CZ33107U1 - Zařízení pro měření minimálních průtoků v otevřených korytech - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro měření minimálních průtoků v otevřených korytech v suchých obdobích, a to na principu měření výšky vodního sloupce před hradícím tělesem.

Dosavadní stav techniky

Průtok je základní hydrologickou veličinou, která vyjadřuje objem vody protékající daným profilem vodního toku za jednotku času. Měření průtoku je důležité pro mnoho technických aplikací. Měří se průtok v tocích pro potřeby hydrologické bilance, měří se odběry vody, např. pro průmysl a energetiku. Dále se například provádí měření vypouštěného množství vyčištěných odpadních vod do vodních toků. Pro všechny zmíněné aplikace je nutno zajistit přesné a kontinuální měření průtoku. Chybné měření průtoku může mít negativní důsledky, např. při vypouštění odpadních vod, které je zpoplatněno.

Pro přesné kontinuální sledování průtoku lze použít metodu měření průtoku na měrném přelivu. Měrný přeliv dokáže s velkou přesností měřit průtok v širokém rozsahu. Měrné přelivy mohou být provedeny v rozdílných geometrických tvarech (trojúhelník, obdélník, polovina kruhu apod.). Důležitým prvkem je i provedení vlastní přelivné hrany a správné umístění měrného přelivu v korytě vodního toku.

Metoda je založena na principu měření výšky hladiny před měrným přelivem. Ta se nejčastěji stanoví pomocí tlakové sondy, případně může být vizuálně odečtena na vodočtu. Průtok se následně vypočítá z výšky hladiny před měrným přelivem dle známého vztahu zohledňujícího geometrii měrného přelivu. Hodnota průtoku je vypočítána z následujících proměnných: součinitel přepadu, rozměru přelivu, gravitačního zrychlení a dle naměřené přepadové výšky.

Problém u známých přelivných zařízení nastává při měření minimálních průtoků. Při nejmenších průtocích není možné uplatnit výše uvedený vztah mezi výškou přepadového paprsku a hodnotou průtoku. Hodnota součinitele přepadu v daném vztahu již za těchto podmínek není konstantní. Případně lze použít úzké měrné přelivy, např. ve tvaru ostrého V, které ovšem neposkytují dostatečnou kapacitu pro větší průtoky.

Technické řešení si klade za úkol navrhnout vhodné zařízení pro měření minimálních průtoků, které bude zároveň vhodné pro široký rozsah průtoků.

Podstata technického řešení

Uvedený úkol řeší zařízení pro měření minimálních průtoků na principu měření výšky vodního sloupce před hradícím tělesem, jehož podstata spočívá vtom, že v hraně hradícího tělesa je vytvořen kombinovaný měrný přeliv tvořený polokruhovým měrným přelivem, z nějž dolů vybíhá úzký obdélníkový měrný přeliv, jehož výška je nejméně dvojnásobkem jeho šířky a který je vespod zakončen polokruhovým přelivem o průměru shodném s šířkou obdélníkového měrného pře 1 ivu.

Ve výhodném provedení má přelivná hrana obou měrných přelivů šířku 1 mm a je na odtokové straně zkosena pod úhlem 45°.

Zařízení může být ve vzdálenosti pětinásobku poloměru polokruhového přelivu před hradícím tělesem opatřeno tlakovou sondou ke kontinuálnímu měření vodního sloupce a vodočtem

- 1 CZ 33107 U1 k jednorázovému stanovení vodního sloupce.

Technické řešení tak představuje kombinaci polokruhového měrného přelivu a úzkého obdélníkového měrného přelivu umístěného pod polokruhovým přelivem. Oba měrné přelivy mají shodnou ostrou přelivnou hranu.

V horní části složeného měrného přelivu je umístěn polokruhový měrný přeliv, který slouží k měření širokého rozsahu průtoků. Ve spodní části polokruhového přelivu je vytvořen úzký obdélníkový měrný přeliv, který je ve spodní části zakončen malým polokruhovým přelivem, jehož průměr je roven šířce obdélníkového přelivu.

Kombinovaný měrný přeliv je umístěn v ose koryta vodního toku. Přelivná hrana obdélníkového měrného přelivu musí být umístěna nad hladinou vody v korytě za měrným přelivem, tak aby vodní paprsek vytékající z měrného přelivu nebyl ovlivněn dolní vodou.

