专利名称：渠道浑水流量计的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种江河水文测验领域中测量渠道流量的仪器，具体涉及一种渠道浑水流量计。
背景技术：
我国江河水文测验领域中，渠道流量的测量方法和仪器，是按照水利部《水文测验规范)》的规定，采用以流速仪为主体的流速面积法。这种方法每次测量都需要预先测量渠道的水面宽和各垂线的水深，然后计算测流断面的面积；按渠宽布设若干垂线，每条垂线根据水深设置1～5个测速点；用流速仪逐点测量流速，计算垂线平均流速和相应的单宽流量，各条垂线单宽流量之和即为该断面的流量。
一些单位曾试将自来水表稍作改进用为流量自动记录。仪器在清水管道尚可勉强使用，而在浑水和水体中挟带水草、漂浮物的情况下，则管道和仪器常被堵塞和被泥沙淤积，不能正常工作，改进结构的自来水表在明渠中根本无法使用。
目前渠道浑水测流中存在的问题(1)测量参数多，每次都要测量渠道宽度、水深、流速等，相应的测点多；(2)计算工作繁杂、量大；(3)测量技术要求高、工作量大、耗时多、劳动强度大、工作人员多；(4)对量水系统要布设一定数量的站点，运作管理费用高，且十分不便；(5)只能测得短时段的流量，不能如实地控制用户用水的全过程，导致用水量不确切而产生供需双方矛盾。
我国水资源短缺，水量监测调控极为重要。目前的人工测量方法已不能满足需要，渠道水量自动测量仪器是急需解决的问题。
发明内容
针对目前上述中小渠道人工测流采用的流速仪法存在的诸多问题，本实用新型提供一种浑水流量计，用自动累记水量的方法来解决，而要达到此目的，需要具体解决如下技术问题(1)使测流断面A为一固定不变的常数；(2)优化固定点流速，使仪器固定不动，并建立其与全断面平均流速，乃至全断面流量的关系。
(3)浑水流量计要求具有良好的旋转轴动态密封性能，使仪器在含有一定悬移质沙量的浑水中，轴承油室不进水，从而保证仪器可长期正常工作；(4)仪器转子部分应具有能防止流水中挟带的水草、漂浮物缠挂的功能。
为解决上述问题，本申请提供以下技术方案渠道浑水流量计，与传统流量计一样，在旋转支承部件上设有转子部件，其特征在于设置有测流涵洞，涵洞中设有仪器保护室，流量计安装在仪器保护室内，流量计旋转部件的转子部分突出在水流中。所说的测流涵洞是一种水工测流建筑物，它是一个矩形刚性管件，其轴向与水流方向一致。该测流涵洞的优化设计是在测流涵洞入口和出口的上方，设有前、后挡水墙(挡水板)。在测流涵洞的前、后方，设有前、后引水墙，使水流集中流向测流涵洞。进一步的优化方案是浑水流量计安装并紧贴在量水涵洞的洞顶处。对于流量计的优化设计有(1)在转子部件的外部设有锥形导流罩，以防止流水中挟带的水草、漂浮物等的缠挂。具体结构和工作原理见图4的说明。(2)流量计设置有信号转换器，信号转换器上设有输出信号的导线。信号转换器将流量计转子的旋转量转换成电信号，用导线输出。这样使流量计的密封工作简单易行，密封效果更好。信号转换器可以采用现有技术中的各种动能与电信号的转换机构，例如在转子部件上设置磁钢，磁钢固定在与枢轴一起旋转的轴承盖上。转换器设置干簧管或霍尔器件等磁感应元件，磁感应元件设置在非导磁金属盒内。当采用磁钢与干簧管时，磁钢所在位置的半径，与干簧管端部一致。(3)提供新的浑水流量计旋转轴动态密封方案。
本实用新型以理论指导的大量实验为基础，利用目前渠道水工建筑物测流方面成熟的经验，将测流断面优化成为固定的矩形断面A。关于水工测流建筑物的设计结构可参照公开出版的有关标准。把流量计安装在矩形断面靠顶部处的固定点处，测点数目根据渠道槽宽而定。通过实验可建立浑水流量计旋转部件转子的转速n与流量Q之间的关系Q＝Kn(1)式中K为综合流量系数，反映仪器结构，水工量水矩形涵洞断面积，水工建筑物，渠道和水流特性等的综合因素。
式(1)中旋转部件转子转速n用总转数R和历时T计算，即n=RT..........(2)]]>将式(2)代入式(1)，得Q=KRT...............(3)]]>在用水时段T内，总用水量W为W＝QT (4)将式(3)代入上式，得W＝KR (5)
由式(5)可见，时段T内累记用水量实际上就是浑水流量计旋转部件转子在时段T内的总转数R和综合流量系数K值的乘积。式(5)结构十分简单、明了、易懂，操作方便，而流量计转子转数以电脉冲开关量形式输出，数据易于传输、存储、处理、显示。显然，本实用新型技术路线具有仪器结构简单，使用、维护方便，价格低廉，便于推广的特点。
