一种用于水轮机流道流态监测的伴流球

技术领域

本发明属于流态检测相关技术领域，更具体地，涉及一种用于水轮机流道流态监测的伴流球。

背景技术

我国是水力发电大国，各地都有大大小小的水坝以及非常多的发电机组，预计到2030年，我国的水力发电总装机容量约为5.2亿千瓦，水电开发程度达60％。作为以流体为工质的大功率换能设施，水力发电机组系统由引水工程、水力发电机组、输电工程等组件构成，其中由引水工程和水力发电机组组成的水力发电机组主流道承担了主要的流体承载任务，主流道核心区实验数据如流体的压力脉动、流线流场等需要真机实测，以便于水力发电机组运行与维护，以及机组设计的改进与优化。目前常见的检测方法与手段主要有：

流体有限元仿真分析是流道设计中最常用的仿真分析方法。借助相关工具，使得常规水电和抽水蓄能电站中水力发电机组主流道的流场、流线、压力脉动等反映发电机组运行状况的关键特征可通过仿真获取，通过对水电站内部流道以及周边环境的建模仿真，可以在一定程度上评估流场的物理特性和对环境的影响等。仿真分析的特点是设计条件为理想情况、各种条件严格可控、影响结果的因素相对较少、分析的可重复性强。与之相对应的，直接实验的特点是实验结果接近实际、实验条件复杂多样、影响结果的因素较多，并且实验的可重复性较弱。

传统的水力发电机组流场数据监测方案以固定传感器为主。该类型水下监测设备与地面相对静止，用于监测绝对坐标系下某一固定质点的物理信息。在目前有关流体数据采集的方案中，通过安装在管道附近的传感器进行接触式或非接触式的数据采集是相当成熟并且运用广泛的技术。该类型监测设备在管网、水电系统与其他以流体为目标的监测系统中已经实现大量运用，但其本身具有灵活性弱、可维护性差等弱点，无法应对某些特殊的需求，例如无法监测高速运转的水轮机叶片表面的流场数据，使得无法适用于水轮机流道的监测。

另外，目前广泛使用的流体内监测方案还有水下自行监测机器人。水下自行监测机器人是指具有自主动力的，能够按照既定作业程序或者由人工进行实时远程控制的水下监测/探测机器人。但是目前的水下机器人暂时无法承受高速、高压、高加速度的工作环境，并且其会对流道造成不可遇见的损伤，因此在流道内其不被允许使用。

基于上述流道流态监测中存在的技术问题，尚未有较好的解决方案，因此迫切需要寻求有效方案以解决上述问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于水轮机流道流态监测的伴流球，解决了现有固定传感器以及水下自行监测机器人无法适用于水轮机流道流态监测，使得水力发电机组主流道的核心区流场实测数据存在缺失的问题。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种用于水轮机流道流态监测的伴流球，包括外壳、传感器组件、抛载机构和配重块，所述外壳为中空球形结构，所述外壳的内部设有所述传感器组件，所述外壳的一侧表面设有凹陷部，所述配重块设在所述凹陷部，所述抛载机构固定在所述外壳的内部且伸出至所述凹陷部与所述配重块可拆卸连接；

所述抛载机构与所述配重块呈连接状态时，所述伴流球的密度与水的密度相近，以实现在流道中与水流一起流动且通过所述传感器组件获取流态数据；所述抛载机构与所述配重块呈拆卸状态时，所述伴流球的密度小于水的密度，以实现无动力上浮至水面便于回收。

根据本发明提供的用于水轮机流道流态监测的伴流球，所述抛载机构包括驱动机构、连接轴和卸荷钩，所述驱动机构固定在所述外壳的内部，所述驱动机构与所述连接轴相连、用于驱动所述连接轴转动，所述连接轴伸出所述外壳至所述凹陷部且在伸出部位固定连接有所述卸荷钩，所述卸荷钩通过转动实现与所述配重块的连接和拆卸。

