专利名称：垂线平均流速实时在线测速装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种适用于计量江河、明渠流量的实为刚性平形四边形结构和四角用铰连接的垂线平均流速实时在线测速装置。
背景技术：
采用机械式转子流速仪进行流体中某点的流速测量的方法，过去笼统的叫流速仪法。采用这种仪器的传统测流方法有两种，一是测杆法，即把流速仪安装在测杆上入水测量流体中一点流速的方法；二是铅鱼法，即把流速仪安装在铅鱼上，用钢丝绳吊拉住铅鱼，依靠铅鱼自重入水测量流体中一点流速的方法。在过水断面上的同一垂线位置上，通常要测一点或多点的流速，再算出垂线的平均流速，根据测流精度要求不同，整个过水断面中一般要布设5条、10条甚至几十条测速垂线，因此必须过河测流，其过河的方法有涉水法，过河 索船测法、动力船测法、抛锚式定船测法、缆道加铅鱼测量法和桥测法等多种方式。测量点流速的流速仪除了转子式流速仪外，还有时差法管流计、电磁流速仪等(可适应多沙河流流速的测量)。近年来，声学测流速仪器发展很快,如单波束ADCP多普勒流速仪,测流速度快,可以长期在水下工作。采用卧底或过河索牵引的船载式安装方式，能测到单宽平均流速，通常也可以认为是一条垂线的平均流速。关于河渠流量垂线流速的测量方法，本发明人已于2006年申请了发明专利“二线能坡流量计量法”(专利号ZL 200610072431. 4)，本次申请的实用新型专利技术是与上述发明专利相配套的测量垂线平均流速的技术装备。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种垂线平均流速实时在线测速装置，其采用二线能坡测流法，结合声学管流计或电磁流速仪及单波束多谱勒ADCP流速仪可以长期在水下工作的特点，只要把这些流速仪安全可靠的安装固定在所述的垂线流速测速装置上，测出两条垂线的流速，然后求出计算垂线流速的模型参数，即可根据二线能坡法算出多条垂线的流速，最后用经典流速一面积法算出流量，并方便检修维护，实现性价比最佳化的在线和连续测流的目的，解决水文站人工测流方法落后、测流时间长、劳动强度大、测洪能力低、特大洪水测流应对措施简单和测流精度不能保证等问题，实现无人职守、全部自动化测流的目的。为达上述目的，本实用新型提供一种实为刚性平行四边形结构和四角用铰连接的垂线平均流速实时在线测速装置，其包括浮筒，通常置于一刚性筐架中；起落架，为两根等长的刚性杆(广义的杆，包括顶端带有铰的桁架)，两根刚性杆的其中一端分别与浮筒相铰接，两根刚性杆相互平行；基座，为水泥预制板并放置于河床上，所述的基座与所述的两根刚性杆的另一端相铰接，且所述的基座与所述的浮筒相平行；以及点式流速仪，水平安装于所述的两根刚性杆之间。所述的垂线平均流速实时在线测速装置，其中，所述的点式流速仪的数量为至少一个。所述的垂线平均流速实时在线测速装置，其中，所述的点式流速仪的数量可以为多个，其在所述的两根刚性杆之间的不同水深处水平安装。所述的垂线平均流速实时在线测速装置，其中，所述的浮筒采用能够充放气的软体浮桶。所述的垂线平均流速实时在线测速装置，其中，所述的浮筒采用能够充水和放水的PVC筒。本实用新型还提供一种垂线平均流速实时在线测速装置，其包括浮筒，通常置于一刚性筐架中；起落架，为两根等长的刚性杆，两根刚性杆的其中一端分别与浮筒的筐架两端相铰接，两根刚性杆相互平行；基座，为水泥预制板并放置于河床上，所述的基座与所述的两根刚性杆的另一端相铰接，且所述的基座与所述的浮筒相平行；以及单波束多谱勒流速仪，连接在浮筒的一侧。