一种排水沟沉井式流量测量结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种排水沟沉井式流量测量结构，为测量排水沟流量提供了一种新的手段。它的主要结构特征是在排水沟底部设有一个与之相通的沉井，在沉井底部设有一个排水泵，在沉井内壁从下至上依次固定有下水位检测开关和上水位检测开关，还包括检测控制器和时钟计时器电路。本实用新型的测量结构可以进行现场试验和率定，流量测量结果精度高；不需要配套高精度的测试仪器，成本低。
【专利说明】一种排水沟沉井式流量测量结构
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种排水沟沉井式流量测量结构，主要用于对大坝基础廊道内排水沟流量(大坝渗流量)的测量，或者用于有类似工况的其它小排水沟、槽流量的观测，是一种集控制和测量为一体的自动化测量技术。
【背景技术】
[0002]水利水电工程大坝基础廊道内设有排水沟，其作用是将坝基渗流通过排水沟汇集到集水井中，再采用水泵抽排出坝体。为了能够分区块观测坝基的渗流量，或者在集水井的入口处观测坝基的总渗流量，需要分别设置渗流量观测点，布置安装流量观测装置和设备。
[0003]目前水利水电工程观测排水沟流量一般采用“量水堰”法，也就是利用一小段排水沟修建量水堰沟槽，安装量水堰板和测量堰上行近水头的水位计或测尺，通过测量堰上行近水头，并根据堰上水头与该“量水堰”的对应流量关系，计算确定排水沟的实际流量。
[0004]由于受场地或廊道地面坡降的限制，在其排水沟一般无法修建标准的“量水堰”设施，使得堰上水头与过堰流量关系不是标准量水堰的“水位?流量”关系，也无法进行现场试验和率定，因此，流量观测结果误差较大。
[0005]堰上水头的测量精度要求较高，少许测量误差会造成流量计算结果的较大误差，因此，需要配套高精度的水位计，其水位计费用和数据采集设备费用较高。
【发明内容】
[0006]本实用新型所要解决的技术问题是，继测量排水沟实际流量的“量水堰”法之后，提供一种全新的排水沟沉井式流量测量结构。
[0007]为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是:一种排水沟沉井式流量测量结构，在排水沟任一段底部设有一个与所述排水沟相通的沉井，沉井横截面宽度大于排水沟的宽度，井底低于排水沟底且使之为合适的深度，当排水沟有水过流时沉井为储水井；所述沉井底部设置有水泵，由控制器控制水泵工作，在需要进行流量观测时先抽排沉井中的积水至沉井的底部并停止抽水,使之后的一段时间内排水沟的来水全部流入沉井形成由井底向上的再次蓄水过程；所述沉井内壁从下至上依次固定有下水位检测开关和上水位检测开关，所述下水位检测开关的安装位置高于所述水泵，即下水位检测开关的安装位置高于水泵的吸入高度，若上下水位检测开关的高差为H，沉井的横截面积为S，则用于测量排水沟实际流量的容器体积V=S*H ;所述下水位检测开关和上水位检测开关均与设置在所述排水沟外的检测控制器电连接，所述检测控制器与计时装置电连接，所述检测控制器与所述水泵电连接。
[0008]为了阻挡沉井上游侧排水沟的泥渣流入沉井内，沉井进水处的排水沟底部设有挡渣堰板，保证沉井结构能够长期正常运行；为了阻挡抽水过程中沉井下游侧排水沟内的水回流至沉井内，沉井出水处的排水沟底部设有挡水堰板，保证水泵的抽水效能。
[0009]作为优选方案，所述水泵的排水管竖直引出所述沉井后沿所述排水沟向下游方向水平铺设，将水排至排水沟内。
[0010]沉井内竖直安装有一个将所述沉井分隔为前后两个区域的疏导格栅，沉井前区(疏导格栅前部)安装有水泵，也是排水沟水流流入沉井的入流区，沉井后区(疏导格栅后部)侧壁上安装有上下水位检测开关，疏导格栅用于平稳井内水位检测区(后区)的水面波动。
[0011]检测控制器根据手动按钮信号或时钟的定时信号控制启动水泵抽水，计时器根据上下水位检测开关的闭合状态对流入沉井上下水位检测开关之间容积V的水量所花费的时间T进行记录，时钟为该系统提供时间信息。
[0012]正常情况下(不进行流量测量时)，沉井蓄满水，水流从沉井口堰板(挡渣堰板和挡水堰板)上方通过，不影响排水沟的正常通流。
[0013]本实用新型提供的沉井式排水沟流量观测方法，是在需要对排水沟流量进行观测时，首先抽排沉井内的蓄水，在此期间抽排流量大于排水沟流入量，沉井内的水位会逐渐下降，直到低于测量所需的最低水位后停止抽水。之后，排水沟的来水全部流入沉井使沉井内水位逐渐上升，直到上升至“沉井口”，恢复排水沟的正常流通。在沉井内水位逐渐上升的过程中，通过测量该时间段内流入沉井中上下水位检测开关之间容积V的水量所花费的时间T，由单位时间蓄水量公式计算确定排水沟的实际流量Q=v/T。
[0014]本实用新型的排水沟实际流量测量方法为:启动水泵抽水，当检测控制器检测到下水位检测开关由闭合转为断开信号时停止抽水；当检测控制器检测到下水位检测开关由断开再转为闭合信号时，计时装置开始计时，当检测控制器检测到上水位检测开关由断开转为闭合信号时，计时装置停止计时，得到即沉井内水位从下水位检测开关所在位置上升到上水位检测开关所在位置所花费的时间T，则排水沟实际流量Q的计算式为:
[0015]Q =V/T= S*H/T，
[0016]其中，V为下水位检测开关和上水位检测开关之间的容积，V=S*H，S为沉井的横截面面积，H为下水位检测开关和上水位检测开关之间的高度差。
