Vattenmätare. Undersökning av akviferer på plats med hjälp av vattensökinstrument Flödesmätning i öppna kanaler

VATTENMÄTARE

en anordning för att mäta mängden vatten som tillförs eller förbrukas. Vattenrör används för: 1) volymetrisk, mätning av mängden strömmande vatten genom att växelvis fylla en viss volym och registrera antalet fyllningar (Fraget vattenmätare); dessa V. lämna den noggrannaste redogörelsen, men de äro besvärliga; 2) hög hastighet, byggd på principen att mängden vatten som strömmar i röret är proportionell mot hastigheten på dess rörelse; 3) Venturi vattenmätare och membran, vars funktion är baserad på det faktum att mängden vatten som strömmar är proportionell mot tryckskillnaden i de breda och smala delarna av enheten. I järnvägen. vattenförsörjning, de vanligaste är Voltmann-vattenmätare med hög hastighet installerade i pumpstationer och "vane"-mätare - på distributionsnätet, nära vattenuttagspunkter. W. Woltman består av en celluloid pinwheel 1, placeras i kroppen 2, transmissionsmekanism 3 och disk 4. V. införs i raka sektioner av vattenförsörjningen. När vatten rör sig genom rörledningen roterar spinnern och varje varv motsvarar en viss volym strömmande vatten. Vridskivans rotation överförs till räknemekanismen som visar mängden vatten som passerat genom vattenmätaren. Den "vingade" V. skiljer sig från V. Voltman genom att den i stället för en skivspelare har ett skovelhjul och vattnets rörelse är riktad vinkelrätt mot hjulets axel.

- en anordning för att mäta mängden vatten som tillförs eller förbrukas. För vattenledningar används V.: 1) volymetrisk, mätning av mängden strömmande vatten genom att växelvis fylla en viss volym och ...
Teknisk järnvägslexikon
- en projektil för att bestämma mängden vatten som förbrukas vid någon punkt i vattenförsörjningsnätet. Vattenmätarsystem, väldigt många, delas in i två kategorier beroende på metoden för att föra vatten till ...
Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Euphron
- ; pl. reservoar/ry‚ R....
Stavningsordbok för det ryska språket
- reservoar / r,...
- slussreservoar/r,...
sammanslagna. Isär. Genom ett bindestreck. Ordboksreferens
- VATTENMÄTARE, -a, make. 1. En apparat som visar vattennivån i vissa. enhet. 2...
Förklarande ordbok för Ozhegov
- VATTENMÄTARE, vattenmätare, make. ...
Ushakovs förklarande ordbok
Efremovas förklarande ordbok
- vattenmätare I m. En anordning för att mäta nivån eller flödet av vatten. Jag Jag är. En liten insekt av storleksordningen insekter med en tunn kropp och långa ben, som kan röra sig snabbt genom vattnet; vatten strider...
Efremovas förklarande ordbok
- ...
Stavningsordbok
- ...

Vatten i akvatiska uppfödningsanläggningar leds vanligtvis antingen genom slutna rörledningar eller öppna kanaler, och vattenvolymerna är ganska betydande. Kostnaden för vattenförsörjning beror direkt på volymen vätska som flyttas och den totala huvudhöjden på systemet som skapas av pumparna. För att undvika onödiga vattenrörelser är det nödvändigt att veta exakt hur mycket vatten som går genom rörledningar och hur mycket vatten som ska gå. De olika metoderna för att bestämma vattenflödet beskrivs nedan.

Olika flödesmätinstrument kan klassificeras enligt olika kriterier. I den här boken antas följande klassificering av enheter för direkt mätning: variabelt tryckflödesmätare; konstanta differenstryckflödesmätare; olika flödesmätare; räknare för flödesmätning i öppna kanaler.

Apparater för direktflödesmätning

Den enklaste anordningen för direkt mätning av vätskeflödet är ett mätkärl komplett med stoppur. Innan mättanken fylls måste flödet i röret eller i den öppna kanalen stabiliseras, vilket tar några sekunder efter att ventilen öppnats. Använd ett stoppur och ställ in den tid som krävs för att fylla mättanken. Baserat på erhållna data bestäms fluidflödeshastigheten. För all sin enkelhet ger den beskrivna metoden ganska acceptabel mätnoggrannhet. Mängden fel vid mätning av volymen av inkommande vätska kommer dock att bero på volymen av mättanken och den relativa flödeshastigheten. Så om en 10-liters tank är fylld med vatten som strömmar med en hastighet av 200 l / min, fylls den mycket snabbt, så mätningen av flödet under mycket korta tidsperioder är förknippad med fel som görs när du slår på stoppuret och av. Samtidigt, om vätskeflödet är litet jämfört med volymen på mätbehållaren, blir påfyllningstiden längre. Då blir bråkdelen av förlusten av tid för att slå på och av stoppuret liten jämfört med tiden för att fylla mätbehållaren. I detta fall reduceras mätfelet.

Volymräknare. För direkta mätningar av volym används volymmätare. Enligt mätprincipen kan de delas in i två grupper: i den första gruppens mätare mäts den inkommande vätskan i separata doser lika i vikt; i räknare i den andra gruppen - i separata doser, lika i volym. Antalet doser som förskjutits av räknaren under en viss tidsperiod summeras. Baserat på erhållna data bestäms flödeshastigheten. Så mängden vätska som passerar genom räknaren, som fungerar enligt den volymetriska principen, beräknas med formeln

där Q är mängden vätska som passerar genom räknaren på en minut; V är volymen av räknarens mätkammare; n är antalet doser som förskjuts av räknaren per minut.

Om mätaren fungerar enligt viktprincipen bestäms massflödet av formeln

där W är vikten av vätskan som passerar genom räknaren på en minut; y är vätskans specifika vikt; Q och n är samma som i föregående formel.

En volymräknare med lutande kammare, som arbetar enligt principen att räkna viktdoser (fig. 10.20), består av två kammare placerade ovanför varandra, med vatteninloppet anordnat ovanför den övre kammaren. Vätskan kommer in i disken, fyller den övre kammaren och börjar rinna över i den nedre. Fyllningen av den nedre kammaren fortsätter tills tyngdpunkten förskjuts så mycket att kammaren tappar balansen och välter. Samtidigt dräneras det ackumulerade vattnet. Efter fullständig tömning tar disken sin ursprungliga position. Under tippningen fylls den övre kammaren med vatten och matar den till den nedre när den senare tar sin ursprungliga position.

Kolvräknaren (Fig. 10.21) avser volymmätare med tvångsförskjutning av vätska och fungerar enligt följande. Vatten kommer in genom inloppet i kammaren som är placerad till höger om kolven. Kolven börjar röra sig till vänster och förskjuter vätskan som har samlats i kammaren till vänster om kolven. När kolven inte når det extrema vänstra läget, flyttar kolven ventilen genom vilken vätskan strömmar in i kammaren till vänster om kolven, samtidigt stängs hålet som ansluter denna kammare till enhetens utlopp. Eftersom vattentrycket nu verkar på kolven på vänster sida, rör sig det åt höger, vilket tvingar ut vatten ur den högra kammaren genom utloppet. Innan kolven når sitt yttersta högerläge förskjuter spolventilen åt höger, vilket resulterar i att ett hål öppnas som ansluter inloppsröret till höger kammare. Under en arbetscykel förskjuter kolven en viss volym vätska från anordningen. Antalet kolvrörelser summeras av räknemekanismen, och mängden vätska som passerar genom anordningen bestäms genom att multiplicera antalet cykler med volymen av vätska som förskjuts i en cykel av kolven. Inom industrin används mätare inte med en, utan med flera fram- och återgående kolvar, vilket säkerställer smidigare drift. Noggrannheten i avläsningarna av enheten beror på mängden vätskeläckage mellan väggen i mätkammaren och arbetskroppen. Detta läckage har stor inverkan på mätaravläsningsfelet. Om det elimineras fungerar volymräknare med cylindriska kolvar med hög noggrannhet, felet kan vara så lågt som 0,2-0,3 % (Eckman, 1950) . Eftersom mätare av denna typ arbetar enligt principen om att mäta volym, har vätskans densitet och viskositet praktiskt taget ingen effekt på mätningarnas noggrannhet. Mätare med fram- och återgående kolvar används i olika vattenförsörjningssystem med en massflödeshastighet från 37 till 3785 l / min. Deras användning begränsas dock av särskilda krav på vätskan, som inte får vara frätande och inte för trögflytande (Eckman, 1950).