根据本发明提供的用于水轮机流道流态监测的伴流球，所述驱动机构包括支架、电机、丝杆、滑块、连杆和连接臂，所述电机和所述丝杆分别安装于所述支架，所述支架与所述外壳连接固定，所述电机通过传动组件带动所述丝杆转动，所述丝杆上匹配连接有所述滑块，所述滑块与所述连杆的一端转动连接，所述连杆的另一端与所述连接臂的一端转动连接，所述连接臂的另一端与所述连接轴的一端相连。

根据本发明提供的用于水轮机流道流态监测的伴流球，所述配重块上在与所述连接轴和所述卸荷钩对应处设有避让槽，所述避让槽中设有与所述卸荷钩匹配相连的固定杆。

根据本发明提供的用于水轮机流道流态监测的伴流球，所述凹陷部还设有弹片，在所述抛载机构与所述配重块呈连接状态时，所述弹片呈压紧状态；

和/或，所述配重块和所述凹陷部的壁面之间还设有匹配的卡勾结构。

根据本发明提供的用于水轮机流道流态监测的伴流球，所述外壳上还设有指示灯，在所述抛载机构与所述配重块呈拆卸状态时，所述伴流球的重心位于远离所述指示灯的一侧。

根据本发明提供的用于水轮机流道流态监测的伴流球，所述传感器组件包括应变传感器和惯性传感器，所述惯性传感器固定在所述外壳的中间部位，所述应变传感器与所述外壳的内壁相贴设置；

所述外壳的内部还固定设有电源和电路板，所述电路板上设有信号处理电路和处理器；

所述外壳的内部还设有定位模块和无线通讯应答模块，所述定位模块用于接收卫星信号并通过所述无线通讯应答模块向外发送位置信号，所述无线通讯应答模块还用于接收上位机信号。

根据本发明提供的用于水轮机流道流态监测的伴流球，所述抛载机构用于在所述伴流球完成监测时启动工作卸掉所述配重块，其中所述伴流球完成监测时的判断条件为所述传感器组件检测到所述伴流球处于平缓水流中的时间超过预设时间，和/或，所述定位模块能够接收到第一预设数量的卫星信号。

根据本发明提供的用于水轮机流道流态监测的伴流球，所述定位模块具体在所述伴流球完成监测时通过所述无线通讯应答模块向外发送位置信息；

和/或，所述无线通讯应答模块还用于在检测到第二预设数量的位置信号时，选择性关闭其对应的位置信号的发送；以及用于在收到上位机的位置请求信号时，加强位置信号的发送。

根据本发明提供的用于水轮机流道流态监测的伴流球，所述外壳内部设有第一舱体和第二舱体，所述惯性传感器、所述电源和所述电路板分别设在所述第一舱体的内部，所述第一舱体内部设有插槽，所述插槽与所述电路板匹配连接；所述定位模块和所述无线通讯应答模块设在所述第二舱体的内部。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的用于水轮机流道流态监测的伴流球：

1.通过伴流球外形、密度以及传感器组件的整体设计配合，可实现伴流以实现对流道的全过程进行监测，无需额外动力，也无需人为的控制，投放之后随水流运动即可实现对流道流态参数的监测工作，作用方式简单有效，能够实现流道流态参数准确完整的监测，且能够较好适应高压、高速、高加速度的水下工作环境；另外，在工作过程中与水流运动特征相同，不会产生比水流更大的冲击，使得不会对水轮机机组以及流道造成损伤，实用性和适用性较强；

2.通过配重块与抛载机构可拆卸连接的设置结构，以及抛载后伴流球密度小于水密度的设计，可实现伴流球完成监测后无动力上浮至水面便于回收；

3.抛载机构的具体结构设计通过杠杆原理，将微型电机提供的扭矩放大，以保证在监测过程中卸荷钩与固定杆的咬合紧固，不会在工作中脱离，以及在监测完成时通过微型电机提供的扭矩能够顺利转动卸荷钩，实现配重块的解锁抛载；

