Водомер. Изследване на водоносни хоризонти на място с помощта на инструменти за търсене на вода Измерване на потока в открити канали

ВОДОМЕР

устройство за измерване на количеството подадена или консумирана вода. Водопроводите се използват за: 1) обемни, измерване на количеството течаща вода чрез последователно пълнене на определен обем и записване на броя на пълненията (водомер Фрагет); тези V. дават най-точен отчет, но те са тромави; 2) високоскоростен, изграден на принципа, че количеството вода, протичащо в тръбата, е пропорционално на скоростта на нейното движение; 3) Водомери и диафрагми на Вентури, чиято работа се основава на факта, че количеството на изтичащата вода е пропорционално на разликата в налягането в широките и стеснените участъци на устройството. В ж.п. водоснабдяване, най-често срещаните са високоскоростните водомери Voltmann, инсталирани в помпени станции, и "лопатковите" измервателни уреди - в разпределителната мрежа, в близост до пунктове за раздаване на вода. W. Voltmann се състои от целулоидна въртяща се въртяща се колело 1, поставени в тялото 2, предавателен механизъм 3 и брояч 4. В. се вкарва в прави участъци на водопровода. Когато водата се движи през тръбопровода, спинерът се върти и всеки оборот съответства на определен обем течаща вода. Въртенето на въртящата се маса се предава на броячния механизъм, който показва количеството вода, преминало през водомера. „Крилатият” В. се различава от В. Волтман по това, че вместо въртящ се диск има гребло и движението на водата е насочено перпендикулярно на оста на колелото.

- устройство за измерване на количеството подадена или изразходвана вода. За водопроводи V. се използват: 1) обемни, измерващи количеството течаща вода чрез последователно пълнене на определен обем и ...
Технически железопътен речник
- снаряд за определяне на количеството консумирана вода във всяка точка от водопроводната мрежа. Водомерните системи, многобройни, попадат в две категории в зависимост от начина на подаване на вода в ...
Енциклопедичен речник на Брокхаус и Ефрон
- ; мн.ч. резервоар/ry‚ R....
Правописен речник на руския език
- резервоар / r,...
- шлюз-резервоар/r,...
обединени. Отделно. Чрез тире. Речник-справочник
- ВОДОМЕР, -а, съпруг. 1. Устройство, което показва нивото на водата в някои. устройство. 2...
РечникОжегов
- ВОДОМЕР, водомер, съпруг. ...
Тълковен речник на Ушаков
Тълковен речник на Ефремова
- водомер I м. Устройство за измерване на нивото или потока на водата. II м. Малко насекомо от порядъка на буболечките с тънко тяло и дълги крака, способно да се движи бързо във водата; воден крак...
Тълковен речник на Ефремова
- ...
Правописен речник
- ...

Водата в заведенията за водно развъждане обикновено се предава или през затворени тръбопроводи, или през открити канали, като обемите на водата са доста значителни. Разходите за водоснабдяване директно зависят от обема на течността, която се движи, и общата глава на системата, създадена от помпите. За да избегнете ненужни движения на водата, е необходимо да знаете точно колко вода минава през тръбопроводите и колко вода трябва да отиде. Различните методи за определяне на водния поток са описани по-долу.

Различни уреди за измерване на потока могат да бъдат класифицирани според различни критерии. В тази книга е възприета следната класификация на устройствата за директно измерване: разходомери с променливо налягане; разходомери с постоянно диференциално налягане; различни разходомери; броячи за измерване на потока в отворени канали.

Устройства за директно измерване на потока

Най-простото устройство за директно измерване на потока на течността е измервателен съд, оборудван с хронометър. Преди да напълните измервателния резервоар, потокът в тръбата или в отворения канал трябва да се стабилизира, което отнема няколко секунди след отваряне на клапана. С помощта на хронометър задайте времето, необходимо за напълване на измервателния резервоар. Въз основа на получените данни се определя дебитът на флуида. Въпреки цялата си простота, описаният метод осигурява доста приемлива точност на измерване. Въпреки това, размерът на грешката при измерване на обема на входящата течност ще зависи от обема на измервателния резервоар и относителния дебит. Така че, ако 10-литров резервоар се напълни с вода, която тече със скорост 200 l / min, тогава той се пълни много бързо, така че измерването на потока за много кратки периоди от време е свързано с грешки, направени при включване на хронометъра и изключен. В същото време, ако потокът на течността е малък в сравнение с обема на измервателния съд, времето за пълнене ще бъде по-дълго. Тогава частта от загубата на време за включване и изключване на хронометъра ще бъде малка в сравнение с времето на пълнене на измервателния съд. В този случай грешката при измерване се намалява.

Броячи на обема. За директни измервания на обема се използват обемни измервателни уреди. Според принципа на измерване те могат да бъдат разделени на две групи: в измервателните уреди от първата група постъпващата течност се измерва в отделни дози, равни по тегло; в броячи от втора група - в отделни дози, равни по обем. Броят на дозите, изместени от брояча за определен период от време, се сумира. Въз основа на получените данни се определя скоростта на потока. И така, количеството течност, преминало през брояча, което работи според обемния принцип, се изчислява по формулата

където Q е количеството течност, преминало през брояча за една минута; V е обемът на измервателната камера на брояча; n е броят на дозите, изместени от брояча за минута.

Ако измервателният уред работи според принципа на теглото, масовият поток се определя по формулата

където W е теглото на течността, преминала през брояча за една минута; γ е специфичното тегло на течността; Q и n са същите като в предишната формула.

Обемният брояч с накланящи се камери, работещ на принципа на броене на тегловни дози (фиг. 10.20), се състои от две камери, разположени една над друга, като входът за вода е разположен над горната камера. Течността влиза в брояча, запълва горната камера и започва да прелива в долната. Пълненето на долната камера продължава, докато центърът на тежестта се измести толкова много, че камерата губи равновесие и се преобръща. В същото време натрупаната вода се източва. След пълно изпразване броячът заема първоначалното си положение. По време на преобръщане горната камера се пълни с вода и я подава към долната, когато последната заеме първоначалното си положение.

Броячът на буталата (фиг. 10.21) се отнася до обемни измервателни уреди с принудително изместване на течността и работи по следния начин. Водата навлиза през входа в камерата, разположена вдясно от буталото. Буталото започва да се движи наляво, измествайки течността, която се е натрупала в камерата, разположена вляво от буталото. Не достигайки крайно ляво положение, буталото измества клапана, през който течността тече в камерата отляво на буталото, като в същото време отворът, свързващ тази камера с изхода на устройството, се затваря. Тъй като налягането на водата сега действа върху буталото от лявата страна, то се движи надясно, изтласквайки водата от дясната камера през изхода. Не достигайки крайното си дясно положение, буталото измества макарата надясно, в резултат на което се отваря отвор, свързващ входящата тръба към дясната камера. За един цикъл на работа буталото измества определен обем течност от устройството. Броят на движенията на буталото се сумира от механизма за броене, а количеството течност, преминала през устройството, се определя чрез умножаване на броя на циклите по обема на течността, изместена в един цикъл на буталото. В индустрията броячите се използват не с едно, а с няколко възвратно-постъпателни бутала, което осигурява по-плавна работа. Точността на показанията на устройството зависи от количеството на изтичане на течност между стената на измервателната камера и работния орган. Това изтичане има голямо влияние върху грешката при отчитане на измервателния уред. Ако се елиминира, обемните броячи с цилиндрични бутала работят с висока точност, грешката може да бъде до 0,2-0,3% (Eckman, 1950). Тъй като измервателните уреди от този тип работят на принципа на измерване на обема, плътността и вискозитетът на течността практически не оказват влияние върху точността на измерванията. В тях се използват броячи с възвратно-постъпателни бутала различни системиводоснабдяване с масов дебит от 37 до 3785 l/min. Използването им обаче е ограничено от специални изисквания за течността, която не трябва да е корозивна и не твърде вискозна (Eckman, 1950).

