本发明专利技术涉及水利设备技术领域，特别涉及用于水体标记的悬浮球及其密度控制装置；本发明专利技术提供了一种用于水体标记的悬浮球并且给出了该悬浮球设计的密度控制加工方案与配套的加工设备，通过悬浮球与目标水体相对密度的差异，使悬浮球特定石蜡层撞击切削刀具并切削，实现对悬浮球的精确密度控制，进而可以通过该悬浮球方案衍生实现对渠道流速、流量、分支配水量、蒸发渗漏流损等信息的精确采集，替代染色质投放的水体标记方案，完全避免染色质的残留污染问题。留污染问题。留污染问题。
【技术实现步骤摘要】
用于水体标记的悬浮球及其密度控制装置
：
[0001]本专利技术涉及水利设备
，特别涉及用于水体标记的悬浮球及其密度控制装置。
技术介绍
：
[0002]灌溉用途的水利设施如引水渠等广泛分布于江河沿线的农业区，在黄河流域中上游的河套平原地区，由于降水少海拔高，农业灌溉严重依赖连接黄河的引水渠系统。黄河径流量较小，仅为长江径流量的百分之五，且泥沙含量高，如过度取水会导致下游流速过低泥沙快速淤积，抬高河床造成严重的安全隐患。因此，对黄河流域灌溉用水进行科学规划分配，在有限的取用水量下提高农业生产效率以平衡农业产值与黄河下游安全关系是非常必要的，这需要对黄河沿途灌溉区的取用水量进行精确计量。
[0003]目前对灌溉用途引水渠通常采用巴歇尔槽、超声波探头或水位曲线法统计流速流量，其中巴歇尔槽、超声波探头方式测量受水体表面风浪影响严重，精度较差，而水位曲线法为间接测量法，其测量精度取决于水位与流量对应关系的模型建立，而其中直接流量流速数据的获取依然存在精度问题，且在黄河流域由于水体中泥沙的沉积对渠道形状的改变，水位曲线法即便精确建立了数学模型，其实际测量精度也依然会随时间逐渐降低。
[0004]采用水体标记方式，即将标记物混入水体，在下游采样分析的方式，可以以较高的统计学精度获得相关流量流速数据。目前常见的水体标记方案有染色质方案和浮球方案两类，染色质方案将染色材料定速倾倒入水体内，在下游分析获取水体中染色材料分布密度，从而确定流量数据，并间接获得区间内平均流速数据，但该方案中染色材料无法从水体内捞取，导致染色材料的选取难以在环保指标的降解速度和测量精度之间平衡，并且仅能用于干渠流量监测而无法在分支端确定入户流量。浮球方案通常用于测定流速，通过对浮球通过监控点的速度进行测量，获得水体的通过速度，但由于水体粘滞阻力影响，渠道内水体运动速度并不均匀，因此该流速测定需要进行经验计算修正，精度较低。
技术实现思路
：
[0005]鉴于此，有必要设计一种采用水体标记方案的设备设计，以较高的统计学精度获取流量流速数据的同时，排除染色材料的环保问题。
[0006]用于水体标记的悬浮球，包括铁芯、塑料包壳、内石蜡层与外石蜡层。
[0007]其中，铁芯安装在球形塑料包壳内，塑料包壳内壁设置有多个向内隆起的凸柱，铁芯由凸柱支撑定位在塑料包壳球心处。
[0008]塑料包壳外顺次设置内石蜡层与外石蜡层，其中内石蜡层由上石蜡壳、下石蜡壳两个半球壳石蜡拼接形成，上石蜡壳由纯石蜡熔铸制成，下石蜡壳由掺混金属粉末的石蜡熔铸制成，密度1.05至1.1克每毫升，外石蜡层由掺混金属粉末的石蜡熔铸制成，密度与标记水体相同。
[0009]本设计在制造过程中，已知纯石蜡密度为0.9克每毫升，因此可以通过切削去除部
分上石蜡壳材料的方式降低悬浮球整体密度，也可以通过切削去除部分下石蜡壳材料的方式提高悬浮球整体密度，即通过简单的切削操作精确调整悬浮球的整体密度，使之可以悬浮在目标水体内而不漂浮或沉底。为防止悬浮球在使用过程中因剐蹭渠道壁及附属设施如桥梁、闸口等，损害内石蜡层导致整体密度变化，在调整悬浮球密度后，悬浮球外表面敷设外石蜡层用于保护内石蜡层，该敷设过程直接以调整密度后的内石蜡层外表面为内模，喷涂调整密度后的熔融石蜡形成外石蜡壳，或夹持在外模内注入熔融石蜡形成外石蜡壳。
[0010]本设计通过上述手段对悬浮球的密度精确控制，使之在水体内高度随动，在进入粘滞阻力影响区时会随目标水体的梯度流速而改变速度，实现对水体的完整跟踪。在渠道运行过程中，通过磁装置吸附悬浮球可以高效的将悬浮球重捕以计数、分析其分布密度等参数，从而实现对水体流量、流速、支流分配比例等的精确监测。
[0011]使用过程中，铁芯在后续重捕计数过程中作为磁体，通过磁吸附实现对悬浮球的捞取，为防止铁芯磁化导致其吸附在渠道沿途的铁质桥墩、闸阀上，悬浮球在投入水体前应当以电涡流加热的方式进行消磁，因此，优选的，本设计还包括陶瓷芯壳，陶瓷芯壳包覆铁芯用于隔热。
