一種新型的走航式ADCP旋轉(zhuǎn)固定垂直起落設(shè)備

羅貽杰

（長(zhǎng)江水利委員會(huì) 荊江水文水資源勘測(cè)局沙市水文站，湖北 荊州 434002）

1 概 述

走航式ADCP（聲學(xué)多普勒流速剖面儀）是目前世界上最為先進(jìn)的河流流速、流量實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x器。將ADCP的水下?lián)Q能器垂直固定在船舷外側(cè)水面以下，當(dāng)測(cè)船從河流一岸航行到另一岸時(shí)，即可采集到計(jì)算流量所需的全部資料。為了保證流量測(cè)驗(yàn)精度，除了需要配備合適的輔助測(cè)驗(yàn)儀器設(shè)備外，如GPS、羅經(jīng)等，走航式ADCP在測(cè)船上的安裝固定方式對(duì)測(cè)驗(yàn)精度也有較大影響。長(zhǎng)江委水文荊江局沙市水文站自2004年開始引進(jìn)走航式ADCP開展流量測(cè)驗(yàn)，先后采用了直立式鋼管連接ADCP后固定在船舷邊、使用旋轉(zhuǎn)式支架固定ADCP等，這些方式或多或少都存在安裝拆卸儀器不方便、不安全、測(cè)驗(yàn)中儀器搖晃等現(xiàn)象，影響流量測(cè)驗(yàn)精度。

通過多年來使用走航式ADCP開展流量測(cè)驗(yàn)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出理想的ADCP固定設(shè)備需要滿足如下要求：一是安裝、拆卸儀器方便，設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)方便；二是要確保儀器安全；三是能大大降低甚至是消除ADCP在測(cè)驗(yàn)過程中的搖擺晃動(dòng)現(xiàn)象。

2 新型ADCP旋轉(zhuǎn)固定垂直起落設(shè)備簡(jiǎn)介

根據(jù)上述要求，設(shè)計(jì)并加工了一種新型ADCP旋轉(zhuǎn)固定垂直起落設(shè)備。該設(shè)備以定向閘門上下垂直起落為參考，以機(jī)床滑齒條齒輪左右進(jìn)退平行運(yùn)動(dòng)為原理，以搖背鉆床任意360°旋轉(zhuǎn)垂直起落為基本構(gòu)思，以達(dá)到設(shè)備制造后使用效果。同時(shí)該設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮水文測(cè)驗(yàn)、河道觀測(cè)相關(guān)規(guī)范要求，保證ADCP在進(jìn)行走航測(cè)驗(yàn)時(shí)，測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠滿足相關(guān)規(guī)范精度要求。

圖1 ADCP旋轉(zhuǎn)固定垂直起落設(shè)備示意圖

ADCP旋轉(zhuǎn)固定垂直起落設(shè)備設(shè)計(jì)圖如圖1所示。設(shè)備以碳素鋼為主要制造用材，含少量銅材和不銹鋼（304）。主要部件有螃蟹腳、連接法蘭、基座旋轉(zhuǎn)軸、由板材焊接的懸臂梁、套管夾頭、齒輪箱、主滑軸、哈呋夾、齒條、鎖緊裝置、萬向連接盤等，萬向連接盤上端連接主軸，下端連接ADCP。在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，增設(shè)了配重塊、配重立柱和滑輪。配重塊的配重與主滑軸、萬向連接盤、ADCP儀器在內(nèi)的總重量之和基本相當(dāng)。

使用走航式ADCP在開展流量測(cè)驗(yàn)，測(cè)船沿著與水流垂直方向航行，ADCP入水深一般在水面0.5m以下，水流對(duì)ADCP圓柱體的沖擊力非常之大。為使連接ADCP的主軸不易彎曲變形，選擇Ф50（45＃）的碳素鋼作為主軸材料。同時(shí)為了讓ADCP上下滑動(dòng)輕便自如，采用在主軸上開鑿劍槽、裝配齒條，齒條與齒輪箱的齒輪相配合，通過手臂搖動(dòng)齒輪，帶動(dòng)連接ADCP的主軸上下運(yùn)動(dòng)。