4.通过配重块抛载之后伴流球浮心、重心不重合的设计使得在抛载浮出水面以后，安装在伴流球内壁的指示灯能够处于水面以上，便于回收；

5.自带定位模块例如GPS与无线通讯应答模块便于发送位置信号，实现定位与回收。

附图说明

图1是本发明提供的用于水轮机流道流态监测的伴流球的剖面示意图；

图2是本发明提供的抛载机构的结构示意图；

图3是本发明提供的配重块的第一示意图；

图4是本发明提供的配重块的第二示意图；

图5是本发明提供的外壳表面凹陷部的示意图；

图6是本发明提供的外壳表面凹陷部处穿轴孔的局部放大示意图；

图7是本发明提供的穿轴孔处压板的示意图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1：半球上盖；2：半球下盖；3：凹陷部；4：第一舱体；5：第二舱体；6：应变传感器；7：肋结构；8：指示灯；9：穿轴孔；10：连接轴；11：卸荷钩；12：支架；13：电机；14：集成线束；15：连接臂；16：连杆；17：滑块；18：丝杆；19：弹片；20：挡块；21：压板；22：螺孔；23：配重块；24：避让槽；25：固定杆；26：卡勾；27：固定孔。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1，本发明提供一种用于水轮机流道流态监测的伴流球，该伴流球包括外壳、传感器组件、抛载机构和配重块23，所述外壳为中空球形结构，所述外壳的内部设有所述传感器组件，所述外壳的一侧表面设有凹陷部3，所述配重块23设在所述凹陷部3，所述抛载机构固定在所述外壳的内部且伸出至所述凹陷部3与所述配重块23可拆卸连接。配重块23的形状可与凹陷部3匹配，使得伴流球整体外形为球形，即外壳与配重块23连接之后外形为球形，便于随着水流一起进行流动。

所述抛载机构与所述配重块23呈连接状态时，所述伴流球的密度与水的密度相近，以实现在流道中与水流一起流动且通过所述传感器组件获取流态数据；所述抛载机构与所述配重块23呈拆卸状态时，所述伴流球的密度小于水的密度，以实现无动力上浮至水面便于回收。即外壳表面的凹陷部3存放一个与其形状相符合的配重块23，该部分结构互相配合调节伴流球整体密度，以实现前期的无动力伴流以及后期的抛载上浮。

具体地，在利用伴流球对流道流态进行监测时，初始将多个连接有配重块23的伴流球投放至流道中；由于其整体密度与水体密度相近，即伴流球的密度与水的密度之差在一定阈值范围内，能够保证批量投放时在水体中分布均匀，不会有全部上浮或沉底的情况，使得不需要提供额外的动力源，完全跟随流体运动以实现伴流；同时传感器组件能够监测流体的压力脉动与流场等流态参数，实现流态的监测。抛载机构用于在伴流球完成监测时启动工作卸掉配重块23；通过抛载改变了伴流球的密度，能在检测结束后自动上浮，便于进行回收。

本发明提供的用于水轮机流道流态监测的伴流球，通过配重块23与抛载机构可拆卸连接的设置结构，可实现伴流以实现对流道的全过程进行监测，无需额外动力，也无需人为的控制，投放之后随水流运动即可实现对流道流态参数的监测工作，作用方式简单有效，能够实现流道流态参数准确完整的监测，且能够较好适应高压、高速、高加速度的水下工作环境；另外，在工作过程中与水流能量相同，不会产生比水流更大的冲击，使得不会对水轮机机组以及流道造成损伤，实用性和适用性较强。

该伴流球不仅适用于水轮机流道的流态监测，还适用于其他流道中的流态监测，适用性较强，具体使用环境不做限定。

进一步地，抛载机构与配重块23呈连接状态时，伴流球的重心与浮心重合。即抛载机构连接配重块23时伴流球的重心与此时的浮心重合，此时主要是用于伴流，伴流球是在水中与水流一起流动，此时的浮心位于伴流球的球心。初始伴流球的重心与浮心重合，使得伴流球在跟随流体运动伴流的过程中，伴流球会随着流体滚动变化姿态而不会具有停留在某一固定姿态的倾向或在运动过程中具有翻转的倾向从而产生力矩，有利于更好的实现流态参数监测。

进一步地，外壳材质为塑料。伴流球材质的硬度远小于其工作环境中任意部位的材料硬度，对机组几乎无损伤。伴流球直径约60-100mm，以能够在流道中实现顺利流动且便于内部各部件的设置为目的。