要满足流量计在浑水渠道中长期工作，还必须完善旋转轴动态密封和转子防止水草、漂浮物缠绕的性能。
本实用新型与现有技术比较，其有益效果如表1所示。
表1 本实用新型有益效果与现有技术比较
图1是本实用新型总体布局图；图2是本实用新型量水涵洞水工建筑物示意图；图3是浑水流量计结构图；
图4是浑水流量计转子防水草缠绕示意图；图5是浑水流量计旋转轴动态密封和信号发生部件结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的说明。
图1所示为本实用新型浑水流量计测流总体布局图，包括浑水流量计1，仪器保护室2，量水涵洞水工建筑物3。浑水流量计1安装在仪器保护室2中，其安装位置是在量水涵洞水工建筑物3纵向长度L的后侧处，涵洞上、下游水位高于涵洞的洞顶，因此，渠道水流通过涵洞时处于有压流状态。
图2是图1量水涵洞水工建筑物3的外形结构示意图。由仪器保护室2，前、后挡水墙4、5，前、后引水墙7、6，渠道边坡8，渠底9，涵洞矩形断面A10所组成。由图1结构设计可知，涵洞矩形断面A10为一常数。
图3是本实用新型浑水流量计结构图，其组成为方板11，导流罩12，转子部件13，沉头螺钉14，下联接盘15，旋转支承部件16，信号转换器17，联接杆18，水量累记计数器19，圆柱头螺钉20。转子部件13与旋转支承部件16、信号转换器17组合成一体，借联接杆18与水量累记计数器19联接。信号转换器17把转子部件13在水流速度V推动下产生的旋转数R转换为开关量形式的电脉冲信号，经由电缆31输入水量累记计数器19进行用水量累记计数。
图4是浑水流量计转子防杂物水草缠绕示意图，其工作原理是，转子部件13安装在导流罩12中，只有传感部分的锥形杯露出外部，承受水流速度V的冲击，而导流罩12具有锥形护面，其上部分与方板11联接在一起，方板11紧贴在量水涵洞水工建筑物3的矩形断面A10洞顶处，当水体中挟带着杂物水草的水流接近导流罩12斜面时，立即产生一下滑速度Vc，使水草往下方流动，与此同时，转子部件13的转子以其旋转离心力把水草甩离，并顺流而去，转子部件13的外圆与导流罩12之间配合间隙很小，因此水草不会卡在间隙中，也不会进入导流罩内部。
图5是浑水流量计旋转轴动态密封和信号发生部件示意图，包括六角螺母21，弹簧垫圈22，垫圈23，内隔套24，外隔套25，轴承盖26，磁钢27，干簧管28，“○”型橡胶圈29，接线罩30，电缆31，小“○”型胶圈32，信号转换盒盖33，轻型弹簧垫圈34，固轴螺钉35，中“○”型胶圈36，球轴承37，枢轴38，大“○”型胶圈39，联接套40，轴承套41。轴承套41下端装有转子部件13，其内部安装旋转支承部件16，而其中的枢轴38与信号发生器17联接在一起，构成本实用新型浑水流量计的传感、发信的主体，具有传感水流速度和信号转换、发送的功能。当转子部件在水流速度V的推动下产生旋转运动时，固定在轴承盖26上的磁钢27与其同步旋转，它旋转一周，便与其上方的干簧管28接近一次，磁钢27的磁场激励干簧管28内部的簧片，簧片磁化，导通，经由电缆31输出信号至水量累记计数器19，当然，此信号也可通过遥测数传仪传送至测控中心。
由图5可见，联接套40是竖立安装，其中空安装轴承套41，在它们之间优化设计成细小的缝隙，如图5A处，轴承套41安装有旋转支部件16，在其中设有轴承油室，并充满仪表油。因此，测量时外界水体不容易侵入到其内部。
现以某实验渠道安装、标定、使用本实用新型浑水流量计作为非限定性实施例。
实施例1(1)测流断面选择按水利部水文司编《水文测验规范》第四卷、第二册流量测验规定的测流断面位置的选择原则，选择一顺直、横断面几何尺度清楚、稳定，流速分布平稳的渠道，作为浑水流量计测流断面，在其下游距离3～5倍渠宽处设立流速仪测流断面。本例渠道断面为梯形，底宽b＝2.4m，水面宽B＝3.3m，水深H＝0.8m，面积ω＝2.28m2。
(2)浑水流量计测流建筑物参考水利部水文司编《灌区量水手册》，设计有压涵洞水工建筑物。设计参数测流断面为矩形，宽度b＝1.46m，高度B＝0.52m，断面积A＝0.76m2，涵洞长L＝3m。设计最大流量Qmax＝1.25m3/s，最小流量Qmin＝0.30m3/s。
