用于浑水压力测量的薄膜隔沙系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于浑水压力测量的薄膜隔沙系统，它包括一卧式布置的浑水桶，一卧式布置且敞口端与浑水桶的敞口端对接在一起的清水桶，一装夹在浑水桶和清水桶连接处的隔离薄膜，以及安装于浑水桶和清水桶上的阀门组件。浑水桶的桶底中心通过管道与浑水系统取压点连接，清水桶的桶底中心通过测压管道与测压传感器连接。隔离薄膜为一环形翼板、一环形凹槽和一圆形凸面组合成一体的折叠式结构，环形翼板装夹在浑水桶和清水桶连接处，环形凹槽和圆形凸面形成向清水桶一侧突出的薄膜凸面。清水桶内壁上刻画有一环线，环线所在平面与薄膜凸面初始位置平齐。本实用新型因消除了泥沙沉积、密度变化给压力测量带来的不确定性，所以提高了浑水压力测量的精度。
【专利说明】用于浑水压力测量的薄膜隔沙系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及浑水压力测量领域，特别是关于一种用于浑水压力测量的薄膜隔沙系统。
【背景技术】
[0002]在许多水利水电工程中，常需测量水压和压差，测量清水压力和压差时，多采用压力传感器。而我国多泥流河流很多，如果将多泥流河流中的浑水直接接入压力测量系统，因浑水在测量管道中没有流动，泥沙将逐渐沉积，测量管道中浑水密度将逐渐大于实际浑水密度，浑水密度的变化将严重影响压力测量的精度。
[0003]在某些试验中，取压点有可能是低于大气压力的负压，为避免进气和保护传感器，常需将传感器布置在取压点下方，如取压点压力有可能低于汽化压力，传感器需布置于取压点IOm以下。如图1所示，假定传感器O安装在取压点以下，取压点和传感器O之间高程差为Z，取压点压力为P，传感器测量压力为pm，则传感器测量压力Pm和取压点压力P存在如下关系:
[0004]pm=p+Z.P g(I)
[0005]式中，pm是传感器测量压力，Pa ；p是取压点压力，Pa ；Z是取压点和传感器之间高程差，m ； P是测量管道内浑水的平均密度，kg/m3 ；g是当地的重力加速度，m/s2。
[0006]从式(I)中可以看出，其它参数不变的情况下，传感器测量压力Pm与测量管道内浑水的平均密度P成正比。但是，测量管路内是静水，浑水密度会因泥沙沉积而变化，浑水密度的变化将给压力测量带来很大的不确定性。假定被测量浑水系统(以下简称浑水系统)内浑水密度为Ps=1050kg/m3，而测量管路内密度PM=1060kg/m3，取压点压力p=100000Pa，Z=10m，则pm=203950Pa。但是，由于测量管路中的浑水密度处于变化中，且无法准确测量，如仍采用浑水系统内密度Ps=1050kg/m3，换算出的取压点压力为100981Pa，比实际压力高出近1%。当然也可能固体颗粒进入测量管路较少，测量管路内PM=1010kg/m3，如仍采用P s=1050kg/m3，换算出的取压点压力为96077Pa，比实际压力低4%。因此，有必要设计一种隔沙系统，只允许浑水压力传递给测压传感器，尽可能阻隔浑水中的泥沙颗粒进入测量管路及传感器。
【发明内容】
[0007]针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种用于浑水压力测量的薄膜隔沙系统，以避免浑水直接进入测压管路及测压传感器，消除因浑水中泥沙等固体颗粒进入测量管路而给压力测量带来的不确定性，提高浑水压力的测量精度。
