[發明專利]一種魚翼型漂浮式流速儀

有效

• 申請號: 202010048374.6
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111175538B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 龔成勇;何香如;曹瑞;梁康;曾永亮;韓偉
• 申請（專利權）人: 蘭州理工大學
• 主分類號: G01P5/02
• 分類號: G01P5/02;G01P1/00;B63B35/00
• 代理公司: 蘭州錦科標聯知識產權代理事務所(普通合伙) 62203
• 代理人: 王園園

1.一種魚翼型漂浮式流速儀，其特征在于：它包含上部結構、中部結構和下部結構；其中，上部結構包含調整錐固定螺栓(1)、繞線手柄(2)、繞線支撐環(4)、繞線支架(5)、繞線盤線軸(6)、上部擋板(7)、下部擋板(8)、接線耳(9)、繞線中心軸(10)、繞線下軸承(11)、繞線上軸承(12)、繞線支撐軸承(13)；調整錐固定螺栓(1)穿設固定在繞線手柄(2)的頂壁中，繞線手柄(2)為空心結構，且設置于繞線支撐環(4)的內環中，繞線支撐環(4)內嵌設有繞線支撐軸承(13)，繞線支撐軸承(13)內開設有穿線孔(3)，繞線手柄(2)的下端固定有繞線盤線軸(6)，繞線盤線軸(6)的上端一體成型有上部擋板(7)，繞線盤線軸(6)的下端一體成型有下部擋板(8)，且繞線盤線軸(6)的下端側壁固定有接線耳(9)，繞線中心軸(10)的上下兩端利用繞線上軸承(12)、繞線下軸承(11)旋接于繞線盤線軸(6)中，且繞線中心軸(10)與繞線手柄(2)上下貫通設置，繞線支撐環(4)的底表面固定有若干個繞線支架(5)；

上述中部結構包含流速儀空腔(15)、葉形平衡器(16)、葉形平衡器連接桿(17)、魚翼型漂浮器(18)、漂浮器連接桿(19)、調整錐(26)、調整錐柔性鋼絲(27)；上述繞線支架(5)的下端固定在流速儀空腔(15)的頂壁，且流速儀空腔(15)的頂壁開設有通過孔(28)，通過孔(28)與繞線中心軸(10)貫通設置；調整錐(26)懸設于流速儀空腔(15)內，且調整錐(26)的上端連接有調整錐柔性鋼絲(27)，調整錐柔性鋼絲(27)的上端穿過通過孔(28)、繞線中心軸(10)以及繞線手柄(2)的底壁后，與調整錐固定螺栓(1)連接固定；流速儀空腔(15)由上部的圓柱空腔結構(15-1)和下部的倒錐形空腔結構(15-2)構成，圓柱空腔結構(15-1)的下部一體成型有倒錐形空腔結構(15-2)，位于圓柱空腔結構(15-1)的外壁利用數個葉形平衡器連接桿(17)連接有葉形平衡器(16)，葉形平衡器(16)的下環面上利用漂浮器連接桿(19)對稱設有魚翼型漂浮器(18)；

上述下部結構包含測桿(20)、尾翼(21)、測速裝置(22)、連接環(23)、連接桿(24)、測速傳感器(25)；連接桿(24)穿設在倒錐形空腔結構(15-2)的下端，且連接桿(24)為空心結構，測桿(20)插設固定在連接桿(24)的下端中，測桿(20)的尾端連接有尾翼(21)，測桿(20)的頭端為空心結構，該空心結構與連接桿(24)貫通設置，且該頭端利用連接環(23)連接有測速裝置(22)，測速裝置(22)與測速傳感器(25)連接，測速傳感器(25)固定在連接桿(24)內。