Räknare med skivkolv. För att mäta mängden vätska som strömmar genom systemet används ofta räknare med disk | | kolv (fig. 10.22). Den utbredda användningen av dessa mätare som vattenmätare beror på enkel design, kompakthet och relativt låg kostnad. I mitten av disken är en kula installerad i ett sfäriskt säte, på vilket en platt skiva är fixerad. Under diskens funktion svajar kulan tillsammans med skivan i ett sfäriskt säte runt ett gemensamt geometriskt centrum, men roterar inte. Under verkan av trycket från vätskan som kommer in i anordningen genom inloppet, sänks eller stiger skivan beroende på dess position i förhållande till inloppsröret. När vätskan strömmar genom motkammaren, skiftar skivplanet längs väggarna och kulan , tillsammans med skivan, roterar i sitt säte. Under påverkan av tryckskillnaden i inlopps- och utloppsmunstyckena strömmar vatten runt kulan med skivan och leds till utloppsmunstycket. Under bollens rörelse rör sig utsprånget på dess övre del längs konens yta, vars topp sammanfaller med bollens mitt. Eftersom inloppet och utloppet är åtskilda av en baffel (visas inte i figur 10.22), måste vattnet rinna genom inloppet och runt kulan, samtidigt som det blir kvar under skivan. Skivans axel aktiverar en räknemekanism som registrerar antalet rörelser av bollen med skivan. Detta nummer, multiplicerat med volymen av vätska som förskjutits i en cykel, låter dig bestämma volymen vätska som har passerat genom enheten. De beskrivna mätarna kan arbeta vid vilket tryck och vilken temperatur som helst på det uppmätta mediet. Avläsningarnas noggrannhet kan emellertid påverkas av vätskans densitet och viskositet, eftersom vätskeläckage genom luckor är möjligt i anordningar av denna design. Med flödeshastigheter från 55 till 1890 l/min, det relativa felet för oscillerande skivmätare! vanligtvis inte överstiger 1 %.

Roterande disk med raka blad. Ett schematiskt diagram av en roterande räknare med raka blad visas i fig. 10.23. Huvudelementet i enheten är en rotor monterad excentrisk i huset, utrustad med blad. När rotorn roterar förblir bladen under inverkan av fjädrarna alltid pressade mot husets inre yta. Flytande genom mätaren trycker vätskan på bladen och sätter rotorn i rotation, vilket i sin tur destillerar vätskan till utloppsröret. Antalet varv på rotorn är fast och bestämmer volymen vätska som passerar genom räknaren. Vätskans densitet och viskositet påverkar inte mätnoggrannheten hos roterande räknare, eftersom denna design kännetecknas av minimalt läckage av det uppmätta ämnet. Det relativa mätfelet för roterande räknare med "raka blad" överstiger inte 0,2-0,3%.

Flödesmätare med variabelt tryck

Bland de anordningar som används för att mäta flödeshastigheter används mätare i stor utsträckning, vars funktion är baserad på mätning av ett variabelt tryckfall. En sådan flödesmätare mäter differenstrycket som skapas i begränsningsanordningen installerad i rörledningen och omvandlar det till flödesvärden. Schemat för vätskeflöde genom den avsmalnande sektionen visas i fig. 10.24. Enligt Bernoulli-ekvationen (10.3), med en ökning av flödeshastigheten, minskar det statiska trycket hos vätskan i rörledningen, förutsatt att Z 1 \u003d Z 2 (avsnitt 1 och 2; se fig. 10.24).
där Z 1 och Z 2 - utjämningshöjder vid punkterna 1 och 2; P 1 och P 2 - statiskt tryck i sektioner) och 2; γ 1 och γ 2 - vätskans specifik vikt i sektionerna 1 och 2; v 1 och v 2 - flödeshastighet i sektionerna 1 och 2; g är accelerationen på grund av gravitationen.

Med hjälp av Bernoulli-ekvationen och jetkontinuitetsekvationen är det möjligt att fastställa ett matematiskt samband mellan flödeshastigheten för en inkompressibel vätska och tryckfallet:

Om man antar att rörledningen är horisontell och Z 1 = Z 2 , har denna ekvation följande form:
För en inkompressibel vätska kan vi anta γ 1 =γ 2 , a A 1 v 1 = A 2 v 2 .
Ersätter uttryck (10.6) i ekvation (10.5), efter transformation får vi
Att lösa ekvation (10.7) med avseende på v 2 får vi
Den gemensamma lösningen av jetkontinuitetsekvationerna och (10.8) ger följande uttryck:
För en viss räknare har värdena för A 1 och A 2 vissa värden; därför bestäms konstanten M för enkelhetens skull - modulen för avsmalningsanordningen:
Dessutom, för att få en arbetsflödesformel, introduceras ytterligare två koefficienter - flödeskoefficienten C för en given avsmalningsanordning och flödeskoefficienten K.
där Qd - det faktiska värdet av flödeshastigheten för vätskan som strömmar genom anordningen; Q id - teoretisk (förlustfri) flödeshastighet för vätska som passerar genom mätaren.

Flödeskoefficienten C tar hänsyn till förlusten av vätskeflöde i mätaren, och flödeskoefficienten K är produkten av C och M:

Om Venturi-munstycken används som strypning, tas vanligtvis värdena för C- och M-koefficienterna för beräkning. Vid beräkning av normala munstycken och munstycken används K-koefficienten (Eckman, 1950). Således har formeln för praktiska beräkningar av avsmalningsanordningar följande form:
Följande typer av avträngningsanordningar används i variabla differentialflödesmätare: Venturi-munstycken; normala munstycken; normala diafragma; böjda och ögleformade rörsektioner; pitotrör.

Venturi munstycken. På fig. 10.25 visar ett Herschel Venturi-munstycke. Ett standardventurimunstycke består av ett avsmalnande inlopp L 1 , en mittdel, den så kallade halsen, L 2 med ett minimalt tvärsnitt och ett mjukt vidgande utlopp L 3 . Profilen för munstyckets inlopps- och utloppsdelar väljs på ett sådant sätt att tryckförlusten är minimal. Eftersom vätskan strömmar med maximal hastighet genom munstyckshalsen kommer det statiska trycket i förträngningen att vara mindre än trycket före förträngningen. Valet av tryckvärden utförs i området för den största expansionen av munstyckets inloppsdel och i halsen. Det uppmätta differenstrycket omvandlas till flödeshastigheter med hjälp av ekvation (10.13).

Genom att känna till diametern på rörledningen i vilken Venturi-munstycket är installerat, och diametern på munstyckshalsen, kan värdet på konstanten M beräknas. Flödeskoefficienten C tas vanligtvis från tabeller eller en graf (fig. 10.26). medan flödeskoefficienten bestäms som en funktion av Reynolds-talet. Med tillräckligt stora Reynolds-tal, med start från värdet 2,5·10 5 , blir flödeshastigheten! permanent. C-värdena ligger på den heldragna linjen. De prickade kurvorna begränsar området för C-värden. Flödeskoefficienterna bestäms för munstycken installerade i rör med en diameter på 5,08 cm eller mer, och p-värden inom området 0,3-0,75 (β är förhållandet mellan områden av öppningarna i munstycket på Venturi-munstycket och rörledningen). Tyvärr finns det mycket lite data för låga Reynolds-tal och för rör med en diameter på mindre än 5,08 cm. Detta är dock inte ett hinder för den utbredda användningen av flödesmätare med Venturi-munstycke och andra flödesmätare med variabelt tryck, eftersom teoretisk metod används extremt sällan inom flödesmätningsteknik. . Vanligtvis mäts i praktiken trycket med en manometer och flödeshastigheten som motsvarar varje tryckskillnad bestäms antingen genom en direkt volymmätningsmetod eller med en annan förkalibrerad mätanordning. Således erhålls punkter för att plotta tryckfallet mot flödeshastigheten. Vid mätning av flödet räcker det att bestämma tryckfallet och hitta motsvarande flödeshastighet från grafen.

Normala munstycken. På fig. 10.27 schematiska diagram av två normala munstycken presenteras. Normala munstycken, som Venturi-munstycken, arbetar enligt principen att mäta ett variabelt differenstryck. Eftersom förhållandet mellan inlopps- och utloppsdiametrar är större för normala munstycken, orsakar de en större tryckförlust jämfört med Venturi-munstycken på grund av en signifikant ökning av turbulensen. Normala munstycken har dock fördelen jämfört med venturimunstycken genom att de kräver mindre utrymme och kan installeras mellan rörledningsflänsar.

Typiskt tas trycket från normala munstycken vid tre punkter. När trycket tappas med hjälp av separata hål i rörledningen (se fig. 10.28), separeras högtrycksuttagspunkten från munstycksinloppet på ett avstånd lika med en rörledningsdiameter, och lågtrycksuttagspunkten tas ovanför munstycksutloppet kl. ett avstånd på en rörledningsdiameter från inloppsmunstycksöppningen för munstycken med ett högt β-värde (β>0,25) eller en och en halv munstyckshalsdiametrar från munstycksinloppet för munstycken med ett lågt β-förhållande (β
I det normala munstycket som visas i fig. 10.29 borras tryckhål i munstyckets hals. Högt tryck tas vid en punkt skild från munstycksinloppet med ett avstånd lika med en rörledningsdiameter. Ett hål för lågtrycksprovtagning borras i munstycksmynningens vägg på ett avstånd av 0,15 av halsdiametern från munstycksutloppet. Denna trycktappningsmetod gör det möjligt att kontrollera det faktiska trycket inuti munstyckskammaren. Hål borrade i munstyckets mynning är användbara om munstycket står i kommunikation med atmosfären.

