Для различных технологических потребностей и иных нужд часто бывает необходимо определение расхода воды в трубе и его динамика в течение периода времени. Для многих циклических процессов важно постоянно контролировать расход воды и здесь не обойтись без современных измерений.
Точное определение расхода и количества жидкости необходимо при коммерческих разногласиях и судебных спорах, для правильного планирования реконструкции, подбора насосных агрегатов и диаметров труб, гидравлических расчётов и моделирования.
Измерение расхода жидкости является важным мероприятием при выявлении распределения потоков, проверки точности работы стационарных водомеров. Замер расхода воды и сточных вод позволяет определить степень использования (нагруженности) сетей водоснабжения и канализации.
Измерение расходов воды — от 20000 р.
Цены
В своей работе мы используем высокоточное ультразвуковое оборудование. Каждый расходомерный комплект имеет Сертификат соответствия (Свидетельство об утверждении типа средств измерений), проходит периодическую поверку (подтверждённую соответствующими документами). Перед закупкой все наши расходомеры отбирались по результатам сравнения разных марок оборудования, стабильности показаний даже в неблагоприятных условиях, в т.ч. на старых трубах. Это позволяет нам делать точные измерения на действующих сетях, определять распределение потоков, водопотребление отдельных потребителей, находить источники потерь воды, проводить сравнительные измерения с имеющимися стационарными приборами учёта для оценки корректности их показаний.
Для измерений расхода воды на напорных сетях водоснабжения и теплоснабжения (отопления) мы используем следующее оборудование:
В нашей компании имеется современное ультразвуковое оборудование известных производителей, которое позволяет точно определить расход воды. В зависимости от особенностей объекта наши специалисты выбирают оптимальный тип прибора. Для установки оборудования не требуется демонтаж части трубопровода.
Пример зоны обследования с целью обнаружения скрытых утечек.
Мы точно определим расход воды и предоставим заключение, если вам требуется доказать свою правоту по этому вопросу в суде.
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО СТАНДАРТАМ
ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ИНСТИТУТ
РАСХОДОМЕТРИИ (ВНИИР)
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ
ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ
РАСХОД ВОДЫ НА РЕКАХ И КАНАЛАХ.
МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ
МЕТОДОМ «СКОРОСТЬ - ПЛОЩАДЬ»
МИ 1759-87
Москва
ИЗДАТЕЛЬСТВО
СТАНДАРТОВ
1987
РАЗРАБОТАНЫ Государственным гидрологическим институтом Государственного комитета СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды
ИСПОЛНИТЕЛИ:
Карасев И.Ф., докт. техн. наук, профессор (руководитель темы), Савельева А.В., канд. техн. наук, Ременюк В.А., канд. техн. наук
ПОДГОТОВЛЕНЫ К УТВЕРЖДЕНИЮ Всесоюзным научно-исследовательским институтом метрологической службы
Ст. эксперт отдела Трейвас Л.Г.
УТВЕРЖДЕНЫ Всесоюзным научно-исследовательским институтом расходометрии на НТС института 11 июня 1986 г., протокол № 8
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ГСИ. Расход воды на реках и каналах.
Методика выполнения
измерений методом «скорость - площадь»
МИ 1759-87
Введены в действие
Настоящие методические указания устанавливают основные положения методики измерений расхода воды на реках и каналах методом «скорость - площадь» с использованием гидрометрических вертушек для измерения скоростей течения.
Применение методических указаний обеспечивает суммарную относительную погрешность измерений расхода воды S Q , не более:
6 % - при детальном способе;
10 % - при основном способе;
12 % - при ускоренно-сокращенном способе.
МУ не распространяются на измерения расхода воды с помощью поплавков и интеграции скоростей течения по ширине потока.
Определения и пояснения терминов, встречающихся в тексте, даны в приложении .
1.1. Сущность метода и принципы измерения
1.1.1. Метод «скорость - площадь» является разновидностью косвенных измерений расхода воды. При этом в результате наблюдений в фиксированном гидрометрическом створе определяются следующие элементы расхода:
глубины на промерных вертикалях и их удаление от постоянного начала по линии гидрометрического створа, для определения площади водного сечения (с точностью до трех значащих цифр, но не точнее 1 см);
продольные (нормальные к гидрометрическому створу) составляющие средних скоростей течения на вертикалях, на основе которых рассчитываются средние скорости в отсеках между ними (с точностью до трех значащих цифр, но не точнее 1 см/с).
1.1.2. Расход воды вычисляют по его элементам одним из следующих способов (с точностью до трех значащих цифр):
аналитическим, как сумму частных расходов воды, проходящих через отсеки водного сечения потока, ограниченные скоростными вертикалями;
графическим, как площадь эпюры распределения элементарных расходов воды по ширине потока.