所述的垂线平均流速实时在线测速装置，其中，所述的浮筒采用能够充放气的软体浮桶。所述的垂线平均流速实时在线测速装置，其中，所述的浮筒采用能够充水和放水的PVC筒。所述的垂线平均流速实时在线测速装置，其中，所述的单波束多谱勒流速仪安装在浮筒的前端或后端。综上，本实用新型具有以下优势I.为了在一条垂线位置上安装一套或多套点式流速仪，做到自动和同时测量一点或多点的流速，利用平行四边形上下边平行和直角三角形中对应边成比例的几何定律，并根据阿基米德定理，制作一套在浮筒浮力作用下可以自由浮升和撤消浮力后依靠结构自重可以自由下降的装置(称为起落架)，实现施测一条垂线流速的目的。2.为了使单波束ADCP多普勒流速仪可以牢固和准确的安装在河床上，并在测流过程中使单波束多普勒流速仪发出波束的水平夹角符合设计要求和平行于水流方向，利用平行四边形上下边平行的几何原理，并根据阿基米德定律，制作一套在浮筒浮力作用下可以自由浮升和撤消浮力后依靠结构自重可以自由下降的装置(起落架)，把单波束多谱勒流速仪基座安装于浮筒的前端或后端，测流时仪器随起落架沉于河底，检修时自由浮上水面。3.改变深挖基坑予埋基座的思路，变为采用超薄、窄长的几何形状和自重的预制件，起到基座稳定起落架的作用。如采用把砂浆填实后的长4. 2米、宽O. 5米、厚O. 12米的标准楼板预制件，顺水流方向沉于河底的办法。
图I为本实用新型的垂线平均流速实时在线测速装置的工作状态示意图；[0028]图2为本实用新型使用单波束多普勒流速仪的检修维护状态示意图；图3为本实用新型使用单波束多普勒流速仪的工作状态示意图。附图标记说明1-起落架；2-基座；3-浮筒；4_点式流速仪；5_河床；6_单波束多谱勒流速仪；7_声波束。
具体实施方式
有关本实用新型为达到上述的使用目的与功效及所采用的技术手段，现举出较佳可行的实施例，并配合附图所示，详述如下如图I所示，其为本实用新型的垂线平均流速实时在线测速装置的工作状态示意图。根据垂线平均流速测量特点，在过水断面中同时自动测量一点或多点的流速，利用平行四边形的上下边平行和直角三角形(平行四边形的斜边与垂线形成的三角形)中对应边成比例的几何定律和根据阿基米德定律，制作一套在浮筒浮力作用下可以自由升降的装置(称为起落架)，实现无论在任何情况下都可以测量到一条垂线平均流速的目的。因此在第一实施例中，所述的垂线平均流速实时在线测速装置包括起落架I、基座2、浮筒3以及点式流速仪4。所述的浮筒3通常置于一刚性筐架中；所述的起落架I为两根等长的刚性杆(广义的杆，包括顶端带有铰的桁架)，所述的两根刚性杆的其中一端分别与基座2相铰接，两根刚性杆的另一端分别与浮筒3 (或气囊)筐架两端相铰接，安装时保证两根刚性杆相互平行。所述的两根刚性杆之间在不同的水深部位安装至少一个点式流速仪。所述的浮筒3采用可以充放气的软体浮桶或者可以充水和放水的PVC(Polyvinylchloride,聚乙烯)筒。上述结构即为在浮力或结构自重作用下可以自由升降的起落架，可以根据用户要求和断面最大水深以及最大流速情况进行调整，然后，根据用户提出的测流精度要求，分别按流量测量规范规定的要求，在不同的水深部位，用2点、3点、5点法(或O. 6水深一点法)水平安装超声波管流计或电磁流速仪等不同类型测点式流速仪，在浮筒3产生的浮力作用下，随着水位的升降，起落架I随之变成了平行四边形，平行四边形的结构形式，保证了点式流速仪4在升降过程中始终与水流平行。然后再根据相似三角形对应边成比例的几何定理，随着水位的升降，安装在起落架I上的点式流速仪4相对水深不变，随之即可测相对水深时的O. 