巴歇尔槽在智能流量传感器中的应用

　　0　引言

　　矿井水害一直是困扰国内煤炭安全生产的一个重大问题,其主要的表现形式是矿井涌水量的突然增大,超出矿井排水系统的排水能力。因此,井下出水点的涌水量监测被作为预防水害发生的一项非常重要的工作。然而,由于煤矿井下条件比较恶劣,水中杂物也比较多,容易造成淤积,使所选用传感器不能正常工作。所以,有必要研制一种适合恶劣环境下排水流量测量的传感器。

　　1　巴歇尔槽

　　巴歇尔槽(Parshall flume)简称P槽或巴氏槽,是一种明渠量水堰槽。巴歇尔槽为矩形横断面短喉道槽,由上游均匀收缩段、喉道段和喉道下游均匀扩散段3部分组成。根据喉道宽度尺寸(b)分为3种类型:小型槽、标准型槽和大型槽。小型槽:b=0·076 m,0·152 m,0·220 m;标准型槽:b=0·25~2·4 m;大型槽:b=3·05~15·24 m^[1].

    与其他明渠流量计比较,巴歇尔槽有以下显著特点:水中固态物质几乎不沉积,随水流排出;水位抬高比堰小,仅为1/4,适用于不允许有大落差的渠道。

　　显然,巴歇尔槽很适合井下用于测量煤矿井下排水沟渠的流量。

　　1·1　技术要求

　　进口收缩段要求底面严格水平,两侧边墙与底面垂直与纵轴线成1:5的比值对称收缩。喉道段两侧边墙互相平行,喉道宽度(b)尺寸准确。为了预防超出设计标准的洪水漫溢,进口收缩段边墙高度应增加0·35~0·50 m超高。上下游翼墙长度取决于河渠的宽度,要求翼墙插入河渠两岸的长度不得少于0·4~0·5 m.

　　安装时应注意:

　　(1)巴歇尔槽中心线应与行近渠中心线重合;

　　(2)顺直的行进渠槽长度应不小于5倍的行近渠宽度;

　　(3)巴歇尔槽的进口和出口段应加以防护。上游护底长一般为4h^_max(h^_max为实测最大水头值),下游护底长度为6h^_max~8h^_max;

　　(4)堰体施工允许误差:喉道宽度(b)允许相对偏差为宽度的0·2%,最大偏差值≤0·01 m.喉道的水平长度允许相对偏差为水平长度的0·1%。堰高的允许相对偏差为设计堰高的1·0%,最大偏差值≤0·02 m.

　　另外,为了保证所测水位不受流动性的影响,在行近渠槽的一侧建静水井,由连通管与行近渠槽水流相通,用水位传感器观测静水井中的水位,即巴氏槽中的水位。观测位置在堰顶上游收缩段2/3处,如图1所示^[2]。

　　1·2　巴歇尔槽结构尺寸和水位的关系

　　标准巴歇尔槽具体结构尺寸可参考JJG711—1990(明渠堰槽流量计试行检定规程)。水位与流量的关系如下: