RU2485451C1 - Water stage gauge for watercourses of mountain and piedmont area - Google Patents
Water stage gauge for watercourses of mountain and piedmont area Download PDFInfo
- Publication number
- RU2485451C1 RU2485451C1 RU2012103827/28A RU2012103827A RU2485451C1 RU 2485451 C1 RU2485451 C1 RU 2485451C1 RU 2012103827/28 A RU2012103827/28 A RU 2012103827/28A RU 2012103827 A RU2012103827 A RU 2012103827A RU 2485451 C1 RU2485451 C1 RU 2485451C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- pipe
- valve
- float
- vertical
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к гидрометрии и может быть использовано в сельском и водном хозяйствах при измерениях уровней и расходов воды в безнапорных потоках с бурным режимом течения.The invention relates to hydrometry and can be used in agriculture and water management in measuring the levels and flow rates of water in pressureless streams with a turbulent flow regime.
Известно водомерное сооружение для водотоков горно-предгорной зоны, включающее размещенный на берегу водотока успокоительный колодец с водомерной рейкой, сообщенный с водотоком трубопроводом, горизонтальная диафрагма с отверстием в средней части, установленной в колодце выше подводящего трубопровода, горизонтальным козырьком, установленным над отверстием в диафрагме, и промывным трубопроводом, один конец которого соединен с водотоком ниже по течению подводящего трубопровода, причем подводящий трубопровод подключен к колодцу тангенциально, а дно колодца выполнено в виде воронки, к нижней части которой вторым концом подключен промывной трубопровод (Авторское свидетельство СССР №1640288, кл. Е02В 13/00, 1988).A water meter structure for watercourses of a mountain-foothill zone is known, including a stilling well located with a water meter rail connected to a watercourse by a pipeline, a horizontal diaphragm with a hole in the middle part installed in the well above the supply pipe, a horizontal visor installed above the hole in the diaphragm, and a flushing pipe, one end of which is connected to a watercourse downstream of the supply pipe, and the supply pipe is connected to the well of the tang cially and bottom of the well is made as a funnel to the bottom of the second end of which is connected a washing duct (USSR Author's Certificate №1640288, Cl. E02V 13/00, 1988).
Водомерное сооружение этого типа имеет постоянный промывной расход на сброс наносов, успокоительный колодец вынесен из водотока на берег, поэтому не может быть размещено непосредственно в самом канале в безнапорных потоках с бурным режимом течения. В условиях бурного (сверхкритического) течения потока - сложность точного замера статического напора из-за свойственных поверхности бурных потоков высокочастотных пульсаций стохастического характера с амплитудой выбросов 3…7 см, весьма существенных к малым глубинам воды (последние, как правило,- менее 1 м).This type of water gauging structure has a constant flushing flow for sediment discharge, a stilling well is removed from the watercourse to the shore, therefore it cannot be placed directly in the canal itself in pressureless streams with a turbulent flow regime. In conditions of turbulent (supercritical) flow, the difficulty of accurately measuring the static pressure is due to the surface characteristics of turbulent high-frequency pulsations of stochastic pulsations with an emission amplitude of 3 ... 7 cm, which are very significant for shallow water depths (the latter, as a rule, are less than 1 m) .
В таких потоках отсутствует однозначная зависимость Q=f(H) при неравномерном движении воды в условиях спокойного (докритического) течения потока, т.к. при малых уклонах каналов (i=0,0001… 0,0005) имеет место переменный подпор, т.е. переменное наполнение (Н), поэтому требуются командные горизонты воды перед ним, а это требует громоздких сооружений - например, гасительных колодцев, что удорожает строительство водомерных постов.In such flows, there is no unambiguous dependence Q = f (H) for non-uniform water movement in conditions of a calm (subcritical) flow, since with small channel slopes (i = 0.0001 ... 0.0005) there is a variable backwater, i.e. variable filling (N), therefore, command horizons of water in front of it are required, and this requires bulky structures - for example, damping wells, which increases the cost of building water meter posts.
Замер статических напоров бурных потоков всегда превышает допустимый в ирригации ±1 см, а в определении расхода - допустимую величину ±5% при традиционных методах измерения Q=f(H), тем более что значительные приращения подаваемого расхода воды ±ΔН сопровождаются весьма малыми приращениями статического напора ±ΔН.The measurement of the static pressure of turbulent flows always exceeds the permissible in irrigation ± 1 cm, and in the determination of flow - the permissible value of ± 5% with traditional methods of measurement Q = f (H), especially since significant increments of the supplied water flow ± ΔН are accompanied by very small increments of static head ± ΔН.