Брояч с дисково бутало. За измерване на количеството течност, протичаща през системата, широко се използват броячи с диск | | бутало (фиг. 10.22). Широкото използване на тези водомери като водомери се обяснява с техния прост дизайн, компактност и относително ниска цена. В центъра на плота е монтирана топка в сферична седалка, върху която е фиксиран плосък диск. По време на работа на брояча топката, заедно с диска, се люлее в сферична седалка около общ геометричен център, но не се върти. Под действието на налягането на течността, постъпваща в устройството през входа, дискът се понижава или издига в зависимост от положението си спрямо входната тръба.Когато течността тече през противоположната камера, равнината на диска се измества по стените и топката , заедно с диска, се върти в мястото си. Под действието на разликата в налягането във входящите и изходящите дюзи, водата обтича топката с диска и се насочва към изходната дюза. По време на движението на топката издатината в горната й част се движи по повърхността на конуса, чийто връх съвпада с центъра на топката. Тъй като входът и изходът са разделени от преграда (не е показана на фиг. 10.22), водата трябва да тече през входа и около топката, като през цялото време остава под диска. Оста на диска задейства броещ механизъм, който регистрира броя на движенията на топката с диска. Това число, умножено по обема на течността, изместена за един цикъл, ви позволява да определите обема течност, която е преминала през устройството. Описаните измервателни уреди могат да работят при всяко налягане и температура на измерваната среда. Въпреки това, точността на показанията може да бъде повлияна от плътността и вискозитета на течността, тъй като в инструментите с този дизайн е възможно изтичане на течност през пролуки. При дебит от 55 до 1890 l/min, относителната грешка на осцилиращите дискови измервателни уреди! обикновено не надвишава 1%.

Въртящ се брояч с прави остриета. електрическа схемавъртящ се брояч с прави остриета е показан на фиг. 10.23. Основният елемент на устройството е ротор, монтиран ексцентрично в корпуса, оборудван с остриета. Когато роторът се върти, лопатките под действието на пружините винаги остават притиснати към вътрешната повърхност на корпуса. Изтичайки през измервателния уред, течността притиска лопатките и върти ротора, което от своя страна дестилира течността към изходната тръба. Броят на оборотите на ротора е фиксиран и определя обема на течността, преминала през брояча. Плътността и вискозитетът на течността не влияят на точността на измерване на ротационните броячи, тъй като този дизайн се характеризира с минимално изтичане на измерваното вещество. Относителната грешка на измерване на ротационни броячи с "прави остриета" не надвишава 0,2-0,3%.

Разходомери с променливо налягане

Сред устройствата, използвани за измерване на дебита, широко се използват измервателни уреди, чиято работа се основава на измерване на променлив спад на налягането. Такъв разходомер измерва диференциалното налягане, което се създава в ограничителното устройство, инсталирано в тръбопровода, и го преобразува в скорости на потока. Схемата на потока на течността през стеснения участък е показана на фиг. 10.24. Съгласно уравнението на Бернули (10.3), с увеличаване на скоростта на потока, статичното налягане на течността в тръбопровода намалява, при условие че Z 1 = Z 2 (секции 1 и 2; виж Фиг. 10.24).
където Z 1 и Z 2 - височини на нивелиране в точки 1 и 2; P 1 и P 2 - статично налягане в секции) и 2; γ 1 и γ 2 - специфично тегло на течността в секции 1 и 2; v 1 и v 2 - скорост на потока в участъци 1 и 2; g е ускорението, дължащо се на гравитацията.

Използвайки уравнението на Бернули и уравнението за непрекъснатост на струята, е възможно да се установи математическа връзка между скоростта на потока на несвиваема течност и спада на налягането:

Ако приемем, че тръбопроводът е хоризонтален и Z 1 =Z 2 , това уравнение приема следната форма:
За несвиваема течност можем да приемем γ 1 =γ 2 , a A 1 v 1 =A 2 v 2 .
Замествайки израз (10.6) в уравнение (10.5), след трансформация получаваме
Решавайки уравнение (10.7) по отношение на v 2 , получаваме
Съвместното решение на уравненията за непрекъснатост на струята и (10.8) дава следния израз:
За конкретен брояч стойностите на A 1 и A 2 имат определени стойности; следователно за удобство се определя константата M - модулът на стесняващото устройство:
Освен това, за да се получи формула за работния поток, се въвеждат още два коефициента - коефициентът на потока C за дадено стеснително устройство и коефициентът на потока K.
където Q d - действителната стойност на дебита на течността, протичаща през устройството; Q id - теоретичен (без загуби) дебит на течността, преминаваща през измервателния уред.

Коефициентът на потока C взема предвид загубата на поток на течност в измервателния уред, а коефициентът на потока K е произведението на C и M:

Ако дюзите на Вентури се използват като ограничители, обикновено за изчисляване се вземат стойностите на коефициентите C и M. При изчисляване на нормални отвори и дюзи се използва коефициентът K (Eckman, 1950). По този начин формулата за практически изчисления на устройства за стесняване има следната форма:
В диференциалните разходомери с променлив диференциал се използват следните видове стеснителни устройства: дюзи на Вентури; нормални дюзи; нормални диафрагми; извити и бримкови тръбни секции; тръби на Пито.

Дюзи на Вентури. На фиг. 10.25 показва дюза на Herschel Venturi. Стандартната дюза на Вентури се състои от стесняващ се вход L 1 , средна част, така наречената шийка, L 2 с минимално напречно сечение и плавно разширяващ се изход L 3 . Профилът на входната и изходната част на дюзата е избран по такъв начин, че загубата на глава да е минимална. Тъй като течността протича с максимална скорост през гърлото на дюзата, статичното налягане в стеснението ще бъде по-малко от налягането преди стеснението. Изборът на стойности на налягането се извършва в областта на най-голямото разширение на входната част на дюзата и в гърлото. Измереното диференциално налягане се преобразува в дебита с помощта на уравнение (10.13).

Знаейки диаметъра на тръбопровода, в който е монтирана дюзата на Вентури, и диаметъра на шийката на дюзата, може да се изчисли стойността на константата M. Коефициентът на потока C обикновено се взема от таблици или графика (фиг. 10.26), докато коефициентът на потока се определя като функция от числото на Рейнолдс. При достатъчно големи числа на Рейнолдс, започвайки от стойността 2,5·10 5 , дебитът става! постоянен. Стойностите на C лежат на плътната линия. Пунктираните криви ограничават диапазона на стойностите на C. Коефициентите на потока се определят за дюзи, монтирани в тръби с диаметър 5,08 cm или повече, а p стойности в диапазона 0,3-0,75 (β е съотношението на площите на отворите на отвора на дюзата на Вентури и тръбопровода). За съжаление има много малко данни за ниски числа на Рейнолдс и за тръби с диаметър по-малък от 5,08 см. Това обаче не е пречка за широкото използване на разходомери с дюза на Вентури и други разходомери с променливо налягане, тъй като теоретичният метод се използва изключително рядко в технологията за измерване на потока. Обикновено на практика налягането се измерва с манометър, а дебитът, съответстващ на всяка разлика в налягането, се определя или чрез директен метод за измерване на обема, или чрез друго предварително калибрирано измервателно устройство. По този начин се получават точки за изобразяване на спада на налягането спрямо скоростта на потока. При измерване на дебита е достатъчно да се определи спада на налягането и да се намери съответният дебит от графиката.

Нормални дюзи. На фиг. Представени са 10.27 схематични диаграми на две нормални дюзи. Нормалните дюзи, като дюзите на Вентури, работят на принципа на измерване на променливо диференциално налягане. Тъй като съотношението на диаметъра на входа към изхода е по-голямо за нормалните дюзи, те причиняват по-голяма загуба на налягане в сравнение с дюзите на Вентури поради значително увеличаване на турбулентността. Но обикновените дюзи имат предимство пред дюзите на Вентури, тъй като изискват по-малко пространство и могат да се монтират между фланците на тръбопровода.

Обикновено налягането се взема от нормални дюзи в три точки. Когато налягането се подава с помощта на отделни отвори в тръбопровода (виж фиг. 10.28), точката на изпускане на високо налягане се отделя от входа на дюзата на разстояние, равно на един диаметър на тръбопровода, а точката на изпускане на ниско налягане се взема над изхода на дюзата при разстояние от един диаметър на тръбопровода от входния отвор на дюзата за дюзи с висока β стойност (β>0,25) или един и половина диаметър на гърлото на дюзата от входа на дюзата за дюзи с ниско β съотношение (β
В нормалната дюза, показана на фиг. 10.29, в гърлото на дюзата се пробиват отвори под налягане. Високо наляганесе взема в точка, отделена от входа на дюзата на разстояние, равно на един диаметър на тръбопровода. В стената на отвора на дюзата се пробива отвор за вземане на проби под ниско налягане на разстояние 0,15 от диаметъра на гърлото от изхода на дюзата. Този метод на натиск позволява да се контролира действителното налягане в камерата на дюзата. Пробитите дупки в отвора на дюзата са полезни, ако дюзата е в комуникация с атмосферата.

На фиг. 10.30 показва два начина за поемане на налягане от стеснителното устройство на интерфейса между фланеца на дюзата и вътрешната повърхност на тръбопровода. На диаграмата в горната част на фиг. 10.30 показва пръстеновидна камера, комуникираща с вътрешната кухина на тръбопровода с пръстеновиден процеп (широчина не повече от 0,02D) или няколко отвора, равномерно разпределени по обиколката на тръбопровода. Това разположение на пръстеновидните камери позволява импулсните тръби да бъдат пробити директно през стената на тръбопровода. Вторият начин (виж долната част на фигура 10.30) е да пробиете дупките за импулсните тръби под ъгъл спрямо крана за налягане. Размери; отворите и ъгълът на наклон се избират така, че диаметърът на входната част на отвора след завършване да не надвишава 0,02 от вътрешния диаметър на фланеца.