2h、0. 6h、0. 8h (h代表水深)等各点的流速。上述第一实施例的优点在于结合流速-面积法测流原理，物理概念明确，价格便宜、实用、简单。然而，其也有所局限，即易受漂浮物影响，有航运要求的河段不宜实施，高水期不方便维护检修。再如图3所示，本实用新型还提供了第二实施例，其与第一实施例的不同之处在于所采用的流速仪是单波束多谱勒流速仪(哨兵式单波束或其他多波束多普勒流速仪)，单波束多谱勒流速仪的安装位置与浮筒连接在一起，通常在浮筒的前方或后方。处于在线工作状态时，随起落架沉于河床底部；检修维护时，单波束多谱勒流速仪随浮筒一起上升至水面，检修维护完成后，一般卧在河床上，处于待机状态。第二实施例的优点在于适用于单波束多普勒流速仪，流速信息丰富，不受航运、漂浮物影响，检修维护方便。[0039]然而，其局限在于价格高于第一实施例，冲於变化大的河床不宜安装。第一和第二实施例中的基座也采用特殊设计，改传统的深挖基坑预埋基座的思路，把上述的平行四边形的下部的一条边(即基座)改为超薄、窄长的水泥预制板，利用其几何形状窄长和自重大的特点，使其起到相当于基座对起落架稳定的作用。如，把预制楼板顺水流方向沉于河底的办法。对于可以在断流期间施工的水泥渠底可直接把平行四边形下部的两个铰固定在渠底上。本发明人已于2006年申请了发明专利(专利号ZL 200610072431. 4)，本次申请的实用新型专利技术是与上述发明专利相配套的测量垂线 平均流速的技术装备。采用二线能坡法测流方法，结合声学或电磁流速仪可以长期在水下工作的特点，只要把这些流速仪安全可靠的安装固定在本实用新型的垂线流速测速装置上，即可实现性价比最佳化的在线和连续测流的目的，并解决水文站人工测流方法落后、测流时间长、劳动强度大、测洪能力低、洪水期测流精度差等问题，实现无人职守、全部自动化的测流技术。本实用新型垂线流速测速装置，与发明专利技术二线能坡法测流方法相结合，可以产生以下效果①实现流量测量在线。②扩展了流速测速范围(O-lOm/s)，极大提高了测洪能力。③大大缩短了测流时间，提高了测流效率，把原来I小时左右才能完成一个测次的测流时间缩短到不到5分钟。④不受漂浮物和水位变幅影响，可真正打造出世界一流和领先水平的测流技术。应用案例I.山东省太和水库输水干渠赵家沟渡槽I号测流断面。基本情况渠道形状为矩形断面，边壁用水泥沙浆衬平，渠道宽4. O米，规则平整，但距离上游渡槽出口不足80米的地方有一弯道，水流平稳度不好。本案例采用的是“第一实施例”的方案，2010年7月制定建设方案，采用的测流仪器是大连海峰仪器公司生产的管流计(测速仪)，测流方案是三点法测流。2011年3月投产使用，运行平稳可靠。2.湖北省孝感市花园水文站。该站测流断面以下I. 5公里有一橡胶滚水坝，枯水期断面平均流速仅O. 2m/s左右，洪水期超过3m/s。所采用测流方法为实施方案2的方法。但使用仪器与“第一实施例”相同，也是三点法测流，每小时测流装置自动升降一次，5分钟测流完毕后，自动下沉到河床上。该案例于2010年11月实施完成，运行中未经受大洪水漂浮物影响的考验。3.与“第二实施例”相同的水文站还有安徽省的界首水文站，采用的流速仪是单波速ADCP，是卧底式测速方式，目前正在实施中。综上，本实用新型具有以下优势I.为了在一条垂线位置上安装一套或多套点式流速仪，做到自动和同时测量一点或多点的流速，利用平行四边形上下边平行和直角三角形中对应边成比例的几何定律，根据阿基米德定理，制作一套在浮筒浮力作用下可以自由升降的装置(称为起落架)，实现施测一条垂线流速的目的。