Из вышеизложенного становится очевидной неприемлемость способа определения расходов посредством измерения уровней воды в условиях бурного (сверхкритического) безнапорного потока, как влекущие за собой большую погрешность в определении искомой величины, т.е. трудно вести измерение с достаточной точностью измерения в известном водомерном сооружении, что ведет к разногласиям между потребителями, особенно в горно-предгорной зоне.From the foregoing, the unacceptability of the method of determining costs by measuring water levels under conditions of a turbulent (supercritical) pressureless flow, as entailing a large error in determining the desired value, i.e. it is difficult to measure with sufficient accuracy in a known water meter structure, which leads to disagreement between consumers, especially in the foothill zone.
Широко известно также водомерное сооружение, включающее колодец с водомерной рейкой, который посредством щели или трубы соединен с каналом или рекой (Водомерные сооружения на мелиоративных системах. Типовые проектные решения 820-1-054-86).A water meter structure is also well known, including a well with a water meter rail, which is connected to a channel or river by means of a slit or pipe (Water meter structures on reclamation systems. Typical design decisions 820-1-054-86).
Недостатком известного водомерного сооружения является его низкая эксплуатационная надежность, обусловленная заилением щели или трубы и самого колодца, что понижает точность измерения за счет влияния заиливания элементов устройства, находящихся в постоянном контакте с измеряемой средой. Кроме того, становится очевидной нецелесообразность в большинстве случаев и неприемлемость способа определения расходов посредством изменения уровней воды в условиях бурного (сверхкритического) безнапорного потока, как влекущие за собой большую погрешность в определении искомой величины.A disadvantage of the known water-measuring structure is its low operational reliability due to siltation of the gap or pipe and the well itself, which reduces the accuracy of the measurement due to the influence of siltation of the device elements that are in constant contact with the medium being measured. In addition, it becomes obvious the inadvisability in most cases and the unacceptability of the method of determining the flow rate by changing the water levels in a turbulent (supercritical) free flow, as entailing a large error in determining the desired value.
Таким образом, невозможен способ косвенных измерений с помощью известного водомерного сооружения. Трудно подобрать контрольно-измерительную аппаратуру за счет подстройки диапазона изменений скоростного напора в уравномерном колодце под диапазон контрольно-измерительного прибора, например датчика телеметрии.Thus, it is not possible to indirectly measure using a known water meter structure. It is difficult to select instrumentation by adjusting the range of changes in the pressure head in the even well to the range of the instrument, such as a telemetry sensor.
Известен также водомерный пост для водотоков, включающий колодец с водомерной рейкой и трубопровод, сообщенный с каналом или рекой, самописец уровня воды, устанавливаемый горизонтально и на прочном столике или кронштейнах с учетом возможной амплитуды колебаний уровня воды, поплавок, будку для защиты самописца от внешних воздействий (Железняков Г.В. Гидрометрия. «Колос», М., 1964, с.22-23).Also known is a water meter post for watercourses, including a well with a water meter rail and a pipe in communication with a channel or river, a water level recorder mounted horizontally and on a sturdy table or brackets taking into account the possible amplitude of fluctuations in the water level, a float, a booth for protecting the recorder from external influences (Zheleznyakov G.V. Hydrometry. "Spike", M., 1964, p.22-23).
Недостатком описанного водомерного сооружения является занесение трубы и самого колодца наносами. При больших перепадах уровня, практически от минимального до максимального, трудно вести измерение с достаточной точностью измерения за счет влияния заиления элементов устройства, находящихся в постоянном контакте с измеряемой средой. Колодец вынесен из водотока на берег, поэтому не может быть размещен непосредственно в самом канале в безнапорных потоках с бурным режимом течения. В условиях бурного (сверхкритического) течения потока - сложность замера статического напора из-за свойственных поверхности бурных потоков высокочастотных пульсаций стохастического характера с амплитудой выбросов 3…7 см, весьма существенна к малым глубинам воды (последние, как правило, - менее 1 м).The disadvantage of the described water-metering structure is the introduction of the pipe and the well itself with sediment. With large level differences, from practically minimum to maximum, it is difficult to measure with sufficient measurement accuracy due to the influence of siltation of the device elements that are in constant contact with the medium being measured. The well is taken out of the watercourse to the shore, therefore it cannot be placed directly in the channel itself in pressureless flows with a turbulent flow regime. Under the conditions of turbulent (supercritical) flow, the difficulty of measuring the static pressure due to the surface characteristics of turbulent flows of high-frequency pulsations of a stochastic nature with an emission amplitude of 3 ... 7 cm is very significant for shallow water depths (the latter, as a rule, are less than 1 m).
В таких потоках отсутствует однозначная зависимость Q=f(H) при неравномерном движении воды. Кроме того, требуется гасительный колодец, что удорожает строительство таких водомерных постов.In such flows, there is no unambiguous dependence Q = f (H) for uneven water movement. In addition, a damping well is required, which increases the cost of building such gauging posts.