Методът за извличане под налягане през отвори, пробити в гърлото на дюзата, се използва сравнително рядко, което се обяснява със: сложността на полагането на свързващи тръби между камерата за ниско налягане и манометъра за диференциално налягане. В допълнение, такива измервания поставят високи изисквания към чистотата на повърхността на крановете за налягане, тъй като скоростта на потока в тях достига максималната си стойност и най-малката грапавост може да доведе до значителни грешки при измерването на налягането. Методът за вземане на проби под налягане с помощта на импулсни тръби, монтирани под ъгъл, се характеризира с най-голяма грешка в сравнение с другите разглеждани методи. Освен това в този случай аксиалната дължина на отвора играе значителна роля. Повечето по прост начине монтаж на импулсни тръби, прекарани през отвори в тръбопровода. Това е този метод на подбор: налягането се използва най-често в инженерната практика.

За да определите дебита, използвайте формулата (10.14).

Коефициентът на потока C се определя съгласно графиката, показана на фиг. 10.31. Графиката е конструирана за тръбопроводи с диаметър над 5,08 см и нормална дюза, чийто профил на входната част е образуван от дъги на окръжност с голям радиус. При лабораторни измервания налягането се измерва с импулсни тръби през отвори, пробити в стените на тръбопровода. Коефициентът K се изчислява по формулата (10.12).

Теоретичният метод за определяне на дебита по формула (10.14) се използва много рядко. Калибрирането на нормалните дюзи на изпитвателния стенд се извършва в същия ред като градуирането на дюзите на Вентури.

Нормални диафрагми. Нормалната диафрагма е тънък плосък диск с концентричен отвор. Диаметърът на тръбопровода, в който е монтирана диафрагмата, трябва да бъде по-голям от диаметъра на отвора на диафрагмата (фиг. 10.32). Течният поток, преминал през тръбопровода, навлиза в диафрагмата, което стеснява напречното му сечение. Тъй като скоростта на потока в отвора е по-голяма, отколкото в тръбопровода, статичното налягане в ограничената секция ще бъде по-малко от налягането в тръбопровода преди отвора. Това диференциално налягане може да се преобразува в стойности на скоростта или дебита.

Диафрагмите са концентрични, ексцентрични и сегментирани. При концентричните диафрагми осите на отвора на диафрагмата и тръбопровода съвпадат. В ексцентричните отвори оста е метър, както и диаметърът на тръбопровода - Сегментният и ексцентричният са сегмент от окръжност, приблизително с диаметър на диаметъра на тръбопровода. Сегментните и ексцентричните диафрагми се използват само при специални обстоятелства, изискващи специални условия (например пълно отводняване на тръбопровода), поради което тези диафрагми не се разглеждат по-долу.

Има пет различни начина за поемане на натиск от нормалните диафрагми.

1. Импулсните тръби се водят през фланците. В този случай оста на изхода на фланеца от страната на високо налягане трябва да е на разстояние 2,54 cm от предната повърхност на диафрагмата: ragma, а оста на изхода на фланеца от страната на ниско налягане трябва да бъде на разстояние от 2,54 см от противоположната повърхност на диафрагмите (виж долната част фиг. 10.32).

2. Налягането се взема в точки, отделени от диафрагмата с разстояния, равни на един диаметър и половината от диаметъра на тръбопровода. От страната на високото налягане разстоянието между оста на импулсната тръба и предната повърхност на диафрагмата трябва да бъде равно на един диаметър на тръбопровода, а от страната на ниско налягане на половината от диаметъра на тръбопровода от същата повърхност на диафрагмата. Тези разстояния остават постоянни за всички стойности (вижте горната част на Фигура 10.32).

3. Импулсната тръба се довежда до стеснения участък на потока на най-късото разстояние от задната повърхност на диафрагмата. При дъщерята се взема високо налягане; на разстояние от предната повърхност на диафрагмата на разстояние, равно на 1/2-2 диаметъра на тръбопровода; обикновено това разстояние се приема равно на един диаметър на тръбопровода. За вземане на проби с ниско налягане, импулсната тръба се вкарва в стеснения участък на потока в точката на минимално налягане; естеството на изменението на статичното налягане зад диафрагмата се изразява чрез кривите, показани на фиг. 10.33.

4. Импулсните тръби се довеждат до точките на конюгиране на тръбопровода с диафрагмата. Налягането се взема както преди диафрагмата, така и след нея, на кръстовището на вътрешната стена на тръбопровода с диафрагмения диск. Опциите за свързване на импулсни тръби с този метод на измерване са показани на фиг. 10.30 ч. За всички видове устройства за стесняване тези опции са еднакви.

5. Импулсни тръби, монтирани по протежение на тръбопровода. В този случай налягането се измерва в онези точки от двете страни на диафрагмата, където потокът е стабилен. Всъщност така се определя стойността на невъзстановимата загуба на налягане в диафрагмата. Наляганията се измерват на разстояние от 272 диаметъра на тръбопровода преди и 8 диаметъра на тръбопровода след предната повърхност на диафрагмата. Този метод за вземане на проби от налягането се използва сравнително рядко, тъй като измереният в този случай спад на налягането отразява промените в потока в по-малка степен в сравнение с другите изброени методи. Оттук и голямата грешка в показанията по време на измерванията.

Изчислената формула на потока за концентрични отвори е, както следва:

Стойностите на коефициентите K За всички методи за избор на налягане (с изключение на метода за избор с помощта на отделни отвори в тръбопровода) и за диаметри на тръбопровода от 3,81 до 40,64 cm са получени експериментално (стандарти на Американското дружество на машинните инженери, 1959 г. ). Зависимостта на коефициента K от числото на Рейнолдс и съотношението на диаметрите при номинален диаметър на тръбопровода 5,08 cm е показана на фиг. 10.34.

Връзката между Q и P 1 -P 2 за отвор, работещ при специфични условия, може да се определи на стенд за изпитване, използвайки друго устройство за директно измерване на обема, както е описано по-горе за дюзата на Вентури. Графика, получена по време на калибриране; за практически измервания се използва зависимостта на спада на налягането Р 1 -Р 2 от дебита Q.

Сравнителен анализ на дюзи на Вентури, нормални дюзи и отвори. На фиг. 10.35-10.37 показва кривите на разпределение на статичното налягане, изградени от експериментални данни, когато в тръбопровода са монтирани нормални дюзи, дюзи на Вентури и нормални диафрагми. Най-големият спад на налягането се забелязва за диафрагмата, минималният за дюзата на Вентури и средният за нормалната дюза. Колкото по-голям е спадът на налягането, толкова по-голяма е загубата на енергия, свързана с образуването на вихри и триенето на потока срещу стените на тръбопровода. По този начин невъзстановимите загуби на налягане в дюзата на Вентури са много по-малки, отколкото в дюзите и диафрагмите. На фиг. 10.38 показва кривите на загуба на налягане за устройства с нормални дюзи, изразени като процент от стойността на спада на налягането, като функция на β, съотношението на диаметрите на отвора на дюзата или на диафрагмата и тръбопровода. Както се очаква, за всички видове стеснителни устройства загубата на налягане е толкова по-малка, колкото е по-голяма β, тъй като с увеличаване на β скоростта и турбулентността на потока намаляват. Горните графики показват също, че загубата на налягане в дюзата на Вентури е много по-малка, отколкото в дюзите или диафрагмите, което е; Основно предимство на дюзата на Вентури.

Дюзите на Вентури се характеризират с висока точност на измерване и не изискват често калибриране като конвенционалните дюзи или диафрагми, тъй като са по-устойчиви на износване, което е особено важно при работа с течности, съдържащи механични примеси. Въпреки това, дюзите на Вентури изискват значително повече място за монтаж и са по-скъпи. По отношение на разходите, устойчивостта на износване, естеството на разпределението на статичното налягане и необходимата дължина на правия участък на тръбопровода, нормалните дюзи заемат междинно място между дюзите на Вентури и диафрагмите. Важно условие за получаване на добри резултати е и внимателното инсталиране на нормални дюзи в тръбопроводите. Диафрагмите са относително лесни за инсталиране и не изискват дълга права част от тръбопровода, но се износват бързо и се нуждаят от често калибриране. Поради ниската механична якост те често се отказват при внезапни промени в налягането. В същото време диафрагмите са по-евтини от всички разглеждани устройства за свиване, което доведе до широкото им използване.

