RU222636U1 - Устройство для определения уровня воды в дренажных лотках транспортного тоннеля - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно предназначена для определения уровня воды в дренажных лотках транспортного тоннеля. Устройство для определения уровня воды в дренажных лотках транспортного тоннеля, имеющее круглую опорную поверхность с отверстием для прохода воды с находящейся в ней прозрачной трубой с нанесенной мерной шкалой и находящимся внутри поплавком, при этом отверстие перекрыто перфорированной пластинкой, отличающееся тем, что внутри прозрачной трубы находится поплавок в виде светящегося шарика, а на прозрачной трубе с нанесенной мерной шкалой установлены светодиодные водонепроницаемые лампы, работающие от аккумуляторных батарей.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно предназначена для определения уровня воды в дренажных лотках транспортного тоннеля.

В условиях ужесточения требований к скорости и качеству строительства искусственных сооружений в дальнейшем возникает необходимость их надлежащего содержания, а также проведения точных и, соответственно, достоверных проектно-изыскательских работ по восстановлению работоспособности составных конструкций с минимальными затратами времени. На основании вышесказанного предлагаемое устройство для определения уровня воды в дренажных лотках транспортного тоннеля следует отнести к актуальным разработкам.

Известен водоизмерительный лоток (Пат. РФ №171223, G01 F1/00 (2006.01), 11.04.2016), состоящий из подающей и отводящей гидротехнических емкостей и желоба с сужающим устройством. Емкости и желоб соединены в единую конструкцию и выполнены из пластиковых листов, а сужающее устройство выполнено из композитного материала. Емкости и желоб соединены в единую конструкцию посредством сварки, при этом емкости выполнены в виде колодцев.

Сужающее устройство представляет собой две вставки, расположенные зеркально напротив друг друга внутри по боковым сторонам желоба и каждая из которых имеет фланцевые элементы по всему периметру с отверстиями для саморезов под крепление к желобу. Желоб перед сужающим устройством оснащен приборами для измерения уровня воды, работающими по принципу бесконтактного измерения.

Вода по самотечным коллекторам (трубам) различных диаметров с различным расходом поступает в подающую гидротехническую емкость контрольно-измерительной системы. Далее вода в самотечном режиме протекает по открытому желобу с установленным в нем сужающим устройством и попадает в отводящую гидротехническую емкость, из которой отводится по самотечным коллекторам (трубам).

При прохождении воды через открытый желоб происходит подтопление (повышение уровня воды) перед сужающим устройством. За счет того, что сужающее устройство имеет четкие стандартизированные размеры (размеры соответствуют МИ 2406-97 (п.п. 4.10.2 и 4.10.3)), значение уровня воды перед сужающим устройством находится в четкой теоретической зависимости с расходом воды, протекающим через лоток в единицу времени, т.е. зависимость уровень - расход дает возможность определения объема протекающей воды.

Измерение уровня воды перед сужающим устройством осуществляется с помощью специальных приборов, в частности акустического ультразвукового уровнемера / расходомера ЭХО-Р-02. Прибор устанавливается в колодце над открытом желобом.

К недостаткам данного устройства следует отнести существенный расход материалов для изготовления макета, а по части определения уровня воды - наличие специальных устройств, требующих замены при выходе их из строя, что может вызвать задержки в проведении обследования в случае их отсутствия на месте выполнения работ.

Разработан испытательный стенд по исследованию транспортирующей способности открытых лотков с различной текстурой внутренней поверхности (Пат. РФ №189253, G01B 9/00(2006.01), 20.11.2018) в составе неподвижной рамы, подвижной платформы с жестко соединенным желобом, соединенной с одного торца через резиновый гофрированный патрубок с накопительной емкостью для жидкости, а с другого торца со съемным сетчатым уловителем, устанавливаемого в желобе на малых механических домкратах трубного модуля в виде открытого лотка с соответствующей текстурой внутренней поверхности, жестко соединенных с неподвижной рамой фотокамер фронтальной и коаксиальной съемок, а также источника светового излучения, большого механического домкрата для изменения уклона желоба, системы точной фиксации уклона желоба в виде заполненных водой магистрали с сообщающимися гибкими прозрачными трубками, жестко скрепленных с планкой подвижных мерных линеек и лазерного отвеса, обеспечивающих вертикальное положение трубок и мерных линеек при изменении уклона лотка. В устройство входит также жестко скрепленная с планкой выдвижная мерная линейка, приемная мерная емкость сбора вытекающей жидкости. Подвод жидкости к емкости производится от водопроводной сети, а опорожнение емкостей и в систему водоотведения осуществляется через соответствующие патрубки с задвижками.

Принцип работы состоит в том, что на лоток с определенным рельефом поверхности при устанавливаемых уклонах из емкости поступает жидкость, содержащая инородные включения. При движении потока включают источник светового излучения и при различных вариантах уклона лотка и трубного модуля соответствующими фотокамерами фиксируют его фронт (высоту слоя, наполнение), характер и геометрические размеры (длину, ширину и площадь зон турбулентности) на базе свето-теневого эффекта, создаваемого источником излучения на поверхности потока, производят анализ эффективности транспортирующей способности потока по выносу разнодисперсных инородных предметов в сетчатый уловитель на единицу площади или длины текстурированной поверхности. Уклон открытого лотка обеспечивают большим механическим домкратом и фиксируют по уровню воды в сообщающихся трубках мерными линейками. Подъем трубных модулей для обеспечения соответствующих наполнений производят синхронным вращением двух малых домкратов. Измерение глубины слоя воды в трубном модуле осуществляют с помощью выдвижной мерной линейки.