在涵洞中轴线靠后侧位置处，根据浑水流量计尺寸建造一仪器保护室，在涵洞洞顶处开一方孔，布设一支座，供安装浑水流量计的方板，使其底面与洞顶齐平，而旋转部件的转子部分正好突出在水流中。
(3)标定流量综合系数K①在上游水库根据设计的最大、最小和中值流量值按3个测量时段T1、T2、T3分别开闸放水。
②在T1、T2、T3时段内，流速仪测流断面分别测得流量为Q01、Q02、Q03。
③在浑水流量计所在的测流涵洞断面处，与T1、T2、T3起迄时间同步，分别测得总转数R1、R2、R3，代入式(3)，得Q01=K1R1T1;Q02=K2R2T2;Q03=K3R1T3........(6)]]>④3个特征流量的综合流量系数K分别为K1=Q01T1R1;K2=Q02T2R2;K3=Q03T3R3..........(7)]]>在每个特征流量处应重复测量和记录3～10次，计算每个特征流量的综合流量系数，最后取其算术平均值作为综合流量系数K，本例为0.807。
本例仅为原理性的说明，用3个特征流量演算。实际上，为提高测量精度应采用较多的流量级别和较多的测次。
(4)使用①把浑水流量计安装在仪器保护室的底座上。
②在水量累记计数器输入键盘预置综合流量系数K值。
③按“IN”输入键，累记水量计数开始进数、累加。
④用水时间历时T结束，可得总用水量。
(5)浑水流量计旋转部件转子防缠绕验证摸拟实际工作中，渠道水体在最苛刻状况下可能挟带的水草、漂物等，并从上游将其投入渠道流水中，观察流量计旋转部件转子的防缠绕能力。经多次实验，均未发生缠绕现象。
(6)浑水流量计旋转轴动态密封性能验证在某灌区引用黄河水灌溉农田，水体悬移质含沙量为20kg/m3，连续工作1个月，仪器轴承油室未见进水，密封性能完善。
权利要求1.一种渠道浑水流量计，在旋转支承部件上设有转子部件，其特征在于设置有测流涵洞，涵洞中设有仪器保护室，流量计安装在仪器保护室内，流量计旋转部件的转子部分突出在水流中。
2.按照权利要求1所述的渠道浑水流量计，其特征在于所说的测流涵洞入口和出口的上方，设有挡水墙，在测流涵洞的前、后方，还设有前、后引水墙。
3.按照权利要求1或2所述的渠道浑水流量计，其特征在于流量计安装在量水涵洞的洞顶处。
4.按照权利要求1或2所述的渠道浑水流量计，其特征在于在转子部件的外部设有锥形导流罩。
5.按照权利要求1或2所述的渠道浑水流量计，其特征在于在流量计的转子部件上设置有信号转换器，信号转换器上设有输出信号的导线。
6.按照权利要求4所述的渠道浑水流量计，其特征在于在流量计的转子部件上设置有信号转换器，信号转换器上设有输出信号的导线。
7.按照权利要求5所述的渠道浑水流量计，其特征在于信号转换器的结构是，使磁敏开关导通的磁钢固定在与枢轴一起旋转的轴承盖上，转换器设置干簧管，干簧管设置在非导磁金属盒内，磁钢所在位置的半径，与干簧管端部一致。
8.按照权利要求6所述的渠道浑水流量计，其特征在于信号转换器的结构是，使磁敏开关导通的磁钢固定在转子部件上的非导磁金属盒内，同时设置有磁敏开关。
9.按照权利要求7所述的渠道浑水流量计，其特征在于旋转轴动态密封结构是，轴承套安装有旋转支部件，在其中设有轴承油室，并充满仪表油。
10.按照权利要求8所述的渠道浑水流量计，其特征在于旋转轴动态密封结构是，轴承套安装有旋转支部件，在其中设有轴承油室，并充满仪表油。
专利摘要渠道浑水流量计，在旋转支承部件上设有转子部件，其特征在于设置有测流涵洞，涵洞中设有仪器保护室，流量计安装在仪器保护室内，流量计旋转部件的转子部分突出在水流中。优化方案在测流涵洞入口和出口的上方，设有挡水墙，在测流涵洞的前、后方设有前、后引水墙。本设计将测流断面优化成为固定的矩形断面A；优化固定点流速，使仪器固定不动，并建立了与全断面平均流速，乃至全断面流量的关系。本设计具有良好的旋转轴动态密封性能，使仪器在含有一定悬移质沙量的浑水中，轴承油室不进水，从而保证仪器可长期正常工作；仪器转子部分具有了防止流水中挟带的水草、漂浮物缠挂的功能。
文档编号G01F1/56GK2612932SQ0322082
公开日2004年4月21日 申请日期2003年4月1日 优先权日2003年4月1日
发明者杨汉塘 申请人:水利部南京水利水文自动化研究所