参考图2，在一些实施例中，所述抛载机构包括驱动机构、连接轴10和卸荷钩11，所述驱动机构固定在所述外壳的内部，所述驱动机构与所述连接轴10相连、用于驱动所述连接轴10转动，所述连接轴10伸出所述外壳至所述凹陷部3且在伸出部位固定连接有所述卸荷钩11，所述卸荷钩11通过转动实现与所述配重块23的连接和拆卸。参考图1，外壳在凹陷部3处设有穿轴孔9，连接轴10可从穿轴孔9中穿出至凹陷部3，且在穿轴孔9处连接轴10与外壳密封可转动连接。

进一步地，所述驱动机构包括支架12、电机13、丝杆18、滑块17、连杆16和连接臂15，所述电机13和所述丝杆18分别安装于所述支架12，所述支架12与所述外壳连接固定，所述电机13通过传动组件带动所述丝杆18转动，所述丝杆18上匹配连接有所述滑块17，所述滑块17与所述连杆16的一端转动连接，所述连杆16的另一端与所述连接臂15的一端转动连接，所述连接臂15的另一端与所述连接轴10的一端相连。支架12可通过螺栓与外壳连接固定。还可在支架12上设置导向杆，导向杆与丝杆18平行设置，滑块17可与导向杆滑动连接，以更好的实现滑块17的平移滑动。通过滑块17的平移滑动可带动连杆16移动，进而带动连接臂15和连接轴10转动，实现卸荷钩11的转动。

进一步地，所述卸荷钩11包括一体相连的连接部和钩体，所述连接部与所述连接轴10固定连接，所述钩体与所述连接部的夹角接近180°。以确保卸荷钩11与配重块23连接时的可靠性。

参考图3和图4，所述配重块23上在与所述连接轴10和所述卸荷钩11对应处设有避让槽24，所述避让槽24中设有与所述卸荷钩11匹配相连的固定杆25。卸荷钩11通过钩体钩在固定杆25上实现抛载机构与配重块23的连接，通过卸荷钩11的转动可使得钩体脱离固定杆25进而实现抛载机构与配重块23的拆卸。

参考图5，所述凹陷部3还设有弹片19，在所述抛载机构与所述配重块23呈连接状态时，所述弹片19呈压紧状态；从而在抛载机构与配重块23拆卸时，弹片19可通过弹力推动配重块23脱离外壳。

参考图4和图5，所述配重块23和所述凹陷部3的壁面之间还设有匹配的卡勾结构。具体地，可在凹陷部3的壁面上设置挡块20，在配重块23的壁面上与挡块20对应处设置卡勾26，在抛载机构和配重块23连接时，卡勾26可与挡块20匹配卡合连接，以保证连接的可靠性。

进一步地，在其他实施例中，抛载机构也可为其他结构，例如可设置配重块23为金属块，抛载机构可为电磁铁结构，通过磁力实现与配重块23的连接，且通过控制磁力的通断实现与配重块23的连接和拆卸。抛载机构的具体结构不做限定，以能实现与配重块23的可拆卸连接且便于控制为目的。

参考图1，所述外壳上还设有指示灯8，在所述抛载机构与所述配重块23呈拆卸状态时，所述伴流球的重心位于远离所述指示灯8的一侧。使得在抛载之后，由于重心偏离指示灯8，会使得指示灯8位于伴流球的上方，便于回收。

进一步地，在抛载机构与配重块23呈拆卸状态时，此时的重心位于此时的浮心下方；即重心位于浮心远离指示灯8的一侧。通过抛载之后伴流球浮心、重心不重合的设计使得在抛载浮出水面以后，安装在伴流球内壁的LED指示灯8能够稳定处于水面以上，便于回收。

进一步地，所述传感器组件包括应变传感器6和惯性传感器，所述惯性传感器固定在所述外壳的中间部位，所述应变传感器6与所述外壳的内壁相贴设置；应变传感器6可监测流道的压力脉动参数，惯性传感器可监测流道的流线或流场参数。

