一种基坑降水井水泵工况监测装置及方法与流程

1.本发明涉一种监测装置及方法，具体为一种基坑降水井水泵工况监测装置及方法。


背景技术：

2.降水井作为基坑排水系统的一部分，与地下坑道和水仓相接。所以在每个降水井内均布置有潜水泵，用于抽排水。然而，鉴于基坑内水土环境复杂，也就导致水质不均匀，有可能出现清水或者是混杂泥沙的污水，所以在这种情况下，潜水泵将会受到将达的考验。通常来说，当潜水泵处于完全清水环境当中时，由于水密度不变，所以水流速度、压力以及相应的实际扬程，都不会产生较大幅度的变化，所以潜水泵能够稳定的处于高效的效率区间内运作；但处于基坑这种环境中时，由于水质的改变，导致其实际扬程将会发生变化，也将导致潜水泵的实际功率改变，此时若不能够实时监测，获取动态数据，则潜水泵容易处于一个较差的效率区间内。然而，为了获取前端数据，通常采用在基坑加装流速传感器和压力传感器的方式，来判断潜水泵的工作状态，但是这种方式单单依靠传感器的检测，若是传感器遭到杂物堵塞或遮挡，容易导致检测误差。因此，有待进一步的改进。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明为克服现有技术中的缺陷提供一种基坑降水井水泵工况监测装置及方法，监测方式准确耐用，实时感知能力较强，获取数据及时精准。
4.一种基坑降水井水泵工况监测装置，包括设置在降水井内抽水管；所述的抽水管底部设置有潜水泵，所述降水井的底部还设置有集水管；所述的集水管与潜水泵的进水口相接；所述的集水管内设置第一测定机构；所述潜水泵的出水口一侧设置有第二测定机构；所述的第二测定机构位于抽水管内；所述的第一测定机构和第二测定机构分别与监测控制平台相接；所述的监测控制平台用采集潜水泵的工况数据，并控制潜水泵的轴功率。
5.优选的，所述的集水管套设于潜水泵的进水口外侧；所述的集水管周向设置有若干进水通孔；所述集水管的直径大于所述进水口的直径；所述的第一测定机构包括设置在第一测定环；所述的第一测定环位于进水口下侧。
6.优选的，所述的集水管内侧设置有第一回转槽；所述的第一测定环滑动连接于第一回转槽内；所述的第一测定环内设置有若干叶片；所述的叶片倾斜设置在第一测定环的内侧壁上。
7.优选的，所述叶片的倾斜与第一测定环的切线方向平行；所述集水管的侧壁内开设有腔室；所述的腔室位于第一回转槽的上下两侧；所述的腔室边缘与第一测定环的上下表面滑动式机械密封。
8.优选的，所述的第一测定机构还包括分别设置在上、下两个腔室内的光电发射器和光电接收器；所述的第一测定环的端面上开设有至少一个通孔；所述的通孔间歇性的处于光电发射器和光电接收器之间。
9.优选的，所述的第一测定机构还包括压力监测元件；所述的压力监测元件设置在第一回转槽的上侧壁中；所述的压力监测元件表面镶嵌有万向滚珠。
10.优选的，所述的压力监测元件包括有至少四个，并且均匀分布在第一回转槽上；所述的压力监测元件包括伸缩杆；所述的万向滚珠设置在伸缩杆端部；所述第一回转槽的上侧壁开设有导槽；所述的伸缩杆通过弹簧链接有于导槽内；所述的导槽内端设置有膜片；所述的膜片内封装有压力传导液和压敏传感器。
11.优选的，所述的第二测定机构与第一测定机构具有相同的结构；所述的抽水管具有与集水管结构相同的第二回转槽、导槽以及压力监测元件。
12.优选的，所述集水管的内侧壁上分布有流体密度传感器。
13.包括以下步骤：
14.步骤一，通过监测控制平台，按照预设函数曲线调整潜水泵的有效功率，使其处于到最佳效率区间内运行；
15.步骤二，在排水过程中，流体密度容易实时变化，导致潜水泵的实际有效功率产生变化，进而使得潜水泵的有效功率并非处于最佳效率区间；所以通过监测控制平台获取第一测定机构和第二测定机构的数据，获取流体在潜水泵进口压力p1，出口压力p2；以及流体在潜水泵进口流速v1，出口流速v2；
