Способ измерения расхода воды
Владельцы патента RU 2457441:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" (RU)
Изобретение относится к области эксплуатации мелиоративных систем и может быть использовано на оросительных системах для учета оросительной воды. Способ измерения расхода воды в расходомере с эластичным рабочим органом включает определение расхода воды косвенным методом путем измерения двух параметров, один из которых напор или гидравлический перепад на регулирующем сооружении, определяют давление в эластичном рабочем органе и в качестве второго параметра используют относительное давление в эластичном рабочем органе. Причем относительное давление в эластичном рабочем органе определяется из отношения давления в эластичном рабочем органе к напору или гидравлическому перепаду на регулирующем сооружении. Технический результат - расширение функциональных возможностей регулирующих гидротехнических сооружений с эластичным регулирующим органом. 2 ил., 1 табл.
Изобретение относится к области эксплуатации мелиоративных систем и может быть использовано на оросительных системах для учета оросительной воды.
В гидромелиоративной практике пользуются в основном косвенными методами измерения расходов воды, которые рекомендуют для современных условий эксплуатации гидромелиоративных систем.
Известен способ измерения расходов воды водомерами-регуляторами, основанный на регулировании расходов или уровней с помощью затворов и измерении расходов водомерными приставками, которые устанавливают во входной или выходной части сооружения, и создают перепад давлений. Водомерные приставки могут быть круглыми, прямоугольными и раструбными с прямым и косым входами. Измеряемыми параметрами являются уровни воды в верхнем и нижнем бьефах. Учетная формула расхода воды имеет вид
,
где Q - расход воды;
µпр - коэффициент расхода приставки;
z - водомерный перепад напоров (Водомерные устройства для гидромелиоративных систем. Под ред. А.Ф.Киенчука. - М.: Колос, 1982, 144 с.).
Недостатком способа является необходимость оснащения регулирующих сооружений дополнительными элементами - водомерными насадками, что ведет к увеличению материалоемкости регулирующих сооружений, их стоимости, уменьшает пропускную способность сооружений.
Наиболее близким решением является способ, где расход воды, пропускаемый регулирующим сооружением, определяется косвенным методом - путем измерения величины открытия затвора α и напора H, при свободном истечении из-под затвора, или гидравлического перепада Z при затопленном истечении. На рисунке 1 представлена схема водомерного устройства, где 1 - потокоформирующая часть; 2 - информационная часть.
Для плоских затворов расход определяется по зависимостям:
при свободном истечении Q=[2,72-(0,9а/н)]αв√н,
при затопленном истечении 
,
где φб - коэффициент скорости;
ωб - площадь живого сечения потока;
Z - гидравлический перепад на сооружении.
(Ольгаренко В.И., Ольгаренко Г.В., Рыбкин В. Н. Эксплуатация и мониторинг мелиоративных систем. // Коломна: ООО «ИНЛАЙТ», 2006. - 61-69 с.)
Недостатком является то, что способ неприемлем для сооружений, регулирующие органы которых выполнены из гибких эластичных материалов. Это обусловлено тем, что расположенный в потоке эластичный регулирующий орган затвора трансформируется в зависимости от внешних и внутренних усилий, действующих на оболочку, изменяя пропускную способность регулируемого сооружения. Изменяющаяся структура потока вызывает в свою очередь изменение формы оболочки. Изменение формы оболочки запорно-регулирующего органа приводит к изменению коэффициента расхода регулируемого отверстия.
Таким образом, пропускная способность сооружений, регулируемых затворами из эластичных материалов, зависит не только от живого сечения потока, но и от формы оболочки. Однако исследования формообразования эластичных запорных органов предполагают применение громоздких методов расчета, а определение формы оболочки непосредственно на сооружении практически невыполнимо.
Техническим решением задачи является расширение функциональных возможностей регулирующих гидротехнических сооружений с эластичными регулирующими органами.