К недостаткам данного устройства следует отнести сложность предложенной конструкции, требующей взаимодействия различных сборных механизмов при определении уровня воды в стенде.

У расходомера жидких сред в открытых водоемах (Пат. РФ №2251080, G01 F1/00 (2000.01), 30.07.2003) функциональный блок измерения скорости потока жидкости выполнен в форме поворотной лопасти, один конец которой закреплен на оси вращения, а другой конец свободно погружен в жидкость. За счет скорости движения жидкость оказывает динамическое давление на лопасть и поворачивает ее относительно вертикали на угол β. При этом чувствительный элемент - датчик-измерения угла β разработан на основе микросхемы серии типа ADXL фирмы ANALOG DEVICES. Микросхема представляет собой акселерометр, чувствительный к изменению величины ускорения свободного падения (±1 g) при изменении его углового положения ±90° относительно линии горизонта. Датчик закреплен на поверхности лопасти. Причем лопасть выполнена из листового некоррозирующего материала и имеет геометрию типа линейки, по всей длине которой проходит продольный прогиб для придания механической жесткости.

Второй функциональный измерительный блок расходомера - уровнемер - выполнен в виде поплавка сферической формы, скрепленного с рычагом, который свободно поворачивается на оси вращения независимо от положения лопасти. Поворот поплавка на угол α относительно вертикали однозначно связан с уровнем жидкости. Чувствительный элемент - датчик - для измерения угла α выполнен также на основе аналогичной микросхемы типа серии ADXL и закреплен на рычаге.

При изменении уровня жидкости поплавок поднимается (или опускается) и, соответственно, изменяется угол α наклона рычага, вращающегося на оси относительно абсолютной вертикали к земному горизонту. При этом датчик вырабатывает соответствующий электрический сигнал об угле α, который передается в электронный блок. Одновременно с изменением уровня жидкости меняется средняя скорость потока, что приводит к соответствующему изменению гидродинамического давления жидкости на погруженную часть поворотной лопасти. Лопасть, находящаяся под действием гидродинамической силы давления, а также гидростатической силы выталкивания и гравитационной силы тяжести, автоматически смещается в результате поворота относительно оси в новое равновесное положение, определяемое углом β. Датчик генерирует электрический сигнал о величине угла β, который передается на приемный электронный блок. По найденным значениям углов α и β в электронном блоке определяется величина эффективного сечения потока и средняя его скорость для каждого момента времени.

К недостаткам данного изобретения следует отнести высокую материалоемкость конструкции, выраженную в наличии датчиков и электронных блоков для определения уровня воды. Также вызывает сомнение возможность перемещения устройства для определения глубины в других точках водоема.

Известно устройство для измерения расхода жидкости в открытых каналах (Пат. РФ №2485449, G01 F1/66 (2006.01), 17.01.2012), которое содержит блок измерения средней скорости потока жидкости и блок измерения уровня жидкости, связанные с блоком обработки полученных данных ультразвукового расходомера водоучета.

Блок измерения средней скорости потока жидкости выполнен в виде двух телескопических штанг. Первая телескопическая штанга установлена на боковой стенке канала и имеет шарнирное соединение с закрепленным на берме канала основанием. На телескопической штанге по всей ее длине с возможностью регулирования их положения крепятся на специальных трубках 6 ультразвуковые приемопередающие датчики. Шарнирное соединение телескопической штанги с основанием позволяет с помощью приспособления в форме градуированной шкалы определять угол наклона откоса к горизонту. Через соединительные провода осуществляется передача сигналов от датчиков к блоку обработки ультразвукового расходомера водоучета. Вторая телескопическая штанга установлена горизонтально в одной вертикальной плоскости с первой телескопической штангой. Один конец штанги снабжен барабаном ручной лебедки и закреплен на штативе, установленном на берме канала. На другом конце второй телескопической штанги установлен направляющий блок для перемещения троса фиксированной длины с грузом на конце, необходимым для фиксации троса в потоке. Для определения глубины потока воды в канале на тросе и барабане лебедки выполнены отметки. На тросе с помощью патрубков с зажимами закреплены отражатели ультразвуковых импульсов. Расстояние между ультразвуковыми приемопередающими датчиками на первой телескопической штанге равно расстоянию между отражателями ультразвуковых импульсов на тросе, при этом ультразвуковые приемопередающие датчики находятся с отражателями ультразвуковых импульсов в одной горизонтальной плоскости. Устойчивость второй штанги обеспечивается регулируемой подставкой. Обе телескопические штанги установлены с возможностью их перемещения вдоль канала.

Блок измерения уровня жидкости выполнен в виде установленного на горизонтальной второй телескопической штанге ультразвукового датчика.