På fig. 10.30 visar två sätt att ta tryck från avträngningsanordningen vid gränsytan mellan munstycksflänsen och rörledningens inre yta. I diagrammet överst i fig. 10.30 visar en ringformad kammare som kommunicerar med rörledningens inre hålighet med en ringformad slits (bredd inte mer än 0,02D) eller flera hål jämnt fördelade längs rörledningens omkrets. Detta arrangemang av de ringformade kamrarna tillåter att impulsrören borras direkt genom rörledningsväggen. Det andra sättet (se längst ner i figur 10.30) är att borra hålen för impulsrören i vinkel mot tryckkranen. Mått; hål och lutningsvinkeln väljs så att diametern på inloppsdelen av hålet efter slutbehandling inte överstiger 0,02 av flänsens innerdiameter.

Metoden för tryckextraktion genom hål borrade i munstyckshalsen används relativt sällan, vilket förklaras av: komplexiteten i att lägga anslutningsrör mellan lågtryckskammaren och differentialtrycksmätaren. Dessutom ställer sådana mätningar höga krav på renheten hos tryckkranarnas yta, eftersom flödeshastigheten i dem når sitt maximala värde och minsta grovhet kan leda till betydande fel i tryckmätningarna. Metoden för tryckprovtagning med impulsrör installerade i vinkel kännetecknas av det största felet jämfört med de andra metoderna som övervägs. Dessutom, i detta fall, spelar hålets axiella längd en betydande roll. Det enklaste sättet är att installera impulsrör som passerar genom hålen i rörledningen. Det är denna valmetod: tryck används oftast i ingenjörspraktik.

För att bestämma flödeshastigheten, använd formeln (10.14).

Flödeskoefficienten C bestäms enligt grafen som visas i fig. 10.31. Grafen är konstruerad för rörledningar med en diameter på mer än 5,08 cm och ett normalt munstycke, vars profil av inloppsdelen bildas av cirkelbågar med stor radie. Vid laboratoriemätningar togs trycket med hjälp av impulsrör genom hål som borrats i rörledningens väggar. Koefficienten K beräknas enligt formeln (10.12).

Den teoretiska metoden för att bestämma flödeshastigheten med formeln (10.14) används mycket sällan. Kalibreringen av normala munstycken på testbänken görs i samma ordning som graderingen av Venturi-munstycken.

Normala diafragma. Ett normalt diafragma är en tunn platt skiva med ett koncentriskt hål. Diametern på rörledningen där membranet är installerat måste vara större än diametern på membranöppningen (fig. 10.32). Vätskeflödet som passerar genom rörledningen kommer in i diafragman, vilket minskar dess tvärsnitt. Eftersom flödeshastigheten i öppningen är större än i rörledningen, kommer det statiska trycket i den begränsade sektionen att vara lägre än trycket i rörledningen före öppningen. Detta differentialtryck kan omvandlas till hastighets- eller flödeshastighetsvärden.

Diafragman är koncentriska, excentriska och segmenterade. I koncentriska membran sammanfaller axlarna för öppningen av membranet och rörledningen. I excentriska öppningar är axeln en meter, liksom diametern på rörledningen - Segmentella och excentriska är ett segment av en cirkel som har ungefär samma diameter som rörledningens diameter. Segmentella och excentriska membran används endast under speciella omständigheter som kräver speciella förhållanden (till exempel fullständig dränering av rörledningen), därför betraktas dessa membran inte nedan.

Det finns fem olika sätt att ta tryck från vanliga diafragma.

1. Impulsrör leds genom flänsarna. I detta fall bör axeln för flänsutloppet på högtryckssidan vara på ett avstånd av 2,54 cm från membranets främre yta, och axeln för flänsutloppet på lågtryckssidan bör vara på ett avstånd av 2,54 cm från membranens motsatta yta (se den nedre delen Fig. 10.32).

2. Trycket tas vid punkter som är åtskilda från membranet med avstånd lika med en diameter och halva diametern på rörledningen. På högtryckssidan bör avståndet mellan impulsrörets axel och membranets främre yta vara lika med en rörledningsdiameter och på lågtryckssidan halva rörledningsdiametern från samma membranyta. Dessa avstånd förblir konstanta för alla värden (se toppen av figur 10.32).

3. Impulsröret förs till den avsmalnande flödessektionen på det kortaste avståndet från membranets baksida. Högt tryck tas i dottern; på avstånd från membranets främre yta på ett avstånd lika med 1/2-2 rörledningsdiametrar; vanligtvis tas detta avstånd lika med en diameter på rörledningen. För provtagning med lågt tryck sätts impulsröret in i den avsmalnande flödessektionen vid punkten för minsta tryck; arten av förändringen i det statiska trycket bakom membranet uttrycks av kurvorna som visas i fig. 10.33.

4. Impulsrör förs till konjugeringspunkterna för rörledningen med membranet. Trycket tas både före membranet och efter det, vid förbindelserna mellan rörledningens innervägg och membranskivan. Alternativ för att ansluta impulsrör med denna mätmetod visas i fig. 10.30. För alla typer av avsmalningsanordningar är dessa alternativ desamma.

5. Impulsrör installerade längs rörledningen. I detta fall mäts trycket vid de punkter på båda sidor av membranet där flödet är jämnt. I själva verket är det så här värdet av den icke återvinningsbara tryckförlusten i membranet bestäms. Tryck tas på ett avstånd av 272 rörledningsdiametrar före och 8 rörledningsdiametrar efter membranets främre yta. Denna metod för tryckprovtagning används relativt sällan, eftersom det uppmätta tryckfallet i detta fall speglar flödesförändringar i mindre utsträckning jämfört med de andra uppräknade metoderna. Därav det stora felet i avläsningarna vid mätningar.

Den beräknade flödesformeln för koncentriska öppningar är följande:

Värdena på koefficienter K För alla metoder för tryckval (exklusive metoden för val med individuella hål i rörledningen) och för rörledningsdiametrar från 3,81 till 40,64 cm erhölls experimentellt (standarder från American Society of Mechanical Engineers, 1959) . Beroendet av koefficienten K på Reynolds-talet och förhållandet mellan diametrar vid en nominell rörledningsdiameter på 5,08 cm visas i fig. 10.34.

Förhållandet mellan Q och P1-P2 för en öppning som arbetar under specifika förhållanden kan bestämmas på en testbänk med en annan direkt volymmätningsanordning, som beskrivs ovan för Venturi-munstycket. Graf erhållen under kalibrering; tryckfallets Р 1 -Р 2 beroende av flödet Q används för praktiska mätningar.

Jämförande analys av Venturi-munstycken, normala munstycken och munstycken. På fig. 10.35-10.37 visar kurvor för fördelningen av statiskt tryck konstruerade från experimentella data när normala munstycken, Venturi-munstycken och normala membran är installerade i rörledningen. Det största tryckfallet märks för membranet, minimum för Venturi-munstycket och genomsnittet för det normala munstycket. Ju större tryckfallet är, desto större energiförlust förknippas med virvelbildning och flödesfriktion mot rörledningens väggar. Således är icke återhämtningsbara tryckförluster i Venturi-munstycket mycket mindre än i munstycken och membran. På fig. 10.38 visar tryckförlustkurvor för normala munstycksanordningar, uttryckt som en procentandel av tryckfallsvärdet, som en funktion av β, förhållandet mellan diametrarna för munstyckets hals eller membranöppning och rörledningen. Som förväntat, för alla typer av avsmalningsanordningar, är tryckförlusten desto mindre, desto större β, eftersom när β ökar minskar flödets hastighet och turbulens. Ovanstående grafer visar också att tryckförlusten i Venturi-munstycket är mycket mindre än i munstycken eller membran, vilket är; största fördelen med Venturi-munstycket.

Venturi-munstycken kännetecknas av hög mätnoggrannhet och kräver inte frekvent kalibrering som konventionella munstycken eller membran, eftersom de är mer slitstarka, vilket är särskilt viktigt när man arbetar med vätskor som innehåller mekaniska föroreningar. Venturimunstycken kräver dock betydligt mer installationsutrymme och är dyrare. När det gäller kostnad, slitstyrka, arten av fördelningen av statiskt tryck och den erforderliga längden på den raka delen av rörledningen, upptar normala munstycken en mellanplats mellan Venturi-munstycken och membran. En viktig förutsättning för att få bra resultat är också noggrann installation av normala munstycken i rörledningar. Membran är relativt enkla att installera och kräver inte en lång rak sektion av rörledningen, men de slits snabbt ut och kräver frekvent kalibrering. På grund av låg mekanisk hållfasthet misslyckas de ofta vid plötsliga tryckförändringar. Samtidigt är membran billigare än alla förträngningsanordningar, vilket har lett till att de används i stor utsträckning.

Centrifugalflödesmätare. Kurvilinjära sektioner av rörledningen, i vilka verkan av centrifugalkrafter i vätskeflödet manifesteras, kan också användas för flödesmätning. Under inverkan av centrifugalkrafter pressas flödet mot den krökta sektionens yttre vägg, och därför kommer trycket på den krökta sektionens yttervägg att vara större än på den inre. Tryckskillnaden uppmätt vid två punkter i flödestvärsnittet kan omvandlas till hastighetsvärden. På fig. 10.39 och 10.40 visar schematiskt flödesmätare som arbetar enligt denna princip. En av dem är gjord på rörledningens armbåge, och den andra är ett ögleformat rör. Vinkelflödesmätaren har blivit mer utbredd eftersom den är enklare att tillverka, täpps aldrig igen och kan fungera under lång tid utan omkalibrering till den noggrannhet som krävs. Det senare förklaras av den ökade slitstyrkan hos vinkelflödesmätaren. Impulsrör för tryckprovtagning är placerade längs den gemensamma symmetriaxeln för de krökta sektionerna av armbågens yttre och inre väggar (se fig. 10.39).

