Выбор первичного преобразователя расхода (водослива или лотка) для
измерения расхода воды в открытом потоке для конкретного объекта может быть разделен
на три этапа:
·
первый- выбор лотка или водослива ,
·
второй- выбор типа лотка или
водослива ,
·
третий- подбор размера устройства .
В этой серии статей мы обсудим каждый этап
и критерии ,которые следует принимать во внимание при выборе того или иного
решения. В этих рассуждениях предполагается ,что речь идет о водосливах с тонкой
стенкой и о гидрометрических лотках с короткой горловиной.
Выбор
между водосливом и лотком
Первым
пунктом при выборе первичного
преобразователя расхода является вопрос о выборе водослива или
гидрометрического лотка. И те , и другие
имеют свои преимущества и недостатки , и
их понимание может помочь принять
быстрое и правильное решение.
Преимущества
водосливов
Водослив является простейшим устройством ,которое применяется для учета
измерения потоков в открытых каналах. Он стоит недорого и не предъявляет
каких-либо особых требований к установке тонкой стенки.
Погрешность измерения расходов для водосливов с тонкой стенкой/ острым
порогом
в лабораторных условиях составляет ±2%. А водослив с треугольным вырезом
способен измерять достаточно малые расходы ( 0,2518 л/с).Другим важным
преимуществом треугольных водосливов является универсальное уравнение расхода для
любых углов раскрыва в интервале от 25
до 100 градусов. Это дает возможность корректировки ошибок ,допущенных на
производстве ,или подгонки измерительного водослива под условия конкретного
объекта.
Модули с водосливами могут быть полезны при измерениях
поверхностных вод и в безнапорных трубопроводах. Конфигурация
модуля позволяет оптимально подобрать тип присоединения к каналу и обеспечить
условия свободного истечения.
Водосливы
– ограничения
Мнение о более высокой точности измерений водосливов по сравнению с
лотками ,на самом деле ,не всегда справедливо. Лотки RBC, H-типа и лотки с трапециевидным каналом в лабораторных условиях показывают такую же точность. В
полевых же условиях это номинальное преимущество водосливов, вообще , исчезает
.Ошибки при установке , калибровке и другие ошибки дают погрешность измерений на
объекте ±10%.
Часто думают ,что лотки более подходят для измерений малых расходов ,но
на самом деле они имеют сравнительно высокий уровень минимального напора(0,0610
м) , необходимый для того , чтобы переливающая через порог струя не «прилипла»
к тонкой стенке. В общем случае, лотки H-типа и некоторые
модели лотков с трапециевидным каналом
показывают значительно лучшие результаты при измерениях малых расходов.
Для подвода воздуха к струе при переливе через порог , уровень порога
должен быть не ниже 15,24 см от поверхности воды в отводящем канале.
Несоблюдение этого правила может увеличить показания расхода на более чем 25%.
Водосливы с треугольным вырезом
имеют ограничение по напору до 2 футов
(60,96 см),в то время как прямоугольные водосливы(в зависимости
от размеров )могут работать при напоре до 5 футов(152,4 см).
В то время ,как сама
установка водослива или его
гребня является сравнительно простой операцией, этого не скажешь про
обустройство верхнего бьефа. Верхний бьеф представляет собой заполненный водой
участок водотока выше по течению ,
примыкающий непосредственно к водосливу .
Точка измерения для водосливов находится в верхнем бьефе и расположена как минимум на расстоянии трех максимальных
напоров над порогом, Нmax. Недостаточный по объему или плохо подготовленный верхний бьеф может
стать причиной искажения профиля скоростей или увеличения скорости подходящего
потока ,что снижает точность измерений. Требования к верхнему бьефу
ограничивают размещение водосливов в
существующих колодцах и трубопроводах (пожалуй, за исключением специфичных
калиброванных водосливов Thel-Mar,которые устанавливаются на трубопроводах.).
