Способ определения расхода воды

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения расхода и объема сточных вод, поступающих на канализационные насосные станции (КНС), оборудованных резервуарами и работающих в режиме периодического включения (циклическом режиме). Суть изобретения состоит в том, что для определения графика расхода воды, поступающей на КНС, выполняют: вычисление среднего расхода во время заполнения приемного резервуара в k-цикле; формируют множество n пар значений расходов и соответствующих им аргументов в виде времени t, а график притока сточных вод определяют в виде функции q=f(t), которая в точках t₀, t₁, …, t_k, …, t_n принимает значения, как можно более близкие к значениям или равные этим значениям. Техническим результатом является расширение области применения способа определения расхода воды. 2 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения расхода и объема сточных вод, поступающих на канализационные насосные станции (КНС), оборудованных резервуарами и работающих в режиме периодического включения.

Известен «Способ определения количества жидкости» путем суммирования фиксированных объемов периодически опоражниваемой измерительной камеры, в котором измеряют полное время поступления жидкости в измерительную камеру, измеряют время каждого заполнения камеры, число этих заполнений и их суммарное время, а искомое количество находят из соотношения

где W₀ - объем измерительной камеры; n - число заполнений камеры; ∑T - полное время притока жидкости; ∑t - суммарное время n заполнения камеры (см. авторское свидетельство №581376, СССР, МПК G01F 11/28. / Лобачев П.В, Кривов М.Н., Ласточкин А.А.; опубл. 25.11.1977, Бюл. №43).

Для указанного способа характерна узкая область применения, поскольку для определения объема перекаченной жидкости применяется усредненная за весь период откачки характеристика. Поэтому его можно применять на КНС с невысокой неравномерностью притока сточных вод.

Наиболее близким аналогом заявляемому способу является «Способ измерения расхода и объема многофазной жидкости в условиях пульсирующего потока» (см. патент №2294528, Рос. Федерация, МПК G01F 1/00 (2006.01). / Зайцев А.П., Романова Н.Л., Симахин В.М., Филиповская Н.В.; опубл. 10.01.2006). В соответствии с ним:

- искомый объем определяется для камеры любой формы, к которой нет доступа, рабочий объем которой определяется при калибровке камеры стандартным ультразвуковым (или электромагнитным) расходомером-счетчиком, устанавливаемым на короткое время только для калибровки этой емкости, периодичность калибровки которой проводится в зависимости от скорости зарастания камеры, рабочий объем которой определяется двумя датчиками высоты, фиксируемыми в процессе калибровки;

- искомый объем сточных вод за нужный промежуток времени определяется как сумма объемов за каждый конкретный цикл, в которой входит полное заполнение камеры сточными водами и ее полная откачка насосами, производительность которых не является влияющим фактором для выполнения измерений, где объем за каждый цикл вычисляется по формуле

где k - конкретный цикл; V_калибр - рабочий объем накопительной камеры, установленный при калибровке; V_{подтекания} - дополнительный объем сточных вод, сверх определенного при калибровке, подтекающий в камеру во время откачки сточных вод; - время полной откачки камеры в k-цикле; - средний расход в k-цикле, вычисляемый по формуле , где - время заполнения камеры сточными водами в k-цикле.

Для указанного способа характерна узкая область применения, т.к. при его помощи нельзя определить:

- изменение во времени (график) искомого объема воды, поскольку он может определять только общий объем воды за заданный период;

- изменение во времени (график) расхода сточных вод, поступающих на КНС (график притока сточных вод), знание которого необходимо для оценки эффективности работы КНС, обоснования выбора насосов и т.п.

Задачей настоящего изобретения является усовершенствование описанного выше способа с целью расширения области применения.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе, включающем:

- определение V_калибр рабочего объема камеры, расположенного между двумя фиксированными датчиками высоты,

- определение времени полного заполнения рабочего объема камеры и времени его полной откачки насосами за каждый конкретный цикл k,

- вычисление среднего расхода в k-цикле по формуле ,

- определение искомого объема V_t сточных вод за требуемый промежуток времени t в соответствии с настоящим способом:

- дополнительно формируют множество пар значений расходов и соответствующих им аргументов, в качестве которых принимают время ;

- определяют график притока сточных вод в виде функции q=f(t), которая в точках t₀, t₁, …, t_k, …, t_n принимает значения, как можно более близкие к значениям или равные этим значениям;

- определение искомого объема V_t сточных вод за требуемый промежуток времени t осуществляют посредством вычисления интеграла функции f между нижним пределом интегрирования t₀=0 и верхним пределом интегрирования t, где .

Отличительными признаками заявляемого способа является следующее:

1. Дополнительное формирование множества n пар значений расходов и соответствующих им аргументов, где 0<k<n;

2. Принятие в качестве аргументов времени ;

3. Определение графика притока сточных вод в виде функции q=f(t), которая в точках t₀, t₁, …, t_k, …, t_n принимает значения, как можно более близкие к значениям ;

4. Определение графика притока сточных вод в виде функции q=f(t), которая в точках t₀, t₁, …, t_k, …, t_n принимает значения, равные значениям ;

5. Определение искомого объема V_t сточных вод за требуемый промежуток времени t посредством вычисления интеграла функции f между нижним пределом интегрирования t₀=0 и верхним пределом интегрирования t, где .