Pitotrör. Pitotrör är också bland flödesmätare som arbetar enligt principen att mäta variabelt differenstryck. Som regel används de för gasflödesmätningar, men Pitotrör kan även användas för vätskeflödesmätningar. Pitotröret består av två kammare (Fig. 10.41) - inre och yttre. Den inre kammaren med sin öppna ände är vänd mot flödet av det uppmätta ämnet; en öppning är anordnad i den yttre kammaren, vars axel är vinkelrät mot riktningen för det rörliga flödet. Trycket i Pitotrörets inre kammare är summan av de statiska och dynamiska flödestrycken (full tryckhöjd); endast statiskt tryck mäts i den yttre kammaren. Tryckfallet som mäts över de två kamrarna drivs faktiskt dynamiskt av flödestrycket och är relaterat till flödeshastigheten.

Matematiskt är det totala trycket P t summan av det dynamiska trycket P d och det statiska trycket P S:

Dynamiskt tryck är ekvivalent med den kinetiska energin hos en ström i rörelse. Enligt mekanikens lagar kan den kinetiska energin för flödet FE uttryckas med följande ekvation:
där m är massan; v är flödeshastigheten.

Massa och vikt är relaterade enligt följande:

där W - vikt; g är accelerationen på grund av gravitationen.

Efter att ha utfört enkla transformationer får vi

Omskrivning av ekvation (10.19) för en volymenhet får vi
där γ är vätskans specifika vikt.

Flödets kinetiska energi är ekvivalent med det dynamiska trycket. Därför kan ekvation (10.16) skrivas på följande sätt:

Att lösa denna ekvation för v ger
Flödeshastigheten bestäms med hjälp av ekvation (10.22) och flödeskontinuitetsekvationen.

Pitotrör är vanligtvis gjorda av liten diameter för att minimera påverkan av inhomogeniteten hos mediet som mäts. Pitotrör mäter hastigheten vid vilken punkt som helst i flödestvärsnittet, och flödeshastigheten varierar över tvärsnittet, så den genomsnittliga flödeshastigheten bestäms, vilket vanligtvis är cirka 0,83 av den maximala hastigheten (Beckwith och Buck, 1961). Pitotröret installeras längs rörledningens axel och flödeshastigheten mäts i mitten av sektionen. Genom att multiplicera detta värde med 0,83 (korrektionsfaktor), erhålls den genomsnittliga flödeshastigheten, som ersätts i kontinuitetsekvationen. Lösningen av ekvationssystemet ger flödeshastigheten.

Pitotrör måste installeras mot det rörliga flödet så att de svarar på dynamiskt tryck. Vinkeln mellan det rörliga flödets axel och pitotrörets axel (avböjningsvinkeln) måste vara noll, annars uppstår betydande fel.

Flödesmätanordningar för variabelt differentialtryck har diskuterats ovan för inkompressibla vätskor, såsom söt- eller saltvatten. Alla kan också användas för att mäta komprimerbara medier, såsom luft, men i detta fall införs en korrektionsfaktor i arbetsflödesformeln som tar hänsyn till effekten av komprimerbarhet när luft passerar genom en avsmalningsanordning. Övervägande av komprimerbara vätskor var inte en del av författarens uppgift, så läsare som är intresserade av detta nummer kan hänvisa till arbetet som publicerats av American Society of Mechanical Engineers "Flowmeters. Teori och tillämpning” (1959).

Flödesmätare för konstant differentialtryck

Enligt ekvation (10.13) är tryckfallet uppmätt vid en strypning proportionell mot kvadraten på flödet genom öppningen i den strypanordningen. Denna metod är ganska bekväm, men kräver ett brett utbud av differentialtrycksmätare för att mäta tryck av olika storlek beroende på den uppmätta flödeshastigheten, vilka inte alltid kan ge tillräcklig noggrannhet, speciellt vid mätning av låga flödeshastigheter.

Roterande flödesmätare. Bland enheterna som arbetar enligt principen om att mäta flödet vid ett konstant differenstryck är en roterande flödesmätare. I detta fall är flödets tvärsnitt variabel, och tryckfallet förblir konstant vid alla flödeshastigheter. Enligt metoden för att överföra avläsningar, rotametern som visas i fig. 10.42 avser rotametrar med direkt avläsning på linjär skala. Enheten består av ett vertikalt, koniskt expanderande transparent rör och en "flotta" som rör sig fritt i den. Eftersom densiteten för "float"-materialet är större än densiteten för vätskan, är namnet "float" godtyckligt. Enhetens rör måste installeras strikt vertikalt. Flödet av det uppmätta ämnet kommer in genom en smal inloppssektion av röret och passerar från botten och upp. Två krafter verkar på flottören: dess gravitation och lyftet på grund av flödets verkan. Flottören stiger tills dessa krafter är balanserade. Från och med detta ögonblick hänger flottören på en viss höjd. En skala appliceras på ytan av röret, vilket gör det möjligt att bestämma den exakta positionen för flottören i förhållande till början av skalan. Eftersom flottörens höjd är ett mått på flöde kan vågen kalibreras direkt i liter per minut eller i andra flödesenheter, men metoden att gradera vågen i dimensionslösa enheter från 0 till 100 är mer vanligt förekommande, vilket är omvandlas till faktiska flödesvärden med hjälp av kalibreringskurvor.

Matematiskt kan flödeshastigheten för en vätska som passerar genom en rotameter uttryckas enligt följande (Schoenborn och Colburn, 1939):

där Q är volymflödet, cm/s; A - tvärsnittsarea, cm; C - flödeshastighet; V - volym, cm; g - tyngdacceleration, cm/s; ρ - densitet, g/cm3.

Index 1 avser vätskan, index 2 till flottören.

Värdet på flödeskoefficienten C bör bestämmas empiriskt för den specifika vätska eller gas som rotametern ska drivas med. Kalibrering av rotametrar kan göras på en testmätare med flödesmätning genom direkt mätning eller med hjälp av annan kalibrerad flödesmätare, enligt beskrivningen ovan för Venturi-munstycket. Byggd kalibreringskurvan är beroendet av höjden på flottörens position, observerad på rotameterns skala, på flödeshastigheterna inom de erforderliga mätgränserna. Vanligtvis för rotametrar uttrycks detta beroende av en rät linje. Bestäm sedan flottörens position på instrumentets skala och ställ in lämplig flödeshastighet med hjälp av kalibreringskurvorna.

En nödvändig förutsättning för att erhålla tillförlitliga mätningar är en strikt vertikal installation av rotametern. Rotametrar kan inte användas för att mäta flödet av vätskor med hög halt av mekaniska föroreningar, särskilt stora storlekar, samt för ogenomskinliga vätskor. Instrument för att mäta flödet av vätskor med hög temperatur och tryck är mycket dyra. Men rotametrar har många fördelar jämfört med andra flödesmätare. Dessa inkluderar: bekvämligheten med en linjär skala som täcker hela mätområdet för instrumentet, och ett konstant tryckfall över alla flödeshastigheter. Mätgränserna för enheten är lätta att ändra, för detta räcker det med att ta ett annat rör eller flyta. Speciellt rotametrar är lämpliga för att mäta flödet av frätande vätskor, såsom saltvatten, eftersom ytorna i kontakt med det uppmätta ämnet kan vara gjorda av vilket material som helst, såsom glas, plast, etc. Flottören görs antingen helt från -metall, eller täckt med ett plastskal ovanpå. Användningen av korrosionsbeständiga material ökar kostnaden för enheten. Under drift kan du övervaka flödet.

Nedsänkt kolvflödesmätare

Flödesmätare för konstant differenstryck inkluderar flödesmätare med en nedsänkt kolv. När enheten är i drift (fig. 10.43) kommer vätskan in under kolven och trycker upp den. I cylinderns väggar, inuti vilken kolven rör sig, finns genomgående slitsar, slitsar eller andra öppningar. Den totala arean av hålen som öppnas av kolven när den rör sig uppåt under påverkan av trycket som ökar i systemet beror på flödeshastigheten: ju större flödeshastighet, desto större är den totala arean av utloppshålen och ju högre kolven stiger. Med denna anordning ingår mekaniska eller elektriska anordningar för att registrera kolvens höjd. Flödesmätare med nedsänkt kolv kalibreras vanligtvis lokalt.