16.步骤三，通过流体密度传感器获得当下流体密度ρ值，并与步骤二中的数据带入计算扬程h＝(p2-p1)/ρg+(v22-v12)/2g+z2-z1；其中g为重力加速度；z1、z2为潜水泵进入口的高度；
17.步骤四，在得出当下的实际扬程值h后，通过监测控制平台根据h值重新计算此时的实际有效功率，并与此时的实际轴功率进行计算得出当下效率；若效率并非处于最佳区间，通过调整轴功率的方式进行调整。
18.本发明具备以下有益效果：通过在集水管内设置有第一测定机构，在抽水管内设置有第二测定机构；当潜水泵启动时，会在集水管内形成水流，流向潜水泵的进水口处，此时水流将会与第一测定环内侧的叶片发生接触，其分力将会带动第一测定环发生转动；当第一测定环处于转动状态下，通孔将会间歇性的通过光电发射器和光电接收器之间，使得光电发射器和光电接收器发生通断交替；后台将会根据光电发射器和光电接收器的通断交替频率来推定第一测定环转速，进而测定进水口处的流速；同时，水流的分力也会使得第一测定环产生竖直方向上的运动，并由压力监测元件获取其压力数据；第二测定机构则采用同样的原理，对出水口位置的水流和压力进行监测。通过这种方式，仅由第一测定环或第二测定环接触流体，而其余传感元件均匀流体隔离，最大限度的保护传感元件，提升监测精度。
19.通过上述测定，能够实时、精准的获得潜水泵进水端和出水端的数据，并判断其实际扬程数据。根据上述数据，再配合监测得知的流体密度，即可判断潜水的实际有效功率，最后配合监测控制平台输出的潜水泵轴功率，可得知潜水泵的工作效率，判断其区间范围，适当调整轴功率。
附图说明
20.图1为本发明的结构示意图。
21.图2为集水管的内部结构示意图。
22.图3为a部放大结构示意图。
23.图4为第一测定环的结构示意图。
24.图5为b部放大示意图。
25.图中：1为降水井，2为抽水管，3为潜水泵，4为集水管，4.1为进水通孔，4.2为第一回转槽，4.21为导槽，5为第一测定环，5.1为叶片，5.2为通孔，6为腔室，7为光电发射器，8为光电接收器，9为万向滚珠，10为伸缩杆，11为弹簧，12为膜片，13为压力传导液，14为压敏传感，15为滑动式机械密封。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
27.包括技术和科学术语的在这里使用的术语具有与本领域技术人员通常理解的术语相同的含义，只要不是不同地限定该术语。应当理解在通常使用的词典中限定的术语具有与现有技术中的术语的含义一致的含义。
28.参见图1-图4，一种基坑降水井水泵工况监测装置，包括设置在降水井1内抽水管2；所述的抽水管2底部设置有潜水泵3，所述降水井1的底部还设置有集水管4；所述的集水管4与潜水泵3的进水口相接；所述的集水管4内设置第一测定机构；所述潜水泵3的出水口一侧设置有第二测定机构；所述的第二测定机构位于抽水管2内；所述的第一测定机构和第二测定机构分别与监测控制平台相接；所述的监测控制平台用采集潜水泵的工况数据，并控制潜水泵的轴功率。
29.进一步的说，所述的集水管4套设于潜水泵的进水口外侧；所述的集水管4周向设置有若干进水通孔4.1；所述集水管4的直径大于所述进水口的直径；所述的第一测定机构包括设置在第一测定环5；所述的第一测定环5位于进水口下侧。
30.进一步的说，所述的集水管4内侧设置有第一回转槽4.2；所述的第一测定环5滑动连接于第一回转槽4.2内；所述的第一测定环5内设置有若干叶片5.1；所述的叶片5.1倾斜设置在第一测定环5的内侧壁上。
31.在本实施例中，第一测定环5在第一回转槽4.2内发生转动；第一测定环5处于靠近潜水泵3的位置，在此处，第一测定环5的回转速度与潜水泵进水口的流速密切相关，所以通过监测第一测定环5转速的方式，来推定流体流速。
32.进一步的说，所述叶片5.1的倾斜与第一测定环5的切线方向平行；所述集水管4的侧壁内开设有腔室6；所述的腔室与第一回转槽4.2相连通；所述的腔室6位于第一回转槽4.2的上下两侧；所述的腔室6边缘与第一测定环的上下表面滑动式机械密封。