1.1.3. При вычислении расхода воды должны определяться также основные гидравлические характеристики потока, используемые при оценке точности измерений и учете речного стока:
уровень воды над нулем поста Н ;
площадь водного сечения F ;
средняя и наибольшая скорости течения: v и v н (v = Q / F ); v н является наибольшей из скоростей, измеренных вертушкой;
ширина водного сечения В ;
глубины потока: средняя h ср и наибольшая h н (h ср = F / B ); h н является наибольшей из измеренных на промерных вертикалях.
1.2. Классификация способов измерения
1.2.1. В зависимости от методики определения средних скоростей на вертикали различают интеграционный и точечные способы.
1.2.2. Интеграционный способ основан на измерении средней скорости течения на вертикали вертушкой, равномерно перемещаемой по глубине.
1.2.3. Точечные способы, основанные на определении средней скорости течения на вертикали по результатам измерений в точках, подразделяются на:
основной способ - при измерении скорости течения на вертикали в двух (свободное русло) или трех точках (наличие водной растительности, ледостав);
детальный способ - при измерении скорости течения на вертикали в пяти (свободное) или шести точках (ледостав, водная растительность).
При малых глубинах (см. табл. ) допускается применение одноточечного способа.
1.2.4. Для основного способа измерений расхода воды в однорукавном русле назначается 8 - 10 скоростных вертикалей.
В случае применения детального способа количество скоростных вертикалей увеличивается в 1,5 - 2 раза. Детальный способ применяется при научно-методических работах по оценке точности и оптимизации процессов измерения расхода воды - для уточнения числа промерных и скоростных вертикалей, а также обоснования возможности перехода к основному способу в данном гидростворе.
Сокращенный способ измерений расхода допускает использование менее восьми скоростных вертикалей при двух-, трехточечном измерении скоростей на вертикалях (аналогично основному способу).
2.1. Гидрометрический створ (в дальнейшем - гидроствор) входит в состав гидрологического поста наряду с его устройствами для измерения уровней, температуры воды и других элементов водного режима реки (канала). К участку гидроствора относится часть реки, непосредственно примыкающая к гидроствору на удалении двух - трех ширин русла сверху и снизу по течению.
2.2. Условия измерений расхода воды считаются нормальными, если на участке гидроствора соблюдается прямолинейность русла:
отсутствуют резкие переломы, профиль водного сечения и эпюры распределения скоростей по ширине потока устойчивый;
обеспечен правильный одномодальный, выпуклый профиль распределения скоростей течения по глубине потока;
отсутствует выраженная пульсация скорости течения по значению и направлению, а также значительная систематическая косоструйность потока;
отсутствуют помехи при измерении скоростей течения, глубин, уровня воды и координирования скоростных и промерных вертикалей.
расположение гидроствора на плесовых участках реки;
отсутствие поймы с протоками и рукавами;
отсутствие естественных или искусственных преград;
отсутствие водной растительности в самом гидростворе, а также выше и ниже его на расстоянии до 30 м;
коэффициент вариации скорости (число Кармана Ka ) в среднем по сечению должен быть не более 15 %;
косоструйность течения на гидростворе (отклонение в плане направлений течения в отдельных точках от его среднего значения для сечения в целом) должно быть не более 20°;
мертвые пространства должны иметь четкие границы и составлять не более 10 % от площади водного сечения;
при ледоставе должен отсутствовать многоярусный ледяной покров и незамерзающие полыньи;
зашугованность русла не должна превышать 25 % площади водного сечения;
средняя скорость течения в живом сечении должна быть не менее 0,08 и не более 5 м/с;
при измерении расхода воды вблизи моста участок гидроствора должен быть расположен выше, но в случаях частых скоплений льда и заломов леса - ниже моста (на удалении не менее 3 - 5 ширин русла в обоих случаях).
2.4. Во всех случаях, где это возможно, для приведения участка в соответствие с требованиями п. должны производиться работы по упорядочению и канализованию русла.
2.5. Гидроствор должен быть расположен на однорукавном участке реки. При необходимости допускается назначать гидроствор» на участке разветвления русла на рукава и протоки.
3.1. Местоположение и направление гидроствора
Это требование считается удовлетворительно выполненным при соблюдении следующих условий:
для беспойменных участков рек - среднее значение отклонения направления течения от нормали к гидроствору (косина струй в плане) на скоростных вертикалях не должна превышать ± 10°;
для пойменных участков рек - средняя косина струй на скоростных вертикалях не должна превышать ± 20°. При расхождении средних направлений течения в основном русле и на пойме более 20° допускается разбивать гидроствор в виде ломаной линии, участки которой соответствуют условию перпендикулярности направлению течений.
3.1.2. В случаях, когда направление гидроствора удовлетворяет указанным требованиям только при определенном наполнении русла, для данных разных фаз водного режима должны оборудоваться гидростворы, удовлетворяющие условиям п. .