Specialflödesmätare

Wire hot-wire vindmätare. Enheten är en bit tråd gjord av ett elektriskt ledande material och ansluten till en elektrisk energikälla; När en elektrisk ström passerar genom den värms tråden upp. Det finns två modifieringar av denna enhet: hettråds-anemometrar med konstant ström och hettråd-anemometrar med konstant temperatur. I det första fallet är strömstyrkan ett konstant värde. När man mäter flödeshastigheten för det uppmätta ämnet ändras trådens temperatur och med den dess elektriska motstånd. Sålunda är trådens elektriska motstånd proportionell mot flödeshastigheten. I vindmätare med konstant temperatur hålls trådens temperatur konstant som ett resultat av att storleken på strömmen ändras, vilket i detta fall är ett variabelt värde och fungerar som ett kriterium för att ändra flödeshastigheten (flödeshastigheten).

Metoden för flödesmätning med hot-wire anemometrar är ganska bekväm och ger hög mätnoggrannhet. Emellertid är dess omfattning begränsad på grund av den uppvärmda trådens extrema bräcklighet. Trådlindade hettråds-anemometrar är i första hand konstruerade för att mäta flödet av gaser och används endast i undantagsfall för att mäta vätskeflödet.

Turbinmätare. Instrumentsatsen innehåller en impeller eller propeller och en räkneanordning som omvandlar pumphjulets rotationshastighet till impulser (Fig. 10.44). Turbinens rotationsfrekvens är proportionell mot hastigheten för det uppmätta flödet, eftersom bladen är monterade på sin kropp i en viss vinkel mot rotationsaxeln och turbinens rotationsaxel sammanfaller med flödesriktningen. Figur 10.45 visar ett industriprov med rörformade flödeslikriktare och elektromagnetiska anordningar som uppfattar turbinens rotation. Denna anordning är lämplig för mätning av flödeshastigheter i rörledningar med stor diameter, i öppna kanaler, floder, samt för att mäta strömhastigheten i hav och sjöar. Det finns många varianter av turbinmätare, från instrument av bägare som används av meteorologer för att bestämma vindhastighet, till exemplet som visas Figur 10.45 För mätningar av flöden i öppna kanaler, floder, sjöar och hav, en modifiering av detta prov. används, som är försedd med en platta som är stelt fäst vid flödesmätarens yttre yta parallellt med pumphjulets rotationsaxel. Syftet med denna enkla anordning är att hålla flödet meter i ett visst läge, när pumphjulets rotationsaxel är parallell med flödet. Under inverkan av flödet roterar plattan ständigt och försöker ta en position där dess motstånd mot flöde kommer att vara minst.

Turbinflödesmätare har funnit bred användning vid mätningar under icke-stationära förhållanden, eftersom de ger tillräcklig mätnoggrannhet, är mekaniskt hållbara, lätta att använda och inte kräver komplexa registreringsinstrument. En annan fördel med denna enhet är dess låga kostnad. Mätfelet för industriella enheter överstiger inte 0,5 % av den övre gränsen för mätningar.

Elektromagnetiska flödesmätare Principen för elektromagnetiska flödesmätare (fig. 10.46) är att det rörliga mediet, som måste ha minst en minsta elektrisk ledningsförmåga, betraktas som en ledare som rör sig i ett magnetfält. Rörledningen är installerad i ett magnetfält på ett sådant sätt att flödesriktningen är vinkelrät mot magnetfältets linjer. EMF som induceras i en vätska riktas vinkelrätt mot magnetfältslinjerna och vätskeflödet. EMF tas bort av två elektroder, som riktar den mottagna signalen till en enhet som mäter potentialskillnaden.

Enligt Faradays lag är värdet av den inducerade emk

där E är den inducerade emk, V; B - magnetfältsinduktion, V·s/cm2; L - ledarens längd, cm; v - ledarens hastighet, cm / s.

Eftersom själva mediet betraktas som en rörlig ledare, är EMF som induceras i vätskan proportionell mot flödeshastigheten.

Det finns två huvudmodifieringar av den elektromagnetiska flödesmätaren. I en av dem leds en vätska med låg elektrisk ledningsförmåga genom en rörledning gjord av glas, plast eller annat icke-ledande material. Elektroderna är inbyggda i rörledningens väggar och är i direkt kontakt med vätskan. Enheter av denna typ producerar en svag signal som kräver förstärkning. Det andra alternativet, till skillnad från det första, tillhandahåller placering av elektroder på rörledningens yttre vägg, som är gjord av ett elektriskt ledande material. I det här fallet måste vätskan också ha hög elektrisk ledningsförmåga (till exempel flytande metall) - ett villkor som är nödvändigt för driften av denna typ av flödesmätare. I detta system finns det ingen direkt kontakt mellan vätskan och elektroderna. Användningen av enheten kräver inte omutrustning av den befintliga rörledningen och orsakar inga tekniska svårigheter under installationen. Typiskt är utsignalen från en sådan flödesmätare den större; desto högre elektrisk ledningsförmåga hos den uppmätta vätskan, och kan överföras direkt till inspelningsenheten utan förförstärkning.

Den största nackdelen med elektromagnetiska flödesmätare av alla typer är deras höga kostnad. Denna nackdel kompenseras dock av enhetens tillförlitlighet, där det inte finns några rörliga delar. Noggrannheten i mätningarna som tillhandahålls av flödesmätare av denna typ är ganska hög.

Ultraljudsflödesmätare. Dessa mätare använder 100 Hz ultraljudsvibrationer (Beckwith and Buck, 1961). Piezoelektriska eller magnetostriktiva element är monterade på rörledningen med flera centimeters intervall, och tjänar den ena som en ultraljudssändare, den andra som en mottagare. Ultraljudsvågor färdas genom en vätska med olika hastigheter beroende på om riktningarna för ljudutbredning och vätskeflöde sammanfaller eller är motsatta. Fasskillnaden för oscillationerna som kommer från mottagarna som registreras av sensorn är proportionell mot vätskehastigheten. Kretsens känslighet kan ökas genom att automatiskt ersätta funktionerna hos ett par piezoelektriska element med motsatta. Den snabba periodiska förändringen av funktionerna hos ett par sändare och mottagare (upp till 10 gånger per sekund) ger möjlighet att mäta fasförskjutningen av ultraljudsvibrationer riktade samtidigt uppströms och nedströms. Utgångspulsen för frekvensskillnaden för ultraljudsvibrationer är fördubblats jämfört med huvudkretsen för samma flödeshastighet.

Flödesmätning i öppna kanaler

För att mäta flödet i öppna kanaler används dammar av olika typer och utförande, vattenmätrännor och turbinmätare. Principen för drift och design av turbinmätare har beskrivits ovan. I praktiken, vid mätning av vätskeflöde, tas hastighetsvärden på olika punkter i flödestvärsnittet, både horisontellt och vertikalt, och ett hastighetsdiagram erhålls över flödestvärsnittet. Denna mätmetod ger den nödvändiga noggrannheten. Vanligtvis är hastigheterna vid olika punkter i sektionen inte lika med varandra, så den faktiska flödeshastigheten bestäms på ett av två sätt: antingen genom integration, eller så beräknas den genomsnittliga flödeshastigheten och det resulterande värdet multipliceras med krysset -sektionsarea av flödet.

dammar. En barriär placerad i vägen för flödet av vatten genom vilken översvämningen av vatten sker kallas spillway. Den kan ha en utskärning av olika former. På fig. 10.47 visar en av dammarna. Eftersom överdämningar uteslutande används i öppna kanaler kan de endast användas för att mäta vätskeflödet. De flesta överdämningar i ingenjörspraktik tjänar till att mäta flödet av vatten, och endast ett fåtal av dem, som regel, under laboratorieförhållanden, används för att mäta flödet av andra vätskor.

Typerna och designen av dammar är mycket olika. Dammar med en vass kant (dvs. dammar, längs omkretsen av utskärningen av vilka en metallplåt med en vass kant är fixerad) enligt formen på hålet i väggen är uppdelade i dammar av rektangulär, triangulär (V-formad) , runda och speciella sektioner. Särskilda spillways inkluderar trapetsformade och paraboliska sektioner. Dessa profiler säkerställer att flödet är konstant eller att flödet är direkt proportionellt mot tryckhöjden.

På fig. 10.48 visar överloppets huvudmått. Fördämningströskeln (eller krönet) är undersidan av fördämningssnittet. Tröskellängden L mäts som avståndet mellan spårets sidoväggar (se bild 10.48). För en rektangulär sektion är längden på tröskeln lika med bredden på fördämningssnittet. I ett bräddavlopp med triangulärt tvärsnitt närmar sig tröskellängden noll. Dammhuvudet h är avståndet från dammens krön till den högsta nivån av den fria vattenytan, mätt ovanför dammen (se fig. 10.48), eftersom den fria ytan börjar avta redan före dammen.

Flödet av vatten som passerar genom dammen kallas en platt ström bakom dammen. Med tillräckligt flöde och ett fall mellan krönet av brädden och horisonten i nedströms kommunicerar utrymmet under strålen med atmosfären. En sådan jet kallas fritt eller oförsvämmat. Värdet på huvudet för en fri stråle bestäms av ett antal faktorer, inklusive skärpan på kanten av dammen, tjockleken på krönet etc. Det har fastställts att detta värde bör ligga i intervallet från 1 till 3 cm (ASME, 1959). Om avståndet mellan tröskelkrönet och horisonten nedströms dammen inte är tillräckligt, isoleras utrymmet under strålen från atmosfären och strålen fastnar i överdämningsväggen. En sådan jet kallas fast eller översvämmad.