Из вышеизложенных недостатков становится очевидной неприемлемость способа определения расходов посредством измерения уровней воды в условиях бурного (сверхкритического) безнапорного потока, как влекущие за собой большие погрешности в определении искомой величины, т.е. трудно вести измерение с достаточной точностью измерения в известном водомерном сооружении, что ведет к разногласиям между потребителями в горно-предгорной зоне.From the aforementioned disadvantages, the unacceptability of the method for determining the flow rate by measuring water levels under conditions of a turbulent (supercritical) pressureless flow, as entailing large errors in the determination of the desired value, becomes obvious. it is difficult to measure with sufficient accuracy in a known water-measuring structure, which leads to disagreement between consumers in the mountain-foothill zone.
Следовательно, известное водомерное сооружение для таких бурных потоков не приводит к расширению функциональных возможностей (±5% закономерного интервала), при этом не снижается погрешность экспресс-контроля расхода воды в условиях каналов в горно-предгорной зоне и наносообразующих потоков.Therefore, the well-known water-metering structure for such turbulent flows does not lead to the expansion of functionality (± 5% of the regular interval), while the error in express control of water flow in the conditions of canals in the mountain-foothill zone and nano-forming flows does not decrease.
Цель изобретения - повышение точности и надежности измерения расхода безнапорных потоков с бурным режимом течения.The purpose of the invention is to improve the accuracy and reliability of measuring the flow rate of pressureless flows with a turbulent flow regime.
Поставленная цель достигается тем, что водомерный пост для водотоков горно-предгорной зоны, включающий канал или реку, самописец уровня воды, он снабжен вертикальной трубой, разделенной на две неравные части вертикальной перегородкой и снабженной наклонными вверх с водоприемными прорезями-окнами навстречу потоку, при этом труба сверху снабжена камерой с самописцем и поплавком и сообщает две неравные части через поплавок и запорный орган, размещенный в раструбе, встроенном во вторую часть вертикальной трубы, сообщенной с каналом калиброванными отверстиями, и выполнен в виде двух клапанов, соединенных между собой с возможностью осевого перемещения относительно друг друга, причем один из клапанов выполнен в виде перевернутого конуса с перфорированным основанием и осевым отверстием в вершине конуса, через которое пропущен один конец направляющего штока, жестко соединенного снизу с другим клапаном в виде конической пробки, а другой конец штока размещен в полости второй части трубы, при этом клапан в виде конической пробки в верхней части дополнительно снабжен направляющим штоком, проходящим через отверстие в основание перевернутого конуса в его центре и соединенным другим концом с поплавком посредством гибкого привода. Кроме того, вертикальная труба, разделенная вертикальной перегородкой на две неравные части, выполнена в плане по форме каплеобразной, а боковая стенка камеры снабжена прорезью со стеклом, снабженным системой индикации в виде шкалы, состоящей из разноцветных светящихся отсчетных и разделительной полос.This goal is achieved by the fact that the water gauging station for the watercourses of the mountain-foothill zone, including a channel or river, a water level recorder, is equipped with a vertical pipe divided into two unequal parts by a vertical partition and equipped with sloping upwards with water-receiving slots-windows facing the stream, while the pipe on top is equipped with a camera with a recorder and a float and communicates two unequal parts through the float and a shutoff element located in the socket built into the second part of the vertical pipe in communication with the caliber channel holes, and made in the form of two valves interconnected with axial movement relative to each other, and one of the valves is made in the form of an inverted cone with a perforated base and an axial hole at the top of the cone through which one end of the guide rod is rigidly connected bottom with another valve in the form of a conical tube, and the other end of the rod is placed in the cavity of the second part of the pipe, while the valve in the form of a conical tube in the upper part is further provided with a guide m stem extending through a hole in the base of the inverted cone at its center and the other end connected to the float via a flexible drive. In addition, the vertical pipe, divided by a vertical partition into two unequal parts, is made in the form of a drop-shaped plan, and the side wall of the chamber is equipped with a slot with glass, equipped with an indication system in the form of a scale consisting of multi-colored luminous reading and dividing strips.
Такая конструкция водомерного поста в условиях эксплуатации в бурных потоках и при движении потока воды глубиной Н над уровнем дна канала со скоростью V поступит через наклонные вверх водоприемные прорези-окна в первую часть трубы, разделенной вертикальной перегородкой, и затем в емкость камеры, прикрепленную сверху над вертикальной трубой. В результате емкость камеры заполняется водой на высоту, равную величине скоростного напора hv=φV2/2g, где V - средняя скорость потока воды; φ -коэффициент, близкий к единице, определяемый опытным путем; g - ускорение силы тяжести.Such a design of a water gauging station under conditions of operation in turbulent flows and when a water stream of depth N is above the channel bottom level with a speed V will enter through upwardly inclined water intake slots into the first part of the pipe, separated by a vertical partition, and then into the chamber capacity attached above from above vertical pipe. As a result, the chamber capacity is filled with water to a height equal to the velocity head h v = φV 2 / 2g, where V is the average water flow rate; φ is a coefficient close to unity, determined experimentally; g is the acceleration of gravity.