33.具体的，在本实施例中，第一测定环5的外周面处于腔室6内，为了避免液体流入到腔室内，对腔室内的传感元件造成干扰，所以在腔室6边缘与第一测定环的接触位置采用滑动式机械密封，放置液体进入。
34.同时，由于叶片5.1与切线的倾斜方向相同，所以当液体轴向通过第一测定环5的
过程当中，与叶片5.1发生接触，所产生的分力将会带动第一测定环5发生转动。
35.进一步的说，所述的第一测定机构还包括分别设置在上、下两个腔室6内的光电发射器7和光电接收器8；所述的第一测定环5的端面上开设有至少一个通孔5.2；所述的通孔间歇性的处于光电发射器7和光电接收器8之间。
36.具体的，通孔5.2会随着第一测定环5的转动，间歇性的通过上、下两个腔室之间；在通过的过程当中，光电发射器7和光电接收器8将会接通，并发出接通信号；当第一测定环5的其他部分通过时，信号中断，发出中断信号；通过后头采集上述的通断信号频率，可判断第一测定环5的转动速度，进而能够判断液体的流速。
37.进一步的说，所述的第一测定机构还包括压力监测元件；所述的压力监测元件设置在第一回转槽4.2的上侧壁中；所述的压力监测元件表面镶嵌有万向滚珠9。
38.进一步的说，所述的压力监测元件包括有至少四个，并且均匀分布在第一回转槽上4.2；所述的压力监测元件包括伸缩杆10；所述的万向滚珠9设置在伸缩杆10端部；所述第一回转槽4.2的上侧壁开设有导槽4.21；所述的伸缩杆10通过弹簧11连接于导槽内；所述的导槽4.21内端设置有膜片12；所述的膜片12内封装有压力传导液13和压敏传感器14；所述的伸缩杆10与导槽4.21之间滑动式机械密封。
39.在本实施例中，当流体穿过第一测定环5，并于叶片产生接触时，部分分力会带动第一测定环转动，而部分竖直方向上的分力，则会带动第一测定环5产生竖直运动，挤压伸缩杆10，使得伸缩杆10向内运动，对膜片12施加作用力，改变膜片内部压力传到液13的压强，进而由压敏传感器14获得其动态变化数据。
40.进一步的说，所述的第二测定机构与第一测定机构具有相同的结构；所述的抽水管具有与集水管结构相同的第二回转槽、导槽以及压力监测元件。
41.进一步的说，所述集水管的内侧壁上分布有流体密度传感器。
42.包括以下步骤：
43.步骤一，通过监测控制平台，按照预设函数曲线调整潜水泵的有效功率，使其处于到最佳效率区间内运行；
44.步骤二，在排水过程中，流体密度容易实时变化，导致潜水泵的实际有效功率产生变化，进而使得潜水泵的有效功率并非处于最佳效率区间；所以通过监测控制平台获取第一测定机构和第二测定机构的数据，获取流体在潜水泵进口压力p1，出口压力p2；以及流体在潜水泵进口流速v1，出口流速v2；
45.步骤三，通过流体密度传感器获得当下流体密度ρ值，并与步骤二中的数据带入计算扬程h＝(p2-p1)/ρg+(v22-v12)/2g+z2-z1；其中g为重力加速度；z1、z2为潜水泵进入口的高度；
46.步骤四，在得出当下的实际扬程值h后，通过监测控制平台根据h值重新计算此时的实际有效功率，并与此时的实际轴功率进行计算得出当下效率；若效率并非处于最佳区间，通过调整轴功率的方式进行调整。
47.最后说明的是，以上实施例仅以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种基坑降水井水泵工况监测装置，包括设置在降水井内抽水管；所述的抽水管底部设置有潜水泵，其特征在于：所述降水井的底部还设置有集水管；所述的集水管与潜水泵的进水口相接；所述的集水管内设置第一测定机构；所述潜水泵的出水口一侧设置有第二测定机构；所述的第二测定机构位于抽水管内；所述的第一测定机构和第二测定机构分别与监测控制平台相接；所述的监测控制平台用采集潜水泵的工况数据，并控制潜水泵的轴功率。2.