Om dammens längd är mindre än bredden på kanalen Lk (se fig. 10.48) kallas en sådan fördämning en fördämning med sidokompression, och flödet som passerar genom detta fördämning kallas för en sammanpressad ström. I ett komprimerat flöde mäts rörelseriktningen för vätskepartiklar från de extrema strömlinjerna som strömmar till fördämningsutskärningen från kanalens sidoväggar. I detta avseende, när vätskan strömmar genom dammen, inträffar en lateral deformation av den platta strålen omedelbart bakom dammen, eller "flödeskompression". Eftersom flödeskompressionen återspeglas i flödeshastigheten, beaktas den i beräkningarna genom lämplig korrigering. Det är möjligt att säkerställa att de strömmande kantströmlinjerna inte skapar kompression av flödestvärsnittet. Detta är möjligt förutsatt att skillnaden mellan kanalbredden Lc och tröskellängden Lw är minst 4 gånger den maximala förväntade höjden. Matematiskt kan detta tillstånd uttryckas med följande formel:

Formeln för den teoretiska flödeshastigheten för en rektangulär fördämning kan erhållas genom att hitta det elementära vätskeflödet genom ett elementärt fördämningsområde och summera det över flödets tvärsnittsarea:
där Qt är det teoretiska värdet av flödeshastigheten, m/s; L w - tröskellängd, m; g - gravitationsacceleration (9,8 m / s 2); h - huvud på brädden, m.

Deformationen av flödets tvärsnitt i vertikalplanet och några andra faktorer beaktas av den dimensionslösa koefficienten C, som införs i formeln för att bestämma det teoretiska värdet av flödeshastigheten och är förhållandet

där Qd och Qt är de faktiska och teoretiska värdena för flödeshastigheten.

Arbetsflödesformeln för ett rektangulärt spill har alltså formen

Eftersom den faktiska flödeshastigheten alltid är mindre än den teoretiska flödeshastigheten, är flödesfaktorn C alltid mindre än 1, vanligtvis mindre än 0,7 (ASME, 1959). Värdena på utsläppskoefficienterna för dammar med rektangulärt tvärsnitt med öppna kanter visas i fig. 10.49. Dessa koefficienter kan tas för beräkning med hänsyn till mätfelet inom ±3%.

Denna mätmetod för en rektangulär överdämning har två begränsningar. För det första, vid för höga flödeshastigheter, börjar ökningen i flödeshastigheten att avsevärt reflekteras i tryckhöjdsvärdet, därför måste tryckhöjdsvärdet uppmätt på brädden korrigeras för det dynamiska tryckhöjden v 2 / 2g (v är flödeshastigheten i kanalen), som läggs till vattentrycket. För det andra bör den rektangulära tröskeln vara minst 15 cm lång (ASME, 1959). Vid mindre värden på tröskellängden observeras blandning av de inkommande laterala strömlinjerna med varandra. Vid för låga flödeshastigheter, vilket gör det svårt att fritt rinna över vätskan i rektangulära dammar med en tröskellängd på 15 cm, är det att föredra att använda triangulära dammar som i sådana fall ger bättre resultat.

Flödesformeln som används för praktiska beräkningar erhålls från ekvation (10.27) med hänsyn till koefficienten C, som inkluderar konstanterna (2/3 och √ 2g):

I SI-systemet av enheter tar ekvationen (10.28) formen
där Q är flödeshastigheten, m 3 / s; L w - tröskellängd, m; h - huvud, m.

Ekvation (10.29) är den grundläggande flödesformeln för en rektangulär dam, erhållen utan att ta hänsyn till den laterala kompressionen av jetsektionen (dvs. förutsatt att längden på tröskeln är lika med kanalens bredd). I teknisk praxis, för att korrigera denna faktor, antas det att den effektiva längden på fördämningströskeln är mindre än den faktiska längden med 0,1 timme på varje sida. Sålunda, för ett utlopp med bilateral lateral kompression, är den effektiva längden av tröskeln Lw 0,2h mindre än den faktiska längden. Det sista villkoret läggs in i flödesformeln (10.29), som nu i sin slutliga form kommer att se ut så här:

I tabell. 10.1 visar flödesvärdena beroende på höjden för dammar med rektangulärt tvärsnitt med olika effektiva tröskellängder.

Trapetsformade överfall. Den trapetsformade tvärsnittsform som föreslagits av Cipoletti med en sidolutning på 1:4 ger fördämningar med bilateral lateral kompression ett direkt proportionellt förhållande mellan längden på tröskeln och flödet (Fig. 10.50). Bildförhållandet är valt på ett sådant sätt att en lätt expansion av överdämningssnittet när höjden på dess fyllning ökar kompenserar för flödesförlusterna på grund av lateral kompression av strålen. Således kan korrigeringen för lateral jetkompression uteslutas från flödesformeln. Detta är den största fördelen med den trapetsformade dammen Chipoletti, vilket gör den flitigt använd. Flödeshastigheten för Cipoletti-dammen beräknas med följande formel:
I tabell. 10.2 visar flödeshastigheterna beroende på trycket och längden på tröskeln för Cipoletti-dammen.

Fördämning med triangulärt tvärsnitt med rät vinkel upptill. När vattennivån i kanalen är låg, rekommenderas det att använda överdämningar med triangulärt tvärsnitt, eftersom i detta fall överfall med rektangulära eller trapetsformade tvärsnitt inte ger den nödvändiga mätnoggrannheten. Dessutom är överdämningar med triangulärt tvärsnitt (Fig. 10.51) lämpliga för att mäta flöden med varierande flödeshastigheter, eftersom längden på deras tröskelvärde praktiskt taget närmar sig noll och vid låga flödeshastigheter skapas förhållanden för att upprätthålla det fria flödet av vätska genom fördämningen. Överloppets tvärsnittsarea är ett variabelt värde och är en funktion av produkten av trycket och bredden på den fria vattenytan på brädden. Denna omständighet gör det möjligt att använda en triangulär fördämning för att mäta flöden med en flödeshastighet som varierar över ett brett område.

Flödesformel för en triangulär dam med rät vinkel upptill

Flödeshastigheten beroende på trycket för överdämningar av denna profil anges i tabell. 10.3.

Installation av dammar. En dammsugare kan installeras som en flödesbarriär i en befintlig kanal eller placeras i en speciell dammsugare som är en kort del av kanalen (Figur 10.52). Dimensionerna för spillways för olika typer och design av spillways designade för att mäta flödeshastigheter av olika storlekar anges i tabell. 10.4. Om dimensionerna på överdämningsboxarna bibehålls exakt ger de hög mätnoggrannhet, förutsatt att de underhålls på rätt sätt.

Underhåll av dammar. Noggrannheten av mätningar som tillhandahålls av överdämningar i laboratorieförhållanden kännetecknas av ett fel på mindre än 1 %. I praktiken, med förbehåll för korrekt installation och kompetent underhåll av överdämningar, överstiger inte mätfelet 5 %. Under drift ansamlas sediment på dammväggen från strömmens inloppssida, vilket påverkar arten av strömmens utflöde; dessa avlagringar måste avlägsnas med jämna mellanrum. Alla ovanstående formler för dammens flöde härleds med antagandet att dammens huvud är lika med en tredjedel av flödesdjupet vid inflygningen till dammen. Överdriven tvättning av kanalbädden bakom dammen leder till en kränkning av korrekt installation av dammen. För att förhindra detta rekommenderas det att använda material som inte utsätts för den destruktiva verkan av vatten.

Fördelar och nackdelar med dammar. De främsta fördelarna med dammar inkluderar: hög mätnoggrannhet; enkel design och minimalt underhåll; mekaniska föroreningar av små storlekar kan fritt passera genom dammen utan att påverka flödeshastigheten; lång livslängd.

Dammar har följande huvudsakliga nackdelar: betydande tryckförluster i systemet; möjligheten att täppa igen med stora inneslutningar, vilket påverkar förbrukningsegenskaperna och kräver rengöring, vilket vanligtvis görs manuellt; minskad mätnoggrannhet när formen på kanalbädden ändras till utloppet eller med en betydande ansamling av alluviala sediment.

Flödesdjupmätning. För att bestämma flödeshastigheten med hjälp av dammar och rännor är det nödvändigt att bestämma flödets djup. Den mäts på ett avstånd av minst 4 timmar från dammens främre vägg, dvs innan sänkningen av ytan påbörjas. Vanligtvis används en krokdjupmätare för att mäta djupet, eftersom denna enhet är mycket exakt. Kroken på en djupmätare (helst med en trubbig kon) kopplad till en rörlig våg lyfts upp ur vattnet tills dess ände syns på vattenytan. En rörlig skala som rör sig längs en fast djupindikator visar djupet vid mätpunkten. På större djup bör en modifiering av denna enhet användas, som skiljer sig genom att djupindikatorn i sin tur är utrustad med en vernier, vilket gör det möjligt att öka noggrannheten i mätningarna.