Для замера глубины потока воды в канале на берме канала устанавливают штатив и закрепляют горизонтальную телескопическую штангу, устойчивость которой обеспечивается регулируемой подставкой. На дно канала с помощью троса опускают груз. С помощью выполненных на тросе и барабане лебедки отметок определяют глубину (уровень) потока воды в канале как разность отметки дна и отметки соприкосновения груза с поверхностью воды. Затем на тросе с помощью патрубков с зажимами закрепляют не менее пяти отражателей ультразвуковых импульсов на задаваемом расстоянии друг от друга в зависимости от глубины потока. На телескопической штанге, установленной на боковой стенке канала, фиксируют положение приемопередающих датчиков с учетом угла наклона откоса к горизонту и расстояний между установленными отражателями таким образом, чтобы обеспечить горизонтальное прохождение ультразвуковых импульсов от приемопередающих датчиков к отражателям. Телескопическую штангу закрепляют на берме канала напротив установленных в поток воды отражателей в одной вертикальной плоскости с телескопической штангой. В случае большой ширины канала трос с отражателями устанавливают на максимальную, позволяющую штангой, удаленность от приемопередающих датчиков. На горизонтальной телескопической штанге закрепляют датчик для измерения уровня воды.

Недостатком данного изобретения является значительная материалоемкость конструкции для измерения глубины потока, а также продолжительная во времени настройка устройства для определения требуемых параметров.

В качестве прототипа выбрано устройство для определения глубины воды на дорогах во время подтопления в городах (Пат. CN 213180233 U, G01F23/66, 11.05.2021), которое содержит прозрачную полую трубу, основание и, по меньшей мере, одну трубу для подвода воды. Основание расположено на одной стороне дороги, нижний конец полой трубы проходит в основание, соединен и закреплен с основанием, один конец трубы для подвода воды проходит в основание и сообщается с нижним концом полой трубы. Полая труба снабжена указателем, который может плавать на поверхности воды, а наружная стенка полой трубы снабжена шкалой отсчета с отражающим элементом. В устройстве используется впускная труба, сообщающаяся с полой трубой для пропускания водяных пятен с поверхности дороги в полую трубу, так что высота уровня жидкости в полой трубе соответствует глубине скопления воды на дороге, и уровень жидкости плавает на уровне жидкости под поверхностью дороги. Действие плавучести осуществляется через водозаборник, расположенный в полой трубе для взаимодействия со светоотражающей шкалой для визуального указания глубины скопления воды.

К недостатку данного устройства следует недостаточную видимость мерной шкалы в виду наличия светового излучения лишь от внешних источников (автомобили и пешеходы), что в некоторых случаях может привести к недостоверному определению уровня воды.

Целью заявленной полезной модели является создание конструкции, обеспечивающей точное определение уровня воды в лотках транспортных сооружений с минимальной затратой времени на его настройку.

Устройство для определения уровня воды в дренажных лотках транспортного тоннеля, имеющее круглую опорную поверхность с отверстием для прохода воды с находящейся в ней прозрачной трубой с нанесенной мерной шкалой и находящимся внутри поплавком, при этом отверстие перекрыто перфорированной пластинкой, отличающееся тем, что внутри прозрачной трубы находится поплавок в виде светящегося шарика, а на прозрачной трубе с нанесенной мерной шкалой установлены светодиодные водонепроницаемые лампы, работающие от аккумуляторных батарей. Принципиальная схема устройства показана на фиг. 1. На фиг. 1 приведены следующие обозначения: 1 - круглая опорная поверхность; 2 - прозрачная труба; 3 - перфорированная пластинка; 4 - поплавок в виде светящегося шарика; 5 - светодиодные водонепроницаемые лампы; 6 - аккумуляторные батареи.

Предлагаемая полезная модель работает следующим образом. Устройство устанавливается круглой опорной поверхностью 1 на дно лотка транспортного тоннеля. Начало отсчета мерной шкалы берется от подошвы круглой опорной поверхности 1. Вода поступает в прозрачную трубу 2 через отверстие, на которое накладывается перфорированная пластинка 3 для недопущения утраты поплавка в виде светящегося шарика 4. Значение уровня воды определяется по уровню, на котором находится поплавок в виде светящегося шарика 4. При недостаточной освещенности искусственного сооружения включаются светодиодные водонепроницаемые лампы 5, работающие от аккумуляторных батарей 6.

По результатам проведения проектно-изыскательских работ при обследовании железнодорожного тоннеля было подтверждено работоспособное состояние заявленного устройства, а также его надежность и легкость в эксплуатации.

Claims (1)

1. Устройство для определения уровня воды в дренажных лотках транспортного тоннеля, имеющее круглую опорную поверхность с отверстием для прохода воды с находящейся в ней прозрачной трубой с нанесенной мерной шкалой и находящимся внутри поплавком, при этом отверстие перекрыто перфорированной пластинкой, отличающееся тем, что внутри прозрачной трубы находится поплавок в виде светящегося шарика, а на прозрачной трубе с нанесенной мерной шкалой установлены светодиодные водонепроницаемые лампы, работающие от аккумуляторных батарей.