Центробежни разходомери. За измерване на потока могат да се използват и криволинейни участъци от тръбопровода, в които се проявява действието на центробежните сили в потока на флуида. Под действието на центробежни сили потокът се притиска към външната стена на извитата секция и следователно налягането върху външната стена на извитата секция ще бъде по-голямо, отколкото върху вътрешната. Разликата в налягането, измерена в две точки от напречното сечение на потока, може да се преобразува в стойности на скоростта. На фиг. 10.39 и 10.40 схематично са показани разходомери, работещи на този принцип. Единият от тях е направен върху коляното на тръбопровода, а другият е тръба с форма на бримка. Ъгловият разходомер стана по-широко разпространен, тъй като е по-лесен за производство, никога не се запушва и може да работи дълго време без повторно калибриране до необходимата точност. Последното се обяснява с повишената устойчивост на износване на ъгловия разходомер. Импулсните тръби за вземане на проби под налягане са разположени по общата ос на симетрия на извитите участъци на външната и вътрешната стени на коляното (виж фиг. 10.39).

Тръби на Пито. Тръбите на Пито също са сред разходомерите, работещи на принципа на измерване на променливо диференциално налягане. Като правило те се използват за измерване на газовия поток, но тръбите на Пито могат да се използват и за измерване на потока на течности. Тръбата на Пито се състои от две камери (фиг. 10.41) - вътрешна и външна. Вътрешната камера с отворения си край е обърната към потока на измерваното вещество; във външната камера е предвиден отвор, чиято ос е перпендикулярна на посоката на движещия се поток. Налягането във вътрешната камера на тръбата на Пито е сумата от статичното и динамичното налягане на потока (пълен напор); във външната камера се измерва само статично налягане. Спадът на налягането, измерен в двете камери, всъщност се задвижва динамично от налягането на потока и е свързано със скоростта на потока.

Математически, общото налягане P t е сумата от динамичното налягане P d и статичното налягане P S:

Динамичното налягане е еквивалентно на кинетичната енергия на движещ се поток. Според законите на механиката кинетичната енергия на потока FE може да се изрази със следното уравнение:
където m е масата; v е скоростта на потока.

Масата и теглото са свързани, както следва:

където W - тегло; g е ускорението, дължащо се на гравитацията.

След извършване на прости трансформации получаваме

Пренаписвайки уравнение (10.19) за единица обем, получаваме
където γ е специфичното тегло на течността.

Кинетичната енергия на потока е еквивалентна на динамичното налягане. Следователно, уравнение (10.16) може да се запише, както следва:

Решаването на това уравнение за v дава
Дебитът се определя с помощта на уравнение (10.22) и уравнението за непрекъснатост на потока.

Обикновено тръбите на Пито са направени с малък диаметър, за да се сведе до минимум влиянието на нехомогенността на измерваната среда. Тръбите на Пито измерват скоростта във всяка точка на напречното сечение на потока и скоростта на потока варира в напречното сечение, така че се определя средната скорост на потока, която обикновено е около 0,83 от максималната скорост (Beckwith and Buck, 1961). Тръбата на Пито е монтирана по оста на тръбопровода и скоростта на потока се измерва в центъра на участъка. Умножавайки тази стойност по 0,83 (коефициент на корекция), се получава средната скорост на потока, която се замества в уравнението за непрекъснатост. Решението на системата от уравнения дава скоростта на потока.

Тръбите на Пито трябва да бъдат монтирани срещу движещия се поток, така че да реагират на динамично налягане. Ъгълът между оста на движещия се поток и оста на тръбата на Пито (ъгъл на отклонение) трябва да бъде нула, в противен случай ще възникнат значителни грешки.

Устройствата за измерване на потока с променливо диференциално налягане бяха обсъдени по-горе за несвиваеми течности като прясна или солена вода. Всички те могат да се използват и за измерване на компресируема среда, като въздух, но в този случай във формулата на работния поток се въвежда корекционен коефициент, който отчита ефекта на свиваемостта при преминаване на въздух през стеснително устройство. Разглеждането на сгъваемите течности не беше част от задачата на автора, така че читателите, които се интересуват от този въпрос, могат да се позоват на работата, публикувана от Американското дружество на машинните инженери „Разходомери. Теория и приложение” (1959).

Разходомери с постоянно диференциално налягане

Съгласно уравнение (10.13), падът на налягането, измерен в ограничителя, е пропорционален на квадрата на потока през отвора на този ограничител. Този метод е доста удобен, но изисква широка гама от манометър за диференциално налягане за измерване на налягания от различни порядки в зависимост от измервания дебит, които не винаги са в състояние да осигурят достатъчна точност, особено в случай на измерване на ниски дебити.

Ротационен разходомер. Сред устройствата, работещи на принципа на измерване на потока при постоянно диференциално налягане, е ротационен разходомер. В този случай напречното сечение на потока е променливо и спадът на налягането остава постоянен при всички скорости на потока. Съгласно метода за предаване на показанията, ротаметърът, показан на фиг. 10.42 се отнася до ротаметри с директно отчитане в линейна скала. Устройството се състои от вертикална, конично разширяваща се прозрачна тръба и „поплавък“, който се движи свободно в нея. Тъй като плътността на материала "поплавък" е по-голяма от плътността на течността, името "поплавък" е произволно. Тръбата на устройството трябва да бъде монтирана строго вертикално. Потокът от измерваното вещество влиза през тесен входен участък на тръбата и преминава отдолу нагоре. Върху поплавъка действат две сили: неговата гравитация и повдигане, дължащо се на действието на потока. Поплавъкът се издига, докато тези сили се балансират. Започвайки от този момент, плувката виси на определена височина. Върху повърхността на тръбата се нанася скала, която дава възможност да се определи точното положение на поплавъка спрямо началото на скалата. Тъй като височината на поплавъка е мярка за дебит, скалата може да се калибрира директно в литри в минута или в други единици за дебит, но по-често се използва методът за степенуване на скалата в безразмерни единици от 0 до 100, които са преобразувани в действителните стойности на потока с помощта на калибрационни криви.

Математически скоростта на потока на флуид, преминаващ през ротаметър, може да се изрази по следния начин (Schoenborn and Colburn, 1939):

където Q е обемният поток, cm/s; A - площ на напречното сечение, cm; C - дебит; V - обем, см; g - ускорение на гравитацията, cm/s; ρ - плътност, g/cm 3 .

Индекс 1 се отнася за течността, индекс 2 за поплавъка.

Стойността на коефициента на потока C трябва да се определи емпирично за конкретната течност или газ, с който ще работи ротаметърът.Калибрирането на ротаметрите може да се извърши на тестов уред с измерване на потока чрез директно измерване или с помощта на друг калибриран разходомер, както е описано по-горе за дюзата на Вентури. Изградената крива на калибриране е зависимостта на височината на позицията на поплавъка, наблюдавана по скалата на ротаметъра, от дебита в рамките на необходимите граници на измерване. Обикновено за ротаметри тази зависимост се изразява с права линия. След това определете позицията на поплавъка по скалата на инструмента и, като използвате кривите на калибриране, задайте подходящия дебит.

Необходимо условие за получаване на надеждни измервания е строго вертикалната инсталация на ротаметъра. Ротаметрите не могат да се използват за измерване на дебита на течности с високо съдържание на механични примеси, особено големи размери, както и за непрозрачни течности. Инструментите за измерване на потока на течности с висока температура и налягане са много скъпи. Ротаметрите обаче имат много предимства пред другите разходомери. Те включват: удобството на линейна скала, покриваща целия диапазон на измерване на инструмента, и постоянен спад на налягането при всички скорости на потока. Границите на измерване на устройството са лесни за промяна, за това е достатъчно да вземете друга тръба или плувка. Ротаметрите, по-специално, са удобни за измерване на скоростта на потока на корозивни течности, като солена вода, тъй като повърхностите в контакт с измерваното вещество могат да бъдат направени от всякакъв материал, като стъкло, пластмаса и т.н. Поплавъкът е направен или изцяло от метал или покрита с пластмасова обвивка отгоре. Използването на устойчиви на корозия материали увеличава цената на устройството. По време на работа можете да наблюдавате потока.

Потопен бутален разходомер

Разходомери с постоянно диференциално налягане включват разходомери с потопено бутало. Когато устройството работи (фиг. 10.43), течността влиза под буталото и го изтласква нагоре. В стените на цилиндъра, вътре в които се движи буталото, има прорези, прорези или други отвори. Общата площ на отворите, отворени от буталото, докато се движи нагоре под влияние на нарастващото налягане в системата, зависи от скоростта на потока: колкото по-голям е дебитът, толкова по-голяма е общата площ на изходните отвори и толкова по-високо се издига буталото. Към това устройство са включени механични или електрически устройства за записване на височината на буталото. Разходомери с потопено бутало обикновено се калибрират локално.