Det finns flera andra varianter av djupmätare, både med direkt avläsning av indikationer och som fungerar tillsammans med inspelningsenheter. Mätsatsen innehåller en nivåsensor - en konventionell flottör eller en enhet som är känslig för tryckförändringar, en skala av indikationer eller en inspelare och en klockmekanism (för en enhet av inspelningstyp). Nivåsensorer har beskrivits i detalj ovan.

Eftersom vätskan är i kontinuerlig rörelse i kanaler med damm eller ränna, är det ofta lämpligt att använda speciella kammare där vätskan kommer att vila vid djupmätning. Lugnkammaren är ett rörstycke eller en låda som är förbunden med en öppning till en ström i rörelse. Inne i den lugnande kammaren stiger vattnet till en nivå som motsvarar bäckens djup. Den lilla ytan som finns i den lugnande kammaren är orörlig, vilket möjliggör djupmätningar med hög noggrannhet. Denna mätmetod ger goda resultat om ytan inuti stillbildskammaren är ungefär 100 gånger arean av öppningen som förbinder denna kammare med den rörliga strömmen (Israelsen och Hansen, 1962).

Fördämningsoperation. Rännans bredd och rännans djup framför dammen eller i dammen bör vara tillräckliga så att flödeshastigheten vid inflygningen till dammen inte överstiger 15 cm/s. Spillboxen är installerad på ett sådant sätt att dess mittlinje är parallell med flödesriktningen. Avloppet installeras strikt vertikalt med en skarp kant mot den överflödande bäcken. Avståndet mellan överdämningssnittets nedre kant och kanalbotten bör vara inom 2-3h, och för överdämningar med dubbelsidig lateral kompression bör avståndet från överdämningssnittets sidokant till kanalens sidovägg vara minst 2A. För att erhålla bra resultat är det nödvändigt att vattendjupet ovanför dammkrönet är minst 5 cm I dammar med rektangulära och trapetsformade sektioner bör värdet på h inte överstiga en tredjedel av tröskellängden. Beroende på typen av fallande stråle används olika metoder för att bestämma flödet. Vattenstrålen bakom dammen kommer att visas som en fri stråle under alla flödesförhållanden, såvida inte dammen är speciellt utformad för att producera en översvämmad stråle. Djupmätarskalan måste justeras så att dess nollmarkering sammanfaller med tröskelnivån. Detta kan göras med hjälp av en snickarnivå eller nivå. Under driften av dammar är det nödvändigt att övervaka kanalbäddens tillstånd efter dammet och behålla sin ursprungliga form.

Vattenbrickor. Parshell flummar. Metoden för att mäta flödeshastigheten med Parshell-rännor är baserad på att mäta mängden vatten som strömmar genom den avsmalnande delen av kanalen, medan det statiska trycket delvis omvandlas till dynamiskt. Parshell-rännan minskar flödets tvärsnitt i horisontell riktning, samtidigt som det finns en sektion med en lutning i botten av rännan (Fig. 10.53). Statisk tryckhöjd mäts i stilla kammare A och B. Under friflytande förhållanden (dvs. när det statiska trycket i kammare B är 60 % eller mindre av det statiska trycket i kammare A) kan goda resultat erhållas genom att mäta det statiska trycket i Endast kammare A. I tabell. Figur 10.5 visar flödeshastigheterna för olika statiska huvuden i kammare A under tillstånd av fritt vätskeflöde i Parshell-kanalen. Om trycket i den nedre kammaren B är 70 % eller mer kommer detta att förvränga mätningen i den övre kammaren. Samtidigt kan tillräckligt hög noggrannhet uppnås även vid översvämningsvärden upp till 90 % om det statiska trycket mäts i både kammare L och B och en korrigering görs till värdet som erhålls i kammare A. Korrektionsvärdena publiceras i särskilda tabeller (Israelsen och Hausen, 1962).

Vattenmätarrännor kan lösa många problem som uppstår vid användning av dammar. Ökningen av vätskehastigheten i brickans mynning eliminerar till stor del bildningen av avlagringar. Vattenrännor passerar lättare olika föroreningar som finns i strömmen. Vid användning av vattenmätande rännor har karaktären av flödet i uppströms en relativt svag effekt på resultaten av mätning av flödet eller fallhöjden. Ränder har en fördel gentemot överdämningar genom att de orsakar betydligt mindre huvudförluster i systemet. Samtidigt kräver användningen av vattenmätrännor särskilda åtgärder för att skydda jordkanaler från förstörelse. Jämfört med dammar är dessutom rännor svårare och dyrare att tillverka.

Flera faktorer påverkar noggrannheten för rännas mätning, inklusive korrekt val och installation, underhållsnivå och noggrannhet för mätning av statisk huvud. Valet av en vattenränna innebär att man bestämmer dess storlek beroende på de specifika användningsförhållandena. När man löser detta problem anges de maximala och lägsta flödeshastigheterna och den maximalt tillåtna statiska tryckhöjdsförlusten, vilket är en funktion av kanalens hydrauliska lutning och fribordshöjden (dvs. avståndet från vattenytan till den övre kanten av kanalen). kanalväggen). Flödesrörelsen måste uppfylla kravet på fritt vätskeflöde.

Exempel 10.1. Val av Parshell flume. Välj en ränna för ett flöde mellan 0,2 och 1,5 m 3 /s, förutsatt att den maximala tryckhöjden är 18 cm och flödesmönstret uppfyller kravet på fritt vätskeflöde. Det högsta tillåtna djupet i kanalen är 60 cm.

Lösning. Eftersom maximalt tillåtet flödesdjup framför rännrännan är 60 cm, kan den statiska tryckhöjden h a uppmätt i denna sektion av flödet inte överstiga 60 cm, enligt tabell. 10,5 kan det konstateras att med en höjd på 60 cm eller mindre och en flödeshastighet på 1,5 m/s krävs en ränna med en munbredd på minst 180 cm.

Det är önskvärt att upprätthålla läget för fritt flöde av vätska. För detta är det nödvändigt att graden av översvämning av den nedre kammaren inte överstiger 60% av översvämningen av den övre kammaren; med andra ord måste tryckförlusten vara minst 40 % av den statiska tryckhöjden ha uppmätt uppströms. På grund av kanalens hydrauliska lutning och kraven på vattenytan bör den maximala fallhöjden inte överstiga 18 cm. ).

Nedan visas värdena på bredden på vattenrännans mynning beroende på värdet på det statiska trycket i uppströms för maximal flödeshastighet (1,5 m 3 /s).

Förlust av huvud under fritt flöde

Sålunda, för en fallhöjd på 18 cm eller mindre och en given flödeshastighet, kommer rännmynningens bredd att vara 240 cm.

Vattendjupet uppmätt i den övre kammaren för den valda vattenmätarrännan bör inte överstiga 60 cm.Därför blir tröskelhöjden 60 cm - huvudförlust vid maximalt flöde = tröskelhöjd;

60-16,8 \u003d 43,2 cm från bottenmärket på botten av brickan.

Det är önskvärt med fribord uppströms kanalen. Ibland, för detta, minskas höjden på tröskeln, men tröskeln bör inte sänkas för mycket, eftersom detta kan leda till en kränkning av vätskans fria flöde.

Industrin tillverkar vattenmätbrickor av Parshell i standardstorlekar. De är vanligtvis gjorda av glasfiber eller andra liknande material. Ibland behöver dock en Parshell-ränna göras på plats. I tabell. 10.6 och i fig. 10.54 och 10.55 visar alla standardstorlekar av Parshell-rännor. De kan vara gjorda av betong, tegel, trä, metall eller andra material. Särskild uppmärksamhet vid konstruktionen av brickor måste ägnas åt iakttagandet av huvuddimensionerna.

Felet under driften av Parshells vattenmätrännor överstiger inte 5 %. Förmodligen kan den sänkas genom noggrannare kalibrering eller genom att öka noggrannheten i huvudmätningarna. Men även 5 % är en acceptabel felmarginal för mätningar gjorda i vattenbruksanläggningar.

Trapetsformade rännor. Det schematiska diagrammet för denna typ av ränna visas i fig. 10,56. Brickan är en artificiellt avsmalnande del av kanalen med ett trapetsformat tvärsnitt och en platt botten. Som ett resultat av avsmalningen av flödets tvärsnitt ökar dess hastighet i denna sektion. Tryckförlusten i en ränna är direkt proportionell mot hastigheten hos det strömmande ämnet, därför kan tryckförlusten tjäna som ett mått på flödet.

Indikationer för denna typ av ränna beror inte på tillståndet av vattenytan på vägen dit. Detta gör det möjligt att mäta flödeshastigheter som fluktuerar över ett brett område med en relativt liten tryckhöjd. Till skillnad från rektangulära vattenmätarrännor kräver trapetsformade vattenmätarrännor ingen hög tillverkningsprecision. Samtidigt är mätnoggrannheten för trapetsformade räfflor något lägre, vilket förklaras av en relativt liten tryckskillnad. Den största fördelen med denna typ av ränna är att dess tvärsnittsform sammanfaller med huvudtvärsnittsformen för de flesta öppna kanaler.

Flödeshastigheten för en trapetsformad ränna bestäms av formeln (Robinson och Chamberlain, 1960)

där Q - konsumtion; C - flödeskoefficient, som tar hänsyn till brickstrukturens geometri; A är tvärsnittsarean av brickan från sidan av flödesinloppet; g är accelerationen på grund av gravitationen; h 1 - tryck framför vattenrännan; h 2 - tryck i brickans mynning.

