способ измерения расхода воды

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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;

µ _пр - 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 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)] в н,

при затопленном истечении ,

где б - коэффициент скорости;

б - 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=µ 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=µ 2gz - расход регулируемого сооружения. В расчетных формулах по определению расхода - 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:

µ_рур=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
Q, %	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 µ_рк и относительным давлением в оболочке при незатопленном истечении описывается уравнением:

µ_рк=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.