Обеспечение измерений устанавливает связь между измерениями уровня воды и расхода, соответственно в верхнем бьефе с донными и взвешенными наносами, т.е. наносообразующих потоков, в бурных потоках с помощью предложенной конструкции, при этом предопределяет максимально возможные приращения уровня воды в камере за счет приращения скоростного напора Δh=φΔV/2g, соответственно приращением расхода потока, что в условиях нормированной для контрольно-измерительных приборов погрешности измерений Н=±1,0 см повышает точность определения расхода бурного потока до требуемой величины ±5%.The provision of measurements establishes a connection between measurements of water level and discharge, respectively, in the upper pool with bottom and suspended sediments, i.e. nanosized flows in turbulent flows using the proposed design, while this determines the maximum possible increments of the water level in the chamber due to the increase in the pressure head Δh = φΔV / 2g, respectively, by the increment of the flow rate, which under the conditions of measurement errors normalized for control and measuring instruments Н = ± 1.0 cm increases the accuracy of determining the flow rate of a turbulent flow to the required value of ± 5%.
Следует отметить, что при бурных потоках приращение скоростного напора ±Δh и уровень воды в емкости камеры будут превышать приращения глубины воды ±ΔН прямопропорционально величине числа Фруда (Fr=αV2/2g), которые характеризуют кинетичность (бурность) потока для ирригационных каналов в интервале 2<Fr<5,0, т.е. в среднем в 3,5 раза. Кроме того, подбору оптимального диапазона приращений скоростного напора в емкости камеры способствует соединение поплавка с запорным органом, состоящим из двух клапанов и размещенным в раструбе, встроенном во вторую часть вертикальной трубы, сообщенной с каналом калиброванными отверстиями со стороны нижнего бьефа быстротечного канала. При этом выделяющийся из воды воздух через отверстия в крышке камеры выпускается в атмосферу, а в боковой стенке камеры устроена прорезь с водомерным стеклом, имеющая метрические деления для визуального контроля наполнения камеры водой (возможно использование шкалы системы индикации светящейся краской, а для окраски поплавка с указателем тоже может быть выбран определенный цвет).It should be noted that in rough flows, the increment of the velocity head ± Δh and the water level in the chamber capacity will exceed the increments of the water depth ± ΔН in direct proportion to the Froude number (F r = αV 2 / 2g), which characterize the kinetics (storminess) of the flow for irrigation canals in
Следовательно, запорный орган, выполненный в виде двух клапанов, соединенных между собой с возможностью осевого перемещения относительно друг друга с указанными элементами (дано в описание водомерного поста), обеспечивает автоматическую свободу перемещения как клапану в виде конической пробки, так и ему самому в размещенном раструбе во второй части трубы по высоте камеры. Этим самым поддерживается в заданных диапазонах приращение скоростного напора в камере от минимального до максимального уровня, установленного на определенной высоте самописца - контрольно-измерительных приборов. При этом вертикальная труба с отверстиями по высоте (с верхнего и нижнего бьефов канала) выполнена в плане по форме каплеобразной.Therefore, the locking element, made in the form of two valves, interconnected with the possibility of axial movement relative to each other with the indicated elements (given in the description of the water gauging station), provides automatic freedom of movement both to the valve in the form of a conical plug and to itself in the placed bell in the second part of the pipe along the height of the chamber. Thereby, in the given ranges, the increment of the pressure head in the chamber is maintained from the minimum to the maximum level set at a certain height of the recorder — instrumentation. At the same time, a vertical pipe with holes in height (from the upper and lower channels of the channel) is made in a plan in the shape of a droplet.
В таких условиях и визуальный замер уровня воды в камере по водомерному стеклу, т.е. разноцветные полосы шкалы системы индикации, позволяет дополнительно допускать погрешность приборов контроля ±1,0 см и вычислять величину расхода Q по функциональной зависимости Q=f(αV2/2g) или Q=Qmin±ΔQi, где ΔQi=f(Δh). Кроме того, можно определить величину статического напора по функциональной зависимости Н=f(αV2/2g), т.е. эти зависимости однозначны и определяются расчетным путем по формуле удельной энергии сечения Э=Н+αV2/2g=Н+αV2/2gw, где V - средняя скорость потока воды; g - ускорение силы тяжести; Н - величина статического напора; w - площадь поперечного сечения потока (можно использовать поправку α - коэффициент Кориолиса).In such conditions, and visual measurement of the water level in the chamber using a water meter glass, i.e. multi-colored stripes of the scale of the display system, it allows you to additionally allow the error of the control devices ± 1.0 cm and calculate the flow rate Q from the functional dependence Q = f (αV 2 / 2g) or Q = Q min ± ΔQ i , where ΔQ i = f (Δh ) In addition, it is possible to determine the value of the static pressure from the functional dependence H = f (αV 2 / 2g), i.e. these dependencies are unambiguous and are calculated by the formula of the specific energy of the cross section E = H + αV 2 / 2g = H + αV 2 / 2gw, where V is the average water flow rate; g is the acceleration of gravity; H is the value of the static pressure; w is the cross-sectional area of the flow (you can use the correction α is the Coriolis coefficient).
