Материалы для изготовления водосливов

 Существует   определенная неразбериха в том, какие материалы подходят для изготовления тонкостенных измерительных водосливов, а какие –нет. В одних случаях используют фанеру, в других- нержавеющую сталь, в третьих - окрашенную сталь, иногда - стеклопластик или алюминий.

  При изготовлении водослива важнейшей  частью является порог. Толщина острой грани порога должна быть не более 1/8 дюйма (0,3175 см). При большей толщине существует вероятность того ,

что вода ,переливающаяся через водослив ,не будет иметь форму свободной струи. Когда это происходит ,в подструйной области  давление становится  меньше атмосферного  и уровень в нижнем бьефе повышается .  В результате  ошибка в  измерении  расхода  может составлять до 25%.

   Порог (или гребень) водослива  должен сохранять свою форму и быть устойчивым к износу и образованию зазубрин и задиров.  В течение длительных периодов эксплуатации надо обращать внимание на возможное притупление (скругление) острой  грани. При выявлении дефектов острой грани водослива они ,естественно, должны устраняться. При этом ,однако, важно не предпринимать действия ,изменяющих геометрию водослива –задиры должны шлифоваться до плоской поверхности , а появившиеся вырезы лучше не трогать .

   Там где толщина стенки порога превышает 0,3175 см, обращенная  к нижнему бьефу кромка должна быть скошена под углом 45-60 градусов для обеспечения нужной толщины. Из-за трудностей, связанных с поддержанием необходимых размеров, а также из-за потенциальной опасности, тонкая грань водослива не должна быть острой как нож.

   Тонкостенные водосливы из фанеры

 Предпринимались попытки   использовать  фанеру в качестве материала для изготовления измерительных водосливов. К сожалению, при необходимой толщине фанера хрупка ,склонна к  расслаиванию и может быть неровной .Кроме того, при длительном пребывании  в воде фанера подвержена разбуханию. Поэтому сегодня фанера используется для изготовления несущей части порога, к которой крепится съемная пластина измерительного тонкостенного водослива .

  Водосливы из оцинкованной/окрашенной  стали

 Оцинкованная  сталь и окрашенная сталь обычно не используются при изготовлении водосливов ввиду того, что защитный слой  (цинковое покрытие или краска)  быстро разрушается и ржавчина съедает тонкую стенку водослива. Как только защитное покрытие нарушено, продукты коррозии быстро покрывают водослив, увеличивая шероховатость порога и влияя на точность измерений.

   Водосливы из стеклопластика

   При применении на чистой воде без абразивных примесей могут применяться измерительные пластины водосливов  из фибергласса (стеклопластика) . Толщина стенки в типичном случае составляет 0,635 см  со скошенной под углом 45 градусов кромкой ,что позволяет достичь требуемой ширины  порога 0,3175 см.

  Материалом  для заготовки  при производстве пластин  водосливов может служить пултрузионный стеклопластик или же они изготавливаются методом ручного формования. При использовании пултрузионных материалов  следует тщательно контролировать формирование фаски(скоса)  порога по отношению к нижнему бьефу. При ручном формовании  стенка водослива представляет собой цельную конструкцию с   пластиной необходимой формы ,вваренной непосредственно в стенку.

   Пултрузионные пластины имеют поверхность ,гладкую с обеих сторон .Формованные водосливы имею гладкую поверхность  со стороны верхнего  бьефа и шелковистую  или слегка узорчатую со стороны нижнего бьефа( за счет прикатки  для устранения пузырьков воздуха в материале).

   Водосливы из алюминия

 Алюминий –это сравнительно мягкий металл(если сравнивать его с нержавеющей сталью).Примерно тем же способом ,какой применяется при работе со стеклопластиком ,

алюминиевые  пластины тонкостенных водосливов изготавливаются из  листов толщиной  ¼ дюйма или 0,635 мм, кромка которых затем скашивается под необходимым углом. С такой тонкой кромкой алюминия необходимо обращаться осторожно во избежание повреждения. В отличие  от  нержавеющей стали ,которую можно резать при толщине листа 0,375 см и которая обладает при этом требуемой жесткостью/прочностью,  алюминий  для обеспечения нужной жесткости должен иметь толщину 0,635 мм(1/4 дюйма).