所述外壳的内部还固定设有电源和电路板，所述电路板上设有信号处理电路和处理器；该伴流球能实时检测所伴流的流体状态参数。通过内置应变传感器6、惯性传感器、信号处理电路及微处理器，可以检测流体的压力脉动与流线/流场。自带电池供电，由于所有用电设备功率极小，因此可以长时间的使用。

所述外壳的内部还设有定位模块和无线通讯应答模块，所述定位模块用于接收卫星信号并通过所述无线通讯应答模块向外发送位置信号，所述无线通讯应答模块还用于接收上位机信号。自带定位模块例如GPS与无线通讯应答模块便于发送位置信号，实现定位与回收。

电源为伴流球所有的耗电部件进行供电，例如传感器组件、抛载机构、定位模块、无线通讯应答模块以及指示灯8等。信号处理电路用于对传感器组件的监测数据进行处理。处理器用于对伴流球的运行进行整体控制，例如，对无线通讯应答模块的信号发送进行控制，对抛载机构的工作进行控制，对指示灯8的工作进行控制等。

进一步地，所述抛载机构用于在所述伴流球完成监测时启动工作卸掉所述配重块23。其中所述伴流球完成监测时的判断条件为所述传感器组件检测到所述伴流球处于平缓水流中的时间超过预设时间，和/或，所述定位模块能够接收到第一预设数量的卫星信号。

传感器组件检测到伴流球处于平缓水流中的时间超过预设时间，可通过监测获取的流道内速度参数、转弯幅度参数以及加速度参数来判断，在速度参数、转弯幅度参数以及加速度参数降低至预设范围内时，即可判断处于平缓水流中。另外，因为主流道通常被山体、混凝土等工事遮挡，这使得伴流球在主流道中基本无法搜索到卫星信号，因此，在定位模块能够接收到第一预设数量的卫星信号时，即说明伴流球已经离开了主流道，完成了主流道的监测。

所述定位模块具体在所述伴流球完成监测时通过所述无线通讯应答模块向外发送位置信息；即处理器在根据上述伴流球完成监测时的判断条件判断监测完成时，可控制无线通讯应答模块发送位置信号，以便于远程上位机收到位置信号实现伴流球的定位，便于回收且有利于节能。

所述无线通讯应答模块还用于在检测到第二预设数量的位置信号时，选择性关闭其对应的位置信号的发送；以及用于在收到上位机的位置请求信号时，加强位置信号的发送。

该伴流球能主动定位与无线应答便于回收定位。内置GPS定位与无线通讯应答模块，在通过流道区域以后，通过检测接收卫星信号的数量和/或处于平直流道的时间，判断是否到达开阔水域。条件成立后便主动发送位置信号；当检测到周围有大量同类位置信号后，说明周围有较多的伴流球，可控制主动停止部分伴流球的信号发送，尽可能的节省能源。当伴流球接收到上位机回应信号后，会加强信号输出，以便于回收。

具体地，在判断伴流球完成监测时，抛载机构主动抛除配重块23，确保伴流球自身能够上浮至水面。结合定位模块的位置信息数据，无线通讯应答模块将以5秒的时间间隔广播无线电位置信号。同时为了避免信道阻塞，处理器在判断无线通讯应答模块识别到超过一定强度的同类型广播位置信号后，会主动控制部分伴流球进行一段时间的无线电静默；在识别到应答请求信号后(由上位机的信号接收器发出的，请求主动广播位置的信号)，伴流球会终止静默状态，并无视卫星数目限制，以1秒为时间间隔持续发出更高强度的广播位置信号。

进一步地，无线通讯应答模块在检测到第二预设数量的位置信号时，可在多个伴流球中按比例或按数量选择性关闭部分伴流球对应的位置信号的发送。

进一步地，所述外壳内部设有第一舱体4和第二舱体5，所述惯性传感器、所述电源和所述电路板分别设在所述第一舱体4的内部，所述第一舱体4内部设有插槽，所述插槽与所述电路板匹配连接；所述定位模块和所述无线通讯应答模块设在所述第二舱体5的内部。设置舱体结构能够更好的实现各部件位置的固定，使得外壳内部结构有序，有利于提高结构稳定性。

