超声波水位计安装及规范.docx

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超声波水位计安装及规范

超声波水位计安装及规范

（试行）

适用范围

本安装方法适合本公司包括:

超声波水位计安装。

主要遵循的标准

定义及缩略语

无

安装方法

安装工具和资料及数量

工具及资料名称

单位数量

施工设计图纸

1套

电锤

1套

铁锤

1把

铁铲

1把

12寸活动扳手

2把

一字、十字螺丝刀（大、小）

1套

老虎钳

1把

尖嘴钳

1把

水平尺

1把

卷尺

1把

需要辅材

角钢、钢筋、膨胀螺栓、铁钉、水泥、河沙、碎石等

安装前的准备工作

安装工具和资料需要到位

各种辅助材料需要到位

需要8个以上（非接触式水位计）的安装人员进行操作

安装步骤及要求

水介式超声波水（液）位计

1.水下固定安装

本水位仪是以水作为测量传播媒介，其换能器隐匿安装于水底，其声脉冲向上发射至水面返回由换能器接收而进行水位测量。

根据应用现场的不同，有以下几种安装方式。

1.1梯形断面水位测量点安装方式：

根据现场实际情况，在紧挨渠道的堤坡上垂直埋下一套PVC管结构，达到水文测量的静水井功效以取代土建工程井。

具体操作是：

1、将配件中的Φ75*Φ50的PVC三通管及其它PVC附件取出，根据需要在当地购置一定长度的Φ75和Φ50的PVC管。

2、根据渠堤面到渠底的垂直高度，合适裁取一定长度的Φ75PVC管和一定长度的Φ50PVC连通管，一并与三通相连接并垂直埋入渠堤断面中。

Φ75PVC管底部尽可能与渠底水平并要求较高的垂直度（声脉冲直线反射运行的需要）；过滤网与Φ50PVC连通管顶端相配接。

3、将相应长度的Φ50的PVC管与装配有换能器的Φ50的PVC短接连接，电缆线顺管用尼龙扎带扎牢，垂直放置于Φ75的PVC静水管中；另在Φ75的PVC静水管上端锯开一个小口便于电缆线横向隐匿掩埋至电线杆旁通向仪器箱内。

4、用盖板将Φ75的PVC静水管盖住，加土或草皮掩埋即可；一旦灌期结束可将其取出带回入库存放，下一年度再放置应用。

图1-1梯形断面安装示意图

1-2PVC套筒安装细节示意图

1.2闸、渠垂直建设物水位测量点安装方式

闸壁、渠壁等设安装点,可将换能器固定在50mm—70mm的PVC静水管底部，并直接将PVC管垂直固定在建设物壁面上即可（安装方式一），也可将换能器配装在L型弯角件上，长边部分直接固定在建筑扬垂直面上（安装方式二）。

图1-3垂直渠壁安装示意

1.3水库、湖泊、干渠的水位测量点安装方式：

将换能器直接安装在水尺桩上（方式一），或在低水位处垂直埋设专制的固定插件，将配装有换能器的L型弯角件与其固定（安装方式二），电缆线沿堤坡掩埋，仪器置于机房内或选用外用机型予以掩埋在堤坡处。

（见图6-4）

图1-4换能器、外用机安装示意

非接触式超声波水位计

黄河中游测区水文站多地处偏僻，交通十分不便，无论钢塔的运输、架设与水位计的安装，由于机械使用条件很有限，多靠人力完成。

而中游测区多为山溪性河流，河道狭窄，水位变幅很大，钢塔多在8m以上。

为减轻人力强度，将钢塔制成4m为1节，悬臂制成4m至6m为1节，运至现场后进行组装;悬臂采用回转结构，在安装与检修水位计时，可将悬臂回转至吊箱或山坡，操作十分方便;悬臂采用钢/不锈钢复合材料，既能达到强度要求，又美观耐用，悬臂采用变径管形式，悬长可达到8m以上，大大增强了水位计观测范围。

自记水位计钢塔结构形式如图1:

上部是工作平台，其上安装水位计前置端机，在平台上可进行仪器的安装和调试;平台下为钢塔，主要承载工作平台及悬臂;悬臂安装在主钢管上端工作平台下0.5m左右的地方，外端安装自记水位计换能器和温度探测器;下部为钢筋硷基础，预埋地脚螺栓。

2钢塔设计

钢管材料采用普通无缝管，在进行钢塔设计时，因各站测验河段的岸壁地形地质条件各异，钢塔高低、悬臂长短、基础的形式和大小等不尽相同，应视具体条件而定。

可采取结构型式一致，各部尺寸各异的办法。

为便于加工，也可采用分类的办法，如把悬臂分成4m、6m、8m等几种类型，主钢管、基础亦相同。

2.1钢塔设计

2.1.1钢管高度确定由最高洪水位及基础顶面高程之差，增加2.5m安全超高来确定，即:

钢塔高度=最高洪水位一基础高程+安全超高（2.5m）

2.1.2钢管直径及壁厚确定

首先拟定钢管直径及壁厚，再根据安装水位计处的流速及钢塔淹没深度进行强度校核，以满足安全要求为主。

一般钢管直径取325—409mm，壁厚8—10mm。

如果淹没深度及流速很大，钢管强度不够时，可在顺水流方向加拉线，以抵抗水流冲力，减小钢管直径。

此时应对拉线及锚旋进行设计计算。

a.水流对钢管的冲击力

式中:

P为水流对钢管的冲击力;K为钢管阻水系数;A为阻水面积;p为浑水密度;C为含沙量;V为设计流速。

b.钢管轴向压力

式中:

