CN213021707U - 基于变频闭环控制的深隧模型测控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于变频闭环控制的深隧模型测控系统，其包括：若干容器，其均间隔设置；相邻两个所述容器之间通过第一管道连通；每个所述第一管道设置相应的排洪泵；每个所述排洪泵对应设置变频器，以控制所述排洪泵的排洪驱动力；若干所述容器形成多个入流口；每个所述第一管道上位于所述排洪泵排洪出口方向的节段上设置流量监测装置，用于监测所述第一管道对应节段的出流量；若干压力监测装置，用于监测水压；控制单元，用于接收所述第一管道的出流量的信息和出流水压信息，并根据所述第一管道的出流量的信息和出流水压信息控制所述变频器的频率。可广泛应用于深层隧道的物理模型技术领域。

Description

基于变频闭环控制的深隧模型测控系统

技术领域

本实用新型涉及深层隧道的物理模型技术领域。更具体地说，本实用新型涉及基于变频闭环控制的深隧模型测控系统。

背景技术

深层隧道的应用技术在国内应用中较为空白，尤其涉及深层隧道内水流状态的监测技术，还没有针对性提出实际有效的解决办法，深层隧道排水系统多点入流，水流经竖井进入主隧的落差大、水动力特性复杂，对于深层隧道内部的水流环境，包括水流量、水压等监测尤为困难，在过流能力、水流流态、压力分布、消排气效果、泥沙淤积、冲淤效果等方面存在必要的论证需求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种模拟地下深层隧道环境的基于变频闭环控制的深隧模型测控系统。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种基于变频闭环控制的深隧模型测控系统，其包括：

若干容器，其均间隔设置；相邻两个所述容器之间通过第一管道连通；每个所述第一管道设置相应的排洪泵；每个所述排洪泵对应设置变频器，以控制所述排洪泵的排洪驱动力；

其中，若干所述容器与若干所述第一管道连接形成线性的深邃模型，若干所述容器分布在线性的所述深邃模型的位置处分别设置多个入流口；

每个所述第一管道上位于所述排洪泵排洪出口方向的节段上设置流量监测装置，用于监测所述第一管道对应节段的出流量；

若干压力监测装置，其分别设置在所述深邃模型的各个节段上，用于监测水压；

控制单元，其分别对应连接若干所述流量监测装置以及所述压力监测装置，用于接收所述第一管道的出流量的信息和出流水压信息，并根据所述第一管道的出流量的信息和出流水压信息控制所述变频器的频率。