在一个具体实施例中，考虑到对水力发电机组的流道进行实时监测，必然面临高压、高速、高加速度的水下工作环境，在保证流态监测数据可靠且完整的同时，还不能损伤到水轮机机组以及流道的需求，以及现有技术在这一片区域做检测存在相当大困难的现状，本发明涉及一种用于水轮机流道的流场流态检测的智能监测小球，该监测球内置电源与智能监测系统，采用无动力模式伴随流体通过流道，同时实现对流场流态的实时检测，具体提出一种用于水轮机流态监测伴流球的结构，旨在解决现有水轮机流态监测困难的问题。

参考图1，伴流球的外壳包括拼接连接的半球上盖1和半球下盖2；伴流球的上下盖通过接触面的凸台和凹槽进行咬合，该部分至少存在一种密闭方式，内部形成封闭空间，例如通过超声波焊接实现紧密连接，形成空腔以保证该部分密度小于水体，保证抛载后可成功上浮，同时也可保证在流道区域的工作环境内外部结构的稳定，保护内部电子设备不受损伤或脱离球体。

外壳的内部还设有肋结构7。通过上下盖内的肋结构7实现内部网格化设计，该结构对整个球体起到了支撑作用，极大的提高了抗冲击强度，具有高强度、易于制造的特点；同时肋结构7有利于根据需求预留出凹槽以安装不同的部件，在制造方面也十分的便利，增加强度的同时还进行限位以安装各种模块。球体内的加强肋在保证整体强度的同时，对内部舱室进行限位，既可以通过肋的设计调整重心，也减少了额外的固定所需零件。

进一步地，半球上下盖形成的封闭空间内固定有一个大的正方体密封盒为核心舱即第一舱体4，处于球体正中间，舱内放置有必需的惯性传感器、信号处理电路、微处理器及电源等电子元器件，应变传感器6在舱外与外壳的内壁相贴设置，以实现检测流体的压力脉动与流线/流场；在核心舱与半球上盖1之间，有一个小于核心舱尺寸的长方体区域即第二舱体5，用来放置定位模块和无限通讯应答模块，在回收时定位并发出位置信息。

半球下盖2的底部设有凹陷空间即凹陷部3。半球下盖2与核心舱之间，安装有抛载机构，抛载机构部分外露于半球下盖2外部凹陷处，通过抛载机构的工作，在前期实现球体与配重块23的连接与后期配重块23的释放。抛载后密度小于水体，且重心偏离浮心可确保伴流球表面的LED指示灯能够暴露在水面以上，LED强光透出伴流球外壳，实现闪光指示的作用。

抛载后重心不再与浮心重合，确保发光LED处于的半球下盖2能始终露出于水面，便于回收识别。通过上下盖的不完全对称设计，以及上下半球的组件分布不对称，材质不相同，具体表现为半球上盖1区域内多为电子部件，核心舱内质量相对较大的电池安装在靠近半球上盖1的区域。

参考图2、图3和图4，抛载机构通过固定支架安装在半球下盖2内，支架12通过三个螺丝固定在半球下盖2上；支架12上安装有微型电机和丝杆滑动组件；微型电机与丝杆18通过齿轮进行传动连接，丝杆滑动组件与连杆16相连，连杆16靠近连接臂15端有两道弯曲，以便于拉动连接臂15转动且实现与外壳内部其他部件之间的避让；连杆16与连接臂15相连，连接臂15一端通过球形铰链与连杆16相连，连接臂15另一端通过螺丝夹紧连接轴10的一端。参考图5，抛载机构通过一根钢制连接轴10穿过外壳上的穿轴孔9连接外壳内外，该钢制连接轴10进行特殊的防水处理，使用微型硅橡胶圈，橡胶圈套在连接轴10外部，借助压板21和橡胶圈的作用力，使得橡胶圈紧紧地压在转轴表面和转轴过孔的外边缘，实现密封；参考图6和图7，压板21在螺孔22处通过螺栓与外壳连接，使得橡胶圈压紧在外壳的穿轴孔9处。压板21朝向外壳的一侧设有与橡胶圈匹配的固定孔27，用于容纳放置橡胶圈。连接轴10中部通过过盈配合装有卸荷钩11，卸荷钩11会随着卸荷杆的转动而转动，其钩型为弧形，弯折接近180度；卸荷钩11工作时会勾住配重块23上的固定杆25。