Gl为钢管自重;G2为工作平台及仪器重。

c.换能器及悬臂对钢塔的作用力

式中:

G3为换能器重;G4为悬臂重;L为悬臂长。

为简化计算，悬臂对钢塔的作用示为集中力，作用点位置为L/3。

d.水流冲力对钢塔的作用力

式中:

P为水冲力;h为淹没深度;N为轴向压力;△为银管变形量，且

其中h1，为受力作用点至钢管底部及高度，一般为2/3h，E为钢的弹性模数2.1*106，I为截面惯性矩，如果计算出△很小，轴向压力产生的矩可忽略不计。

e.钢塔强度验算

水流冲力作用于钢塔时产生的弯矩最大，其强度验算:

式中:

N为轴向压力;F为截面积;W为抗弯截面模量。

如果σ<[σ]司，则钢管强度满足要求。

f.如果钢管较高，并且淹没深度较大，在钢管上下游布设拉线。

拉线采用钢绞线或圆钢，锚旋硷重力锚，人地角不大于40°。

g.考虑冰期流冰撞击，对水位计钢塔进行冰期保护，以提高安全性。

3.1.3架脚设计

架脚采用20mm厚钢板做底板，1m钢板做肋板如图2，不另进行强度计算。

3.1.4回转结构设计

钢管与悬臂联接为回转结构，在钢管顶部处采用套管型双层钢管见图3。

内管外径小于外管内径2—4m，轴长400—500m，上端加工法兰，与工作平台联接;外管可自由旋转，用定位螺钉定位，加工法兰与悬臂联接。

3.2悬臂设计

悬臂采用钢/不锈钢复合材料（表面为不锈钢）加工成锥型管。

为便于运输，将整根锥管截成4m或5m，安装时对接。

为便于安装水位计换能器及温度传感器，在锥管前加直径35mm、长500mm的不锈钢等径管。

根部加工法兰与钢管联接。

3.2.1悬臂长度计算

悬臂长度可根据钢塔位置到观测最低水位水边的距离加2m超长来确定，以满足最低水位时超声辐射角能探测到水面且只探测到水面。

一般悬臂长不超过8—10m为宜。

3.2.2锥型悬臂管臂厚计算

首先拟定锥形管前端、根部直径及壁厚，再根据换能器重量、温度传感器重量、悬臂自重和风荷载选取前端、中间和根部校核锥管强度，以满足安全要求。

a.悬臂强度校核

式中:

M为换能器对悬臂产生的弯矩;W为抗弯截面模量。

如果σ<1400kg/m2，则悬臂强度满足要求。

b.联接螺栓强度校核

悬臂通过螺栓与钢管法兰联接。

式中:

M为换能器及悬臂产生的弯矩;d为螺孔分布圆直径，其值取:

式中:

P为每个螺栓所爱拉力;[σ]=1100kg/m2，为许用应力;m=0.65，为工作条件系数。

3.3工作平台及仪器箱设计

工作平台以满足结构要求和便于工作人员安装调试仪器为宜。

防护栏采用薄壁无缝管，高度900—1000mm，防护栏一侧加工短波天线联接件及避雷针，避雷针高度要求超出天线1.5m;

底板可采用5mm厚防滑钢板。

工作平台与钢管采用法兰盘连接。

仪器箱采用2mm厚铁皮焊制，四侧设百叶窗，顶部设水位计太阳能电池板安装部件。

工作平台及仪器箱结构见图4。

3.4基础设计

因各站地质条件和安装位置不同，可因地制宜，进行设计。

3.4.1岩石地基的基础设计

清除表面风化层，在坚硬岩石上直接钻孔，将地脚螺栓用高标号砂浆浇灌在孔中。

钢管淹没深度小于1m时，可不作力学计算。

否则根据岩石性质及钢塔受力计算钢塔安全系数。

3.4.2土壤地基的基拙设计

首先拟定基础尺寸，再根据钢管受力，基础自重及土压力进行安全校核。

如果基础建在土台阶外边缘时，应进行浆砌石护岸或硷护岸，以保护钢塔基础。

如果钢塔建在河槽中，首先确定钢塔处断面是否有冲淤变化，如果有冲淤变化，还应进行基础的局部冲刷计算，按冲刷后的情况进行基础安全校核。

a.地脚螺栓设计

式中:

M为钢塔所受弯矩，单位:

kgm;d为螺孔分布圆直径，单位:

mm。

式中:

P为每个螺栓所受拉力，单位:

kg;[σ]=1100kg/m2，为许用应力;m=0.65，为工作条件系数。

式中:

hs为地脚螺栓埋深;R粘为钢与硷粘着强度。

b.基础设计

式中:

M为基础所受弯矩;W为基础抗弯截面模量。

注意事项

1、安装换能器时，其表平面必须尽量调整到水平向上，便于声波的垂直发射和接收；

2、安装换能器时尽量满足能测量最低水位，同时顾及到超声波有一定的测量盲区（从声换能器表面向上一段距离无法测量）的原理特性，量程在10m以内的仪器盲区约为20cm。

3、安装换能器时注意不能靠近水底淤泥，以免被淤埋影响正常使用。

4、外用机是全密封防水的，掩埋时注意用重物压住填实，以免涨水时漂浮到水面，造成盗损。

设备安装记录表（投入式）

施工日期

安装人员

安装设备

站点编号

站点高程

探头安装深度

水井管材

初次测值

探头安装方式

探头类型

辅助材料

图纸

结论：

设备安装记录表（非接触式）

施工日期

安装人员

安装设备

站点编号

站点高程

塔高

吊臂长度

初次测值

探头安装方式

探头类型

辅助材料

图纸

结论：