[0008]为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案:一种用于浑水压力测量的薄膜隔沙系统，其特征在于，它包括:一卧式布置的浑水桶，一卧式布置且敞口端与所述浑水桶的敞口端对接在一起的清水桶，一装夹在所述浑水桶和清水桶连接处的隔离薄膜，以及安装于所述浑水桶和清水桶上的阀门组件；所述浑水桶的桶底中心通过管道与浑水系统取压点连接，所述清水桶的桶底中心通过测压管道与测压传感器连接；所述隔离薄膜为一环形翼板、一环形凹槽和一圆形凸面组合成一体的折叠式结构，所述环形翼板装夹在所述浑水桶和清水桶连接处，所述环形凹槽和所述圆形凸面形成向所述清水桶一侧突出的薄膜凸面；所述清水桶内壁上刻画有一环线，所述环线所在平面与所述薄膜凸面初始位置平齐。
[0009]所述阀门组件包括两设置在所述浑水桶和清水桶桶壁上部的排气阀门，一设置在所述浑水桶和浑水系统之间管道上的连通阀，一设置在所述浑水桶桶壁下部的排沙阀门，以及一设置在所述清水桶桶壁下部的进水阀门。
[0010]所述浑水桶和所述清水桶的桶壁均采用透明的有机玻璃制成，所述桶底均采用金属封板，且所述浑水桶和所述清水桶通过设置在桶底外沿的长螺栓把合成一个整体。
[0011]连通所述浑水系统的管道和连通所述测压传感器的测压管道位于同一高度。
[0012]所述隔离薄膜的所述环形翼板外径等于所述浑水桶和所述清水桶的外径，所述环形翼板的内径小于所述浑水桶和所述清水桶的内径；所述薄膜凸面与所述浑水桶和所述清水桶连接处的距离为LI，所述环形凹槽的底面与所述浑水桶和所述清水桶连接处的距离为L2，且 L2〈L1。
[0013]所述隔离薄膜采用柔韧性好的薄橡胶材料经特殊工艺压铸而成。
[0014]本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点:1、本实用新型隔断了浑水直接进入测压系统，可节省清洗测压管道及测压传感器的次数及费用。2、本实用新型由于在测压管道及测压传感器内均为清水，其密度可高精度测量或计算，消除了因泥沙沉积、密度变化给压力测量带来的不确定性。3、本实用新型使用的隔离薄膜较薄，且具有较强的柔韧性，当隔离薄膜两侧出现压差时，隔离薄膜可通过变形将浑水侧压力更真实的传递到清水侧。4、本实用新型的隔离薄膜设计成折叠式，当折叠式隔离薄膜因受力需沿圆桶轴线方向产生与传统平面薄膜相同的位移时，作用在折叠式薄膜上的力比作用在传统平面薄膜上的力小得多。并可通过利用突出到清水侧的薄膜凸面和刻在清水桶上的环线对齐，以便于在测量前将隔离薄膜调整到中间的不受力位置。除此之外，还可通过清水桶上的环线及有关小阀门来调整隔离薄膜位置、形态，减小了隔离薄膜在测试过程中的受力和变形，使隔离薄膜两侧的压力差减小到测压传感器测试误差以内。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是常见压力测量装置的结构示意图
[0016]图2是本实用新型的结构示意图
[0017]图3是本实用新型隔离薄膜的剖视示意图
[0018]图4是清水桶环形刻线示意图
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。
[0020]如图2所示，本实用新型包括浑水桶1、清水桶2、隔离薄膜3以及阀门组件4。浑水桶I和清水桶2采用卧式布置，且浑水桶I和清水桶2的敞口端对接在一起，隔离薄膜3装夹在浑水桶I和清水桶2连接处。浑水桶I的桶底中心通过管道与浑水系统取压点(图中未示出)连接，清水桶2的桶底中心通过测压管道与测压传感器(图中未示出)连接。阀门组件4包括两设置在浑水桶I和清水桶2桶壁上部的排气阀门41和42，一设置在浑水桶I和浑水系统之间管道上的连通阀43，一设置在浑水桶I桶壁下部的排沙阀门44，以及一设置在清水桶2桶壁下部的进水阀门45。
[0021]在一个优选的实施例中，浑水桶I和清水桶2的桶壁均采用透明的有机玻璃制成，桶底均采用金属封板，且浑水桶I和清水桶2通过设置在桶底外沿的长螺栓(图中未示出)把合成一个整体。