3.2. Оборудование гидроствора
3.2.1. Гидроствор должен быть закреплен на местности стальным канатом или гидрометрическим мостиком, или створными знаками. Створные знаки должны быть хорошо видимыми со стороны реки и обеспечивать предельное уклонение судна от линии створа g = 1° (угол g образован линией гидроствора и линией визирования, проходящей через створные знаки и гидрометрическое судно, причем вершина угла g совпадает с положением ближнего к реке створного знака).
3.2.2. В створе устанавливается береговой знак (столб, репер и т.п.), закрепляющий постоянное начало для отсчета расстояний до урезов берегов, промерных и скоростных вертикалей, границ мертвого пространства и водоворотных зон.
3.2.4. При координировании промерных вертикалей геодезическими методами участок дополнительно оборудуется стоянкой угломерного инструмента.
4.1. При каждом измерении расхода воды на гидрологическом посту должен быть измерен соответствующий ему уровень воды.
Правила выполнения измерений уровня воды должны соответствовать требованиям ГОСТ 25855-83 .
Время каждого измерения уровня фиксируется.
4.3. При наличии в гидростворе дополнительного уровенного поста (п. ) наблюдения за уровнем должны проводиться на обоих постах: основном и дополнительном.
5.1. Способы координирования вертикалей
5.1.1. Местоположение промерных и скоростных вертикалей в гидростворе определяется расстоянием от постоянного начала.
5.1.2. На гидростворах, оборудованных лодочной, паромной или люлечной переправой с постоянно подвешенным разметочным канатом либо гидрометрическим мостиком, необходимо закреплять положение вертикалей согласно п. .
5.1.3. При наличии прочного ледяного покрова местоположение вертикалей следует определять теодолитным ходом по льду или мерной лентой.
5.1.4. На судоходных реках или при ширине сечения более 300 м местоположение вертикалей должно определяться засечками теодолитом или кипрегелем с берега.
В отдельных случаях (например, в условиях заболоченных или широких пойм и др.) допускается применение косых или веерных створов для закрепления рабочих вертикалей.
5.2. Точность координирования промерных вертикалей в гидростворе
5.2.1. Относительная средняя квадратическая погрешность координирования вертикалей в гидростворе () должна удовлетворять требованию
(5.1)
где s к - абсолютная среднеквадратическая погрешность координирования, м;
B - ширина реки, м.
5.2.2. При назначении мест мензульных (теодолитных) стоянок необходимо, чтобы угол, образуемый направлением гидроствора и лучом визирования, a был не менее 30°.
5.2.3. Длина линий на плане l (см) при мензульной съемке должна удовлетворять условию
(5.2)
где L - длина линии на местности, м.
5.2.4. Абсолютная погрешность координирования s к , обусловленная уклонением судна от гидроствора ( D Х , м), определяется по зависимости
(5.3)
где D X ср - среднее уклонение судна от гидроствора, м (табл. );
a cp - среднее значение угла, образованного лучом визирования и направлением гидроствора.
Значение уклонения судна на каждой вертикали определяется расстоянием между створными знаками l c и удалением судна от ближайшего знака L c . Допускаемое расстояние между створными знаками определяется по зависимости D X ср от l с и L c в табл. .
Таблица 1
L с, км |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
h - глубина на вертикали, м; при D X д = h . (5.5) 6. ИЗМЕРЕНИЕ ГЛУБИН И ВЫЧИСЛЕНИЕ ПЛОЩАДЕЙ ОТСЕКОВ МЕЖДУ СКОРОСТНЫМИ ВЕРТИКАЛЯМИ6.1. Требования к точности измерения глубин 6.1.1. Измерения глубин должны производиться по линии гидрометрического створа с соблюдением требований п. . 6.1.2.. Средства измерения должны обеспечивать определение глубины в точке с инструментальной погрешностью не более 2 %. Это требование должно отвечать существующим и вновь разрабатываемым средствам измерения глубин. гидрометрическая штанга или наметка должны применяться во всех случаях, когда наибольшая глубина в створе не превышает длину инструмента и условия измерений позволяют устойчиво зафиксировать штангу на вертикали и снять отсчет глубины (если указанные требования не выполняются, необходимо использовать промерный канат с гидрометрическим грузом или эхолот); на каждой промерной вертикали судно должно устанавливаться на якорь или фиксироваться на канатной переправе; при работе в руслах с илистым дном должны применяться наметки и штанги, снабженные круглым поддоном диаметром 12 - 15 см, препятствующим их погружению в ил; при промерах штангой на реках со сплошным скальным дном следует применять штангу без конусообразного наконечника. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Масса груза, кг |
Таблица 3