基座采用無縫鋼管制造，內(nèi)部裝有平面軸承，可360°旋轉(zhuǎn)。哈呋夾能夠承受主軸及儀器重量、自由調(diào)節(jié)儀器入水深度。楔形夾用于固定主軸，含公、母各1個(gè)，采用不銹鋼圓柱體線切割加工而成，母形楔形夾焊接在船體外弦距水面約300mm處，公楔形夾為活動(dòng)狀態(tài)。

流量測(cè)驗(yàn)前，先將ADCP與主軸連接固定，通過基座旋轉(zhuǎn)軸將主軸水平旋轉(zhuǎn)至母楔形夾中，并貼緊，同時(shí)將公楔形夾插入母形夾中，從而將主軸固定。然后將旋轉(zhuǎn)基座的水平定向手柄擰緊，固定旋轉(zhuǎn)軸的水平方向。旋轉(zhuǎn)基座上有專門的鎖緊裝置，可以將旋轉(zhuǎn)軸鎖緊。懸臂夾頭的鎖緊裝置可以將主軸固定，使連接ADCP的主軸不易上下跳動(dòng)。

3 固定垂直起落設(shè)備的制作及安裝

嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖加工各部件，將加工好的設(shè)備先組裝，然后在船舷邊固定安裝。安裝時(shí)將主旋轉(zhuǎn)軸的基座焊接在船舷邊，考慮到設(shè)備防撞和穩(wěn)固，焊接時(shí)基座外沿盡量不超出甲板邊線，嚴(yán)格焊接工藝，在保證焊接牢固的同時(shí)還要求做到主軸垂直于水面，儀器平行于水面，并做好設(shè)備各部件的防銹和潤(rùn)滑處理。

4 固定垂直起落設(shè)備的使用及優(yōu)點(diǎn)

ADCP旋轉(zhuǎn)固定設(shè)備自2011年1月在沙市水文站水文測(cè)船303輪安裝使用至今，2年多來分別在不同測(cè)驗(yàn)河段開展流量測(cè)驗(yàn)工作，經(jīng)歷了各級(jí)水位和各種量級(jí)洪水的考驗(yàn)，未發(fā)生任何故障，一切運(yùn)行正常，滿足設(shè)計(jì)要求，起到了提高工作效率、保障儀器安全、保證流量測(cè)驗(yàn)精度的作用，該設(shè)備有一定的推廣使用價(jià)值。

該設(shè)備主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備以碳素鋼為主要用材，造價(jià)低廉；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修保養(yǎng)方便；起落旋轉(zhuǎn)輕便自如，測(cè)驗(yàn)過程中遇突發(fā)事件（如遇漂浮物撞擊），可以隨時(shí)將儀器搖起離開水面，保障儀器安全；設(shè)備固定穩(wěn)定，測(cè)船走航測(cè)驗(yàn)時(shí)手摸主軸無震顫感，能確保ADCP無搖擺晃動(dòng)，保證了流量測(cè)驗(yàn)精度；設(shè)備安裝在船舷外舷，不破壞船體結(jié)構(gòu)，不受裝配測(cè)船船體的限制，占有甲板面積小，無論新舊測(cè)船都可以裝配；采用該設(shè)備拆裝ADCP方便快捷，還可用于回聲儀振蕩器以及其他類似儀器的裝配。

說明：該走航式ADCP旋轉(zhuǎn)固定垂直起落設(shè)備，獲2012年長(zhǎng)江委水利行業(yè)技術(shù)工人技術(shù)技能創(chuàng)新大賽一等獎(jiǎng)；獲2012年全國(guó)水利行業(yè)技術(shù)技能創(chuàng)新大賽三等獎(jiǎng)。