优选地，所述入流口处设置有若干进水节段，每一所述进水节段的一端处均连通有所述容器，另一端连通所述第一管道，所述进水节段包括：

第一进水部，用于引入并临时储存定量的水源，其包括：

第一前池；

第一后池，与所述第一前池通过一池壁隔开，所述第一后池的高度大于所述第一

前池的高度；

进水阀门，设置在所述池壁上位于下部位置，并连通所述第一前池和所述第一后池；

第一出水部，用于接收所述第一进水部的水源；

第一进水管，其一端连通所述第一后池、另一端连通所述第一进水部；

第一排洪泵，其连通所述第一进水管；

第一流量监控装置，其位于所述第一进水管上所述第一排洪泵的出水口方向的节段上；

第一变频器，与所述第一排洪泵连接并控制所述第一排洪泵的排洪驱动力。

优选地，所述第一前池的底部设置有所述压力监测装置，用于将所述第一前池的水压数据传输至所述控制单元。

优选地，所述入流口还包括多根竖向设置的分管，所述分管均连通所述第一管道。

优选地，所述分管包括：

导流部，其为一圈直筒状的内侧具有螺旋结构、并与所述分管同轴心设置。

优选地，所述深邃模型的长度节段还包括若干出水节段，每一所述出水节段的一端处均连通一所述第一管道远离所述第一后池的一端，所述出水节段包括：

第二前池，用于引入并临时储存定量的水源，其包括：

第二后池，用于接收所述第二前池内的水；

第二进水管，其为U型管，其两自由端分别延伸伸入对应侧的所述第二前池和第二后池内；

第二排洪泵，其连通于所述U型管的中间节段；

第二流量监控装置，其位于所述U型管上所述第二排洪泵的出水口方向的节段上；

第二变频器，与所述第二排洪泵连接并控制所述第二排洪泵的排洪驱动力。

优选地，所述第二进水管上还设置有一手动阀。

优选地，还包括：

多个沉砂池，其分别设置连通于若干所述第一管道。

优选地，还包括底部支撑结构，其支撑设置在所述深邃模型的底部，具体包括：

若干底座，其分别对应设置于若干所述容器的底部；

若干升降装置，其分别对应支撑于若干所述容器的底部，并位于所述底座上，用于调节所述容器的高度。

基于变频闭环控制的深隧模型测控系统的测控方法，其包括以下步骤：

S1、预设所述深邃模型的进水流量信息和出水流量信息，所述水流量信息包括：

水流压力、流速以及水位信息；

S2、获取所述深邃模型的进口水流量信息、第一管道的过程水流量信息、出口水流量信息；

S3、比对所述步骤S2中所述出口水流量信息与所述步骤S1中的所述出水流量信息，如果所述出口水流量信息与所述出水流量信息不一致，则控制调整所述第一管道的过程水流量信息，直至所述出口水流量信息与所述出水流量信息一致。

本实用新型至少包括以下有益效果：

1、深邃模型设计合理，根据实际地下深邃环境按比例制备模型，模拟地下深层隧道的内部环境的水流状况，进而能够直观地对地下深邃环境做出模型分析。

2、结构简单，容易搭建，实操性强，通过管道、容器等模拟地下深邃环境以及入流口，并且设置排洪泵和变频器使模型中的水流达到预期的设计值，进而能够观测在水流过程中的影响因素。

3、测量精度高，通过设置流量检测装置、压力监测装置、变频装置以及软件控制单元对水流压力、出流量进行监测以及控制。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本实用新型的基于变频闭环控制的深隧模型测控系统结构示意图；

图2为本实用新型的进水节段的结构示意图；

图3为本实用新型出水节段结构示意图；

说明书附图标记说明：1、容器，2、第一管道，3、进水节段，4、出水节段，5、分管，6、底部支撑，7、升降装置，8、第一排洪泵，9、第一流量检测装置，10、第一出水部，11、第二前池，12、第二进水管，13、第二后池，701、第一前池，702、第一后池。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

在本实用新型的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1-3所示，本实用新型的基于变频闭环控制的深隧模型测控系统，其包括：

若干容器1，其均间隔设置；相邻两个所述容器1之间通过第一管道2连通；每个所述第一管道2设置相应的排洪泵；每个所述排洪泵对应设置变频器，以控制所述排洪泵的排洪驱动力；

其中，若干所述容器1与若干所述第一管道2连接形成线性的深邃模型，若干所述容器1分布在线性的所述深邃模型的位置处分别设置多个入流口；

每个所述第一管道2上位于所述排洪泵排洪出口方向的节段上设置流量监测装置，用于监测所述第一管道2对应节段的出流量；

若干压力监测装置，其分别设置在所述深邃模型的各个节段上，用于监测水压；

控制单元，其分别对应连接若干所述流量监测装置以及所述压力监测装置，用于接收所述第一管道2的出流量的信息和出流水压信息，并根据所述第一管道2的出流量的信息和出流水压信息控制所述变频器的频率。

在上述技术方案中，容器1以及第一管道2均采用透明材质，可从外部直观观测到管道内部的水流情况，且管道节段的高低位置根据地下隧道的节段落差按比例进行设计布置，以达到地下隧道环境的高度拟合状态；

实验用水可通过水泵进行抽水，随着水流在深邃模型中逐渐流动，以及多个入流口进水所以，入流是不恒定的，在软件单元中会以曲线的形式体现出来，水位流出方向的节段上设置多个排洪泵进行抽水，首先，设计一预先的水位阀值，当水位升高超过该阀值时，就打开一台排洪泵，当水位逐渐升高一台排洪泵不能使水位保持在一个恒定状态下并且还在持续升高时，就再打开一台排洪泵，以此类推，直至水流水位保持在一个稳定状态。

