一種隧道中心排水管流量監(jiān)測裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種自由表面水流量實時監(jiān)測裝置，屬于液體流量檢測技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著高海拔、高寒地區(qū)公路交通中隧道數(shù)量的增加，對隧道健康狀態(tài)進行長期監(jiān)測的技術需求也越來越強。獲取隧道排水系統(tǒng)狀況及防凍保溫效果相關數(shù)據(jù)信息，是對在用隧道制定養(yǎng)護計劃或維修決策的重要依據(jù)。在某些地域建設的隧道，由于受特殊的地質(zhì)、水文以及氣象條件的影響，需要對隧道圍巖體涌水、季節(jié)性凍土融化滲水狀態(tài)進行總體監(jiān)測，即對隧道中心排水管的泄水流量進行檢測。
[0003]隧道中心排水管內(nèi)的水流一般處于自由表面的渠水流動狀態(tài)，可基于明渠流量檢測方法對排水量進行檢測。常見的明渠流量計主要有堰式和槽式兩大類，其原理是通過測量渠內(nèi)流體相對于流量計位置上游規(guī)定距離的液位高度，再根據(jù)具體流量計的結(jié)構特性參數(shù)進行相應計算得到液體流量。由于明渠流量計對液位高度的測量常采用非接觸式，所以能在較惡劣的環(huán)境中應用。
[0004]上述明渠流量檢測方式存在的不足主要是:對于堰式流量計，如薄壁堰，雖然檢測件結(jié)構簡單，但是使用時由于渠水截流而導致泥沙、雜物等沉積在流量計檢測件之前，不能自動排除，當沉積到一定程度時將影響流量計的檢測精度，因此需要定期人工清除;對于槽式流量計，如巴歇爾槽，雖然不會在流量計檢測件之前產(chǎn)生沉積現(xiàn)象，但是需要將流量檢測槽裝在渠道內(nèi)，不僅占用較大的空間，而且檢測件的結(jié)構較為復雜。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種隧道中心排水管流量監(jiān)測裝置，適用于高海拔、高寒地區(qū)隧道圍巖體涌水、季節(jié)性凍土融化滲水狀態(tài)導致的總排水量的監(jiān)測。
[0006]本發(fā)明采用的技術方案是:隧道中心排水管流量監(jiān)測裝置主要由薄壁堰式流量檢測件、具有射流清除泥沙沉積效應的排泄孔管、液位測量傳感器和數(shù)據(jù)處理單元組成;排泄孔管安裝在流量檢測件的底部;在堰式流量檢測件出水口最低點以下規(guī)定的距離與排泄孔管之間設有垂向防擾流板，以抑制薄壁堰式流量檢測時射流清除泥沙過程對垂直于水流方向的擾動;在堰式流量檢測件出水口最高點中心線兩側(cè)規(guī)定距離處對稱設有導流板，以保持薄壁堰式流量檢測過程中對水流橫向穩(wěn)定性的要求;液位測量傳感器安裝在固定于導流板的支架上，傳感器輸出信號通過導線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元。
[0007]本發(fā)明采用技術方案的工作原理是:對液體流量的檢測分為兩個部分，其一是采用薄壁堰式流量檢測方式，即安裝在明渠水流中的流量檢測部件(堰)將水位升高，升高的水位與流量之間有函數(shù)關系，因而測定水位高度就可求出水流量，記為Qy;對于梯形堰，當tg0 = 1/4時稱為希普列蒂(Cippoletti)堰，其流量可按下式計算:
[0008]Qy= 1.855 Xb Xhy372
[0009]式中沁為梯形堰口底部寬度;hy為相對堰口底邊的液位高度。
[0010]其二是檢測通過排泄孔管的水流量，記為Qg;其流量可按下式計算:
[0011]Qg = yXAX (2hg)1/2
[0012]式中，μ為流量系數(shù)，一般可取0.6;A為排泄孔管出口的截面積;hgS排泄孔管水頭壓力，與中心排水管內(nèi)的液位高度相關。因此，采用本技術方案所測得的流量值Q為:
[0013]Q = Qy(hy)+Qg(hg)
[0014]式中，hy為確定薄壁堰式流量計所檢測流量的液位高度;^為確定排泄孔管流量的液位高度;且hjPhg可結(jié)合液位高度檢測結(jié)果、流量檢測部件的結(jié)構尺寸參數(shù)及排泄孔管的相對安裝位置來確定。數(shù)據(jù)處理單元接收液位傳感器的檢測數(shù)據(jù)后，計算得到檢測流量Q。