6.1.6. На мелководных горных реках глубина должна определяться как разность расстояний до дна и поверхности воды, измеряемых штангой или наметкой от перетянутого через реку каната, настила моста и т.п. 6.1.7. При набеге воды на штангу, необходимо использовать свободно перемещающийся по штанге металлический ползунок со стрелкой - указателем поверхности воды вне зоны набега. 6.2. Промеры глубин на гидростворе при измерении расхода воды 6.2.1. Промеры глубин производятся для определения площади водного сечения F и его отсеков f в . При устойчивом русле допускается использовать результаты предшествующих промеров и не производить их при каждом измерении расхода воды. Устойчивость русла оценивается на основании анализа совмещенных профилей поперечного сечения потока по гидроствору, а также по рассеянию точек эмпирической связи F (Н ) - зависимости площади водного сечения от уровня воды. вертикальные деформации русла выражены, но за время измерения расхода воды не превышают допускаемой среднеквадратической погрешности промеров глубин; русло устойчиво, свободно от ледовых образований, но измерения расхода проводятся эпизодически (один - два раза за период характерной фазы гидрологического режима). 6.2.4. Промеры глубин следует выполнять при каждом измерении расхода воды в два хода, если: вертикальные деформации русла за время измерения расхода превышают допускаемую среднеквадратическую погрешность промеров глубин; расход воды измеряется реже трех раз за фазу водности и в живом сечении отмечаются шуга и внутриводный лед; русло в створе измерений неровное, сложено валунами или с выходами коренных пород. 6.2.5. В случаях, когда выполнение промеров на пойме затруднено, глубины в пойменной части гидроствора должны определяться по профилю, полученному инструментальной съемкой в меженный период с учетом фактических уровней воды. 6.2.6. В первые два - три года работы гидрологического поста промеры глубин должны выполняться в два хода при каждом измерении расхода воды для обоснования последующих измерений, производимых в соответствии с пп. , . 6.3. Количество промерных вертикалей 6.3.1. Количество промерных вертикалей (или засечек местоположения гидрометрического судна при промерах с помощью эхолота) следует назначать в зависимости от формы профиля водного сечения, исходя из требования: относительная среднеквадратическая погрешность измерения площади сечения не должна превышать 2 %. 6.3.2. В основных руслах равнинных и полугорных рек минимальное количество промерных вертикалей n h (min) следует назначать в соответствии с табл. в зависимости от параметра формы русла. Таблица 4 6.3.3. При неоднородном распределении глубин по ширине потока необходимо назначать дополнительные промерные вертикали в гидростворе на всех участках излома линии дна. 6.4. Местоположение промерных вертикалей 6.4.1. В основных руслах промерные вертикали следует размещать равномерно по ширине реки и дополнительно в переломных точках поперечного профиля. 6.4.2. На реках с неустойчивым руслом в зоне максимальных глубин число промерных вертикалей следует увеличить в 1,5 раза. 6.5. Вычисление рабочей глубины на вертикали 6.5.1. Рабочая глубина на вертикалях должна рассчитываться по имеющемуся поперечному профилю с учетом срезки уровня, если имеет место несовпадение уровней при промерах и измерении расхода воды. При измерении расхода воды используются данные предварительных промеров. 6.5.2. При выполнении промеров глубин в два хода рабочая глубина на вертикалях вычисляется как среднее арифметическое из двух промеров. 6.5.4. В качестве рабочих необходимо принимать глубины с исключенным систематическим отклонением в соответствии с пп. и . 6.6. Вычисление площади водного сечения потока 6.6.1. Площади отсеков водного сечения f s необходимо вычислять по следующим формулам: (6.2) где m s - количество промерных вертикалей в s- м отсеке сечения; h i - рабочая глубина на i -й вертикали, м; b i , i +1 - расстояние между i -й и (i + 1)-й промерными вертикалями. 6.6.2. Площадь водного сечения потока должна определяться по формуле (6.3) где N - число отсеков водного сечения потока. 6.6.3. При наличии в водном сечении зон мертвого пространства расход воды вычисляется по живому сечению потока F (6.4) где - площади между скоростными вертикалями, ограничивающими мертвое пространство потока. 7. ИЗМЕРЕНИЕ И ВЫЧИСЛЕНИЕ СРЕДНЕЙ СКОРОСТИ ТЕЧЕНИЙ НА ВЕРТИКАЛИ7.1. Назначение числа и положения скоростных вертикалей для основного и детального способов измерения расхода воды 7.1.1. Число скоростных вертикалей в створе N v должно составлять от 8 до 15, в зависимости от особенностей скоростного поля потока. При одномодальной плановой эпюре поверхностных скоростей N v = 8 - 10; при многомодальной форме эпюры скоростей N v = 12 - 15. Для особо точных измерений при установившемся режиме число скоростных вертикалей может быть увеличено. в основной части потока скоростные вертикали должны назначаться таким образом, чтобы отсеки живого сечения, ограниченные соседними скоростными вертикалями, пропускали одинаковые частичные расходы q s