在另一种技术方案中，所述入流口处设置有若干进水节段3，每一所述进水节段3的一端处均连通有所述容器1，另一端连通所述第一管道2，所述进水节段3包括：

第一进水部，用于引入并临时储存定量的水源，其包括：

第一前池701；

第一后池702，与所述第一前池701通过一池壁隔开，所述第一后池702的高度大于所述第一

前池的高度；

进水阀门，设置在所述池壁上位于下部位置，并连通所述第一前池701和所述第一后池；

第一出水部10，用于接收所述第一进水部的水源；

第一进水管，其一端连通所述第一后池702、另一端连通所述第一进水部；

第一排洪泵8，其连通所述第一进水管；

第一流量监控装置9，其位于所述第一进水管上所述第一排洪泵8的出水口方向的节段上；

第一变频器，与所述第一排洪泵8连接并控制所述第一排洪泵8的排洪驱动力。

在上述技术方案中，第一前池701和第一后池702通过池壁隔开，且池壁设置有连通的进水阀门，操作时，先将第一前池701蓄满实验用水，然后通过进水阀门将第一前池701的实验用水灌满第一后池702，第一后池702的水会保持一定的稳态，回流至第一前池701，在通过第一进水管在第一后池702中抽水形成稳定的水流环境；

其中，排洪泵用于抽取第一管道2中的水，且通过第一变频器控制抽取的水量。

在另一种技术方案中，所述第一前池701的底部设置有所述压力监测装置，用于将所述第一前池701的水压数据传输至所述控制单元。

压力监测装置可采用防水的压力传感器，设置在第一前池701的底部，用于监测第一前池701内的水压，进而判断水位。

在另一种技术方案中，所述入流口还包括多根竖向设置的分管5，所述分管5均连通所述第一管道2。

在上述技术方案中，分管5可以作为多个入流的点位。

在另一种技术方案中，所述分管5包括：

导流部，其为一圈直筒状的内侧具有螺旋结构、并与所述分管5同轴心设置。

导流部可以充分化解在垂直入流是产生的冲击，对管道内形成浪涌和造成水流环境的激荡。

在另一种技术方案中，所述深邃模型的长度节段还包括若干出水节段4，每一所述出水节段4的一端处均连通一所述第一管道2远离所述第一后池702的一端，所述出水节段4包括：

第二前池11，用于引入并临时储存定量的水源，其包括：

第二后池13，用于接收所述第二前池11内的水；

第二进水管12，其为U型管，其两自由端分别延伸伸入对应侧的所述第二前池

11和第二后池13内；

第二排洪泵，其连通于所述U型管的中间节段；

第二流量监控装置，其位于所述U型管上所述第二排洪泵的出水口方向的节段上；第二变频器，与所述第二排洪泵连接并控制所述第二排洪泵的排洪驱动力。

在另一种技术方案中，所述第二进水管12上还设置有一手动阀。

在上述技术方案中，U型管段的两端分别连通第二前池11和第二后池13，第二后池13用于接收实验尾水，当关停实验供水时，处于U型管段内仍有积水会存积在中间部位，不会直接流入前池或者后池对深邃模型内的管段造成影响。

在另一种技术方案中，还包括：

多个沉砂池，其分别设置连通于若干所述第一管道2。

在另一种技术方案中，还包括底部支撑6结构，其支撑设置在所述深邃模型的底部，具体包括：

若干底座，其分别对应设置于若干所述容器1的底部；

若干升降装置7，其分别对应支撑于若干所述容器1的底部，并位于所述底座上，用于调节所述容器1的高度。

升降装置7用于调节整个深邃模型位于不同节段位置处的高度。

基于变频闭环控制的深隧模型测控系统的测控方法，其包括以下步骤：

S1、预设所述深邃模型的进水流量信息和出水流量信息，所述水流量信息包括：

水流压力、流速以及水位信息；

S2、获取所述深邃模型的进口水流量信息、第一管道2的过程水流量信息、出口水流量信息；

S3、比对所述步骤S2中所述出口水流量信息与所述步骤S1中的所述出水流量信息，如果所述出口水流量信息与所述出水流量信息不一致，则控制调整所述第一管道2的过程水流量信息，直至所述出口水流量信息与所述出水流量信息一致。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.基于变频闭环控制的深隧模型测控系统，其特征在于，包括：