[0015]此外，排泄孔管設計為錐形，液體流過時可產(chǎn)生射流效應，對沉積在堰板底部的泥沙、雜物等具有抽吸排除效果。
[0016]本發(fā)明提出的技術方案的有益效果是:利用了薄壁堰式流量檢測件結(jié)構簡單、流量檢測范圍寬的特點，并通過設置既能通過測量液位高度計量流量，又能清除堰板底部泥沙、雜物沉積的排泄孔管，達到使用方便和不用進行清除沉積維護的效果。
【附圖說明】
[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明:
[0018]圖1是本發(fā)明的流量監(jiān)測裝置的流量檢測結(jié)構示意圖；
[0019]圖2是本發(fā)明的導流體結(jié)構示意圖；
[0020]圖3是本發(fā)明的排泄孔管結(jié)構示意圖；
[0021]圖4是本發(fā)明的隧道中心排水管流量監(jiān)測裝置現(xiàn)場安裝示意圖。
[0022]圖中，I為導流體;2為傳感器支架;3為液位傳感器;4為梯形薄壁堰板;5為堰板固定螺栓;6為固定座;7為傳感器支架固定螺栓;8為排泄孔管;9為排泄孔管固定螺栓；10為檢測件安裝板；11為垂向防擾流板；12為薄壁堰板安裝螺栓孔；13為縱向?qū)Я靼澹?4為導流板加強筋；15為防擾流板加強筋；16為排泄孔管安裝螺栓孔；17排泄孔管安裝孔；18為液位檢測孔;19為排泄孔管;20為排泄孔管聯(lián)接法蘭盤;21為排泄孔管定位孔;22為流量檢測裝置；23為數(shù)據(jù)處理單元;24為信號線；25為穿線管;26為檢查井;27為中心排水管;H為傳感器安裝高度;P為堰口底邊液位高度;b為堰口底邊寬度;^為排泄孔管水頭壓力液位高度;hy為相對堰口底邊的液位高度;hc為傳感器檢測的液面與傳感器測點之間的距離;Θ為梯形堰板側(cè)邊的傾斜角度。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明實施例中的用于圓形排水管的梯形薄壁堰流量檢測裝置的技術方案進行清除完整地描述。
[0024]如圖1所示，本發(fā)明所述的隧道中心排水管流量監(jiān)測裝置中，根據(jù)監(jiān)測流量范圍選擇標準尺寸的流量檢測件梯形薄壁堰板4，并用堰板固定螺栓5將梯形薄壁堰板4聯(lián)接固定在導流體I的檢測件安裝板10上(圖2);液位傳感器3由螺栓固定安裝在傳感器支架2上，由傳感器支架固定螺栓7將傳感器支架2固定在導流體I的縱向?qū)Я靼?3上(圖2);排泄孔管8由排泄孔管固定螺栓9固定在導流體I的檢測件安裝板10上(圖2) ;4個固定座6由螺栓固定在導流體I的檢測件安裝板10的外側(cè)。
[0025]通過液位傳感器3可以檢測到排水管內(nèi)梯形薄壁堰板4后的液面與傳感器測點之間的距離h。，但是由梯形薄壁堰板4檢測流量Qy的計算公式中需要確定相對堰口底邊的液位高度hy，即
[0026]hy = H-p-hc
[0027]同樣，對于經(jīng)過排泄孔管的水流量％的計算公式中需要確定排泄孔管水頭壓力液位高度hg，SP
[0028]Hg = H-hc
[0029]如圖2所示，本發(fā)明所述的隧道中心排水管流量監(jiān)測裝置中，導流體I由檢測件安裝板10、垂向防擾流11板和兩側(cè)縱向?qū)Я靼?3組成;在檢測件安裝板10中上部加工出與梯形薄壁堰板4安裝尺寸相對應的U型口和4個安裝薄壁堰板4的螺栓孔12;檢測件安裝板10底部加工出安裝排泄孔管8的圓形排泄孔管安裝孔17與2個排泄孔管安裝螺栓孔16;垂向防擾流板11設在排泄孔管安裝孔17與梯形薄壁堰板4底部之間，在垂向防擾流板11前部加工出液位檢測孔18;垂向防擾流板11底部設有2個防擾流板加強筋15，縱向?qū)Я靼?3外側(cè)各設有2個導流板加強筋14;導流體I采用注塑成型工藝加工，或采用玻璃鋼制作成型。
[0030]如圖3所示，本發(fā)明所述的隧道中心排水管流量監(jiān)測裝置中，排泄孔管19的內(nèi)孔為錐形體，進水口直徑設為排水管27(圖4)直徑的5%，錐度1:5;排泄孔管聯(lián)接法蘭盤20上下兩側(cè)平行切割，左右兩側(cè)加工出排泄孔管定位孔21;排泄孔管19采用注塑成型工藝加工，或采用玻璃鋼制作成型。