根据权利要求1所述的一种基坑降水井水泵工况监测装置，其特征在于：所述的集水管套设于潜水泵的进水口外侧；所述的集水管周向设置有若干进水通孔；所述集水管的直径大于所述进水口的直径；所述的第一测定机构包括设置在第一测定环；所述的第一测定环位于进水口下侧。3.根据权利要求2所述的一种基坑降水井水泵工况监测装置，其特征在于：所述的集水管内侧设置有第一回转槽；所述的第一测定环滑动连接于第一回转槽内；所述的第一测定环内设置有若干叶片；所述的叶片倾斜设置在第一测定环的内侧壁上。4.根据权利要求3所述的一种基坑降水井水泵工况监测装置，其特征在于：所述叶片的倾斜与第一测定环的切线方向设置，并相对轴线倾斜；所述集水管的侧壁内开设有腔室；所述的腔室位于第一回转槽的上下两侧；所述的腔室边缘与第一测定环的上下表面滑动式机械密封。5.根据权利要求4所述的一种基坑降水井水泵工况监测装置，其特征在于：所述的第一测定机构还包括分别设置在上、下两个腔室内的光电发射器和光电接收器；所述的第一测定环的端面上开设有至少一个通孔；所述的通孔间歇性的处于光电发射器和光电接收器之间。6.根据权利要求5所述的一种基坑降水井水泵工况监测装置，其特征在于：所述的第一测定机构还包括压力监测元件；所述的压力监测元件设置在第一回转槽的上侧壁中；所述的压力监测元件表面镶嵌有万向滚珠。7.根据权利要求6所述的一种基坑降水井水泵工况监测装置，其特征在于：所述的压力监测元件包括有至少四个，并且均匀分布在第一回转槽上；所述的压力监测元件包括伸缩杆；所述的万向滚珠设置在伸缩杆端部；所述第一回转槽的上侧壁开设有导槽；所述的伸缩杆通过弹簧链接有于导槽内；所述的导槽内端设置有膜片；所述的膜片内封装有压力传导液和压敏传感器。8.根据权利要求7所述的一种基坑降水井水泵工况监测装置，其特征在于：所述的第二测定机构与第一测定机构具有相同的结构；所述的抽水管具有与集水管结构相同的第二回转槽、导槽以及压力监测元件。9.根据权利要求1所述的一种基坑降水井水泵工况监测装置，其特征在于：所述集水管的内侧壁上分布有流体密度传感器。10.根据权利要求1所述的一种基坑降水井水泵工况监测方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一，通过监测控制平台，按照预设函数曲线调整潜水泵的有效功率，使其处于到最佳效率区间内运行；步骤二，在排水过程中，流体密度容易实时变化，导致潜水泵的实际有效功率产生变
化，进而使得潜水泵的有效功率并非处于最佳效率区间；所以通过监测控制平台获取第一测定机构和第二测定机构的数据，获取流体在潜水泵进口压力p1，出口压力p2；以及流体在潜水泵进口流速v1，出口流速v2；步骤三，通过流体密度传感器获得当下流体密度ρ值，并与步骤二中的数据带入计算扬程h＝(p2-p1)/ρg+(v22-v12)/2g+z2-z1；其中g为重力加速度；z1、z2为潜水泵进入口的高度；步骤四，在得出当下的实际扬程值h后，通过监测控制平台根据h值重新计算此时的实际有效功率，并与此时的实际轴功率进行计算得出当下效率；若效率并非处于最佳区间，通过调整轴功率的方式进行调整。

技术总结
本发明涉及一种基坑降水井水泵工况监测装置及方法，包括设置在降水井内抽水管；抽水管底部设置有潜水泵，降水井的底部还设置有集水管；集水管与潜水泵的进水口相接；集水管内设置第一测定机构；潜水泵的出水口一侧设置有第二测定机构；第二测定机构位于抽水管内。监测控制平台用采集潜水泵的工况数据，并控制潜水泵的轴功率。仅由第一测定环或第二测定环接触流体，而其余传感元件均匀流体隔离，最大限度的保护传感元件。能够实时、精准的获得潜水泵进水端和出水端的数据，并判断其实际扬程数据。再配合监测得知的流体密度，即可判断潜水的实际有效功率，可得知潜水泵的工作效率，判断其区间范围，适当调整轴功率。适当调整轴功率。适当调整轴功率。


技术研发人员：马志恒 马一诺 马一鸣
受保护的技术使用者：东甲林集团有限公司
技术研发日：2023.04.25
技术公布日：2023/7/12