По сведениям, имеющимся у авторов, все отличительные признаки не известны. Совместное их применение в заявляемом способе позволяет расширить область его применения, поскольку:

1. Появляется возможность определения графика изменения во времени расхода сточных вод, поступающих на КНС. Это достигается благодаря наличию отличительных признаков 1-4;

2. Появляется возможность определения графика изменения во времени искомого объема воды. Это достигается благодаря наличию отличительных признаков 3-5, в соответствии с которыми V_t является функцией времени t.

Таким образом, заявляемый способ отвечает критерию «изобретательский уровень».

Графический материал, иллюстрирующий предлагаемый способ, представлен на следующих чертежах:

фиг. 1 - схема системы, в которой может быть использован способ согласно изобретению;

фиг. 2 - примеры реализации способа посредством определения графика притока сточных вод в виде функции q=f(t) и графика искомого объема V_t сточных вод за требуемый промежуток времени t.

Установка содержит (см. фиг. 1):

- трубу 1, по которой измеряемая жидкость поступает в камеру 2, имеющую рабочий объем V_калибр, расположенный между двумя фиксированными датчиками высоты: верхнего уровня 3 и нижнего уровня 4;

- насосный агрегат 5 для периодической откачки жидкости из камеры.

Определение расхода воды по предлагаемому способу осуществляется следующим образом.

Определяют V_калибр рабочий объем камеры, расположенной между двумя фиксированными датчиками высоты. Настоящим изобретением не исключается любой способ его определения, включая расчетный по геометрическим размерам, мерный, путем контрольного заполнения рабочего объема и др.

Вначале любого цикла k уровень воды в камере 2 находится на нижнем уровне 4. Далее сточная вода с расходом q=f(t) по трубе 1 поступает в камеру 2, и уровень воды начинает подниматься. Через время он достигает датчика верхнего уровня 3. После этого включается насосный агрегат 5, подача которого превышает приток сточных вод. При этом уровень воды начинает снижаться. Через время он достигает датчика нижнего уровня 4, и насосный агрегат 5 отключается. На этом k-й цикл работы заканчивается, и установка переходит к работе в k+1 цикле.

В течение всех n циклов за исследуемый период времени выполняют следующее:

- определяют время полного заполнения рабочего объема V_калибр камеры и времени его полной откачки насосами за каждый конкретный цикл k, см. фиг. 2;

- вычисляют средний расход в k-цикле по формуле ;

- формируют множество n пар значений расходов и соответствующих им аргументов, в качестве которых принимают время , где 0<k<n. На фиг. 2 в качестве примера в графическом виде позицией 1 показаны соответствующие парные значения и t_k;

- определяют график притока сточных вод в виде функции q=f(t), которая в точках t₀, t₁, …, t_k, …, t_n принимает значения, как можно более близкие к значениям или равные этим значениям. Функция q=f(t), которая в точках t₀, t₁, …, t_k, …, t_n принимает значения, как можно более близкие к значениям , может определяться различными методами, например методом аппроксимации. Метод аппроксимации доступен для понимания специалистами, т.к. он представляет собой известный в математике метод. Функция q=f(t), которая в точках t₀, t₁, …, t_k, …, t_n принимает значения, равные значениям , может определяться различными методами, например методом интерполяции, кубических сплайнов и др. Эти методы доступны для понимания специалистами, т.к. представляют собой известные в математике методы. На фиг. 2 в качестве примера позицией 2 показана функция q=f(t), полученная методом кубических сплайнов;

- определяют искомый объем V_t сточных вод за требуемый промежуток времени t посредством вычисления интеграла функции f между нижним пределом интегрирования t₀=0 и верхним пределом интегрирования t, где . На фиг. 2 в качестве примера позицией 3 показана зависимость V_t.

Таким образом, предлагаемый способ соответствует критерию «промышленная применимость», поскольку позволяет в любой момент времени определять (см. фиг 2):

- расход воды, поступающий на КНС;

- искомый объем V_t сточных вод за указанное время.

Таким образом, предлагаемый способ определения расхода воды имеет расширенную область применения, поскольку он позволяет:

1. Определять график изменение во времени расхода сточных вод, поступающих на КНС;

2. Определять график изменения во времени искомого объема воды V_t.

Способ определения расхода воды, включающий: определение V_калибр рабочего объема камеры, расположенного между двумя фиксированными датчиками высоты, определение времени $$t_k^{заполнения}$$ полного заполнения рабочего объема камеры и времени $$t_k^{откачки}$$ его полной откачки насосами за каждый конкретный цикл k, вычисление среднего расхода $$q_k^{средн.}$$ в k-цикле по формуле $$q_k^{средн.}=\frac{Vкалибр}{t_k^{заполнения}}$$ , определение искомого объема V_t сточных вод за требуемый промежуток времени t, отличающийся тем, что дополнительно формируют множество n пар значений расходов $$q_k^{средн.}$$ и соответствующих им аргументов, в качестве которых принимают время $$t_k={\displaystyle {\sum }_{i=0}^{k-1}(t_i^{заполнения}+t_i^{откачки})+t_k^{заполнения}/2}$$ , где 0<k<n, определяют график притока сточных вод в виде функции q=f(t), которая в точках t₀, t₁, …, t_k, …, t_n принимает значения, как можно более близкие к значениям $$q_0^{средн.}$$ , $$q_1^{средн.}$$ , …, $$q_k^{средн.}$$ , …, $$q_n^{средн.}$$ или равные этим значениям, а определение искомого объема V_t сточных вод за требуемый промежуток времени t осуществляют посредством вычисления интеграла функции f между нижним пределом интегрирования t₀=0 и верхним пределом интегрирования t, где $$t\le t_n+t_n^{заполнения}/2$$ .