Специални разходомери

Анемометър с гореща тел. Устройството представлява парче тел, изработено от електропроводим материал и свързано към източник на електрическа енергия; докато се разхождате през него електрически токжицата се нагрява. Има две модификации на това устройство: анемометри с горещ проводник с постоянен ток и анемометри с горещи проводници с постоянна температура. В първия случай силата на тока е постоянна стойност. При измерване на скоростта на потока на измерваното вещество се променя температурата на проводника, а с това и електрическото му съпротивление. По този начин електрическото съпротивление на проводника е пропорционално на скоростта на потока. При анемометри с постоянна температура температурата на проводника се поддържа постоянна в резултат на промяна на големината на тока, който в този случай е променлива стойност и служи като критерий за промяна на скоростта на потока (скорост на потока).

Методът за измерване на потока с помощта на анемометри с гореща тел е доста удобен и осигурява висока точност на измерване. Въпреки това, неговият обхват е ограничен поради изключителната крехкост на нагрятия проводник. Термоанемометри с тел са предназначени основно за измерване на потока на газове и само в изключителни случаи се използват за измерване на потока на течности.

Турбинни измервателни уреди. Комплектът инструменти включва работно колело или витло и преброяващо устройство, което преобразува скоростта на въртене на работното колело в импулси (фиг. 10.44). Честотата на въртене на турбината е пропорционална на скоростта на измервания поток, тъй като лопатките са монтирани върху тялото й под определен ъгъл спрямо оста на въртене, а оста на въртене на турбината съвпада с посоката на потока. Фигура 10.45 показва индустриален образец с тръбни изправители на поток и електромагнитни устройства, които възприемат въртенето на турбината.Това устройство е подходящо за измерване на дебита в тръбопроводи с голям диаметър, в открити канали, реки, както и за измерване на скоростта на течения в океани и езера. Има много разновидности на турбинни измервателни уреди, от уреди тип чаша, използвани от метеоролозите за определяне на скоростта на вятъра, до показания пример на Фигура 10.45 За измервания на потоци в открити канали, реки, езера и океани, модификация на тази проба използва се, който е оборудван с плоча, неподвижно закрепена към външната повърхност на разходомера, успоредна на оста на въртене на работното колело. Целта на това просто устройство е да задържа потока метър в определено положение, когато оста на въртене на работното колело е успоредна на потока. Под действието на потока плочата непрекъснато се върти, опитвайки се да заеме позиция, в която нейното съпротивление на потока ще бъде най-малко.

Турбинните разходомери са намерили широко приложение при измервания при нестационарни условия, тъй като, осигурявайки достатъчна точност на измерване, те са механично издръжливи, лесни за работа и не изискват сложни записващи инструменти. Друго предимство на това устройство е неговата ниска цена. Грешката на измерване на промишлените устройства не надвишава 0,5% от горната граница на измерванията.

Електромагнитни разходомери Принципът на електромагнитните разходомери (фиг. 10.46) е, че движещата се среда, която трябва да има поне минимална електрическа проводимост, се разглежда като проводник, движещ се в магнитно поле. Тръбопроводът е монтиран в магнитно поле по такъв начин, че посоката на потока да е перпендикулярна на линиите на магнитното поле. ЕМП, индуцирана в течност, е насочена перпендикулярно на линиите на магнитното поле и на потока на течността. ЕМП се отстранява от два електрода, които насочват получения сигнал към устройство, което измерва потенциалната разлика.

Съгласно закона на Фарадей, стойността на индуцираната ЕДС

където E е индуцираната ЕДС, V; B - индукция на магнитно поле, V·s/cm 2 ; L - дължина на проводника, cm; v - скоростта на проводника, cm / s.

Тъй като самата среда се счита за движещ се проводник, ЕМП, индуцирана в течността, е пропорционална на скоростта на потока.

Има две основни модификации на електромагнитния разходомер. В един от тях течност с ниска електрическа проводимост преминава през тръбопровод от стъкло, пластмаса или друг непроводим материал. Електродите са вградени в стените на тръбопровода и са в пряк контакт с течността. Устройствата от този тип произвеждат слаб сигнал, който изисква усилване. Вторият вариант, за разлика от първия, предвижда поставяне на електроди върху външната стена на тръбопровода, която е направена от електропроводим материал. В този случай течността също трябва да има висока електрическа проводимост (например течен метал) - условие, необходимо за работата на този тип разходомери. В тази система няма директен контакт между течността и електродите. Използването на устройството не изисква преоборудване на съществуващия тръбопровод и не причинява технически затруднения по време на монтажа. Обикновено изходният сигнал на такъв разходомер е по-голям; толкова по-висока е електрическата проводимост на измерваната течност и може да се предава директно към записващото устройство без предварително усилване.

Основният недостатък на електромагнитните разходомери от всички видове е тяхната висока цена. Този недостатък обаче се компенсира от надеждността на устройството, в което няма движещи се части. Точността на измерванията, осигурени от разходомери от този тип, е доста висока.

Ултразвукови разходомери. Тези измервателни уреди използват 100 Hz ултразвукови вибрации (Beckwith and Buck, 1961). На тръбопровода на интервали от няколко сантиметра се монтират пиезоелектрични или магнитострикционни елементи, като единият служи като излъчвател на ултразвук, а другият като приемник. Ултразвуковите вълни се движат през течност с различна скорост в зависимост от това дали посоките на разпространение на звука и потока на течността съвпадат или са противоположни. Фазовата разлика на трептенията, идващи от приемниците, записани от сензора, е пропорционална на скоростта на флуида. Чувствителността на веригата може да се увеличи чрез автоматично замяна на функциите на двойка пиезоелектрични елементи с противоположни. Бързата периодична промяна на функциите на двойка излъчвател и приемник (до 10 пъти в секунда) осигурява възможност за измерване на фазовото изместване на ултразвуковите вибрации, насочени едновременно нагоре и надолу по веригата.Изходният импулс на честотната разлика на ултразвуковите вибрации е се удвоява в сравнение с главния кръг за същия дебит.

Измерване на потока в отворени канали

За измерване на потока в открити канали се използват прегради от различни видове и конструкции, водомерни корита и турбинни измервателни уреди. Принципът на действие и конструкцията на турбинните измервателни уреди са описани по-горе. На практика при измерване на потока на флуида стойностите на скоростта се вземат в различни точки от напречното сечение на потока, както хоризонтално, така и вертикално, и се получава графика на скоростта върху напречното сечение на потока. Този метод на измерване осигурява необходимата точност. Обикновено скоростите в различни точки на напречното сечение не са равни една на друга, така че действителният дебит се определя по един от двата начина: или чрез интегриране, или се изчислява средната скорост на потока и получената стойност се умножава по площ на напречното сечение на потока.

прегради. Преграда, поставена на пътя на потока на водата, през която се случва преливането на водата, се нарича преливник. Може да има изрезки с различни форми. На фиг. 10.47 показва един от водоемите. Тъй като преградите се използват изключително в отворени канали, те могат да се използват само за измерване на потока на течности. Повечето прегради в инженерната практика се използват за измерване на потока на водата и само няколко от тях, като правило, в лабораторни условия, се използват за измерване на потока на други течности.

Видовете и дизайните на преградите са много разнообразни. Прегради с остър ръб (т.е. прегради, по периметъра на чийто изрез е фиксиран метален лист с остър ръб) според формата на отвора в стената се разделят на прегради с правоъгълна, триъгълна (V-образна) форма , кръгли и специални сечения. Специалните преливници включват трапецовидни и параболични секции. Тези профили гарантират, че скоростта на потока е постоянна или че скоростта на потока е право пропорционална на главата.

На фиг. 10.48 са показани основните размери на преливника. Первазът (или гребенът) е долната страна на преградата. Дължината на прага L се измерва като разстоянието между страничните стени на процепа (виж фиг. 10.48). За правоъгълна секция дължината на прага е равна на ширината на изрязването на преградата. В преливник с триъгълно напречно сечение праговата дължина се доближава до нула. Статичният напор h е разстоянието от гребена на преградата до най-високото ниво на свободната водна повърхност, измерено над преградата (виж фиг. 10.48), тъй като свободната повърхност започва да намалява още преди преградата.

Потокът от вода, преминаващ през преградата, се нарича плосък поток зад водоема. При достатъчен поток и спад между гребена на преливника и хоризонта надолу по течението пространството под струята комуникира с атмосферата. Такава струя се нарича свободна или ненаводнена. Стойността на напор за свободна струя се определя от редица фактори, включително остротата на ръба на преградата, дебелината на гребена и др. Установено е, че тази стойност трябва да бъде в диапазона от 1 до 3 cm (ASME, 1959). Ако разстоянието между гребена на перваза и хоризонта надолу по течението на преградата е недостатъчно, пространството под струята се изолира от атмосферата и струята се придържа към стената на преградата. Такава струя се нарича заседнала или наводнена.