Таким образом, из всего вышеописанного следует:Thus, from the foregoing it follows:
- позволяет организовать и проводить систематический учет расходов воды по уровню скоростного напора в предложенной камере;- allows you to organize and carry out a systematic accounting of water consumption by the level of pressure head in the proposed chamber;
- замеры можно проводить в любое время суток в каналах и реках с бурным течением потока с взвешенными и влекомыми наносами различного фракционного состава;- measurements can be carried out at any time of the day in canals and rivers with rapid flow with suspended and entrained sediments of various fractional composition;
- обеспечение требуемой точности определения расходов на каналах с малыми наполнениями (Н) и большими амплитудами стохастических высокочастотных пульсаций поверхности потока ΔНп;- ensuring the required accuracy in determining the flow rate on channels with small fillings (H) and large amplitudes of stochastic high-frequency pulsations of the flow surface ΔН p ;
- позволяет варьировать величиной диапазона, измеряемого (контролируемого параметра hv) за счет лишь частичного преобразования гидродинамического давления в скоростную высоту (высоту скоростного напора hv);- allows you to vary the magnitude of the range measured (controlled parameter h v ) due to only a partial conversion of the hydrodynamic pressure to the speed height (height of the pressure head h v );
- увеличивает диапазон применения приборов водоучета, например, лимниграфов и датчиков телеизмерения по диапазонам и условиям их работы;- increases the range of application of water metering devices, for example, limnigraphs and telemetry sensors according to the ranges and conditions of their work;
- не требует конструктивных изменений поперечных сечений каналов, нет необходимости в устройстве энергогасительных сооружений или колодцев, вызывающих фонтанирование воды на каналах с бурными потоками.- does not require structural changes in the cross sections of the channels, there is no need for the construction of energy-extinguishing structures or wells that cause gushing of water on the channels with turbulent flows.
Таким образом, технико-экономический эффект заключается в существенном сокращении затрат на строительство водомерных постов на реках и каналах с бурным режимом течения, зачастую в труднодоступных местах горно-предгорных зон. Экономия может составить до 60%. Кроме того, отсутствуют и земляные, и бетонные работы.Thus, the technical and economic effect consists in a significant reduction in the cost of building water meter posts on rivers and canals with rapid flow patterns, often in remote places of mountain-foothill zones. Savings can be up to 60%. In addition, there are no earthworks or concrete work.
Эти конструктивные отличия от прототипа позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого водомерного поста критерию изобретения «Новизна».These structural differences from the prototype allow us to conclude that the claimed water measuring post meets the criteria of the invention of "Novelty."
Авторам не известны сооружения для измерения уровня воды и расхода аналогичной конструкции, поэтому они считают, что предложенное техническое решение отвечает критерию «Существенные отличия».The authors are not aware of the facilities for measuring the water level and flow rate of a similar design, therefore, they believe that the proposed technical solution meets the criterion of "Significant differences".
На фиг.1 показан водомерный пост при низком уровне воды в канале, поперечный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, вид вертикальной трубы, разделенной на две неравные части в виде каплеобразного поперечного сечения; на фиг.3 - то же, при высоком уровне воды в канале, поперечный разрез.Figure 1 shows a water meter post at a low water level in the channel, a cross section; figure 2 is a section aa in figure 1, a view of a vertical pipe divided into two unequal parts in the form of a droplet-shaped cross section; figure 3 is the same, with a high level of water in the channel, a cross section.