[0012]进一步的，陶瓷芯壳由两个半壳拼接形成，其拼接稳固由凸柱的夹持实现，防止陶瓷芯壳在铁芯热胀过程中被胀裂损坏失效。
[0013]进一步的，铁芯与陶瓷芯壳均为球形。
[0014]优选的，塑料包壳由两个对称的半球壳拼接形成，其拼接接口处设置相互啮合的插口，插口结构连接不会完全锁死塑料包壳，在温度升高时，插口结构配合内石蜡层、外石蜡层石蜡材料的非刚性特征，可以靠内部气压受热升高小幅度拉伸石蜡层膨胀降低整体密度，对水体水温升高导致密度降低的过程进行应变，提高使用效果。
[0015]基于用于水体标记的悬浮球设计方案，本案同时提供用于水体标记悬浮球的密度控制装置，包括层流槽、浮体刮刀、下刮刀组件、浮选池。
[0016]层流槽为水平安装的方槽，其内有目标水体单向流动，层流槽底部安装下刮刀组件，下刮刀组件包括至少一组线型刮刀阵列，层流槽内设置浮体刮刀，浮体刮刀由浮阀和至少一组线型刮刀阵列组成，浮体刮刀的线型刮刀阵列通过浮阀漂浮在目标水体水面上。
[0017]浮选池连接在层流槽下游，其内的目标水体深度为层流槽内目标水体深度的三倍以上，浮选池池壁中部设置排水孔。
[0018]悬浮球制造过程中，在内石蜡层加工完成后进入用于水体标记悬浮球的密度控制装置进行密度调节加工工序。加工过程中，考虑到准备标记水体中由于泥沙含量的季节、地区差异，其密度存在差异，因此层流槽直接引入预备标记的水体作为目标水体。目标水体在层流槽内单向流动，待加工悬浮球置入目标水体中随目标水体运动直至进入浮选池，期间待加工悬浮球会在其自身相对目标水体的密度差作用下上浮或下沉，且由于上石蜡壳密度低于下石蜡壳，悬浮球会在目标水体内自动摆正为上石蜡壳位于上部，下石蜡壳位于下部。如待加工悬浮球密度低于目标水体，则其上浮接触浮体刮刀，在目标水体流速的冲击下由浮体刮刀切削密度低于目标水体的上石蜡壳材料，从而增加待加工悬浮球的整体密度，使其趋近目标水体密度；如待加工悬浮球密度高于目标水体，则其下沉接触下刮刀组件，在目标水体流速的冲击下由下刮刀组件切削下石蜡壳材料，从而降低代加工悬浮球的整体密度，使其趋近目标水体密度。通过层流槽进入浮选池后，目标水体流速降低，密度依然显著
低于目标水体的悬浮球会稳定漂浮在目标水体上表面，密度依然显著高于目标水体的悬浮球会沉稳定沉至浮选池池底，密度与目标水体相同的悬浮球在低速水流扰动下由排水孔随目标水体排出，完成密度调整加工工序，未通过的漂浮、沉底状态悬浮球则定期捞取回送至层流槽再次加工。
[0019]优选的，浮阀由定位装置和浮体组成，浮体漂浮在目标水体水面上，线型刮刀安装在浮体上，定位装置连接浮体与层流槽使浮体不随目标水体流动而移动。进一步的，上述定位装置为牵引绳或纵向滑轨。
[0020]优选的，线型刮刀由水平阵列布置的多个卷刃刀具组成，其卷刃部朝向水体，该设计使切削面为平滑的圆弧面，且切除的材料可以顺利的脱离悬浮球防止黏连。
[0021]优选的，本设本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.用于水体标记的悬浮球，其特征在于，包括铁芯、塑料包壳、内石蜡层与外石蜡层；其中，铁芯安装在球形塑料包壳内，塑料包壳内壁设置有多个向内隆起的凸柱，铁芯由凸柱支撑定位在塑料包壳球心处；塑料包壳外顺次设置内石蜡层与外石蜡层，其中内石蜡层由上石蜡壳、下石蜡壳两个半球壳石蜡拼接形成，上石蜡壳由纯石蜡熔铸制成，下石蜡壳由掺混金属粉末的石蜡熔铸制成，密度1.05至1.1克每毫升，外石蜡层由掺混金属粉末的石蜡熔铸制成，密度与标记水体相同。2.如权利要求1所述的用于水体标记的悬浮球，其特征在于，还包括陶瓷芯壳，陶瓷芯壳包覆铁芯用于隔热。3.如权利要求2所述的用于水体标记的悬浮球，其特征在于，所述陶瓷芯壳由两个半壳拼接形成，其拼接稳固由凸柱的夹持实现。4.如权利要求3所述的用于水体标记的悬浮球，其特征在于，所述铁芯与陶瓷芯壳均为球形。5.如权利要求1所述的用于水体标记的悬浮球，其特征在于，所述塑料包壳由两个对称的半球壳拼接形成，其拼接接口处设置相互啮合的插口。6.用于水体标记悬浮球的密度控制装置，其特征在于，包括层流槽、浮体刮刀、下刮刀组件、浮...
【专利技术属性】
技术研发人员：马小刚，张立新，李抗彬，郝改瑞，
申请(专利权)人：北方民族大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。