  Преимуществом  алюминия является малый вес, что  делает из него привлекательными с точки зрения мобильности и сокращения транспортных расходов. Однако при производстве таких водосливов требуется профессиональное  фрезерование , что при одинаковых размерах  может даже увеличивать их стоимость по отношению к изделиям из  нержавеющей стали.

  Водосливы из бетона

   Бетон не является подходящим материалом для изготовления водосливов с тонкой стенкой. Из бетона получаются слишком грубые поверхности и, кроме  того, из него очень трудно  формировать  и поддерживать в рабочем  состоянии порог необходимой толщины. Там, где бетон используется, он применяется для строительства перегородок ,которые направляют поток на водослив. В этом случае собственно   измерительный водослив представляет собой тонкую пластину из нержавеющей стали, прикрепленную к порогу со стороны верхнего бьефа. Чтобы гарантировать режим свободной струи, пластина водослива должна быть установлена достаточно высоко, так чтобы исходящий поток не касался наружных стенок ил же эти стенки должны быть скошены.

h

  Тонкостенные водосливы из нержавеющей стали

   Нержавеющая сталь Т-304 фактически стала стандартом при изготовлении тонкостенных водосливов, как отдельно стоящих неразборных , так и съемных пластин, которые крепятся к разным материалам. Ниже показано типовое исполнение, где стенка водослива устанавливается перпендикулярно движению потока, направляя воду в вырез водослива. В этом вырезе установлена измерительная пластина  из нержавеющей стали, с помощью которой  и определяется расход.

  В переносном исполнении и измерительная пластина, и несущая стенка изготавливаются из нержавеющей стали. В таком случае обе части составляют набор ,подбором  съемной измерительной пластины в котором можно обеспечить  соответствие  существующего диапазона расходов потока диапазону измерений водослива, в противовес попыткам использовать уже существующий вырез в  несущей стенке неразборного водослива.

  По материалам openchannelflow.com

Съемные пластины тонкостенных измерительных водосливов

 Использование тонкостенных водосливов в виде съемных пластин –это простой способ измерения расхода воды в естественных водотоках. Имея под рукой набор взаимозаменяемых пластин от Openchannelflow , можно подобрать подходящий вариант для конкретного потока и диапазона расходов. Прецизионное производства обеспечивает взаимозаменяемость и смену пластин в полевых условиях.

  Каждый набор  съемных пластин  тонкостенных водосливов  соответствует требованиямСТБ ИСО 1438.1-99 «Измерение расхода воды в открытых каналах с помощью тонкостенных водосливов».

   Типовой набор пластин от компании  Openchannelflow  содержит следующие типы водосливов :

 - треугольный водослив с углом выреза 22,5°- расход от 0,2548 до 4,316 л/с  ,

-  треугольный водослив с углом выреза 45°- расход от 0,5039 до 9,051 л/с,

-  треугольный водослив с углом выреза 90°- расход от 1,217 до 21,86 л/с,

-  водослив Чиполетти с шириной гребня 30,48см – расход 8,196-32,4 л/с

 Кроме того, возможна и индивидуальная комплектация заказа.

    Материал изготовления

Поставляемые пластины изготавливаются из нержавеющей стали T-304, которая имеет высокую прочность, стойкость к износу и может обрабатываться путем высокоточной лазерной или гидроабразивной резки. Другие материалы подвержены утрате допустимых отклонений в размерах, разбуханию и допускают повреждения порога. 

Водосливы с тонкой стенкой для измерения расхода воды в открытых каналах

   Использования  водосливов  с тонкой стенкой  – это простой и  распространенный способ измерения расхода воды в открытых потоках . По сути ,водослив есть не что иное ,чем препятствие в канале ,через которое переливается вода ( в отличие от

лотков , через которые вода протекает). Часто  поток переливается через  специальный вырез или собранный сливной порог , установленный над  дном канала.

  При правильном подборе размеров, корректной установке и грамотном техническом обслуживании  водосливы обеспечивают недорогой и точный способ измерения расхода в открытых потоках.

