一种新型的走航式ADCP旋转固定垂直起落设备

罗贻杰

（长江水利委员会 荆江水文水资源勘测局沙市水文站，湖北 荆州 434002）

1 概 述

走航式ADCP（声学多普勒流速剖面仪）是目前世界上最为先进的河流流速、流量实时测量仪器。将ADCP的水下换能器垂直固定在船舷外侧水面以下，当测船从河流一岸航行到另一岸时，即可采集到计算流量所需的全部资料。为了保证流量测验精度，除了需要配备合适的辅助测验仪器设备外，如GPS、罗经等，走航式ADCP在测船上的安装固定方式对测验精度也有较大影响。长江委水文荆江局沙市水文站自2004年开始引进走航式ADCP开展流量测验，先后采用了直立式钢管连接ADCP后固定在船舷边、使用旋转式支架固定ADCP等，这些方式或多或少都存在安装拆卸仪器不方便、不安全、测验中仪器摇晃等现象，影响流量测验精度。

通过多年来使用走航式ADCP开展流量测验的实践经验，总结出理想的ADCP固定设备需要满足如下要求：一是安装、拆卸仪器方便，设备维护保养方便；二是要确保仪器安全；三是能大大降低甚至是消除ADCP在测验过程中的摇摆晃动现象。

2 新型ADCP旋转固定垂直起落设备简介

根据上述要求，设计并加工了一种新型ADCP旋转固定垂直起落设备。该设备以定向闸门上下垂直起落为参考，以机床滑齿条齿轮左右进退平行运动为原理，以摇背钻床任意360°旋转垂直起落为基本构思，以达到设备制造后使用效果。同时该设备设计时充分考虑水文测验、河道观测相关规范要求，保证ADCP在进行走航测验时，测验数据能够满足相关规范精度要求。

图1 ADCP旋转固定垂直起落设备示意图

ADCP旋转固定垂直起落设备设计图如图1所示。设备以碳素钢为主要制造用材，含少量铜材和不锈钢（304）。主要部件有螃蟹脚、连接法兰、基座旋转轴、由板材焊接的悬臂梁、套管夹头、齿轮箱、主滑轴、哈呋夹、齿条、锁紧装置、万向连接盘等，万向连接盘上端连接主轴，下端连接ADCP。在设计基础上，增设了配重块、配重立柱和滑轮。配重块的配重与主滑轴、万向连接盘、ADCP仪器在内的总重量之和基本相当。

使用走航式ADCP在开展流量测验，测船沿着与水流垂直方向航行，ADCP入水深一般在水面0.5m以下，水流对ADCP圆柱体的冲击力非常之大。为使连接ADCP的主轴不易弯曲变形，选择Ф50（45＃）的碳素钢作为主轴材料。同时为了让ADCP上下滑动轻便自如，采用在主轴上开凿剑槽、装配齿条，齿条与齿轮箱的齿轮相配合，通过手臂摇动齿轮，带动连接ADCP的主轴上下运动。

基座采用无缝钢管制造，内部装有平面轴承，可360°旋转。哈呋夹能够承受主轴及仪器重量、自由调节仪器入水深度。楔形夹用于固定主轴，含公、母各1个，采用不锈钢圆柱体线切割加工而成，母形楔形夹焊接在船体外弦距水面约300mm处，公楔形夹为活动状态。

流量测验前，先将ADCP与主轴连接固定，通过基座旋转轴将主轴水平旋转至母楔形夹中，并贴紧，同时将公楔形夹插入母形夹中，从而将主轴固定。然后将旋转基座的水平定向手柄拧紧，固定旋转轴的水平方向。旋转基座上有专门的锁紧装置，可以将旋转轴锁紧。悬臂夹头的锁紧装置可以将主轴固定，使连接ADCP的主轴不易上下跳动。

3 固定垂直起落设备的制作及安装

严格按照设计图加工各部件，将加工好的设备先组装，然后在船舷边固定安装。安装时将主旋转轴的基座焊接在船舷边，考虑到设备防撞和稳固，焊接时基座外沿尽量不超出甲板边线，严格焊接工艺，在保证焊接牢固的同时还要求做到主轴垂直于水面，仪器平行于水面，并做好设备各部件的防锈和润滑处理。

4 固定垂直起落设备的使用及优点

ADCP旋转固定设备自2011年1月在沙市水文站水文测船303轮安装使用至今，2年多来分别在不同测验河段开展流量测验工作，经历了各级水位和各种量级洪水的考验，未发生任何故障，一切运行正常，满足设计要求，起到了提高工作效率、保障仪器安全、保证流量测验精度的作用，该设备有一定的推广使用价值。

该设备主要具有以下优点：设备以碳素钢为主要用材，造价低廉；结构简单，维修保养方便；起落旋转轻便自如，测验过程中遇突发事件（如遇漂浮物撞击），可以随时将仪器摇起离开水面，保障仪器安全；设备固定稳定，测船走航测验时手摸主轴无震颤感，能确保ADCP无摇摆晃动，保证了流量测验精度；设备安装在船舷外舷，不破坏船体结构，不受装配测船船体的限制，占有甲板面积小，无论新旧测船都可以装配；采用该设备拆装ADCP方便快捷，还可用于回声仪振荡器以及其他类似仪器的装配。

说明：该走航式ADCP旋转固定垂直起落设备，获2012年长江委水利行业技术工人技术技能创新大赛一等奖；获2012年全国水利行业技术技能创新大赛三等奖。