CN103852113A - 一种适用于u形渠道的量水槽及其计量方法 - Google Patents
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Abstract
一种适用于U形渠道的量水槽,U形渠道中部设有截面为上开口抛物线形的喉口⑴,喉口⑴与上游渠道之间平滑过渡形成上游收缩渐变段⑵,喉口⑴与下游渠道之间平滑过渡形成下游扩张渐变段⑶。其优点是:测流精度高;适合在U形渠道内使用;适用于不同坡度的量水槽;流量计算简单;结构简单,造价低,施工方便。
Description
技术领域
本发明涉及水流量测量技术领域,具体的说是一种水利水电工程中测量水流量使用的量水设备,即适用于U形渠道的量水槽及其计量方法。
背景技术
随着对水资源的管理由粗放型向集约型的转变,对水资源进行总量控制和定额管理,需要对水资源进行量化;衡量科研、生产、生活及管理中的用水量、水的利用效率需要有准确的取用水计量;市场对具有商品属性的水资源的使用权、排污权等进行交易,需要在流通过程进行权威的取用水计量。目前明渠取水量的量水设备,常采用长喉道量水槽和矩形无喉道量水槽。巴歇尔量水槽、矩形无喉道量水槽凭借其结构简单、不易淤塞、量水精度较高等特点广泛应用于各类渠道,但由于其断面为折线形,在U形断面渠道中使用会造成较大的水头损失。
1994年7月《水利学报》第7期刊载了一篇名为“平底抛物线形无喉段量水槽试验研究”的论文,公开了一种新结构的量水槽,该结构的量水槽——平底抛物线形无喉段量水槽,平底抛物线形量水槽在U形渠道中使用时有过流能力强、水头损失小、低水位时测流精度高、结构简单等特点,但安装在有坡度的U形渠道内时要求量水槽上游一段距离渠底水平,这要求在安装平底抛物线形无喉段量水槽时操平渠底,不仅增加了施工难度还会在下游制造跌坎从而引起水头损失,而且平底抛物线形无喉段量水槽存在以下不足:不适用于在坡度大于1/1250坡度的U形渠道量水;流量计算需要经过复杂的试算过程。
发明内容
本发明的目的是针对现有量水槽存在的不足,设计一种适用于U形渠道的量水槽及其计量方法,不仅在安装时不用操平槽底,从而减小制造安装难度,而且适用于不同坡度的U形渠道。
一种适用于U形渠道的量水槽,U形渠道中部设有截面为上开口抛物线形的喉口1,喉口1与上游渠道之间平滑过渡形成上游收缩渐变段2,喉口1与下游渠道之间平滑过渡形成下游扩张渐变段3。
所述喉口1处设有水位测量装置。
所述喉口1的断面方程为:
y=Px2
式中:y、x为喉口断面的纵、横坐标,单位均为m;P为抛物线的形状系数,单位为m-1。
所述喉口1底部与U形渠道底部相平,喉口1顶部与U形渠道顶部相平。
所述上游收缩渐变段2的长度L1和下游扩张渐变段3的长度L2为L1=L2=3(B-b),其中B为U形渠道顶部宽度,b为喉口顶部宽度,B和b的单位均为m。
一种适用于U形渠道的量水槽的计量方法,其流量计算公式为:
αt'=0.908-0.033(ht/H)
K=1.0889
式中,Q为计算流量,单位为m3/s;
ht为喉口处水深,单位为m;
g为重力加速度,单位为m/s2;
K为比例常数;
αt'为喉口处的压力修正系数;
H为渠深,单位为m。
本发明适用于U形渠道的量水槽及其计量方法的优点是:
1.测流精度高;本发明的量水槽在各坡度的U形渠道内在不同工况下使用时最大相对误差为2.47%,平均相对误差为0.78%,完全满足田间量水要求;
2.适合在U形渠道内使用;本发明的量水槽喉口断面契合U形渠道,在U形渠道内使用时具有水头损失小、排沙效果好、不会造成上游壅水等优点;
3.适用于不同坡度的量水槽;本发明的量水槽适用在0~1/400坡度的U形渠道内量水;
4.流量计算简单;本发明的量水槽的流量计算公式由水力学公式推导而来,且计算流量无需复杂的试算过程;
5.结构简单,造价低,施工方便;本发明的量水槽直接在已建好的U形渠道内修建,无需操平槽底。
附图说明
图1为本发明适用于U形渠道的量水槽的俯视结构示意图。
图2为图1的A-A向剖视图。
图3为图1的C-C向剖视图。