Ако дължината на преградата е по-малка от ширината на канала Lk (виж фиг. 10.48), такава преграда се нарича преграда със странична компресия, а потокът, преминаващ през този прелей, се нарича компресиран поток. При компресиран поток се измерва посоката на движение на флуидните частици от крайните линии на тока, течащи към изреза на преградата от страничните стени на канала. В тази връзка, когато течността тече през преградата, непосредствено зад преградата настъпва странична деформация на плоската струя или „компресиране на потока“. Тъй като компресията на потока се отразява в дебита, тя се взема предвид при изчисленията чрез съответната корекция. Възможно е да се гарантира, че течащите ръбови линии на тока не създават компресия на напречното сечение на потока. Това е възможно при условие, че разликата между ширината на канала L c и праговата дължина L w е поне 4 пъти максималната очаквана напор. Математически това условие може да се изрази със следната формула:

Формулата за теоретичния дебит за правоъгълен преливник може да бъде получена чрез намиране на елементарния поток на флуид през елементарна площ на прелива и сумирането му върху площта на напречното сечение на потока:
където Q t е теоретичната стойност на дебита, m/s; L w - прагова дължина, m; g - ускорение на гравитацията (9,8 m / s 2); h - глава на преливника, m.

Деформацията на напречното сечение на потока във вертикална равнина и някои други фактори се вземат предвид от безразмерния коефициент C, който се въвежда във формулата за определяне на теоретичната стойност на дебита и е съотношението

където Q d и Q t са действителните и теоретичните стойности на дебита.

Така формулата на работния поток за правоъгълен преливник приема формата

Тъй като действителният дебит винаги е по-малък от теоретичния дебит, коефициентът на потока C винаги е по-малък от 1, обикновено по-малък от 0,7 (ASME, 1959). Стойностите на коефициентите на разряд за прегради с правоъгълно напречно сечение с отворени ръбове са показани на фиг. 10.49. Тези коефициенти могат да бъдат взети за изчисляване, като се вземе предвид грешката на измерване в рамките на ±3%.

Този метод на измерване за правоъгълен претек има две ограничения. Първо, при твърде високи скорости на потока, увеличаването на скоростта на потока започва да се отразява значително в стойността на напора, следователно стойността на напора, измерена на преливника, трябва да се коригира за динамичния напор v 2 / 2g (v е скоростта на потока в канала), което се добавя към налягането на водата. Второ, правоъгълният перваз трябва да бъде най-малко 15 см дълъг (ASME, 1959). При по-малки стойности на праговата дължина се наблюдава смесване на входящите странични линии на тока една с друга. При твърде ниски скорости на потока, които затрудняват свободното преливане на течността в правоъгълни прегради с прагова дължина 15 cm, за предпочитане е да се използват триъгълни прегради, които в такива случаи осигуряват по-добри резултати.

Формулата на потока, използвана за практически изчисления, се получава от уравнение (10.27), като се вземе предвид коефициентът C, който включва константите (2/3 и √ 2g):

В системата от единици SI уравнението (10.28) приема формата
където Q е дебитът, m 3 / s; L w - прагова дължина, m; h - глава, m.

Уравнението (10.29) е основната формула за потока за правоъгълен преливник, получена без отчитане на страничното компресиране на участъка на струята (т.е. при условие, че дължината на прага е равна на ширината на канала). В инженерната практика, за да се коригира този фактор, се приема, че ефективната дължина на прага на преградата е по-малка от действителната дължина с 0,1h от всяка страна. По този начин, за преливник с двустранно странично компресиране, ефективната дължина на прага L w е с 0,2h по-малка от действителната дължина. Последното условие се въвежда във формулата на потока (10.29), която сега в окончателния си вид ще изглежда така:

В табл. 10.1 са показани стойностите на дебита в зависимост от напора за прегради с правоъгълно напречно сечение с различни ефективни прагови дължини.

Трапецовидни прегради. Предложената от Cipoletti трапецовидна форма на напречното сечение със страничен наклон 1:4 осигурява за прегради с двустранно странично компресиране право пропорционална връзка между дължината на прага и потока (фиг. 10.50). Аспектното съотношение е избрано по такъв начин, че леко разширение на преградата с нарастване на височината на нейното запълване компенсира загубите на потока поради странично компресиране на струята. По този начин корекцията за странично компресиране на струята може да бъде изключена от формулата на потока. Това е основното предимство на трапецовидна преграда Chipolet-ti, което го прави широко използван. Дебитът на канала Cipoletti се изчислява по следната формула:
В табл. 10.2 показва скоростите на потока в зависимост от налягането и дължината на прага за престой Cipoletti.

Преграда с триъгълно напречно сечение с прав ъгъл в горната част. Когато нивото на водата в канала е ниско, се препоръчва използването на прегради с триъгълно напречно сечение, тъй като в този случай прегради с правоъгълно или трапецовидно напречно сечение не осигуряват необходимата точност на измерване. В допълнение, преградите с триъгълно напречно сечение (фиг. 10.51) са удобни за измерване на потоци с променлив дебит, тъй като дължината на техния праг практически се доближава до нула и при ниски скорости на потока се създават условия за поддържане на свободния поток на течност през прелива. Площта на напречното сечение на преливника е променлива стойност и е функция от произведението на налягането и ширината на свободната водна повърхност на преливника. Това обстоятелство дава възможност да се използва триъгълна преграда за измерване на потоци с дебит, който варира в широк диапазон.

Формула на потока за триъгълен преливник с прав ъгъл в горната част

Дебитът в зависимост от налягането за преградите от този профил е даден в табл. 10.3.

Монтаж на преграда. Преградата може да бъде монтирана като бариера за потока в съществуващ канал или да се постави в специална кутия за преграда, която е къса част от канала (Фигура 10.52). Размерите на преливниците за различни видове и конструкции на преливници, предназначени за измерване на дебита с различни размери, са дадени в табл. 10.4. Ако размерите на преливниците се поддържат прецизно, те осигуряват висока точност на измерване, при условие че са правилни Поддръжка.

Поддръжка на преградите. Точността на измерванията, осигурени от прегради в лабораторни условия, се характеризира с грешка под 1%. На практика при условие правилна инсталацияи компетентна поддръжка на преградите, грешката при измерване не надвишава 5%. По време на работа седиментите се натрупват по стената на преградата от входната страна на потока, които оказват влияние върху естеството на изтичането на потока; тези отлагания трябва да се отстраняват периодично. Всички горепосочени формули за потока на прелива са изведени с предположението, че главата на прелива е равна на една трета от дълбочината на потока при подхода към прелива. Прекомерното измиване на коритото на канала зад преградата води до нарушаване на правилната инсталация на преградата. За да се предотврати това, се препоръчва използването на материали, които не са подложени на разрушителното действие на водата.

Предимства и недостатъци на преградите. Основните предимства на преградите включват: висока точност на измерване; простота на дизайна и минимална поддръжка; механичните примеси с малки размери могат свободно да преминават през преградата, без да засягат скоростта на потока; дълъг експлоатационен живот.

Преградите имат следните основни недостатъци: значителни загуби на налягане в системата; възможността за запушване с големи включвания, което се отразява на характеристиките на потребление и изисква почистване, което обикновено се извършва ръчно; намаляване на точността на измерване при промяна на формата на коритото на канала към преливника или при значително натрупване на алувиални седименти.

Измерване на дълбочината на потока. За да се определи скоростта на потока с помощта на прегради и канали, е необходимо да се определи дълбочината на потока. Измерва се на разстояние най-малко 4 часа от предната стена на преградата, т.е. преди началото на понижаването на нивото на повърхността. Обикновено дълбочината на куката се използва за измерване на дълбочината, тъй като това устройство е много точно. Куката на дълбочина (за предпочитане с тъп конус), свързана с подвижна везна, се изважда от водата, докато нейният край се появи на повърхността на водата. Движеща се скала, която се движи по индикатор за фиксирана дълбочина, показва дълбочината в точката на измерване. При по-големи дълбочини трябва да се използва модификация на това устройство, което се различава по това, че индикаторът на дълбочината от своя страна е оборудван с нониус, което позволява да се увеличи точността на измерванията.

Има няколко други разновидности на дълбочините, както с директно отчитане на показанията, така и работещи във връзка със записващи устройства. Комплектът за измерване включва сензор за ниво - конвенционален поплавък или устройство, което е чувствително към промени в налягането, скала за индикации или записващо устройство и часовников механизъм (за устройство от тип запис). Сензорите за ниво са описани подробно по-горе.

