本發(fā)明涉及鋼管式水位計臺，尤其涉及一種用于鋼管式水位計臺的冬季防護裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、如圖1所示，鋼管式水位計臺布置在水庫大壩迎水坡內(nèi)，由鋼管、工作平臺、儀器保護裝置等部分組成。鋼管嵌入河底混凝土基礎(chǔ)，浮子水位計置于鋼管內(nèi)，鋼管上部設(shè)工作平臺，便于設(shè)備維護，工作平臺上方設(shè)雨量計系統(tǒng)、太陽能供電系統(tǒng)、避雷針系統(tǒng)、儀器設(shè)備箱等部件。

2、工程凍害問題在我國北方地區(qū)普遍存在，尤其是水利工程，由于近水環(huán)境的原因凍害問題更為突出。目前這種鋼管式水位計臺在使用時存在如下問題：鋼管式水位計臺使用鋼管保護后，冬季因水體結(jié)冰，冰面膨脹形成的巨大推力，導致鋼管受擠壓而變形，造成鋼管彎折、供電及通信電纜毀壞、液位計位置變動等情況出現(xiàn)，使得水位計測量不準確。

3、因此，有效的防冰凍措施必不可少。除冰、破冰是常見的防凍措施，一般采用增加流量、變化水位等方法以破壞結(jié)冰結(jié)構(gòu)，同時還會采用人工或機械破冰，防止鄰近建筑物前的水面結(jié)冰，然而此類方法往往需要投入大量的人力、物力和財力，運行維護成本相對較高。

4、為此，有必要尋求一種更為簡單高效、低成本、實用性高、適用于鋼管防護的裝置及方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提出了一種用于鋼管式水位計臺的冬季防護裝置及方法。

2、本發(fā)明解決技術(shù)問題的技術(shù)方案為：

3、一方面，本技術(shù)方案提出了一種用于鋼管式水位計臺的冬季防護裝置，包括：

4、套設(shè)在鋼管上的呈環(huán)形的防護鋼圈，所述防護鋼圈能夠沿著鋼管隨水位高低而上下滑動；所述防護鋼圈外壁連接有第一浮體，使得所述防護鋼圈漂浮于水面；

5、套設(shè)在鋼管上的呈環(huán)形的氣囊機構(gòu)，所述氣囊機構(gòu)位于防護鋼圈內(nèi)；所述氣囊機構(gòu)能夠漂浮于水面且隨水位高低變化能夠沿鋼管上下滑動；所述氣囊機構(gòu)能夠進行充氣或放氣，以實現(xiàn)體積的變化；

6、所述氣囊機構(gòu)與所述防護鋼圈之間的區(qū)域形成環(huán)形防護區(qū)，所述氣囊機構(gòu)連接有帶有控制器的充放氣執(zhí)行機構(gòu)，當通過控制器控制充放氣執(zhí)行機構(gòu)對氣囊機構(gòu)進行充氣時，所述氣囊機構(gòu)體積變大，環(huán)形防護區(qū)的面積相對減小，實現(xiàn)對環(huán)形防護區(qū)的擠壓。

7、優(yōu)選的，所述防護鋼圈連接有導向組件，所述導向組件包括套設(shè)在鋼管上的活動套，所述活動套外壁沿著周向連接有至少三組斜拉撐，所述斜拉撐的底端與所述防護鋼圈連接。

8、優(yōu)選的，所述防護鋼圈的內(nèi)壁具有傾斜面，為第一斜向部；所述防護鋼圈從上到下，厚度增大，形成小端在上，大端在下的樣式。

9、優(yōu)選的，所述氣囊機構(gòu)為輪轂以及與輪轂連接的輪胎，所述輪轂中心具有通孔；所述鋼管能夠自由貫穿該通孔；所述輪轂通過所述通孔實現(xiàn)沿著鋼管的上下滑動。

10、優(yōu)選的，所述輪胎的外壁具有傾斜面，為第二斜向部。

11、優(yōu)選的，所述活動套與所述防護鋼圈之間的區(qū)域圍裹有防護罩，所述防護罩由黑色涂層面料制作。

12、優(yōu)選的，所述斜拉撐上還連接有用于輔助破冰的破冰錘，所述破冰錘的底部具有朝下設(shè)置的尖刺部。

13、優(yōu)選的，所述的充放氣執(zhí)行機構(gòu)包括氣源裝置、排氣閥以及控制器，氣源裝置的一端通過氣管連接氣嘴，所述的輪胎安裝有所述的氣嘴；該氣源裝置包括進氣閥、壓力傳感器以及帶儲氣罐的壓縮機，進氣閥、排氣閥以及壓力傳感器分別與氣管氣路連接，壓力傳感器用于對輪胎的胎壓進行測量；所述進氣閥、壓力傳感器、排氣閥、壓縮機分別與所述控制器電性連接。