Наконец, водосливы требуют большего обслуживания ,чем лотки. Наносы и
осадки накапливаются перед порогом, меняя со временем форму верхнего бьефа ,что
, в свою очередь, снижает точность измерений. Отложения осадка и скопления
мусора у кромки гребня препятствуют
применению водосливов на сточных водах и в хозяйственно-бытовой канализации ,
за исключением выпусков очищенных сточных вод.
Иногда ,впрочем, склонность
аккумулировать наносы может быть
и полезной – типичным примером является контроль фильтрации через подпорные
сооружения ,где анализ наносов может многое рассказать о состоянии дамбы.
Острая кромка гребня также подвержена
повреждениям ,абразивному износу
и затуплению. Любая форма огрубления острой грани порога ведет к тому ,что через водослив переливается больше
воды ,чем фиксирует прибор, поэтому дополнительное техническое обслуживание
может быть весьма и весьма актуальным .
Гидрометрические
лотки – преимущества
Лотки
обладают способностью к самоочищению ,если скорость потока достаточно
высока и на его пути нет каких-либо
препятствий. К некоторым видам лотков ,имеющим возвышение в горловине (
например ,лоткам Палмера-Боулюса),это
относится в меньшей степени, но все равно лотки в этом отношении имеют
преимущество перед водосливами.
Потери напора при одном и том же расходе для лотков в четыре раза меньше ,чем для водосливов
.Когда вода выходит из берегов верхнем
бьефе водослива ,лотки продолжают спокойно работать . В каналах с плоским дном
и небольшим уклоном небольшие потери напора- решающее преимущество.
Гидрометрические лотки могут комплектоваться широким набором
измерительных приборов , формирователей потока ,контрольных устройств ,которые
могут размещаться непосредственно внутри лотков. Использование концевых адаптеров
, переходных секций и перемычек обеспечивает возможность применения на объектах
разнообразных аксессуаров, муфт, фланцев
и т.п. Конечно , какие-то из этих опций есть и в комплектных модулях с
водосливами, но большинство их недоступно
в случае устройства отдельного
измерительного водослива.
Имея широкий набор типов поперечного сечения , лотки могут легко
интегрироваться в ирригационные каналы (лотки RBC и
лотки с трапециевидным каналом), незаполненные
трубопроводы круглого сечения (лоткиПалмера-Боулюса) и в каналы с прямоугольным поперечным сечением (лотки Паршалла, Монтана или лотки безгорловины).
Гидрометрические лотки , даже лотки
H-типа, обладают значительно большей устойчивостью к подтоплению.
Во многих случаях , уравнения расхода( хотя и не очень простые сами по себе)
могут быть подкорректированы с учетом подтопления. Водосливы же ,с их
необходимостью подвода воздуха под струю
, имеют низкую устойчивость к затоплению.
Гидрометрические
лотки –ограничения
Производственная стоимость лотков выше ,чем у водосливов. На их
изготовление ,как правило, требуется больше материалов, хотя реальные
производственные расходы, включая оплату труда могут быть сопоставимы
,если речь идет об использовании пресс-форм для изготовления лотков из
стеклопластика. Водосливы – это, по большей части, единичные изделия, и экономить за счет массовости производства здесь не
получается.
Погрешности измерений зависят от типа лотка. В этом компоненте некоторые
типы лотков вполне сравнимы с водосливами (H-тип и трапециевидныелотки -2,5%), погрешность других немного выше (лотки без горловины имеют погрешность 3 %),
третьих существенно выше (Паршалл,Монтана - 3÷5%).Здесь несколько выделяются лотки Палмера-Боулюса , погрешность которых
зависит как о размеров ,так и от стиля
горловины (4÷6%).
Расходы по монтажу и установке лотков выше ,чем водосливов. Здесь
,конечно ,
предполагается ,что верхний бьеф
соответствует необходимым требованиям для размещения водослива. Необходимость
наличия прямого участка выше по течению
и специфическая форма подводящего канала могут потребовать значительных усилий
– намного больше, чем думают некоторые . ЛоткиПаршалла являются самыми дорогими в смысле
установки ,благодаря перепаду высот между горловиной и выпуском из лотка
.Иногда лотки требуется поднимать над дном канала , в других случаях отводящий
участок канала также требует внимания.