[0022]在一个优选的实施例中，连通浑水系统的管道和连接测压传感器的管道位于同一高度。
[0023]如图3，隔离薄膜3为折叠式结构，其可以视为一环形翼板、一环形凹槽和一圆形凸面的组合体，其中环形翼板装夹在浑水桶I和清水桶2连接处，环形凹槽和圆形凸面则形成向清水桶2 —侧突出的薄膜凸面31。
[0024]在一个优选的实施例中，如图3、图4所示，环形翼板的外径Dl等于浑水桶I和清水桶2的外径dl，环形翼板的内径D2稍小于浑水桶I和清水桶2的内径d2 ;薄膜凸面31与环形翼板距离为LI，环形凹槽的底面与环形翼板距离为L2，且L2〈L1。
[0025]如图4所示，在清水桶2内壁距离浑水桶I和清水桶2连接处L处刻画环线5，且L=Ll,用于保证隔离薄膜3在测试过程中初始位于不受力位置。
[0026]在一个优选的实施例中，隔离薄膜3采用柔韧性较好的薄橡胶材料经特殊工艺压铸而成。
[0027]本实用新型的测量原理是:采用隔离薄膜3将浑水和清水隔离，使泥沙等固体颗粒(以下简称泥沙)无法进入清水桶2、测压管道及测压传感器。浑水通过隔离薄膜3将压力传递至清水侧，再通过清水侧的清水传递给测压传感器。
[0028]本实用新型的折叠式且柔韧性较好的隔离薄膜3能够减小因其变形而产生的弹性力，通过调整隔离薄膜3的初始位置来消除或减小隔离薄膜3的变形，确保隔离薄膜3对测量精度的影响降低到测压传感器测试误差以下。
[0029]下面具体说明调整隔离薄膜3的步骤:
[0030]I)打开排气阀门41和42。
[0031 ] 2)打开进水阀门45和连通阀门43 (如系统内没水，可关闭该阀，通过排沙阀门44充清水)缓慢充水，同时观察两侧水位，尽量保持同步上升，待排气阀门41和42均出水时关闭连通阀门43和进水阀门45。
[0032]3)检查薄膜凸面31和环线5是否对齐，如对齐，关闭排气阀门41和42，调整完毕。如薄膜凸面31偏向环线5的清水侧，则关闭排气阀门42，缓慢打开进水阀门45向清水侧充水，同时观察薄膜凸面31位置，至其和环线5对齐时关闭进水阀门45，然后关闭排气阀门41 ;如薄膜凸面31偏向环线的浑水侧，则关闭排气阀门41，缓慢打开连通阀门43向浑水侧充水，同时观察薄膜凸面31位置，至其和环线对齐时关闭连通阀门43，然后关闭排气阀门42。调整完成后即可和浑水系统连接进行压力测试。
[0033]在测量压力时，连通阀门43开启，排气阀门41和42、排沙阀门44以及进水阀门45均处于关闭状态。
[0034]在测试过程中，如发现浑水侧有较多固体颗粒沉积，应打开排沙阀门44排沙。排沙时连通阀43必须处于开启状态。排沙时如发现吸入空气，应调整系统压力直至能排出水为止。
[0035]测试过程中，应经常检查薄膜隔沙系统内是否有空气聚集，并及时排除聚集的空气。浑水侧的空气通过浑水桶顶部的排气阀门41排气，如发现系统处于负压则应调整系统压力为正压后再排气。清水侧排气前需先关闭连通阀门43，再打开排气阀门42，缓慢开启进水阀45排气，至空气排完后先关进水阀门45，再关排气阀门42。
[0036]浑水系统加压后，测压管路及清水桶2内的水体会被压缩，隔离薄膜3可能会产生向清水侧的位移，使薄膜因变形产生应力。但是，由于水的密度随压力变化非常小，由此隔离薄膜3产生的位移非常小。如有机玻璃桶内径为0.2m，清水侧长度为0.2m，测压管道内径为0.02m，长度为12m，清水系统总体积为0.01005m3。在水温20°C时，如压力为IO5Pa,水密度为998.2kg/m3，在压力为IO6Pa时，水密度为998.6kg/m3,密度变化约0.04%。换算到隔离薄膜3所在平面，其因水体压缩产生的位移只有0.13_。而试验压力通常不高于3 X IO5Pa,其产生的位移会小于0.04_。由于薄膜即薄又具有良好的柔韧性，且进行了折叠式特殊设计，故其产生的影响压力传递的附加力会小于传感器测量误差，可忽略不计。