14、另一方面，本技術(shù)方案還提出了一種用于鋼管式水位計臺的冬季防護方法，包括如下步驟：

15、s1：在鋼管式水位計臺的鋼管上安裝所述的用于鋼管式水位計臺的冬季防護裝置；

16、s2：通過鋼管式水位計臺自帶的太陽能供電系統(tǒng)對所述的充放氣執(zhí)行機構(gòu)進行供電；

17、s3：提前在控制器中設(shè)定程序，設(shè)定氣囊機構(gòu)中的氣壓最大值為p1，氣囊機構(gòu)的氣壓最小值為p2；同時，設(shè)定充放氣執(zhí)行機構(gòu)每間隔t時間進行一次充放氣動作；

18、s4：若環(huán)形防護區(qū)內(nèi)的水面在t時間內(nèi)發(fā)生結(jié)冰，當該t時間段結(jié)束時，控制器控制充放氣執(zhí)行機構(gòu)對氣囊機構(gòu)進行充氣，氣囊機構(gòu)體積變大，在變大的過程中，氣囊機構(gòu)會對環(huán)形防護區(qū)中的冰塊朝向防護鋼圈擠壓，在防護鋼圈提供的反頂力作用下，冰塊被擠碎；隨著充氣的繼續(xù)進行，當氣囊機構(gòu)中的氣壓達到p1值時，控制器控制充放氣執(zhí)行機構(gòu)停止充氣；緊接著，控制器控制充放氣執(zhí)行機構(gòu)對氣囊機構(gòu)進行放氣，直至氣囊機構(gòu)中的氣壓降至p2，停止放氣，保持此時狀態(tài)，經(jīng)過下一個t時間段，重復上述過程，進行一次充放氣過程。

19、s4中還包括：控制器控制充放氣執(zhí)行機構(gòu)對氣囊機構(gòu)進行充氣，氣囊機構(gòu)體積變大，在變大的過程中，氣囊機構(gòu)會對環(huán)形防護區(qū)中的冰塊朝向防護鋼圈擠壓；由于防護鋼圈具有第一斜向部，在擠壓過程中，冰塊受到向上的分力，冰塊被擠壓上移，由于斜拉撐上設(shè)置有破冰錘，冰塊頂部在上移過程中碰觸到破冰錘后，在破冰錘的作用下，實現(xiàn)破碎。

20、上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點或有益效果：

21、1.本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、制作成本低廉，采用“分隔+充氣膨脹擠壓”的思路，采用防護鋼圈把鋼管周圍的區(qū)域與庫區(qū)水面進行分隔，在防護鋼圈內(nèi)部形成易于治理和防護的小面積的環(huán)形防護區(qū)；通過設(shè)置的氣囊機構(gòu)，利用充氣后氣囊機構(gòu)膨脹，體積變大，能夠?qū)h(huán)形防護區(qū)中的冰塊擠壓破碎，從而消除鋼管周圍所受的冰推力，防止鋼管受擠壓而變形，有效保護內(nèi)部的測量設(shè)施。

22、2.本發(fā)明中防護鋼圈不僅起到分隔作用，還起到提供上移推力作用，由于防護鋼圈內(nèi)壁具有第一斜向部，在冰塊受到擠壓時，冰塊在第一斜向部的導向作用下，冰塊會沿著第一斜向部有爬升趨勢，從而更容易使呈環(huán)形的冰塊分裂破碎；另外，配合設(shè)置的破冰錘，在冰塊上移過程中，冰塊更容易破碎，從而有效實現(xiàn)環(huán)形防護區(qū)冰塊的處理，在多重舉措下，可有效消除鋼管周圍所受的冰推力。

23、3.本發(fā)明中還設(shè)置有防護罩，防護罩圍裹在環(huán)形防護區(qū)的周圍，防護罩由黑色涂層面料制作，其具有良好的吸熱能力，從而可以提高環(huán)形防護區(qū)的溫度，起到預(yù)防結(jié)冰或者延緩結(jié)冰的作用，形成預(yù)防+干預(yù)的雙重治理模式，具有簡單高效、低成本、實用性高的優(yōu)點。