полного расхода Q , составляющие q s ≈ Q / N . (7.1) При многомодальном характере распределения поверхностных скоростей по ширине реки дополнительные скоростные вертикали назначаются в характерных точках плановой эпюры скоростей: скоростные вертикали назначаются только в пределах живого сечения потока. Границы мертвых пространств должны быть установлены до начала или во время измерения скоростей пуском поверхностных поплавков или по результатам рекогносцировочных измерений скоростей вертушкой; прибрежные вертикали, а также вертикали, граничащие с мертвым пространством водного сечения, назначаются на таком расстоянии от берегов или мертвого пространства, чтобы частичный расход воды в краевом отсеке не превышал 30 % от частичных расходов основной зоны живого сечения; на пойме скоростные вертикали должны назначаться в характерных точках поперечного профиля. В понижениях поймы, где образуются обособленные потоки, пропускающие частичный расход q s > 0,1 Q , необходимо назначать не менее трех скоростных вертикалей. 7.2. Точечные способы измерения средней скорости течения на вертикали 7.2.1. Измерение скоростей течения производится на скоростных вертикалях гидрометрическими вертушками, соответствующими ГОСТ 15126-80 . 7.2.2. Количество точек измерения и их относительное заглубление под поверхность воды (льда) назначается в зависимости от способа измерения расхода воды, способа крепления гидрометрической вертушки в потоке, состояния русла и соотношения глубины на скоростной вертикали h и диаметра лопастного винта вертушки D в соответствии с табл. . Таблица 5
|
Для измерения скоростей течения (а значит, и расходов воды) могут быть использованы различные физические эффекты: Доплера, ультразвуковые и электромагнитная индукция.
Доплеровский метод измерения скоростей течения реализуется в двух вариантах: с использованием оптических квантовых генераторов и радиолокатора.
При лазерных измерениях источником информации о скорости потока служат спектральные характеристики света. Если поток, движущийся со скоростью v , просвечивается когерентным монохроматическим излучением с частотой щ 0 и волновым вектором А о, а рассеянное излучение при частоте щ i наблюдается в направлении волнового вектора A s , то значение v устанавливается непосредственно по разности частот и векторов
v = (щ i -- щ 0)/(A s -- A 0).
Рассеяние света создается частицами взвесей, которые содержатся в потоке или вводятся в него. Лазерные установки пока нашли применение в трубопроводах и лабораторных лотках (рис. 2 а).
Радиолокационный вариант эффекта Доплера положен в основу измерителя поверхностных скоростей течения ГР-117, разработанного в ГГИ Г. А. Юфитом. Прибор состоит из блока радиоаппаратуры, рупорной антенны, блоков анализа характеристик радиоволн, прямых и отраженных от неоднородностей на поверхности потока -- турбулентных возмущений и ветровых волн (рис. 2 б).
Для определения скорости течения в установке использована зависимость
где л-- длина радиоволны, составляющая 3,2 см.
Измерения производятся с гидрометрического мостика, люльки или с берега. Минимальное значение измеряемой скорости составляет 0,4 м/с, максимальное 15 м/с, индикация результата измерения - цифровая. Радиолокационный измеритель испытан в полевых условиях. В ближайшей перспективе первые партии прибора будут выпущены для производственного использования.
Ультразвуковой (акустический) метод заключается в посылке импульсов ультразвука по косому галсу в направлении течения и против него с регистрацией двух временных интервалов -- соответственно Т 1 и Т 2 . Ультразвуковое зондирование может производиться в различных направлениях в плане и поперечном сечении потока, но для определенности принимается горизонтальное положение ультразвукового луча, а угол, который он должен составлять с динамической осью, равным 30--60°.
Рис.2.
а - лазерная установка: 1 - фотоприемник, 2 - трубопровод, 3 - разделительная пластина, 4 - источник света, 5 - зеркало, б - радиолокационный измеритель скоростей течения: 1 - радиоблок, 2 - рупорная антенна, 3 - установочная тренога, 4 - настил моста.
Для выполнения измерений необходимо выбирать прямолинейный участок с устойчивым и свободным от растительности руслом. В потоке не должно содержаться пузырьков воздуха, рассеивающих ультразвук.
Преобразователи-приемники акустических (ультразвуковых) сигналов устанавливаются на свайных опорах или непосредственно на береговых откосах (рис. 3 а). Опорные конструкции должны допускать возможность перемещения преобразователей при колебаниях уровня без нарушения их взаимной ориентировки.
Для определения скорости потока принимаются расчетные формулы, не содержащие в явном виде скорость звука в воде, что исключает необходимость в аппаратуре для ее измерения (как известно, скорость звука не остается постоянной и зависит от температуры и минерализации воды).