Поставленная задача достигается тем, что в способе измерения расхода воды в расходомере с эластичным рабочим органом, включающем определение расхода воды косвенным методом путем измерения двух параметров, один из которых напор или гидравлический перепад на регулирующем сооружении, согласно изобретению определяют давление в эластичном рабочем органе и в качестве второго параметра используют относительное давление в эластичном рабочем органе, определяемое из отношения давления в эластичном рабочем органе к напору или гидравлическому перепаду на регулирующем сооружении.
Новизна заявленного решения заключается в том, что определены параметры, однозначно влияющие на формообразование эластичной оболочки и, как следствие, на коэффициент расхода регулирующего сооружения. В результате чего возможно использование регулирующего сооружения с эластичным рабочим органом, наряду с функциями регулирования уровней и расходов воды на системе, для водоучета.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на рис.1 представлена схема водомерного устройства-прототипа; на рис.2 схематически изображен трубчатый водовыпуск с эластичным рабочим органом.
Способ измерения расходов воды заключается в следующем. Для регулирующих сооружений с незатопленным истечением инструментально измеряют напор Н и давление Н' в эластичном рабочем органе расходомера. Определяют относительное давление из отношения давления в эластичном рабочем органе к напору или гидравлическому перепаду на регулирующем сооружении H'/H и далее по зависимости µ=f(H,H'/H) определяют коэффициент расхода регулирующего органа и по зависимости - Q=µω√gH - расход регулируемого сооружения.
Для сооружений (рис.2) с затопленным истечением непосредственно на сооружении инструментально определяют гидравлический перепад в бьефах z и параметр z', характеризующий превышение пьезометрического напора жидкости в оболочке рабочего органа над уровнем воды в нижнем бьефе. По зависимости µ=f(z,z'/z) определяется коэффициент расхода и по зависимости - Q=µω√2gz - расход регулируемого сооружения. В расчетных формулах по определению расхода ω - площадь сечения водопроводящей трубы.
В гидротехнической лаборатории КубГАУ проводились испытания рукавных авторегуляторов чековых сооружений рисовых систем. Для затопленного режима истечения расчетная зависимость по определению коэффициента расхода имеет вид:
µрур=0,761-0,410z-0,732z'/z+0,029z(z'/z).
Разница между рассчитанными по приведенной зависимости и измеренными с помощью треугольного водослива расходами в диапазоне гидравлических перепадов z=0,05…1,2 м и относительном давлении в оболочке z'/z=0,20…0,80 не превышает 5%.
| Опытные и расчетные значения расхода сооружения с авторегулятором рукавного типа | |||||||||
| Расход водовыпуска Qв, л/с | 25,63 | 5,40 | 56,99 | 6,29 | 14,98 | 32,99 | 5,717 | 37,67 | 22,93 |
| Расчетный расход Qр, л/с | 24,80 | 5,15 | 54,70 | 5,98 | 15,20 | 33,12 | 5,580 | 38,83 | 21,83 |
| ΔQ, % | 3,23 | 4,62 | 4,01 | 4,92 | 1,46 | 3,94 | 2,390 | 3,05 | 4,79 |
Для трубчатых сооружений с коническим запорно-регулирующим органом (а.с. СССР №1298304, з. №3812938/29-15, 1987 г.) зависимость между коэффициентом расхода µрк и относительным давлением в оболочке при незатопленном истечении описывается уравнением:
µрк=0,616+0,3329Н'Н-1,357(H'H)2
Применение предложенного способа измерения расхода воды позволяет использовать для водоучета большую группу регулирующих сооружений с эластичными рабочими органами, что создает предпосылки для более рационального использования оросительной воды.
Способ измерения расхода воды в расходомере с эластичным рабочим органом, включающий определение расхода воды косвенным методом путем измерения двух параметров, один из которых напор или гидравлический перепад на регулирующем сооружении, отличающийся тем, что определяют давление в эластичном рабочем органе и в качестве второго параметра используют относительное давление в эластичном рабочем органе, определяемое из отношения давления в эластичном рабочем органе к напору или гидравлическому перепаду на регулирующем сооружении.