[0037]上述各实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。
【权利要求】
1.一种用于浑水压力测量的薄膜隔沙系统，其特征在于，它包括:一卧式布置的浑水桶，一卧式布置且敞口端与所述浑水桶的敞口端对接在一起的清水桶，一装夹在所述浑水桶和清水桶连接处的隔离薄膜，以及安装于所述浑水桶和清水桶上的阀门组件；所述浑水桶的桶底中心通过管道与浑水系统取压点连接，所述清水桶的桶底中心通过测压管道与测压传感器连接；所述隔离薄膜为一环形翼板、一环形凹槽和一圆形凸面组合成一体的折叠式结构，所述环形翼板装夹在所述浑水桶和清水桶连接处，所述环形凹槽和所述圆形凸面形成向所述清水桶一侧突出的薄膜凸面；所述清水桶内壁上刻画有一环线，所述环线所在平面与所述薄膜凸面初始位置平齐。
2.如权利要求1所述的用于浑水压力测量的薄膜隔沙系统，其特征在于，所述阀门组件包括两设置在所述浑水桶和清水桶桶壁上部的排气阀门，一设置在所述浑水桶和浑水系统之间管道上的连通阀，一设置在所述浑水桶桶壁下部的排沙阀门，以及一设置在所述清水桶桶壁下部的进水阀门。
3.如权利要求1所述的用于浑水压力测量的薄膜隔沙系统，其特征在于，所述浑水桶和所述清水桶的桶壁均采用透明的有机玻璃制成，所述桶底均采用金属封板，且所述浑水桶和所述清水桶通过设置在桶底外沿的长螺栓把合成一个整体。
4.如权利要求2所述的用于浑水压力测量的薄膜隔沙系统，其特征在于，所述浑水桶和所述清水桶的桶壁均采用透明的有机玻璃制成，所述桶底均采用金属封板，且所述浑水桶和所述清水桶通过设置在桶底外沿的长螺栓把合成一个整体。
5.如权利要求1或2或3或4所述的用于浑水压力测量的薄膜隔沙系统，其特征在于，连通所述浑水系统的管道和连通所述测压传感器的测压管道位于同一高度。
6.如权利要求1或2或3或4所述的用于浑水压力测量的薄膜隔沙系统，其特征在于，所述隔离薄膜的所述环形翼板外径等于所述浑水桶和所述清水桶的外径，所述环形翼板的内径小于所述浑水桶和所述清水桶的内径；所述薄膜凸面与所述浑水桶和所述清水桶连接处的距离为LI，所述环形凹槽的底面与所述浑水桶和所述清水桶连接处的距离为L2，且L2〈L1。
7.如权利要求5所述的用于浑水压力测量的薄膜隔沙系统，其特征在于，所述隔离薄膜的所述环形翼板外径等于所述浑水桶和所述清水桶的外径，所述环形翼板的内径小于所述浑水桶和所述清水桶的内径；所述薄膜凸面与所述浑水桶和所述清水桶连接处的距离为LI，所述环形凹槽的底面与所述浑水桶和所述清水桶连接处的距离为L2，且L2〈L1。
8.如权利要求1或2或3或4或7所述的用于浑水压力测量的薄膜隔沙系统，其特征在于，所述隔离薄膜采用柔韧性好的薄橡胶材料经特殊工艺压铸而成。
9.如权利要求5所述的用于浑水压力测量的薄膜隔沙系统，其特征在于，所述隔离薄膜采用柔韧性好的薄橡胶材料经特殊工艺压铸而成。
10.如权利要求6所述的用于浑水压力测量的薄膜隔沙系统，其特征在于，所述隔离薄膜采用柔韧性好的薄橡胶材料经特殊工艺压铸而成。
【文档编号】G01L19/06GK203414227SQ201320483695
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年8月8日 优先权日:2013年8月8日
【发明者】徐洪泉, 张海平, 陆力, 孟效超, 张建光, 马兵全, 陈莹, 朱雷 申请人:中国水利水电科学研究院, 北京中水科水电科技开发有限公司