Водомерный пост содержит размещенную в быстротечном канале 1 вертикальную трубу 2, разделенную на две неравные части 3 и 4 вертикальной перегородкой 5. Со стороны верхнего бьефа канала 1 на первой части 3 вертикальной стенки трубы 2 выполнены наклонные вверх водоприемные прорези-окна 6, верхнее из которых (выше минимального уровня воды в канале) прикрыто клапаном 7, например, из мягкой резины в виде лепестка. Вертикальная труба 2 выполнена в плане по форме каплеобразной. Герметичная накопительная камера 8 выполнена цилиндрической формы с крышкой 9 с воздуховыпускными отверстиями 10 и закреплена сверху трубы 2, дно ее соединено с впускной первой частью 3 и выпускной второй частью 4 трубы 2, при этом выпускная вторая часть 4 трубы 2 сообщена с нижним бьефом канала 1 калиброванными отверстиями 11 по ее высоте. Вторая часть 4 трубы 2 включает в себя раструб 12, встроенный во входную часть 4, снабженный запорным органом, состоящим из двух клапанов 13 и 14, соединенных между собой с возможностью осевого перемещения относительно друг друга. Клапан 13 выполнен в виде перевернутого конуса, в вершине которого выполнено выпускное отверстие 15, а основание выполнено в виде крышки 16 с впускными отверстиями 17. В полости клапана 13 размещен клапан 14 в виде конической пробки со сферическим основанием, к вершине которого прикреплен шток 18, соосно пропущенный сквозь выпускное отверстие 15 в углубление 19 клапана 13 и размещенный в полости последнего свободно нижним концом, причем клапан 13 верхним концом связан дополнительным направляющим штоком 20, проходящим через отверстие 21 в основание в крышке 16 в ее центре, который в свою очередь связан с поплавковым приводом, состоящим из поплавка 22 и гибкой связи 23, и связан с самописцем 24 уровня воды, фиксированного кронштейном 25 на боковой стенке камеры 8 или с контрольно-измерительным прибором, например, лимниграф или датчик телеметрии. В боковой стенке камеры 8 устроена прорезь 26, закрытая водомерным стеклом 27 с возможностью размещения на нем системой индикации в виде шкалы из разноцветных светящихся отсчетных и разделительной полос. Имеется возможность экспресс-контроля значений статического уровня (расхода воды в канале) до ±5% интервала изменений расхода. Разноцветные светящиеся отчетные полосы, соответствующие расчетному расходу воды, могут быть, например, белыми, а разделительная полоса черная, что соответствует движению вверх или вниз поплавка 22 от минимального до максимального приращения уровня воды в камере 8, а также светящейся краской поплавка 22, например, с указательной стрелкой. Посредством гибкого привода 23 с запорным органом, состоящим из двух клапанов 13 и 14, поплавок 22 через изменение уровня в камере 8 приходит в движение. Выпускное отверстие 15 периодически перерывается клапаном 14, помещенным свободно в полость клапана 13 при минимальном уровне воды в камере 8. Поперечное сечение выпускного отверстия 15 клапана 13 больше, чем каждое из впускных отверстий 17 в крышке 16. Выбор угла конусности клапана 13 позволяет прижать клапан 13 к стенкам раструба 12.The water gauging station contains a
Водомерный пост работает следующим образом.Water gauging station works as follows.
До поступления воды в камеру 8 поплавок 22 с приводом 23 находится в исходном положении, т.е. клапан 13 плотно закрывает раструб 12. Одновременно клапан 14 в виде конической пробки при наличии направляющих штоков 18 и 20 плотно закрывает в углублении 19 выпускное отверстие 15.Before water enters the
В режиме работы быстротечного канала 1 с малым напором и наполнением Hmin со скоростью Vmin вода по высоте заполняет вертикальную впускную часть 3 трубы 2 и далее заполняет камеру 8 и не выливается. При этом выделяющийся из воды воздух через воздуховыпускные отверстия 10 в крышке 9 выпускается в атмосферу. Вода, поступившая в камеру 8, далее поступает в полость клапана 13 через отверстия 17 в крышке 16, и клапан 14 в виде конической пробки более плотно прижимается к отверстию 15 за счет эффекта «присоски», возникающей из-за вакуума во второй части 4 трубы 2. При этом камера 8 заполняется водой на высоту, равную ее величине скоростного напораIn the operation mode of the fleet channel 1 with low pressure and filling H min with a speed of V min, the water fills the
где V - средняя скорость потока воды;where V is the average water flow rate;
φ - коэффициент, близкий к единице, определяемый опытным путем;φ is a coefficient close to unity, determined empirically;
g - ускорение силы тяжести.g is the acceleration of gravity.