图4为本发明适用于U形渠道的量水槽的立体结构示意图。
图中,1为喉口,2为上游收缩渐变段,3为下游扩张渐变段。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明进行进一步说明。如图1-4所示,一种适用于U形渠道的量水槽,U形渠道中部设有截面为上开口抛物线形的喉口1,喉口1与上游渠道之间平滑过渡形成上游收缩渐变段2,喉口1与下游渠道之间平滑过渡形成下游扩张渐变段3。
所述喉口1处设有水位测量装置。
所述喉口1的断面方程为:
y=Px2
式中:y、x为喉口断面的纵、横坐标(m);P为抛物线的形状系数(m-1)。
所述喉口1底部与U形渠道底部相平,喉口1顶部与U形渠道顶部相平。
所述上游收缩渐变段2的长度L1和下游扩张渐变段3的长度L2为L1=L2=3(B-b),其中B为U形渠道顶部宽度(m),b为喉口顶部宽度(m)。
一种适用于U形渠道的量水槽的计量方法,其流量计算公式为:
αt'=0.908-0.033(ht/H)
K=1.0889
式中,Q为计算流量(m3/s);ht为喉口处水深(m);g为重力加速度(m/s2);K为比例常数;αt'为喉口处的压力修正系数;H为渠深(m)。
实施例一
某U形渠道槽底坡度为1/1250,渠底半径R=0.2m,渠深H=0.45m,渠底中心角θ=152°。选择收缩比ε=0.65的量水槽,计算得U形渠道断面面积A0=0.182m2,抛物线形状系数进、出口渐变段L1=L2=3(B-b)=0.45m,水尺设置在喉口处。量水槽用常规混凝土制作。
测得喉口处水深ht=0.2438m,αt'=0.908-0.033(ht/H)=0.8901,K=1.0889,
实验测得实时流量为0.06m3/s,误差为-0.55%。
实施例二
某U形渠道槽底坡度为1/400,渠底半径R=0.3m,渠深H=0.60m,渠底中心角θ=152°。选择收缩比ε=0.55的量水槽,计算得U形渠道断面面积A0=0.348m2,抛物线形状系数进、出口渐变段L1=L2=3(B-b)=0.868m,水尺设置在喉口处。量水槽用常规混凝土制作。
测得喉口处水深ht=0.3365m,αt'=0.908-0.033(ht/H)=0.8895,K=1.0889,
实验测得实时流量为0.12132m3/s,误差为-1.51%。
本发明适用于U形渠道的量水槽安装宜采用喉口预制、整体现浇法。直接在U形渠道内制造抛物线形喉口。喉口安装时保证其中心线与行进渠中心线一致,喉口底部与水尺处的渠底相平。渐变段可用直尺刮成,操作简便。
Claims (6)
1.一种适用于U形渠道的量水槽,其特征在于:U形渠道中部设有截面为上开口抛物线形的喉口⑴,喉口⑴与上游渠道之间平滑过渡形成上游收缩渐变段⑵,喉口⑴与下游渠道之间平滑过渡形成下游扩张渐变段⑶。
2.如权利要求1所述的适用于U形渠道的量水槽,其特征在于:所述喉口⑴处设有水位测量装置。
3.如权利要求1所述的适用于U形渠道的量水槽,其特征在于:所述喉口⑴的断面方程为:
y=Px2
式中,y、x为喉口断面的纵、横坐标,单位为m;P为抛物线的形状系数,单位为m-1。
4.如权利要求1所述的适用于U形渠道的量水槽,其特征在于:所述喉口⑴底部与U形渠道底部相平,喉口⑴顶部与U形渠道顶部相平。
5.如权利要求1所述的适用于U形渠道的量水槽,其特征在于:所述上游收缩渐变段⑵的长度L1和下游扩张渐变段⑶的长度L2为L1=L2=3(B-b),其中B为U形渠道顶部宽度,b为喉口顶部宽度,B和b的单位均为m。
6.利用权利要求1-5任一项的适用于U形渠道的量水槽的计量方法,其特征在于其流量计算公式为:
αt'=0.908-0.033(ht/H)
K=1.0889
式中,Q为计算流量,单位为m3/s;
ht为喉口处水深,单位为m;
g为重力加速度,单位为m/s2;
K为比例常数;
αt'为喉口处的压力修正系数;
H为渠深,单位为m。
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