一种水下在线监测设备防冲刷方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种水下在线监测设备防冲刷方法及装置，首先基于水力学理论得到水流冲击力跟水流方向与设备阻流面的夹角的关系、阻流面高度和水流速度的关系，从而得到水流冲击力和夹角的对应关系。在现场通过改变水流方向与设备阻流面的夹角，调整水流的冲击力，根据防冲刷方法，设计出能调整水流方向与设备阻流面夹角的防冲刷装置。该防冲刷方法简单易行，防冲刷装置结构简单，操作方便，通过该方法和装置能使水下在线监测设备适应多变的水流环境，提高其抗水流冲击能力。
【专利说明】一种水下在线监测设备防冲刷方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及水工设备检测技术，特别是一种水下在线监测设备防冲刷方法及装置。
【背景技术】
[0002]水力发电站的压力钢管、蜗壳、尾水管均埋入岩石混泥土中，通过管内水流冲击水轮机转动发电。压力管道无暴露在外的明管段或者只有很小一段明管段，加之压力管道在建造安装时，并未考虑到在线监测，这给该类管道应力/应变、振动信号的在线监测带来了很大的困难。
[0003]在目前的技术条件下，对于无明管段的压力管道，在线监测只能在管道内的水中进行。使用的水下在线监测设备，除了满足在线监测基本性能要求外，需要具有密闭防渗水，抵御一定强度水流冲击的能力。
[0004]水下在线监测设备与被监测物连接方式主要有如下几种:粘结、螺栓连接、焊接等，其中主要以后两种连接为主。水流对水下监测设备的冲击力通过连接传递到被监测物上。水流对设备阻流面的冲击力与水流速度二次方、阻流面的高度等成正比，如其他参数不变，水流速度增大一倍，水流冲击力增大三倍。因此，水下监测设备的防水冲击能力是复杂水流环境下水下监测设备的一个重要指标。为保证水下监测设备在复杂水流环境下安全稳定地运行，研发一种方便快捷的防冲刷方法和装置显得十分必要。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种水下在线监测设备防冲刷方法及装置，计算出水流对水下在线监测设备阻流面的冲击力，根据冲击力调节水流方向与水下在线监测设备阻流面的夹角，以减少水流对水下在线监测设备的冲击力；使水下在线监测设备适应多变的水流环境，提高其抗水流冲击能力。
[0006]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种水下在线监测设备防冲刷方法，该方法为:
[0007]I)确定水流对水下在线监测设备阻流面的冲击力P的计算模型:
【权利要求】
1.一种水下在线监测设备防冲刷方法，其特征在于，该方法为: 1)确定水流对水下在线监测设备阻流面的冲击力P的计算模型: 其中，P的单位为kN/m, k为绕流系数，k的取值范围为0.6~2 ; Ytl为水的容重；h为水下在线监测设备阻流面最高点距水平面的高度，单位为m ；V为水流平均速度，单位为m/s ；g为重力加速度；a为水流方向与水下在线监测设备阻流面的夹角； 2)采用有限元分析软件，建立水下在线监测设备有限元模型，并将步骤I)的冲击力P作为荷载加入到有限元模型中，进行有限元分析，得到水下在线监测设备各点应力的最大值0，若σ≤[O]，则转入步骤7);若σ>[σ]，则进入步骤3);其中，[σ ]表示水下在线监测设备材料的许用应力； 3)依据上述步骤2)建立的有限元模型，对水下在线监测设备所能承受的最大水流冲击力进行优化分析，计算水下在线监测设备所能承受的最大水流冲击力Pm，优化模型如下: 其中，s.t.表示约束条件； 4)计算水流方向与水下在线监测设备阻流面之间所能允许的最大夹角am: am ^2arctan( Pfh 5)调节水流方向与水下在线监测设备阻流面的夹角α，使得α( αω； 6)将经上述步骤5)调节后的α代入步骤I)的计算模型中，求得水流对水下在线监测设备阻流面的冲击力P;返回步骤2)，直到σ≤[ο]; 7)结束。
2.根据权利要求1所述的水下在线监测设备防冲刷方法，其特征在于，所述步骤I)中，绕流系数k为I。
3.根据权利要求1或2所述的水下在线监测设备防冲刷方法，其特征在于，所述步骤3)中，采用粒子群优化方法、遗传算法、神经网络方法中的一种计算水下在线监测设备所能承受的最大水流冲击力P1^
4.一种水下在线监测设备防冲刷装置，其特征在于，包括卷帘(2)，所述卷帘(2) —端与水下在线监测设备顶端固定连接，所述卷帘(2)另一端通过卷帘管(3)与可在水平面上伸缩的可伸缩钢管(4) 一端连接；所述可伸缩钢管(4)另一端与所述水下在线监测设备顶端固定连接；所述可伸缩钢管(4)上固定有靠近所述水下在线监测设备的用于防止所述可伸缩钢管(4)进一步缩短的限位装置；当所述可伸缩钢管(4)缩短到所述限位装置的位置
P σ时，所述卷帘(2 )与水平面之间的最大夹角^ = 2;其中，Pm为水下在线监测设备所能承受的最大水流冲击力，单位为kN/m,k为绕流系数；Y O为水的各重；h为水下在线监测设备阻流面高度，单位为m ；V为水流平均速度，单位为m/s ；g为重力加速度。
5.根据权利要求4所述的水下在线监测设备防冲刷装置，其特征在于，所述限位装置为螺栓(5)。
6.根据权利要求4或5所述的水下在线监测设备防冲刷装置，其特征在于，所述卷帘(2)采用碳纤维复合材料布制成。
7.根据权利要求6所述的水下在线监测设备防冲刷装置，其特征在于，所述卷帘(2)上表面和下表面均涂有防水防 渗漏层。
【文档编号】E02B9/06GK103485316SQ201310472494
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年10月11日 优先权日:2013年10月11日
【发明者】唐远富, 陈红冬, 龙毅, 刘纯, 彭碧草, 沈丁杰, 欧阳克俭 申请人:国家电网公司, 国网湖南省电力公司电力科学研究院, 湖南省湘电锅炉压力容器检验中心有限公司