Обеспечение наблюдений за величиной скоростного напора hv=φV2/2g при бурном потоке с большим напором, до максимального наполнения Hmax в канале 1 со скоростью Vmax давит на эластичный клапан (лепесток) 7, установленный внутри части 3 трубы 2, сосредоточенно поступает в отверстие прорези-окна 6, отверстие, которое расположено наклонно (под углом) вверх к потоку. При этом количество воды, поступающее через отверстие (количество задается их), увеличивает скоростной напор из верхнего бьефа в камеру 8. При уменьшении уровня воды в канале 1, в свою очередь, закрывают верхнюю прорезь-окно 6, что повышает точность регулирования в камере 8 и позволяет использовать весь скоростной напор при минимальном наполнении в канале 1. Таким образом, приращение скоростного напора Δhv=φΔV2/2g соответствует приращению расхода потока в канале 1. Это приводит к подъему поплавка 22, и клапан 14, который связан гибким приводом 23 с поплавком 22, поднимается на ΔL, вода войдет в отверстия 17 в крышке 16 и будет давить с внутренней стороны на стенки клапана 13. На клапан 13 будут действовать напор воды в камере 8, противоположный гидростатическому давлению внутри клапана 13. Усилие отрыва запорного клапана 13 уменьшается, и при увеличении уровня воды в камере 8 поплавок 22 поднимется и начнет приводить к подъему клапан 13. При больших приращениях скоростного напора, соответствующих приращению расхода потока в канале 1, но малых величинах открытия клапана 14 в виде конической пробки выпускного отверстия 15, поток пойдет через раструб 12. Кроме того, клапан 14 в виде конической пробки может служить и поплавком для дополнительного создания подъемного усилия на движение вверх запорного клапана 13, который отрывается от раструба 12, продвигаясь вверх и освобождая путь воде. При этом клапан 14 со сферическим основанием не закрывает впускные отверстия 17 в крышке 16, вследствие чего постоянно происходит заполнение полости клапана 13. Свободный нижний конец штока 18 обеспечивает свободу перемещения как клапана 14, так и его самого в полости во второй части 4 вертикальной трубы 2 по высоте.Ensuring observations of the value of the velocity head h v = φV 2 / 2g in a turbulent flow with a large head, up to the maximum filling of H max in channel 1 with a speed V max presses on the elastic valve (lobe) 7 installed inside
Высота камеры 8 и крепление самописца 24 устанавливаются с учетом возможных колебаний напоров воды в быстротечном канале 1, т.е. с учетом приращения скоростного напора Δhv=φΔV2/2g.The height of the
Следует отметить, что при бурных потоках приращение скоростного напора Δhv, а следовательно, и уровень воды в емкости камеры 8 будут превышать приращения глубины ±ΔН прямопропорционально величине числа Фруда (Fr=αV2/2g), которые характеризуют кинетичность (бурность) течения для таких каналов и рек, и попадают в интервал 2<Fr≤5, т.е. в среднем в 3,5 раза. Подбору оптимального диапазона приращений скоростного напора в камере 8 способствует наличие автоматического устройства в виде наличия двух клапанов 13 и 14, связанных между собой при наличии поплавкового привода и штока во второй части 4 вертикальной трубы 2.It should be noted that in rough flows, the increment of the velocity head Δh v and, consequently, the water level in the
Как видно из конструкции водомерного поста, происходит резкое снижение статического и динамического давления на конусные стенки элементов устройства, расположенных на выпускном отверстии во второй части 4 трубы 2, и силой воздействия струи воды на конусные стенки клапана 13, последний как бы задерживается в висячем положении с помощью поплавкового привода 23. Длина штока 18 подбирается такой, чтобы при заданном максимальном наполнении в камере 8 конец штока не выходил из вертикальной части 4 трубы 2 (возможен вариант - на конце свободного штока закрепить ограничитель перемещения при касании нижних кромок раструба 12, на чертеже не показано).As can be seen from the design of the gauging station, there is a sharp decrease in static and dynamic pressure on the conical walls of the device elements located on the outlet in the
Водовыпускное отверстие раструба 12 развальцовано по форме, соответствующей конусности клапана 13, и грани их изготовлены под определенным углом α, который выбран таким образом, что взвешенные частицы наносов на них откладываться не будут, то, следовательно, при длительной эксплуатации вес всего запорного устройства практически меняться не будет.The water outlet of the socket 12 is flared in the form corresponding to the taper of the
Для работы водомерного поста в автоматическом режиме приращение скоростного напора ±Δh, следовательно, и уровень воды в камере 8 должен быть больше расчетного, т.е. подбор оптимального диапазона приращения скоростного напора в камере способствует подъему поплавка 22, который связан приводом 23 со штоком 20, регулируется (на чертеже не показано). Увеличение расхода воды в камере приводит к увеличению открытия отверстия в раструбе 12 клапаном 13 через вторую часть 4 трубы 2, а уменьшение расхода воды в камере 8 - к уменьшению сбросного расхода через вторую часть 4 трубы 2. При этом наполнение в камере 8 не изменяется, что соответствует приращению расхода потока в условиях нормированной для контрольно-измерительных приборов погрешности измерений Н=±1,0 см и повышает точность определения расхода бурного потока в канале 1 до требуемой погрешности ±5%.For the water gauging station to operate in automatic mode, the pressure head increment is ± Δh, therefore, the water level in
В случае ремонтных работ возможно принудительно и вручную поднять поплавок 22 и зафиксировать его в верхнем положении, связанного гибким приводом 23 со штоком 20 и с клапанами 13 и 14. Этим обеспечивается вручную полное открытие клапана 13 и пропуск через раструб 12 во вторую часть 4 трубы 2 всего расхода и далее через калиброванные отверстия 11 в нижний бьеф канала 1. При этом вертикальная труба 2 выполнена в плане по форме каплеобразной.In the case of repair work, it is possible to forcibly and manually raise the
Эффективность водомерного поста позволит снизить погрешность измерения определения расходов воды по абсолютным приращениям высоты скоростного напора потока и возможности экспресс-контроля расхода воды в условиях эксплуатации наносообразующих потоков горно-предгорной зоны. Кроме того, позволит обеспечить требуемую точность расходов воды на каналах с малыми наполнениями и большими амплитудами стохастических высокочастотных пульсаций поверхности потока.The effectiveness of the water gauging station will reduce the measurement error of determining the water flow rate by absolute increments of the height of the flow head and the possibility of express control of the water flow rate in the conditions of operation of nanosized flows of the foothill zone. In addition, it will provide the required accuracy of water flow rates in channels with small fillings and large amplitudes of stochastic high-frequency pulsations of the flow surface.
