻水宽度数据和监测控制参数并存储于存储器内；
控制模块，用于发出控制指令，控制上、下游侧压力水位监测仪12、13在设定的监测时段内按照设定的采集频率，同步采集各自监测的渠道断面水位并计算设定的监测时段内的平均水位及该平均水位的过水断面的面积；
瞬时流量监测计算模块，用于按照在设定的监测时段内计算被监测断面瞬时平均流量，计算在设定的监测时间段内所述被监测断面的平均流量。
如图1-7所示，本实用新型所述明渠流量计的测流方法，包括下述步骤：
S1，构建梯形三断面测流环境：
在渠底位于指定的被监测断面Le渠道中线14上安装渠道水流形态监测装置，步骤如下：
S1.1，将立筒2的底座3固定于渠底，将立筒2内的隔板6与被监测断面Le重合，立筒2的上筒口延伸出渠道上方；
S1.2，设定立筒2的上游侧立边15所在的断面为上游侧监测断面Ls，设定立筒2的下游侧立边16所在的断面为下游侧监测断面Lx；上游侧压力水位监测仪12用于在设定的监测时段Δt内按照设定的采集频率采集上游侧监测断面Ls的水位，下游侧压力水位监测仪13用于在设定的监测时段Δt内按照设定的采集频率采集下游侧监测断面Lx的水位；
S2，控制模块发出控制指令，控制上、下游侧压力水位监测仪12、13在设定的监测时段Δt内按照设定的采集频率，同步采集上游侧监测断面Ls的水位数据和下游侧监测断面Lx的水位数据，计算在设定的监测时段Δt内上游侧监测断面Ls的平均水位hs数据、下游侧监测断面Lx的平均水位hx数据、被监测断面Le的平均过水面积
Figure DEST_PATH_IMAGE001
数据、上游侧监测断面Ls的平均过水面积
Figure 29949DEST_PATH_IMAGE002
数据、下游侧监测断面Lx的平均过水面积
Figure DEST_PATH_IMAGE003
数据；其中，被监测断面Le的平均过水面积
Figure 714134DEST_PATH_IMAGE004
等于上游侧监测断面Ls的平均过水面积
Figure DEST_PATH_IMAGE005
减去上游侧监测断面Ls的平均水位hs以下的渠道水流形态监测装置阻水面积，即：立筒2在垂直于渠道轴线方向上的投影面积；
S3，被监测断面Le的过流量计算：
控制模块将得到的平均水位hs数据、平均水位hx数据、平均过水面积
Figure 916707DEST_PATH_IMAGE006
数据、平均过水面积
Figure DEST_PATH_IMAGE007
数据和平均过水面积
Figure 124966DEST_PATH_IMAGE008
数据输出给瞬时流量监测计算模块，瞬时流量监测计算模块依据三断面能量守恒原理，推导了基于上述参数的Δt时段平均流量计算方法如下：
根据三断面能量守恒原理，上游侧监测断面Ls瞬时平均总能量ELS减去下游侧监测断面Lx瞬时平均总能量ELx等于被监测断面Le的平均动量变化ΔELx,其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
；
Figure 752387DEST_PATH_IMAGE010
；
同时根据渠道水流连续方程Qs=Qx=Qe有：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
；
从而得到
Figure 653479DEST_PATH_IMAGE012
；
Qs :上游侧监测断面Ls在Δt 时段的平均流量；
Qx :下游侧监测断面Lx在Δt 时段的平均流量；
Qe :被监测断面Le在Δt 时段的平均流量；
m : Δt 时段流过Ls、Le、Lx三个断面水流平均质量；
Vs :上游侧监测断面Ls在Δt 时段的平均流速；
Vx :下游侧监测断面Lx在Δt 时段的平均流速；
Ve :被监测断面Le在Δt 时段的平均流速；
g-重力加速度。
S2中，设定的监测时段∆t在5秒-60秒之间选则，采集频率每秒2-3次，每个监测时段∆t计算一次上游侧监测断面Ls的平均水位hs数据和下游侧监测断面Lx的平均水位hx数据；在计算平均水位hs数据和平均水位hx数据时，分别去掉一个最大值和一个最小值后取平均值。

Claims (4)

1.一种用于梯形或U形渠道流量监测的明渠流量计，其特征在于：包括设置在梯形或U形渠道内的渠道水流形态监测装置和设置在梯形或U形外的流量监测控制器；所述渠道水流形态监测装置包括横截面为菱形结构的立筒，所述立筒下筒口设置有底座，组成立筒的四个立板上分别开设有用于消除水流扰动的滤波孔；立筒内设置有隔板将立筒内腔分隔为两个横截面为等腰三角形的上游侧筒腔和下游侧筒腔，所述上游侧筒腔和下游侧筒腔内分别设置有上游侧立管和下游侧立管，所述上、下游侧立管周面上分别开设有用于消除水流扰动的滤波孔；所述底座上位于上、下游侧立管内分别设置有上游侧压力水位监测仪和下游侧压力水位监测仪，所述上、下游侧压力水位监测仪的控制接口通过线缆从立筒上筒口引出，所述控制接口线缆与所述流量监测控制器连接。
2.根据权利要求1所述用于梯形或U形渠道流量监测的明渠流量计，其特征在于：所述流量监测控制器包括：
基本参数输入控制模块，用于输入所述梯形或U形渠道的断面尺寸数据、所述立筒阻水宽度数据和监测控制参数并存储于存储器内；
控制模块，用于发出控制指令，控制所述上、下游侧压力水位监测仪在设定的监测时段内按照设定的采集频率，同步采集各自监测的渠道断面水位并计算设定的所述监测时段内的平均水位及该平均水位的过水断面的面积；
瞬时流量监测计算模块，用于按照在设定的所述监测时段内计算被监测断面瞬时平均流量，计算在设定的监测时间段内所述被监测断面的平均流量。
3.根据权利要求1或2所述用于梯形或U形渠道流量监测的明渠流量计，其特征在于：开设在四个所述立板板面和所述上、下游侧立管周面上的滤波孔均为矩形竖孔。
4.根据权利要求1或2所述用于梯形或U形渠道流量监测的明渠流量计，其特征在于：在所述上、下游侧立管的底部管体壁上分别开设有豁口，以便渠水顺利进入上、下游侧立管内。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111272235A (zh) * 2020-04-10 2020-06-12 黄河勘测规划设计研究院有限公司 用于梯形或u形渠道流量监测的明渠流量计及其测流方法

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