2.为了使单波束ADCP多普勒流速仪可以牢固和准确的安装在河床上，并在测流过程中使单波束多普勒流速仪发出波束的水平夹角符合设计要求和平行于水流方向，利用平行四边形上下边平行的几何原理，并根据阿基米德定律，制作一套在浮筒浮力作用下可以自由升降的装置(起落架)，把单波束多谱勒流速仪安装于浮筒的前端或后端，测流时仪器随起落架沉于河底，检修时浮上水面。3.改变深挖基坑予埋基座的思路，变为采用超薄、窄长的几何形状和自重大的预制件，起到基座稳定起落架的作用。如采用把砂浆填实后的长4. 2米、宽O. 5米、厚O. 12米的标准楼板预制件，顺水流方向沉于河底的办法。以上对本实用新型的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本实用新型的保护范围内。
权利要求1.一种垂线平均流速实时在线测速装置，其特征在于，包括 浮筒，置于一刚性筐架中； 起落架，为两根等长的刚性杆，两根刚性杆的其中一端分别与浮筒的筐架两端相铰接，两根刚性杆相互平行； 基座，为水泥预制板并放置于河床上，所述的基座与所述的两根刚性杆的另一端相铰接，且所述的基座与所述的浮筒相平行；以及 点式流速仪，水平连接于所述的两根刚性杆之间。
2.根据权利要求I所述的垂线平均流速实时在线测速装置，其特征在于，所述的点式流速仪的数量为至少一个。
3.根据权利要求2所述的垂线平均流速实时在线测速装置，其特征在于，所述的点式 流速仪的数量为多个，其在所述的两根刚性杆之间的不同水深部位水平安装。
4.根据权利要求1、2或3所述的垂线平均流速实时在线测速装置，其特征在于，所述的浮筒采用能够充放气的软体浮桶。
5.根据权利要求1、2或3所述的垂线平均流速实时在线测速装置，其特征在于，所述的浮筒采用能够充水和放水的PVC筒。
6.一种垂线平均流速实时在线测速装置，其特征在于，包括 浮筒，置于一刚性筐架中； 起落架，为两根等长的刚性杆，两根刚性杆的其中一端分别与浮筒的筐架两端相铰接，两根刚性杆相互平行； 基座，为水泥预制板并放置于河床上，所述的基座与所述的两根刚性杆的另一端相铰接，且所述的基座与所述的浮筒相平行；以及 单波束多谱勒流速仪，连接在浮筒的一侧。
7.根据权利要求6所述的垂线平均流速实时在线测速装置，其特征在于，所述的浮筒采用能够充放气的软体浮桶。
8.根据权利要求6所述的垂线平均流速实时在线测速装置，其特征在于，所述的浮筒采用能够充水和放水的PVC筒。
9.根据权利要求6所述的垂线平均流速实时在线测速装置，其特征在于，所述的单波束多谱勒流速仪连接在浮筒的前端或后端。
专利摘要本实用新型提供一种实为刚性平行四边形结构和四角用铰连接的垂线平均流速实时在线测速装置，包括浮筒；起落架，为两根等长的刚性杆，两根刚性杆的其中一端分别与浮筒相铰接，另一端与基座相铰接，两根刚性杆相互平行；基座，为水泥预制板并放置于河床上，所述的基座与所述的浮筒相平行；以及点式流速仪，水平安装于所述的两根刚性杆之间，或者采用单波束多谱勒流速仪替换点式流速仪，安装在浮筒的前端或后端。本实用新型与二线能坡法测流模型相结合即可实现实时在线和自动连续测流，并计算出断面中多条垂线流速，再用经典的流速——面积法测流原理算出流量。因此，物理概念明确，基本无土建工程，安装方便，价格便宜、实用、简单。
文档编号G01P1/00GK202794218SQ20122036711
公开日2013年3月13日 申请日期2012年7月26日 优先权日2012年7月26日
发明者李佳宾 申请人:李佳宾