Основная часть технико-экономического эффекта заключается в существенном сокращении затрат на строительство гидрометрических постов на реках и каналах с бурными потоками, зачастую в труднодоступных местах горно-предгорных зон. Экономия капиталовложений в условиях бурных потоков составит около 60% для каждого гидрометрического поста в сравнении с успокоительными колодцами.The main part of the technical and economic effect consists in a significant reduction in the cost of constructing gauging stations on rivers and canals with turbulent flows, often in remote places of mountain-foothill zones. Investment savings in turbulent flows will be about 60% for each gauging station in comparison with stilling wells.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012103827/28A RU2485451C1 (en) | 2012-02-03 | 2012-02-03 | Water stage gauge for watercourses of mountain and piedmont area |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012103827/28A RU2485451C1 (en) | 2012-02-03 | 2012-02-03 | Water stage gauge for watercourses of mountain and piedmont area |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2485451C1 true RU2485451C1 (en) | 2013-06-20 |
Family
ID=48786434
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012103827/28A RU2485451C1 (en) | 2012-02-03 | 2012-02-03 | Water stage gauge for watercourses of mountain and piedmont area |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2485451C1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU86902A1 (en) * | 1949-09-05 | 1949-11-30 | Н.А. Пирожков | Liquid steamer |
| SU596830A1 (en) * | 1976-06-14 | 1978-03-05 | Украинский Научно-Исследовательский Институт Гидротехники И Мелиорации Минводхоза Ссср | Water metering structure for open ditches |
-
2012
- 2012-02-03 RU RU2012103827/28A patent/RU2485451C1/en active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU86902A1 (en) * | 1949-09-05 | 1949-11-30 | Н.А. Пирожков | Liquid steamer |
| SU596830A1 (en) * | 1976-06-14 | 1978-03-05 | Украинский Научно-Исследовательский Институт Гидротехники И Мелиорации Минводхоза Ссср | Water metering structure for open ditches |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Быков В.Д. и др. Гидрометрия Л.: Гидрометеоиздат, 1977, с. 30. Типовые проектные решения 820-1-05486 Водомерные сооружения на мелиоративных системах. - Киев: Укргипроводхоз, 1986, Альбом М3 1 лист 19. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN202614752U (en) | Device for simulating bottom sediment erosion and transmission features of variable-slope rectangular water tank | |
| US3638490A (en) | Fluid flow measuring device | |
| CN205604160U (en) | Test platform is adjusted to hydraulic engineering multidimension | |
| CN202048938U (en) | Trench weir type flow meter | |
| CN105714730B (en) | Hydraulic engineering multidimensional adjusts test platform | |
| CN104020096B (en) | Device and method for detecting pore pressure by U-shaped pipe hydraulic differential rope method | |
| CN107167188B (en) | A method of applied to rectangular open channel flow measurement | |
| CN208399303U (en) | A kind of aeration concentrater measuring device | |
| KR20070022838A (en) | Flow meter system for foul water pipe line | |
| RU2485451C1 (en) | Water stage gauge for watercourses of mountain and piedmont area | |
| CN108534846B (en) | A kind of drawing type portable weir body and flow-measuring method | |
| CN1979099A (en) | Method for measuring high-pressure buffering pot mud-outlet-flow by open channel method | |
| CN216283796U (en) | Stabilising arrangement convenient to bubble type fluviograph is installed and is measured under water | |
| CN206990581U (en) | Water sand process monitoring system | |
| CN102538896B (en) | Flow stabilizing device for measuring different hydraulic gradients | |
| CN209706794U (en) | A kind of automatic slowly priming apparatus applied to water-pipe type settlement instrument | |
| CN210719274U (en) | Throttle formula orifice flowmeter | |
| US4279148A (en) | Anti-clogging flume and structure for metering fluid flow | |
| CN208505416U (en) | Liquid-phase pressure taking device for differential pressure type level gauge | |
| CN206132150U (en) | Slope cropland runoff combination formula flowmeter | |
| Replogle | Practical technologies for irrigation flow control and measurement | |
| CN218211469U (en) | Tunnel gushes water monitoring devices | |
| CN204298890U (en) | Overflow type pressure-stabilizing tank | |
| KR102674734B1 (en) | Monitoring device for groundwater inflow into sourface water | |
| CN202494477U (en) | V-notch weir slope plot runoff quantity measuring system |