[0017]与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为:本实用新型为进行排水沟实际流量观测提供了一种新的手段，解决工程布置问题；本实用新型的测量结构可以进行现场试验和率定，流量测量结果精度高；本实用新型不需要配套高精度的测试仪器，成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型一实施例测量结构沿排水沟水流方向的剖面图；
[0019]图2为本实用新型一实施例排水控制和测量原理示意图。
【具体实施方式】
[0020]如图1和图2所示，本实用新型具体实施例的沉井I横截面为矩形，长边平行于排水沟靠边重合布置，短边大于排水沟的宽度，井深以适合安装水泵5和上水位检测开关7、下水位检测开关8的要求确定。所述沉井I底部设置有水泵5，所述沉井I内壁从下至上依次固定有下水位检测开关7和上水位检测开关8，所述下水位检测开关7安装位置高于所述水泵5。
[0021]挡渣堰板2阻挡泥、渣流入沉井I内，挡水堰板3阻挡抽水过程中沉井I下游侧排水沟内的回水，疏导格栅4将沉井I分为前、后两个区域，用于平稳井内水位检测区的水面波动，下水位检测开关7和上水位检测开关8安装在疏导格栅4后方沉井的长边侧壁上，正常情况下(不进行流量观测操作时)两个检测开关均淹没在水中，处于闭合状态；水泵5安置在井底的上游侧边角处(疏导格栅4前部)，其排水管6竖向引出沉井I后沿排水沟岸边向下游方向水平敷设，将水排至排水沟内，工作状态由检测控制器10控制；下水位检测开关7和上水位检测开关8安装在疏导格栅4后部的长边侧壁上，通过信号电缆与检测控制器10连接，正常情况下(不进行流量观测操作时)两个检测开关均淹没在水中，处于闭合状态。本实施例中的计时装置为时钟计时器，时钟计时器11与检测控制器10电连接，完成时间显示、定时启动测量和流量测量计时功能。
[0022]图2是对沉井I进行排水控制和测流(通过容器蓄水过程测量流量)的原理图。检测控制器10根据手动按钮信号或时钟计时器的定时信号控制启动水泵5抽水，再根据下水位检测开关7由闭合转为断开的检测信号控制水泵5停止抽水，之后再根据下水位检测开关7由断开转为闭合的检测信号控制启动时钟计时器11开始计时，最后再根据上水位检测开关8由断开转为闭合的检测信号控制时钟计时器11停止计时。
[0023]以下结合具体实例说明本实用新型的流量测量方法:
[0024]I)具体实施例的排水沟尺寸为300x300mm，设计流量为8L/s，实际流量为4 L/s。
[0025]2)根据设计流量拟定沉井长边为550mm，短边为450mm，井深为一900mm (地面高程为0)，上水位检测开关8的安装高程为一 320mm，
[0026]下水位检测开关7的安装高程为一 570_，则上下水位检测开关位置之间的容积V=S*H=550*450*(570 — 320)=61.875L。
[0027]3)选定水泵5的流量为40mVh=40xl000/3600=ll.llL/s，若持续抽水，17秒钟以后沉井I水位会低于下水位检测开 关7的安装高程。
[0028]4)在需要进行流量观测时，启动(时钟定时或手动)水泵5抽水，当下水位检测开关7由闭合变为断开，检测控制器10延迟I~2秒钟以后控制水泵5停止抽水。
[0029]5)之后，排水沟的水全部流入沉井I内，沉井I水位持续上升。当水位上升到下水位检测开关7的安装高程，下水位检测开关7由断开变为闭合，检测控制器10开启计时器11从零开始计时。当水位上升到上水位检测开关8的安装高程，上水位检测开关8由断开变为闭合，检测控制器10控制计时器11停止计时，测得时间T ^ 15.47s。之后沉井I中水位继续上升并蓄满“沉井”恢复排水沟的正常流通。
[0030]6)计算排水沟实际流量Q:
[0031]
【权利要求】
1.一种排水沟沉井式流量测量结构，其特征在于，在排水沟(9)任一段底部设有一个与所述排水沟(9)相通的沉井(I )，所述沉井(I)底部设置有水泵(5)，所述沉井(I)内壁从下至上依次固定有下水位检测开关(7)和上水位检测开关(8)，所述下水位检测开关(7)的安装位置高于所述水泵(5);所述下水位检测开关(7)和上水位检测开关(8)均与检测控制器(10)电连接，所述检测控制器(10)与计时装置电连接，所述检测控制器(10)与所述水泵(5)电连接。
2.根据权利要求1所述的排水沟沉井式流量测量结构，其特征在于，所述沉井(I)进水处的排水沟(9)底部设有挡渣堰板(2)，所述沉井(I)出水处的排水沟(9)底部设有挡水堰板(3)。
3.根据权利要求1或2所述的排水沟沉井式流量测量结构，其特征在于，所述水泵(5)的排水管(6)竖直引出所述沉井(I)后沿所述排水沟(9)向下游方向水平铺设。
4.根据权利要求1或2所述的排水沟沉井式流量测量结构，其特征在于，所述沉井(I)内竖直安装有一个将所述沉井(I)分隔为前后两个区域的疏导格栅(4)，所述下水位检测开关(7)和上水位检测开关(8)均固定在所述疏导格栅(4)后部的沉井(I)侧壁上，所述水泵(5 )安装在所述疏导格栅(4 )前部沉井(I)的底部。
【文档编号】G01F1/708GK203405243SQ201320550602
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年9月5日 优先权日:2013年9月5日
【发明者】鄢军军, 刘剑鸣 申请人:中国水电顾问集团中南勘测设计研究院