Ультразвуковые системы для измерения скорости течения делятся на кабельные или бескабельные соответственно тому, имеется или отсутствует кабель, связывающий приемно-передающие устройства на противоположных берегах.
Кабельный вариант (рис. 3 б) функционирует следующим образом. В начальный момент времени производится одновременное излучение ультразвуковых импульсов в точках I и II. Ультразвуковые импульсы распространяются в потоке по траектории, составляющей угол а с направлением течения. Одновременно с запуском передающих устройств 2 запускается измеритель временных интервалов 3, который останавливается после приема импульсов на противоположных берегах.
Специальный электронный блок автоматически вычисляет осредненную по измерительному галсу скорость потока
В бескабельном варианте используется акустический канал связи с блоком переизлучения ультразвуковых импульсов. Принцип измерения остается тем же, хотя общая его схема становится более сложной.
Методика и принципиальные схемы ультразвуковых измерений расходов воды на реках разработаны А.И. Затыльниковым (ГГИ). На этой основе в ЦКБ ГМП создан комплекс АИР, выпускаемый малыми сериями.
Существуют две разновидности моделей расхода воды, измеренного ультразвуковым методом.
1. Послойная интеграция скоростей, при которой осуществляется горизонтальная дискретизация модели расхода воды
где в -- коэффициент, учитывающий полноту зондирования и особенности скоростной структуры во фрагменте, к которому относится осредненная скорость v s ; f s -- площадь фрагмента по направлению ультразвукового луча.
Рис.3.
а - установка измерительных преобразователей на свайных опорах, б - блок-схема кабельного варианта.
2. Из-за технических трудностей послойное измерение скоростей течения ультразвуком не получило распространения. В большинстве действующих установок зондирование потока производится на одном уровне. В этом случае для определенности должен зондироваться поверхностный слой и математическая модель приобретает вид
где F 3 -- площадь водного сечения в плоскости ультразвукового зондирования; k B -- коэффициент перехода от осредненной по ширине потока поверхностной скорости течения к средней.
Величина k B , не идентичная коэффициенту перехода от осредненной по сечению поверхностной скорости к средней, изучена мало и должна определяться в каждом створе по данным специальных методических исследований. Вместе с тем физически ясно, что k B зависит от тех же факторов, что и К, который достаточно исследован и может быть оценен. Связь коэффициентов К и k B получена И.Ф. Карасёвым
Из формулы следует, что:
Косоструйность потока создает систематические погрешности ультразвуковой интеграции скоростей, но, в отличие от вертушечных измерений, эти погрешности получают разные знаки, и скорость течения оказывается завышенной, если фактическое направление струй отклоняется на угол ц внутрь острого угла б, и заниженной -- в обратном случае. Для компенсации этих погрешностей международный стандарт ИСО 748--73 рекомендует вводить поправочные коэффициенты у < 1 в первом случае и у > 1 во втором. Значения этих коэффициентов определяются из простых тригонометрических соотношений и составляют у = 1 ± (0,04 + 0,08) для ц до 4° при б = 30 0 - 50°.
Комплекс организованных ГГИ сравнительных измерений расходов воды р. Луги показал, что ультразвуковой метод дает ту же точность, что и при непрерывной интеграции скоростей потока вертушкой с движущегося судна.
Метод электромагнитной индукции основан на эффекте возникновения электродвижущей силы в потоке воды, протекающей в магнитном поле, которое создается искусственно посредством уложенных на дно витков кабеля (рис. 4). Средняя скорость течения пропорциональна разности потенциалов на концах измерительной цепи
где ц -- константа, зависящая от проводимости воды, грунтов дна и характеристик электромагнитного контура (определяется посредством градуировочных экспериментов); В -- ширина реки; H -- напряженность поля.
Для определения расхода воды служит формула
где h - средняя глубина потока.
Рис.4.
1 - ячейка для измерения проводимости воды, 2 - измеритель проводимости дна, 3 - сигнальные зонды, 4 - кабель для передачи сигналов, 5 - павильон для хранения оборудования, 6 - катушка, создающая магнитное поле.
Объемный метод применяется обычно при расходах воды, не превышающих 5-10 л/с. Этот метод удобен для измерения расходов ключей, родников и т. п. Непосредественное измерение расходов воды дает высокую точность, что очень важно при малых расходах.
Этим способом расход определяется из отношения объема воды V, накопившейся в мерном сосуде, к числу секунд t, в течение которых он был собран.
Приборы для измерения глубин потока. Гидрометрическая штанга (наметка)- круглый деревянный шест длиной до 7 м и диаметром 5....6 см с 10-сантиметровыми делениями. Ее можно применять при сравнительно небольших глубинах (до 5...6 м) и скоростях течения воды.