技術(shù)特征：

1.一種用于鋼管式水位計臺的冬季防護裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于鋼管式水位計臺的冬季防護裝置，其特征在于，所述防護鋼圈（5）連接有導向組件，所述導向組件包括套設(shè)在鋼管（201）上的活動套（3），所述活動套（3）外壁沿著周向連接有至少三組斜拉撐（4），所述斜拉撐（4）的底端與所述防護鋼圈（5）連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于鋼管式水位計臺的冬季防護裝置，其特征在于，所述防護鋼圈（5）的內(nèi)壁具有傾斜面，為第一斜向部（51）；所述防護鋼圈（5）從上到下，厚度增大，形成小端在上，大端在下的樣式。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于鋼管式水位計臺的冬季防護裝置，其特征在于，所述氣囊機構(gòu)（7）為輪轂（71）以及與輪轂（71）連接的輪胎（72），所述輪轂（71）中心具有通孔（73）；所述鋼管（201）能夠自由貫穿該通孔（73）；所述輪轂（71）通過所述通孔（73）實現(xiàn)沿著鋼管（201）的上下滑動。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于鋼管式水位計臺的冬季防護裝置，其特征在于，所述輪胎（72）的外壁具有傾斜面，為第二斜向部（721）。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于鋼管式水位計臺的冬季防護裝置，其特征在于，所述活動套（3）與所述防護鋼圈（5）之間的區(qū)域圍裹有防護罩（9），所述防護罩（9）由黑色涂層面料制作。

7.根據(jù)權(quán)利要求2或6所述的一種用于鋼管式水位計臺的冬季防護裝置，其特征在于，所述斜拉撐（4）上還連接有用于輔助破冰的破冰錘（41），所述破冰錘（41）的底部具有朝下設(shè)置的尖刺部（411）。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于鋼管式水位計臺的冬季防護裝置，其特征在于，所述的充放氣執(zhí)行機構(gòu)包括氣源裝置、排氣閥（13）以及控制器（15），氣源裝置的一端通過氣管（11）連接氣嘴（74），所述的輪胎（72）安裝有所述的氣嘴（74）；該氣源裝置包括進氣閥（12）、壓力傳感器（14）以及帶儲氣罐的壓縮機（10），進氣閥（12）、排氣閥（13）以及壓力傳感器（14）分別與氣管（11）氣路連接，壓力傳感器（14）用于對輪胎（72）的胎壓進行測量；所述進氣閥（12）、壓力傳感器（14）、排氣閥（13）、壓縮機（10）分別與所述控制器（15）電性連接。

9.一種用于鋼管式水位計臺的冬季防護方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1-9所述的一種用于鋼管式水位計臺的冬季防護裝置，包括如下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求一種用于鋼管式水位計臺的冬季防護方法，其特征在于，s4中還包括：控制器（15）控制充放氣執(zhí)行機構(gòu)對氣囊機構(gòu)（7）進行充氣，氣囊機構(gòu)（7）體積變大，在變大的過程中，氣囊機構(gòu)（7）會對環(huán)形防護區(qū)（8）中的冰塊（81）朝向防護鋼圈（5）擠壓；由于防護鋼圈（5）具有第一斜向部（51），在擠壓過程中，冰塊（81）受到向上的分力，冰塊（81）被擠壓上移，由于斜拉撐（4）上設(shè)置有破冰錘（41），冰塊（81）頂部在上移過程中碰觸到破冰錘（41）后，在破冰錘（41）的作用下，實現(xiàn)破碎。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種用于鋼管式水位計臺的冬季防護裝置及方法，防護裝置包括套設(shè)在鋼管上的防護鋼圈，其能夠沿著鋼管隨水位高低而上下滑動；防護鋼圈外壁連接有第一浮體，使得防護鋼圈漂浮于水面；套設(shè)在鋼管上的氣囊機構(gòu)，其位于防護鋼圈內(nèi)；氣囊機構(gòu)能夠漂浮于水面且隨水位高低變化能夠沿鋼管上下滑動；氣囊機構(gòu)能夠進行充氣或放氣，以實現(xiàn)體積的變化；氣囊機構(gòu)與防護鋼圈之間的區(qū)域形成環(huán)形防護區(qū)，氣囊機構(gòu)連接有帶有控制器的充放氣執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)對環(huán)形防護區(qū)的充氣擠壓。本發(fā)明具有簡單高效、低成本、實用性高的優(yōu)點，可起到良好的防護作用。

技術(shù)研發(fā)人員：郝曉輝,孫玉民,黃繼文,程素珍,黎明揚,辛宏杰,劉莉莉,王光輝
受保護的技術(shù)使用者：山東省水利科學研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9