若干容器，其均间隔设置；相邻两个所述容器之间通过第一管道连通；每个所述第一管道设置相应的排洪泵；每个所述排洪泵对应设置变频器，以控制所述排洪泵的排洪驱动力；

其中，若干所述容器与若干所述第一管道连接形成线性的深邃模型，若干所述容器分布在线性的所述深邃模型的位置处分别设置多个入流口；

每个所述第一管道上位于所述排洪泵排洪出口方向的节段上设置流量监测装置，用于监测所述第一管道对应节段的出流量；

若干压力监测装置，其分别设置在所述深邃模型的各个节段上，用于监测水压；

控制单元，其分别对应连接若干所述流量监测装置以及所述压力监测装置，用于接收所述第一管道的出流量的信息和出流水压信息，并根据所述第一管道的出流量的信息和出流水压信息控制所述变频器的频率。

2.根据权利要求1所述的基于变频闭环控制的深隧模型测控系统，其特征在于，所述入流口处设置有若干进水节段，每一所述进水节段的一端处均连通有所述容器，另一端连通所述第一管道，所述进水节段包括：

第一进水部，用于引入并临时储存定量的水源，其包括：

第一前池；

第一后池，与所述第一前池通过一池壁隔开，所述第一后池的高度大于所述第一前池的高度；

进水阀门，设置在所述池壁上位于下部位置，并连通所述第一前池和所述第一后池；

第一出水部，用于接收所述第一进水部的水源；

第一进水管，其一端连通所述第一后池、另一端连通所述第一进水部；

第一排洪泵，其连通所述第一进水管；

第一流量监控装置，其位于所述第一进水管上所述第一排洪泵的出水口方向的节段上；

第一变频器，与所述第一排洪泵连接并控制所述第一排洪泵的排洪驱动力。

3.根据权利要求2所述的基于变频闭环控制的深隧模型测控系统，其特征在于，所述第一前池的底部设置有所述压力监测装置，用于将所述第一前池的水压数据传输至所述控制单元。

4.根据权利要求1所述的基于变频闭环控制的深隧模型测控系统，其特征在于，所述入流口还包括多根竖向设置的分管，所述分管均连通所述第一管道。

5.根据权利要求4所述的基于变频闭环控制的深隧模型测控系统，其特征在于，所述分管包括：

导流部，其为一圈直筒状的内侧具有螺旋结构、并与所述分管同轴心设置。

6.根据权利要求2所述的基于变频闭环控制的深隧模型测控系统，其特征在于，所述深邃模型的长度节段还包括若干出水节段，每一所述出水节段的一端处均连通一所述第一管道远离所述第一后池的一端，所述出水节段包括：

第二前池，用于引入并临时储存定量的水源，其包括：

第二后池，用于接收所述第二前池内的水；

第二进水管，其为U型管，其两自由端分别延伸伸入对应侧的所述第二前池和第二后池内；

第二排洪泵，其连通于所述U型管的中间节段；

第二流量监控装置，其位于所述U型管上所述第二排洪泵的出水口方向的节段上；

第二变频器，与所述第二排洪泵连接并控制所述第二排洪泵的排洪驱动力。

7.根据权利要求6所述的基于变频闭环控制的深隧模型测控系统，其特征在于，所述第二进水管上还设置有一手动阀。

8.根据权利要求1所述的基于变频闭环控制的深隧模型测控系统，其特征在于，还包括：

多个沉砂池，其分别设置连通于若干所述第一管道。

9.根据权利要求1所述的基于变频闭环控制的深隧模型测控系统，其特征在于，还包括底部支撑结构，其支撑设置在所述深邃模型的底部，具体包括：

若干底座，其分别对应设置于若干所述容器的底部；

若干升降装置，其分别对应支撑于若干所述容器的底部，并位于所述底座上，用于调节所述容器的高度。

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