Тъй като течността е в непрекъснато движение в канали с прегради или канали, често е препоръчително да се използват специални камери, в които течността ще бъде в покой при измерване на дълбочина. Успокоителната камера е парче тръба или кутия, свързана чрез отвор към движещ се поток. Вътре в успокоителната камера водата се издига до ниво, съответстващо на дълбочината на потока. Малката повърхност, съдържаща се в успокоителната камера, е неподвижна, което позволява измерване на дълбочина с висока точност. Този метод на измерване дава добри резултати, ако повърхността вътре в камерата за успокояване е около 100 пъти по-голяма от площта на отвора, свързващ тази камера с движещия се поток (Israelsen and Hansen, 1962).

Операция на преградата. Ширината на канала и дълбочината на канала пред преградата или в кутията на преградата трябва да са достатъчни, така че скоростта на потока при приближаване до преградата да не надвишава 15 cm/s. Преливната кутия е монтирана по такъв начин, че централната й линия е успоредна на посоката на потока. Преливникът е монтиран строго вертикално с остър ръб към преливащия поток. Разстоянието между долния ръб на преградата и дъното на канала трябва да бъде в рамките на 2-3 часа, а за прегради с двустранно странично притискане разстоянието от страничния ръб на преградата до страничната стена на канала трябва да бъде най-малко 2А. За да се получат добри резултати, е необходимо дълбочината на водата над гребена на преградата да бъде най-малко 5 см. При прегради с правоъгълни и трапецовидни сечения стойността на h не трябва да надвишава една трета от дължината на прага. В зависимост от вида на падащата струя се използват различни методи за определяне на скоростта на потока. Водната струя зад преградата ще изглежда като свободна струя при всички условия на потока, освен ако преградата не е проектирана специално да произвежда наводнена струя. Скалата за измерване на дълбочина трябва да се регулира така, че нейната нулева отметка да съвпада с праговото ниво. Това може да се направи с помощта на дърводелско ниво или ниво. По време на експлоатацията на преградите е необходимо да се следи състоянието на коритото на канала след преградата и да се поддържа първоначалната му форма.

Тави за вода. Паршелови канали. Методът за измерване на дебита с канали Parshell се основава на измерване на количеството вода, протичащо през стеснения участък на канала, докато статичната глава се трансформира частично в динамична. Камерът Parshell намалява напречното сечение на потока в хоризонтална посока, като в същото време има участък с наклон в дъното на канала (фиг. 10.53). Статичният напор се измерва в неподвижни камери A и B. При условия на свободен теч (т.е. когато статичната глава в камера B е 60% или по-малко от статичната глава в камера A), добри резултати могат да бъдат получени чрез измерване на статичната глава в само камера А. В табл. Фигура 10.5 показва скоростите на потока за различни статични глави в камера А, като се приема свободен поток на течност в канала на Паршел. Ако налягането в долната камера B е 70% или повече, това ще изкриви измерването в горната камера. В същото време е възможно да се постигне достатъчно висока точност дори при стойности на наводняване до 90%, ако статичната глава се измерва и в двете камери L и B и се направи корекция на стойността, получена в камера A. Корекцията стойностите са публикувани в специални таблици (Israelsen and Hausen, 1962).

Водомерните канали могат да решат много проблеми, които възникват при използване на прегради. Увеличаването на скоростта на течността в отвора на тавата до голяма степен елиминира образуването на отлагания. Водните канали по-лесно преминават различни примеси, съдържащи се в потока. В случай на използване на водомерни канали, естеството на потока в горния поток има относително слаб ефект върху резултатите от измерването на потока или напора. Водопроводите имат предимство пред преградите, тъй като причиняват значително по-малка загуба на напор в системата. В същото време използването на водомерни канали изисква специални мерки за защита на земните канали от разрушаване. Освен това, в сравнение с водоемите, каналите са по-трудни и по-скъпи за производство.

Няколко фактора влияят на точността на измерване на канала, включително правилен избор и инсталиране, ниво на поддръжка и точност на измерване на статичната глава. Изборът на воден канал включва определяне на неговия размер в зависимост от конкретните условия на използване. При решаването на този проблем се дават максималният и минималният дебит и максимално допустимата статична загуба на напор, която е функция от хидравличния наклон на канала и височината на надводния борд (т.е. разстоянието от нивото на водата до горния ръб на стената на канала). Движението на потока трябва да отговаря на изискването за свободен поток на течността.

Пример 10.1. Избор на канал Parshell. Изберете канал със скорост на потока между 0,2 и 1,5 m 3 /s, при условие че максималната загуба на напор е 18 cm и моделът на потока отговаря на изискването за свободен поток на течността. Максимално допустимата дълбочина в канала е 60 см.

Решение. Тъй като максимално допустимата дълбочина на потока пред канала на улука е 60 см, статичната глава h a измерена в този участък на потока не може да надвишава 60 см. Съгласно табл. 10.5 може да се установи, че при напор от 60 cm или по-малко и скорост на потока от 1,5 m / s е необходим канал с ширина на устието най-малко 180 cm.

Желателно е да се поддържа режимът на свободно протичане на течността. За това е необходимо степента на наводняване на долната камера да не надвишава 60% от наводняването на горната камера; с други думи, загубата на напор трябва да бъде най-малко 40% от статичната глава ha, измерена нагоре. Поради хидравличния наклон на канала и изискванията към водната повърхност, максималната загуба на напор не трябва да надвишава 18 см.).

По-долу са дадени стойностите на ширината на устието на водния канал в зависимост от стойността на статичния напор в горния поток за максимален дебит (1,5 m 3 /s).

Загуба на глава в условия на свободен поток

По този начин, при загуба на напор от 18 cm или по-малко и дадена скорост на потока, ширината на отвора на канала ще бъде 240 cm.

Дълбочината на водата, измерена в горната камера за избрания водомерен канал, не трябва да надвишава 60 см. Следователно височината на прага ще бъде 60 см - загуба на напор при максимален поток = височина на прага;

60-16,8 \u003d 43,2 см от долната маркировка на дъното на тавата.

Желателно е да има надводен борд нагоре по течението на канала. Понякога за това височината на прага се намалява, но прагът не трябва да се понижава твърде много, тъй като това може да доведе до нарушаване на свободния поток на течността.

Индустрията произвежда водомерни тави на Parshell в стандартни размери. Обикновено са изработени от фибростъкло или други подобни материали. Въпреки това, понякога е необходимо да се направи канал Parshell на място. В табл. 10.6 и на фиг. 10.54 и 10.55 показват всички стандартни размери на канали Parshell. Те могат да бъдат изработени от бетон, тухла, дърво, метал или други материали. Особено внимание при конструкцията на тавите трябва да се обърне на съответствието с основните размери.

Грешката по време на работа на водомерните канали на Parshell не надвишава 5%. Вероятно може да се намали чрез по-внимателно калибриране или чрез увеличаване на точността на измерванията на главата. Въпреки това, дори 5% е приемлива граница на грешка за измервания, извършвани в предприятия за аквакултури.

Трапецовидни канали. Схематичната диаграма на този тип канал е показана на фиг. 10.56. Тавата е изкуствено стеснена част от канала с трапецовидно напречно сечение и плоско дъно. В резултат на стесняването на напречното сечение на потока, неговата скорост в този участък се увеличава. Загубата на напор в канала е право пропорционална на скоростта на течащото вещество, следователно загубата на напор може да служи като мярка за потока.

Показанията за този тип канали не зависят от състоянието на водната повърхност по пътя към нея. Това прави възможно измерването на дебита, който варира в широк диапазон със сравнително малка загуба на напор. За разлика от правоъгълните водомерни канали, трапецовидни водомерни канали не изискват висока производствена точност. В същото време точността на измерване на трапецовидни канали е малко по-ниска, което се обяснява с относително малък спад на налягането. Основното предимство на този тип канали е, че неговата форма на напречно сечение съвпада с основната форма на напречното сечение на повечето отворени канали.

Дебитът на трапецовиден канал се определя по формулата (Robinson and Chamberlain, 1960)

където Q - потребление; C - коефициент на потока, който отчита геометрията на структурата на тавата; A е площта на напречното сечение на тавата от страната на входа на потока; g е ускорението, дължащо се на гравитацията; h 1 - налягане пред водния канал; h 2 - налягане в отвора на тавата.

Коефициентът C зависи от вида на течащата течност, геометричната форма на канала, скоростта и дълбочината на потока. В тази връзка формула (10.33) има ограничено практическо приложение. Трапецовидни канали трябва да бъдат индивидуално калибрирани за специфични условия на приложение.

