[发明专利]一种隧道中心排水管流量监测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种自由表面水流量实时监测装置，属于液体流量检测技术领域。

背景技术

随着高海拔、高寒地区公路交通中隧道数量的增加，对隧道健康状态进行长期监测的技 术需求也越来越强。获取隧道排水系统状况及防冻保温效果相关数据信息，是对在用隧道制 定养护计划或维修决策的重要依据。在某些地域建设的隧道，由于受特殊的地质、水文以及 气象条件的影响，需要对隧道围岩体涌水、季节性冻土融化渗水状态进行总体监测，即对隧 道中心排水管的泄水流量进行检测。

隧道中心排水管内的水流一般处于自由表面的渠水流动状态，可基于明渠流量检测方法 对排水量进行检测。常见的明渠流量计主要有堰式和槽式两大类，其原理是通过测量渠内流 体相对于流量计位置上游规定距离的液位高度，再根据具体流量计的结构特性参数进行相应 计算得到液体流量。由于明渠流量计对液位高度的测量常采用非接触式，所以能在较恶劣的 环境中应用。

上述明渠流量检测方式存在的不足主要是：对于堰式流量计，如薄壁堰，虽然检测件结 构简单，但是使用时由于渠水截流而导致泥沙、杂物等沉积在流量计检测件之前，不能自动 排除，当沉积到一定程度时将影响流量计的检测精度，因此需要定期人工清除；对于槽式流 量计，如巴歇尔槽，虽然不会在流量计检测件之前产生沉积现象，但是需要将流量检测槽装 在渠道内，不仅占用较大的空间，而且检测件的结构较为复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种隧道中心排水管流量监测装置，适用于高海拔、高寒地区隧 道围岩体涌水、季节性冻土融化渗水状态导致的总排水量的监测。

本发明采用的技术方案是：隧道中心排水管流量监测装置主要由薄壁堰式流量检测件、 具有射流清除泥沙沉积效应的排泄孔管、液位测量传感器和数据处理单元组成；排泄孔管安 装在流量检测件的底部；在堰式流量检测件出水口最低点以下规定的距离与排泄孔管之间设 有垂向防扰流板，以抑制薄壁堰式流量检测时射流清除泥沙过程对垂直于水流方向的扰动； 在堰式流量检测件出水口最高点中心线两侧规定距离处对称设有导流板，以保持薄壁堰式流 量检测过程中对水流横向稳定性的要求；液位测量传感器安装在固定于导流板的支架上，传 感器输出信号通过导线传输到数据处理单元。

本发明采用技术方案的工作原理是：对液体流量的检测分为两个部分，其一是采用薄壁 堰式流量检测方式，即安装在明渠水流中的流量检测部件(堰)将水位升高，升高的水位与 流量之间有函数关系，因而测定水位高度就可求出水流量，记为Q_y；对于梯形堰，当tgθ＝1/4 时称为希普列蒂(Cippoletti)堰，其流量可按下式计算：

Q_y＝1.855×b×h_y^3/2

式中，b为梯形堰口底部宽度；h_y为相对堰口底边的液位高度。

其二是检测通过排泄孔管的水流量，记为Q_g；其流量可按下式计算：

Q_g＝μ×A×(2h_g)^1/2

式中，μ为流量系数，一般可取0.6；A为排泄孔管出口的截面积；h_g为排泄孔管水头压 力，与中心排水管内的液位高度相关。因此，采用本技术方案所测得的流量值Q为:

Q＝Q_y(h_y)+Q_g(h_g)

式中，h_y为确定薄壁堰式流量计所检测流量的液位高度；h_g为确定排泄孔管流量的液位 高度；且h_y和h_g可结合液位高度检测结果、流量检测部件的结构尺寸参数及排泄孔管的相对 安装位置来确定。数据处理单元接收液位传感器的检测数据后，计算得到检测流量Q。

此外，排泄孔管设计为锥形，液体流过时可产生射流效应，对沉积在堰板底部的泥沙、 杂物等具有抽吸排除效果。

本发明提出的技术方案的有益效果是：利用了薄壁堰式流量检测件结构简单、流量检测 范围宽的特点，并通过设置既能通过测量液位高度计量流量，又能清除堰板底部泥沙、杂物 沉积的排泄孔管，达到使用方便和不用进行清除沉积维护的效果。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：