2.根據權利要求1所述的一種魚翼型漂浮式流速儀，其特征在于：所述的測速裝置(22)為空間螺旋結構，且在螺旋結構上均勻分布若干測速點。

3.根據權利要求1所述的一種魚翼型漂浮式流速儀，其特征在于：所述的調整錐固定螺栓(1)的上端外環面上開設有螺紋槽(14)。

4.根據權利要求1所述的一種魚翼型漂浮式流速儀，其特征在于：它的工作原理：

水中調整放置方向及平衡：

流速儀放置于水中后，由于流速儀空腔(15)、葉形平衡器(16)和魚翼型漂浮器(18)的設計，在浮力作用下自動漂浮于水面；由于流速儀空腔(15)由上部的圓柱空腔結構(15-1)和下部的倒錐形空腔結構(15-2)構成，且側壁沿著圓周鉛垂設計，在下部倒錐形空腔底部的材料密度較大，根據不倒翁原理，底部的重力使流速儀空腔(15)完成流速儀自動在水面的位置調整；同時，由于流速儀空腔(15)呈軸對稱設計，葉形平衡器(16)外側的邊界在流速儀位置調整的過程中，與水流進行作用，朝下的葉型面產生向上的推力，向上的葉型面面積較朝下的葉型面小，在水流的作用下產生向下壓力，此時向上的推力大于向下的推力，加之向上的推力和向下的推力作用線不過流速儀的中心線，且不共線，兩個力在空間上形成與軸有不同夾角的，且大小不等的旋轉力矩，因此在這兩個旋轉力矩的作用下流速儀傾斜方向上產生低速旋轉，此旋轉為流速儀調整平衡測速方向創造條件，進而加快了流速儀在水中放置位置的調整，即流速儀空腔(15)、葉形平衡器(16)和魚翼型漂浮器(18)促進流速儀位置調整，最終流速儀的結構設計保持了流速儀在水中的平衡，不傾斜處于正向放置；由于葉形平衡器(16)的位置在流速儀空腔(15)的上部空腔外側連接，當流速儀在流體中調整好位置后，葉形平衡器(16)以下構造全部浸入流體中，增強了流速儀整體的穩定性；

流速儀在水流作用下，保持相對靜止平衡：

利用流體對魚翼型漂浮器(18)的作用，其水平分力通過對魚翼型漂浮器(18)的作用，產生一組相互對稱的水平合力，這組水平力沿魚翼型漂浮器(18)軸心相互對稱，最后相互抵消，在其與水流垂直方向水流對魚翼型漂浮器(18)產生沿水流方向的垂直分力；沿水流方向的分力在魚翼型漂浮器(18)兩側作用的力比作用在空腔和空腔周圍的分力要大，因此在魚翼型漂浮器(18)的末端兩側的水流會在魚翼型漂浮器(18)與空腔之間發生回流，產生逆水流方向的力,當逆水流方向的力等于垂直分力時，漂浮儀在水流中保持相對靜止平衡；

水中繞線：

在水流作用下，由于流速儀整體為軸對稱設計，其平衡受到魚翼型漂浮器(18)、流速儀的尺寸、葉形平衡器(16)的幾何空間布置及其尺寸關系因素影響，流速儀中的調整錐(26)由于慣性的作用存在轉動，利用調整錐(26)轉動進行繞線操作，即將繞線的下端由繞線支撐軸承(13)上的穿線孔(3)向下引出，并綁設在接線耳(9)上，再將該流速儀置于水中，其漂浮于水面，水流對葉形平衡器(16)和魚翼型漂浮器(18)作用，從而使漂浮儀在水流中保持平衡進行勻速運動，流速儀空腔(15)保持不動，調整錐(26)以一定的角速度旋轉的同時，帶動繞線卷繞于繞線盤線軸(6)上，通過調整錐柔性鋼絲(27)來調節調整錐(26)的高度，用來調整整個流速儀位于水中的下沉量；

測速儀水中測速：

由上原理可知，當流速儀在水流作用下使測速儀保持勻速運動時，測速儀與水流保持相對靜止，此時測速儀開始測水流的特征；測速裝置(22)為空間螺旋結構且方向與水流相對，在螺旋結構上均勻分布若干測速點，水流沿螺旋結構運動，對螺旋結構面產生壓力，測速裝置(22)根據壓力測得水流在一段空間中的流速，接著通過測速傳感器(25)將所測得流速數據傳輸出去。