Акустический профилограф (эхолот) основан на распространении ультразвуковых волн в воде. Результаты измерения глубин автоматически записываются в виде сплошной линии на движущейся ленте из электротермической бумаги. Эхолот « Кубань « позволяет измерять глубины в диапазоне 0.2...20 м при скорости движения судна 35 км\ч.
В состав работ по измерению глубин входит и определение в плане положения вертикалей для измерения глубин. Их называют глубинными, или промерными.
Акустическими профилографами глубины измеряют по ходу судна.
Методы и приборы для измерения скоростей течения воды. Существует большое количество методов для измерения скоростей течения воды и приборов, действие которых основано на различных физических принципах. Здесь остановимся на некоторых из них.
1) Метод, основанный на регистрации числа оборотов лопастного винта (ротора). Скорость течения измеряется гидрометрическими вертушками.
2) Метод, основанный на регистрации скорости плывущего тела. Скорость течения измеряется поплавками. При этом скорость течения принимается равной скорости движения поплавка.
3) Метод, основанный на регистрации величины скоростного напора. Для измерения скорости используются гидрометрические трубки (трубка Пито).
4) Метод, основанный на регистрации величины силового воздействия потока.
5) Метод, основанный на принципе теплообмена.
6) Метод, основанный на измерении объема воды, вошедшей в прибор за время наблюдения.
ГОСТ Р 51657.2-2000
Группа П60
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ВОДОУЧЕТ НА ГИДРОМЕЛИОРАТИВНЫХ И ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫХ СИСТЕМАХ
Методы измерения расхода и объема воды. Классификация
Water flow measurement in hydromelioration and water economics systems.
Methods of water flow measurement. Classification
ОКС 17.120
ОКП 43 1100
Дата введения 2001-07-01
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН Техническим комитетом по стандартизации ТК 317 "Измерение расходов жидкости в открытых водотоках и каналах"
ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 317 "Измерение расходов жидкости в открытых водотоках и каналах" и Департаментом мелиорации земель и сельскохозяйственного водоснабжения министерства сельского хозяйства РФ
2 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 14 декабря 2000 г. N 355-ст
3 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает применяемые на пунктах водоучета в гидромелиоративных и водохозяйственных системах методы измерения расхода и объема воды.
Настоящий стандарт не распространяется на методы измерения расхода, объема и количества жидкостей, используемых для технологических целей общепромышленного и нефтехимического назначения.
Настоящий стандарт применяется для всех водохозяйственных организаций различных Министерств и ведомств, обеспечивающих распределение водных ресурсов между потребителями, а также в КБ, НИИ, проектных и промышленных организациях, осуществляющих разработку, испытания, изготовление и эксплуатацию технических средств водоучета для открытых водотоков, каналов и объектов АПК, напорных, полунапорных и безнапорных трубопроводов и для гидромелиоративных насосных станций.
Настоящий стандарт должен применяться совместно с ГОСТ 8.439 и ГОСТ 15528.
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 8.439-81 Государственная система обеспечения единства измерений. Расход воды в напорных трубопроводах. Методика выполнения измерений методом площадь - скорость
ГОСТ 8.563.1-97 Государственная система обеспечения единства измерений. Измерение расхода и количества жидкостей и газов методом переменного перепада давления. Диафрагмы, сопла ИСА 1932 и трубы Вентури, установленные в заполненных трубопроводах круглого сечения. Технические условия
ГОСТ 8.563.2-97 Государственная система обеспечения единства измерений. Измерение расхода и количества жидкостей и газов методом переменного перепада давления. Методика выполнения измерений с помощью сужающих устройств
ГОСТ 8.563.3-97 Государственная система обеспечения единства измерений. Измерение расхода и количества жидкостей и газов методом переменного перепада давления. Процедуры и модуль расчетов. Программное обеспечение
ГОСТ 15528-86 Средства измерений расхода, объема или массы протекающих жидкости и газа. Термины и определения
ГОСТ Р 51657.1-2000 Водоучет на гидромелиоративных и водохозяйственных системах. Термины и определения
В настоящем стандарте применяют термины и определения по ГОСТ Р 51657.1.
4.1 Классификация методов измерения расхода и объема воды выполнена как для открытых русел, так и для трубопроводов, т.к. в общем случае гидромелиоративные и водохозяйственные системы транспортируют жидкость как в открытых водотоках и каналах (ГОСТ 8.439 , , ), так и в трубопроводах с перекачивающими насосными станциями ГОСТ 8.563.1 - ГОСТ 8.563.3 .
4.2 Для измерения расхода и объема воды на пунктах водоучета, расположенных как в открытых руслах, так и на трубопроводах, в основном используют методы, отличающиеся друг от друга техническими реализациями, которые объединены в разделе 5.
4.3 Для целей утверждения типа средств измерений, используемых для технической реализации методов измерений расхода и объема воды, должны проводиться обязательные испытания.