Koefficienten C beror på typen av strömmande vätska, rännans geometriska form, flödets hastighet och djup. I detta avseende har formel (10.33) begränsad praktisk tillämpning. Trapetsformade rännor måste kalibreras individuellt för specifika användningsförhållanden.

Bibliografi

ASME - American Society of Mechanical Engineers (1959). Instrument och apparater. Del 5, Mätning av materialkvalitet. Kapitel 4, Flödesmätning. Tillägg till ASME Power Test Codes.
Beckwith, T.G. och N. Lewis Buck (1961). mekaniska mätningar. Addb son-Wesley, Reading, Mass.
Christiansen, J. E. (1935). Mätning av vatten för bevattning. California Agri L cultural Experiment Station Bulletin 588.
Eckman. Donald P. (1950). Industriell instrumentering. Wiley, New York.
Engineering Field Manual for Conservation Practices (1969). U.S. Department of Agriculture, Soil Conservation Service, Washington, D.C.
Fluid Meters, Their Theory and Application, 5:e upplagan (1959) Rapport från American Society of Mechanical Engineers Research Committee on Fluid Meters. American Society of Mechanical Engineers, New York.
Frevert. Richard K., Glenn O. Schwab, Talcott W. Edminster och Kenneth K. Barnes (1962). Jord- och vattenvårdsteknik, 3:e tryckningen. Wiley, New York.
Fribance, Austin E. (1962). Grundläggande om industriell instrumentering. McGraw Hill, New York.
Israelsen. Orson W. och Vaughn E. Hansen (1962). Bevattningsprinciper och -praxis. Wiley, New York.
King, Horace W., Chester O. Wisler och James G. Woodburn (1948). hydraulik. Wiley, New York.
Norton, Harry N. (1969). Handbok för givare för elektroniska mätsystem. Prentice Hall, Englewood Cliffs, N.J.
Parshall, R. L. (1950). Mätning av vatten i bevattningskanaler med Parshall-rännor och små dammar. U.S. Jordbruksdepartementet, cirkulär nr. 843, Washington, D.C.
Robinson, A.R. (1959). Trapetsformade mätrännor för bestämning av utsläpp i branta efemära strömmar. Colorado State University Research Foundation, Civil Engineering Sektion. Fort Collins.
Robinson, A.R. (1968). Trapetsformade kanaler för mätning av flöde i bevattningskanaler. Agricultural Research Service Publikation ARS 41-140, Washington, D.C.
Robinson, A. R. och A. R. Chamberlain (1960). Trapetsrännor för flödesmätning i öppen kanal. Transaktioner från American Society of Agricultural Engineers 3(2): 120-124.
Schoenborn, E.M. och A.P. Colburn (1939). Rotameterns flödesmekanism och prestanda. Transaktioner från American Institute of Chemical Engineers 35(3): 359.
Streeter, Victor L. (1962). vätskemekanik. McGraw Hill, New York.
U.S. Jordbruksdepartementet Farmers Bulletin 813.

Innan du borrar en brunn i området är det nödvändigt att göra en grundlig studie av marken för att bestämma platserna med det minsta djupet av akviferer. När de beställer en professionell tjänst tar utövarna denna funktion och använder olika metoder för geologisk utforskning för detta. Det är inte så lätt att hitta en akvifer på egen hand, men det är fullt möjligt om du använder en apparat för att söka efter vatten under jorden. En sådan anordning förenklar processen avsevärt och låter dig bestämma med tillräcklig noggrannhet en lämplig plats för borrning.

Borrning kommer förr eller senare att nå akvifären i vilket område som helst. När detta händer, efter 10 eller 100 meter, beror på den geologiska delen av marken. Eftersom borrdjupet påverkar dess komplexitet och kostnad, är det mycket viktigt att känna till grundvattnets layout på platsen innan arbetet påbörjas.

Verkhovodka är vanligtvis redan några meter från jordens yta. Den lämpar sig dock inte för att dricka och de flesta hushållsbehov, eftersom den är mättad med avloppsvatten, som har en ökad föroreningsgrad.

För din information. En anordning för att söka efter vatten på en plats kan reagera på uppflugen vatten på samma sätt som på andra horisonter. Därför, för att bestämma den korrekta borrplatsen, är det viktigt att lära sig hur man analyserar erhållna data.

På ett djup av 10-40 m finns interstratala akviferer, som ofta är lämpliga för att dricka och laga mat. I det här fallet fungerar sand (lera) som en vattenbeständig sten, vilket fördröjer inträngningen av ytvatten. Oftast styrs ägaren av webbplatsen av den sandiga horisonten när man borrar en brunn på egen hand.

Den renaste är den artesiska källan, som ligger på ett djup av 40 m, vilket i hög grad komplicerar sökandet efter vatten. För sådana ändamål används undersökningsborrning eller specialiserade instrument som kan upptäcka vatten på stort avstånd från jordytan.

Enheter för att hitta vatten på platsen

Användningen av speciella anordningar för att söka efter grundvatten gör det möjligt att hitta den optimala platsen för att borra en brunn på relativt kort tid.

Aneroid barometer

Om det finns en naturlig vattenkropp nära platsen, kan källans djup hittas med en aneroidbarometer - en vätskefri anordning för att mäta atmosfärstryck.

Det är känt att 0,1 mm Hg av en barometer motsvarar en höjdskillnad på 1 m. Efter att ha lärt sig avläsningarna av enheten på stranden av en reservoar är det nödvändigt att jämföra dem med data på den föreslagna borrplatsen.

Räkneexempel. Barometeravläsningen vid den naturliga vattenkällan är 740 mm, och direkt på platsen - 738,4 mm. Skillnaden mellan avläsningarna är 1,6 mm, det vill säga djupet på brunnen för denna akvifär kommer att vara cirka 16 m.

Enhet "Puls"

Under påverkan av månens attraktion och jordens gravitation tenderar akviferer till ytan och skapar därigenom ett interstratalt tryck. Under rörelsen av sådant vatten bildas en fjäderven, som passerar genom klipporna, blir elektrifierad och får geomagnetiska pulseringar.

Pulse-vattensökningsenheten, som är enkel att montera med dina egna händer, låter dig fånga de elektromagnetiska vibrationerna i en akvifer. De positiva och negativa elektroderna är jordade till ett djup av cirka 10 cm och anslutna till en voltmeter. Ju närmare fjädervenen är, desto högre avläsningar av voltmetern.

Intressant. Över kraftfulla tryckledare ökar spänningen flera gånger jämfört med enhetens initiala avläsningar.

Schematiskt diagram av enheten "Puls"

Enhet "Hydroskop"

Arbetet med "Hydroscope" involverar sonande akvifärer baserat på effekten av kärnmagnetisk resonans av vattenprotoner i jordens magnetfält. Till skillnad från andra tekniska sökverktyg för grundvatten använder den här enheten inte indirekt data, utan en direkt signal från protoner, vilket minimerar felet i slutresultatet.

Huvudkomponenterna i hydroskopet är:

antenn i form av en cirkel för att sända och ta emot en signal;
pulsgenerator;
block av kondensatorer för excitation av kärnmagnetisk resonans;
styrenhet för bearbetning av mottagna data.

Enheten installeras vanligtvis på ett fordon med hög trafiknivå, till exempel GAZ-66, och används för geologiska undersökningar av området.

"Hydroskop" - en professionell enhet för att hitta vatten

Folkmetoder för att bestämma akviferer

Att söka efter vatten med hjälp av specialiserade instrument är inte den enda metoden för att upptäcka akviferer på en plats. Och även om folkmetoder inte alltid är mycket exakta resultat, i brist på en annan möjlighet, hjälper de ibland till att bestämma en lämplig plats för borrning.

Användningen av silikagel

Kiselgel tillhör kategorin ämnen som kan absorbera och hålla kvar fukt. Den placeras i en lerbehållare (kruka), som grävs ner till ett djup av ca 1 m. Efter ett dygn grävs behållaren ur och vägs. Ju mer fukt kiselgelen har absorberat, desto närmare är akvifären. För att utöka sökområdet kan du använda flera identiska lerkrukor med lika mycket kiselgel.

växtobservation

En god kunskap om botanik hjälper dig att förstå var vattnet finns på platsen. Fuktälskande växtlighet växer på platser nära den underjordiska källan. Det är också värt att fokusera på hur sälg och björkar växer. Vanligtvis lutar kronan på dessa träd mot vattnet.

Dowsing (biolokalisering)

Denna metod är en av de äldsta för att studera området. Trots det faktum att tillförlitligheten av dowsing idag ifrågasätts av de flesta experter, fortsätter metoden att vara populär för att bestämma vårvener på platsen.

Många hänvisar till dowsing som ett ockult sätt att söka efter grundvatten.

Det bör noteras att sådana metoder endast ger en indirekt uppfattning om platsen för akviferer. Exakta data kan endast erhållas genom undersökningsborrning eller sofistikerade vattensökningsinstrument som används av brunnsborrningsspecialister.