  Водосливы могут применяться в различных вариантах : неразборные водосливы , съемные пластины водосливов с  тонкой стенкой, водомерные ящики с измерительными водосливами ,водомерные желоба с измерительными водосливами.

   Вне зависимости о варианта использования ,пластины водосливов с тонкой стенкойдолжны соответствовать требованиям ISO 1438 «Гидрометрия. Измерение потока открытого канала с помощью тонкостенных водосливов»  по исполнению и условиям применения.

   Материалы для  изготовления водослива

   В отдельно стоящем исполнении ,тонкостенные водосливы обычно изготавливаются из нержавеющей  стали  T-304 (по крайней  мере , та часть ,через которую переливается вода). Другие материалы склонны к утрате допустимых отклонений в размерах ,разбуханию  и допускают повреждения порога.

  При изготовлении  водомерных ящиков и водомерных желобов могут использоваться  различные конструктивные материалы ,например ,стеклопластик или полипропилен ,но пластина водослива всегда выполняется из нержавеющей стали.

  Принцип работы тонкостенного водослива

Водослив –это жестко установленное в канале препятствие определенной формы, через которое переливается поток. По мере того, как поток изливается чрез порог и падает в нижний бьеф ,он ускоряется. Также ,как и в гидрометрических лотках ,это ускорениеобразует известную зависимость  между уровнем  воды в верхнем бьефе и величиной расхода.

  Точка съема показаний для тонкостенных водосливов должна находиться на расстоянии3-5 Hmax выше по течению ,где Hmax максимальный предполагаемый напор ,за пределами участка ,прилегающего к водосливу ,в пределах которого начинается снижение уровня потока.

  Подобно лоткам с протяженной горловиной ,у водосливов нет фиксированной точки измерений- для этого подойдет  любое сечение на удалении больше  3-5 Hmax  от порогоа водослива, там ,где снижение уровня при истечении через водослив практически несущественно .

   Одним из недостатков  использования тонкостенных водосливов  является   поднятая  точка отсчета(«нуль» шкалы) для измерения уровня, которая совпадает с высотой нижней точки порога водослива.

   Обычно простейшим  способом  поверки/калибровки  измерительного водослива  служит фиксация показаний  уровня  при остановленном потоке .При этом входящий поток должен  только касаться порога ,не опускаясь ниже.

      Конструкция водослива

  Для того , чтобы  струя свободно переливалась через  острую грань порога , ее толщина не должна превышать 1-2 мм.  Большая толщина  стенки может привести к тому ,что струя «прилипнет» к наружной грани водослива из-за плохой аэрации (вызывая неучтенный расход) .

Более  тонкую грань  технологически трудно  реализовать и поддерживать.

   Собственно порог должен острым и без заусениц. Скругленные края ,подобно слишком толстой грани ,могут  привести к прилипанию струи. Поток должен всегда свободно переливаться через порог.

    Ограничения при использовании водосливов

  Подобно другим  первичным преобразователям расхода для открытых каналов, водосливы не подходят для измерения напорных потоков. Трубопроводы  , входящие

в верхний бьеф или в водомерный ящик  могут быть полными ,но они не должны находится под давлением выше атмосферного. Потоки в трубопроводах должны быть спокойными и иметь равномерный профиль распределения перед точкой измерений.

    Тонкостенные водосливы следует  с осторожностью использовать  в тех случаях ,когда потоки несут плавающий мусор ,содержат обломки  и нерастворенные вещества , способные вызвать отложения наносов  в канале перед водосливом (что увеличивает измеряемый напор и ,соответственно ,расход ) и обрастание порога (что ведет к деградации  струю ,переливающейся через порог). Хотя  некоторых случаях ,например, при измерениях потоков фильтрации через дамбы  отложение осадков может быть полезным ,так как позволяет оценить процессы ,происходящие внутри сооружения.

  И наконец, исследователи рекомендуют  использовать тонкостенные водосливы при обычных рабочих температурах( от 3,9 до 30 градусов Цельсия). При меньших  температурах ,пороги могут обмерзать , что сильно искажает результаты измерений.