По способам получения результатов измерения подразделяют на прямые и косвенные.
5.1 Прямые измерения расходов и объемов воды для открытых русел и напорных трубопроводов
Прямые измерения осуществляют следующими методами:
- объемным, при котором используют градуированные резервуары или образцовые жидкостные мерники, резервные емкости натурных участков каналов или небольших водохранилищ;
- массовым, при котором используют емкость, установленную на образцовых весах, в которой измеряется масса жидкости за заданный интервал времени.
Прямые измерения применяют, как правило, для получения высокоточных данных при исследованиях и опытно-конструкторских разработках расходомеров, метрологических испытаниях и градуировках средств измерений, а также в эталонных расходомерных установках и при учете жидкостей в коммерческих целях.
5.2 Косвенные измерения расходов и объемов воды для открытых водотоков и каналов
5.2.1 В зависимости от стационарного оборудования косвенные измерения осуществляют с использованием:
- закрепленных гидропостов в естественных устойчивых или искусственных необлицованных руслах и облицованных участках русел по ГОСТ 8.439 ;
- гидрометрических сооружений и устройств , включающих водосливы, пороги, гидрометрические лотки и специальные гидрометрические устройства (приставки, насадки);
- градуированных гидротехнических сооружений.
5.2.2 В зависимости от измеряемых параметров косвенные измерения с использованием закрепленных гидропостов в устойчивых необлицованных или облицованных участках русел осуществляются следующими методами :
- скорость - площадь;
- уклон - площадь;
- смешения.
При использовании гидрометрических сооружений и устройств применяют следующие методы:
- уровень (напор) - расход;
- перепад уровней (разность напоров) - расход;
- скорость - расход.
Измерения указанных параметров могут осуществляться как обычным способом, т.е. всего проходящего потока, так и парциальным способом, при котором измеряется только заданная часть потока.
При использовании градуированных гидротехнических сооружений применяют следующие методы:
- уровни (напоры) - открытие регулирующего устройства - расход;
- перепады уровней (разность напоров) - значение открытия регулирующего устройства - расход.
Косвенные методы измерений используют как основные для рабочих средств определения расхода и объемов воды.
Для выбора требуемого метода измерений воды следует использовать ГОСТ 8.439 , .
5.3 Косвенные методы измерения потоков в закрытых трубопроводах
5.3.1 В зависимости от стационарного оборудования косвенные измерения осуществляют с использованием:
- измерительных сечений или участков трубопроводов;
- сужающих устройств, включающих диафрагмы, сопла и трубы Вентури по ГОСТ 8.563.1 - ГОСТ 8.563.3 ;
- градуированного гидромеханического оборудования.
5.3.2 В зависимости от измеряемых параметров косвенные измерения с использованием измерительных сечений или участков трубопроводов осуществляются следующими методами:
- площадь - скорость по ГОСТ 8.439 ;
- перепад давления - площадь по ГОСТ 8.563.1 - ГОСТ 8.563.3 ;
- смешения.
Измерения параметров проводят как обычными методами, т.е. для всего проходящего в трубе потока, так и парциальными методами, т.е. для заданной части отведенного (байпасного) потока в трубопроводе малого диаметра.
При использовании сужающих устройств измерения параметров напорных потоков осуществляют следующими способами по ГОСТ 8.563.1 - ГОСТ 8.563.3 :
- скорость - расход:
- разность давлений - расход.
При использовании градуированного гидромеханического оборудования для измерений применяют следующие способы:
- разность давлений в верхнем и нижнем бьефах - значение открытия регулирующего устройства - расход;
- разность давлений между характерными точками гидромеханического оборудования - значения открытия регулирующего устройства - расход.
Последние методы измерений относятся к приближенным, т.к. гидромеханическое оборудование изменяет со временем свои характеристики.
Косвенные методы измерений используются как основные для рабочих средств определения расходов и объемов воды.
Определения перечисленных методов измерений расхода и объема воды напорных потоков в трубопроводах приведены в ГОСТ 8.563.1 - ГОСТ 8.563.3 , ГОСТ 15528 и .
ПРИЛОЖЕНИЕ А
(справочное)
МИ 2406-97 ГСИ. Расход жидкости в открытых каналах систем водоснабжения и канализации. Методика выполнения измерений при помощи стандартных водосливов и лотков
Наставление гидрометеорологическим станциям и постам, вып.6. часть II . Гидрологические наблюдения и работы на малых реках. Гидрометеоиздат. Л., 1972
Рекомендации по применению расходомерных устройств на мелиоративных насосных станциях с подачей до 6 м/с.
ВНИИВОДГЕО Госстроя СССР. М., 1986
Текст документа сверен по:
официальное издание
М.: ИПК Издательство стандартов, 2001