Библиография

ASME - Американското дружество на машинните инженери (1959). Инструменти и апарати. Част 5, Измерване на качеството на материалите. Глава 4, Измерване на потока. Допълнение към ASME Power Test Codes.
Бекуит, Т. Г. и Н. Луис Бък (1961). механични измервания. Addb син-Уесли, Рединг, Маса.
Кристиансен, Й. Е. (1935). Измерване на вода за напояване. Бюлетин на California Agr L културна експериментална станция 588.
Екман. Доналд П. (1950). Индустриална апаратура. Уайли, Ню Йорк.
Инженерно полево ръководство за консервационни практики (1969). НАС. Министерство на земеделието, Служба за опазване на почвата, Вашингтон, окръг Колумбия
Fluid Meters, Their Theory and Application, 5"th ed. (1959) Доклад на Изследователския комитет на Американското дружество на машинните инженери относно измерванията на течности. Американското дружество на машинните инженери, Ню Йорк.
Frevert. Ричард К., Глен О. Шваб, Талкот В. Едминстър и Кенет К. Барнс (1962). Инженерство за опазване на почвата и водата, 3-ти печат. Уайли, Ню Йорк.
Фрибанс, Остин Е. (1962). Основи на индустриалното уреди. Макгроу Хил, Ню Йорк.
Израелсен. Орсън В. и Вон Е. Хансен (1962). Принципи и практики за напояване. Уайли, Ню Йорк.
Кинг, Хорас В., Честър О. Уислър и Джеймс Г. Уудбърн (1948). хидравлика. Уайли, Ню Йорк.
Нортън, Хари Н. (1969). Наръчник за преобразуватели за електронни измервателни системи. Prentice Hall, Englewood Cliffs, N. J.
Паршал, Р. Л. (1950). Измерване на водата в напоителни канали с паршалов канал и малки прегради. НАС. Министерство на земеделието, циркуляр № 843, Вашингтон, окръг Колумбия
Робинсън, А. Р. (1959). Трапецовидни измервателни канали за определяне на разтоварвания в стръмни ефемерни потоци. Изследователска фондация на Държавния университет в Колорадо, секция за строителство. Форт Колинс.
Робинсън, А. Р. (1968). Трапецовидни канали за измерване на потока в напоителни канали. Публикация на службата за селскостопански изследвания ARS 41-140, Вашингтон, окръг Колумбия
Робинсън, А. Р. и А. Р. Чембърлейн (1960). Трапецовидни канали за измерване на потока в отворен канал. Транзакции на Американското дружество на селскостопанските инженери 3(2): 120-124.
Шьонборн, Е. М. и А. П. Колбърн (1939). Механизмът на потока и производителността на ротаметъра. Транзакции на Американския институт по химически инженери 35(3): 359.
Стрийтър, Виктор Л. (1962). механика на флуидите. Макгроу Хил, Ню Йорк.
НАС. Фермерски бюлетин на Министерството на земеделието 813.

Преди да пробиете кладенец в района, е необходимо да се извърши задълбочено проучване на почвата, за да се определят местата с най-малка дълбочина на водоносните хоризонти. При поръчка на професионална услуга изпълнителите поемат тази функция, като за това използват различни геоложки проучвателни средства. Не е толкова лесно да намерите водоносен хоризонт сами, но е напълно възможно, ако използвате устройство за търсене на вода под земята. Такова устройство значително опростява процеса и ви позволява да определите с достатъчна точност подходящо място за пробиване.

Пробиването рано или късно ще стигне до водоносния хоризонт във всяка област. Когато това се случи, след 10 или 100 метра, зависи от геоложкия разрез на почвата. Тъй като дълбочината на пробиване влияе върху неговата сложност и цена, е много важно да знаете разположението на подземните води на обекта, преди да започнете работа.

Верховодка обикновено вече е на няколко метра от повърхността на земята. Той обаче не е подходящ за пиене и повечето битови нужди, тъй като е наситен с отпадни води, които имат повишена степен на замърсяване.

Забележка. Устройство за търсене на вода на обект може да реагира на кацнала вода по същия начин, както и на други хоризонти. Ето защо, за да се определи правилното място за пробиване, е важно да се научите как да анализирате получените данни.

На дълбочина 10-40 m има междупластови водоносни хоризонти, които често са подходящи за пиене и готвене. В този случай пясъкът (глината) действа като водоустойчива скала, която забавя проникването на повърхностните води. Най-често собственикът на обекта се ръководи от пясъчния хоризонт, когато пробива кладенец самостоятелно.

Най-чист е артезианският извор, който се намира на 40 м дълбочина, което значително затруднява търсенето на вода. За такива цели се използват проучвателни сондажи или специализирани инструменти, които могат да открият вода на голямо разстояние от повърхността на земята.

Устройства за намиране на вода на обекта

Използването на специални устройства за търсене на подземни води позволява намирането на оптималното място за пробиване на кладенец за сравнително кратък период от време.

Анероиден барометър

Ако в близост до обекта има естествен резервоар, тогава дълбочината на източника може да се намери с помощта на анероиден барометър - безтечно устройство за измерване атмосферно налягане.

Известно е, че 0,1 mm Hg на барометър съответства на разлика във височината от 1 м. След като научите показанията на устройството на брега на резервоар, е необходимо да ги сравните с данните на предложеното място за сондиране.

Пример за изчисление. Показанието на барометъра при естествения водоизточник е 740 мм, а директно на обекта - 738,4 мм. Разликата между показанията е 1,6 мм, тоест дълбочината на кладенеца за този водоносен хоризонт ще бъде около 16 m.

Устройство "Pulse"

Под влияние на лунното привличане и гравитацията на Земята, водоносните хоризонти се насочват към повърхността, като по този начин създават междупластово налягане. При движението на такива води се образува изворна жила, която, преминавайки през скалите, се наелектризира и придобива геомагнитни пулсации.

Устройството за търсене на вода Pulse, което е лесно за сглобяване със собствените си ръце, ви позволява да улавяте електромагнитните вибрации на водоносен хоризонт. Положителният и отрицателният електрод се заземяват на дълбочина около 10 см и се свързват към волтметър. Колкото по-близо е мястото на пружинната вена, толкова по-високи са показанията на волтметъра.

Интересно. Над мощни проводници под налягане напрежението се увеличава няколко пъти в сравнение с първоначалните показания на устройството.

Схематична диаграма на устройството "Pulse"

Устройство "Хидроскоп"

Работата на "Хидроскоп" включва сондиране на водоносни хоризонти въз основа на ефекта на ядрения магнитен резонанс на водните протони в магнитното поле на Земята. За разлика от други технологични инструменти за търсене на подземни води, това устройство не използва индиректни данни, а директен сигнал от протони, което минимизира грешката в крайния резултат.

Основните компоненти на хидроскопа са:

антена под формата на кръг за предаване и приемане на сигнал;
генератор на импулсна мощност;
блок от кондензатори за възбуждане на ядрено-магнитен резонанс;
контролен блок за обработка на получените данни.

Устройството обикновено се монтира на превозно средство с високо нивопроходимост, например ГАЗ-66, и се използва за геоложки проучвания на района.

"Хидроскоп" - професионален уред за намиране на вода

Народни методи за определяне на водоносни хоризонти

Търсенето на вода с помощта на специализирани инструменти не е единственият метод за откриване на водоносни хоризонти на обекта. И въпреки че народните методи не винаги са с висока точност, поради липса на друга възможност, понякога те помагат да се определи подходящо място за пробиване.

Използването на силикагел

Силикагелът принадлежи към категорията вещества, способни да абсорбират и задържат влагата. Поставя се в глинен съд (саксия), който се заравя на дълбочина около 1 м. След едно денонощие съдът се изкопава и претегля. Колкото повече влага е абсорбирал силикагелът, толкова по-близо е водоносният хоризонт. За да разширите областта на търсене, можете да използвате няколко еднакви глинени саксии с еднакво количество силикагел.

наблюдение на растенията

Доброто познаване на ботаниката ще ви помогне да разберете къде се намира водата на обекта. На места в близост до подземния източник расте влаголюбива растителност. Също така си струва да се съсредоточите върху това как растат върби и брези. Обикновено короната на тези дървета се навежда към водата.

Радиестезация (биолокация)

Този метод е един от най-древните за изследване на района. Въпреки факта, че днес надеждността на радиестезията се поставя под съмнение от повечето експерти, методът продължава да бъде популярен при определяне на пружинни вени на обекта.

Мнозина наричат радиестезията окултен начин за търсене на подпочвени води.

Трябва да се отбележи, че такива методи дават само косвена представа за местоположението на водоносните хоризонти. Точни данни могат да бъдат получени само чрез проучвателно сондиране или сложни инструменти за намиране на вода, използвани от специалисти по сондажни кладенци.