进一步的，配重块23材质为金属，通过结构设计与配重使得外壳连接配重块23时整体密度与所测水体密度相近，形状与半球下盖2预留的凹陷相契合。配重块23通过嵌入其中的固定杆25和边缘突起的两个挂点即卡勾26与外壳连接；外壳上有使用钣金工艺制成小型弹片19，为配重块23提供初始的卸除力。

如图1至图5所示，本发明提供一种伴流球结构，其可用于水轮机组流道的流态监测；具体的，伴流球结构包括半球上盖1和半球下盖2通过凸台和凹槽实现咬合，在固定、标定好内部各模块后，利用超声波焊接形成封闭空间；半球下盖2内壁上，在为配重块23预留的凹槽的四个边上，选择没有其他零部件的一边安装LED指示灯8，在进入回收阶段以后，LED灯开始闪烁；伴流球封闭空间内通过肋填充，实现预留槽位，固定有定位模块、圆形应变花、核心舱以及抛载机构，圆形应变花通过检测伴流球外壳的应变，进而测量出外侧的压强；核心舱内有匹配PCB板厚度的插槽，以实现对内部电路板的限位固定，其内部还设有IMU位姿传感器即惯性传感器、电池、主控、信号处理电路等。第二舱体5内设有定位模块和无线通讯应答模块。在定位模块接收到一定数量的卫星信号以后，结合IMU模块判断伴流球的移动距离，伴流球进入到回收流程，该流程伴流球会抛掉配重块23，并且无线应答模块开始持续发出信号，LED灯开始闪烁。

进一步的，半球下盖2底部预留有凹陷空间，以放置配重块23；进一步的，配重块23上的固定杆25通过抛载机构的卸荷钩11与半球下盖2连接在一起，并由抛载机构实现锁定和抛出；抛载机构中微型电机为动力源，控制信号与能量通过集成线束14传输，微型电机的动力通过齿轮传递至微型丝杆组；安装在丝杆组上的微型滑块将转动转变为平动，并通过连杆16将位移传递至连接臂15；连接臂15与连接轴10以及卸荷钩11之间不存在相对转动，通过穿轴孔9将抛载机构从内部通向外部凹槽，连接臂15转动带动卸荷钩11转动，实现对配重块23上的固定杆25的锁定和开锁；半球下盖2底部凹槽中的弹片19在抛载机构解锁后将配重块23弹出。

通过结构设计，能够实现无动力上浮。具体表现为通过预设好的程序控制抛载机构，当程序检测到预设的触发条件满足以后，抛载机构开始工作，卸荷钩11松开配重块23固定杆25，弹片19提供向外的弹力将配重块23弹出，实现抛载并且改变了伴流球的密度，伴流球自动上浮。

该伴琉球主要材料环保无污染，主体采用PA66尼龙注塑制造，通过超声焊接进行封闭，保证内部组件不会在工作时遗失在环境中，配重块23采用常见的如铸铁进行制造，在抛弃后对环境是友好的。通过材料的选择保证即便遗失也不会对水体造成严重污染。通过材料的选择和结构设计，保证最大程度回收，不可回收部分不会对环境造成影响。结合其塑料材质，硬度远小于流道的金属材质，以实现不对流道产生损伤。

本发明提供的伴流球结构，能够用于水轮发电机13组的流道流态监测，其材质与密度可以有效解决处于流道内时可能对流道产生损伤的问题，抛载机构解决了大量投放后的回收问题，投放密度和内部传感器能够有效保证测得数据的准确性。

本发明提供一种伴流球结构，外表颜色鲜明，主体结构包括伴流球主体，用来装载传感器、电源、执行机构等，伴流球主体通过抛载机构与配重块23连接，在不同阶段的紧固与释放，从而实现前期伴流时能够均匀分布在水体内，后期通过抛出配重块23实现无动力自主上浮。伴流球不设置外部推进装置，无需控制，随水流前进，保证球体动能与水流相近，同时由于其材质为塑料，因此在保证强度的同时不会对流道产生损伤。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。