[0031]如圖4所示，本發(fā)明所述的隧道中心排水管流量監(jiān)測裝置中，在中心排水管27的檢查井26內(nèi)，將流量檢測裝置22安裝在中心排水管27上游距離檢查井26周壁0.5m處，并用膨脹螺栓固定在中心排水管27的內(nèi)壁上;液位傳感器3的檢測結(jié)果由置于穿線管25內(nèi)的信號線24傳輸至數(shù)據(jù)處理單元23;數(shù)據(jù)處理單元23在對檢測信號預處理的基礎上，計算出流量監(jiān)測結(jié)果，并將數(shù)據(jù)進行記錄存儲。
[0032]盡管以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了描述，但本發(fā)明不限于上述【具體實施方式】，上述【具體實施方式】僅僅是示意性的而不是限定性的，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的啟示下，在不違背本發(fā)明宗旨及權利要求的前提下，可以做出多種類似的表示，這樣的變換均落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種隧道中心排水管流量監(jiān)測裝置，包含導流體(I)、梯形薄壁堰板(4)、排泄孔管(19)、液位傳感器(3)和數(shù)據(jù)處理單元(23)，其特征在于所述導流體(I)由檢測件安裝板(10)、垂向防擾流板(11)和縱向?qū)Я靼?13)組成;所述排泄孔管(19)安裝在所述梯形薄壁堰板(4)底部;所述垂向防擾流板(11)設在排泄孔管安裝孔(17)與所述梯形薄壁堰板(4)底部之間;所述縱向?qū)Я靼?13)對稱設在所述梯形薄壁堰板(4)出水口最高點中心線兩側(cè);所述液位傳感器(3)安裝在固定于所述縱向?qū)Я靼?13)的傳感器支架(2)上。2.根據(jù)權利要求1所述的隧道中心排水管流量監(jiān)測裝置，其特征在于在所述檢測件安裝板(10)中上部加工出與所述梯形薄壁堰板(4)安裝尺寸相對應的U型口和4個薄壁堰板安裝螺栓孔(12)，所述檢測件安裝板(10)底部加工出排泄孔管安裝孔(17)與2個排泄孔管安裝螺栓孔(16)。3.根據(jù)權利要求1所述的隧道中心排水管流量監(jiān)測裝置，其特征在于所述垂向防擾流板(11)前部加工出液位檢測孔(18)，底部設有2個防擾流板加強筋(15)，所述縱向?qū)Я靼?13)外側(cè)各設有2個導流板加強筋(14)。4.根據(jù)權利要求1所述的隧道中心排水管流量監(jiān)測裝置，其特征在于所述排泄孔管(19)的內(nèi)孔為錐形體，進水口直徑設為排水管(27)直徑的5 %，錐度為1:5。
【專利摘要】本發(fā)明提出的流量監(jiān)測裝置主要由薄壁堰式流量檢測件、具有射流清除泥沙沉積效應的排泄孔管、液位傳感器和數(shù)據(jù)處理單元組成；排泄孔管安裝在流量檢測件的底部；在堰式流量檢測件出水口最低點以下與排泄孔管之間設有垂向防擾流板，以抑制射流清除泥沙過程對薄壁堰式流量檢測過程中對垂直于水流方向的擾動；在堰式流量檢測件出水口最高點中心線兩側(cè)對稱設有導流板，以保持薄壁堰式流量檢測過程中對水流橫向穩(wěn)定性的要求；液位測量傳感器安裝在固定于導流板的支架上，傳感器輸出信號通過導線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元；根據(jù)同一個液位傳感器檢測結(jié)果，可同時對流過薄壁堰式流量檢測件的流量和通過排泄孔管的流量進行計算，確定隧道中心排水管內(nèi)總的水流量。
【IPC分類】G01F1/52
【公開號】CN105606168
【申請?zhí)枴緾N201610172310
【發(fā)明人】儲江偉, 苗廣營, 李建成, 王文祖, 白璐, 陳勝利
【申請人】東北林業(yè)大學, 青海省公路建設管理局, 中國公路工程咨詢集團有限公司
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2016年3月24日