Složený měrný přeliv odstraňuje nepřesnost měření při minimálních průtocích. Při minimálních průtocích protéká voda pouze úzkým obdélníkovým měrným přelivem, který zajišťuje spolehlivé měření průtoku. Při naplnění kapacity úzkého obdélníkového měrného přelivu, začne voda přepadat také polokruhovým měrným přelivem, který zajišťuje přesné měření průtoku ve velkých objemech. Výše popsaný složený měrný přeliv tak poskytuje přesné měření průtoků v širokém rozsahu včetně minimálních průtoků.

Technické řešení je výsledkem zkoušek různých variant měrného zařízení vytvořených na lyzikálních modelech provozovaných v hydraulických halách Výzkumného ústavu vodohospodářského TGM. Výzkum se zejména zaměřil na stanovení součinitele přepadu pro složený měrný přeliv. Vyhodnocení výsledků poskytlo přesné hodnoty součinitele přepadu pro dané provedení přelivné hrany a doporučené šířky obdélníkového měrného otvoru.

Objasnění výkresů

Technické řešení bude blíže osvětleno pomocí výkresů, na nichž je na obr. 1 schematický podélný řez korytem s instalovaným měrným zařízením, na obr. 2 příčný řez A-A' dle obr. 1 a na obr. 3 je zobrazen řez přelivnou hranou složeného měrného přelivu.

Příklady uskutečnění technického řešení

Měrné zařízení podle obr. 1, 2 a 3 je tvořeno těmito základními konstrukčními prvky: složeným měrným přelivem 1 tvořeným polokruhovým měrným přelivem o poloměru R a z něj vybíhajícím úzkým obdélníkovým měrným přelivem o výšce H a šířce B zakončeným malým polokruhovým přelivem o průměru B. Složený měrný přeliv 1 je vytvořen ve vlastním hradícím tělese 2. Hradící těleso 2 zabezpečuje, aby voda protékala pouze složeným měrným přelivem T Pokud voda dosáhne vrcholu složeného měrného přelivu 1, začne následně přepadat přes celou šířku hradícího tělesa 2. Obdélníkový přeliv byl testován pro šířky B 2 a 3 cm.

Hradící těleso 2, je uchyceno do boků koryta 3 pomocí kotev 4. Měření hladiny před měrným přelivem je zajištěno pomocí tlakové sondy 5, případně pomocí vodočtu, které jsou umístěny v minimální vzdálenosti 5R od měrného zařízení.

Složený měrný přeliv 1 je umístěn nad úrovní hladiny vody v korytě pod hradícím tělesem tak, aby nedocházelo k ovlivnění přepadového paprsku.

Složený měrný přeliv 1 má přelivnou hranu provedenu dle obr. 3. Přelivná hrana má šířku s, za níž je zkosena pod úhlem a. Na provedení přelivné hrany jsou závislé výsledky měření průtoku,

-2CZ 33107 U1 proto je jí třeba věnovat maximální pozornost. Měrné zařízení bylo testováno s šířkou přelivné hrany s 1 mm a úhlem a 45°.

Měrné zařízení je výhodné použít v případě, kdy se požaduje přesné měření minimálních průtoků, tj. průtoků vyskytujících se v období sucha.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (4)

1. Zařízení pro měření minimálních průtoků v korytech na principu měření výšky vodního sloupce před hradícím tělesem, vyznačující se tím, že ve hraně hradícího tělesa (2) je vytvořen kombinovaný měrný přeliv (1) tvořený polokruhovým měrným přelivem, z nějž dolů vybíhá úzký obdélníkový měrný přeliv, jehož výška (H) je nejméně dvojnásobkem jeho šířky (B) a který je zakončen polokruhovým přelivem o průměru (B).

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že přelivná hrana složeného měrného přelivu (1) má šířku (s) 1 mm a je na odtokové straně zkosena pod úhlem (a) 45°.

3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že před hradícím tělesem (2) je ve vzdálenosti pětinásobku poloměru (R) polokruhového přelivu opatřeno tlakovou sondou (5) ke kontinuálnímu měření vodního sloupce.

4. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že před hradícím tělesem (2) je ve vzdálenosti pětinásobku poloměru (R) polokruhového přelivu opatřeno vodočtem k jednorázovému stanovení vodního sloupce.