ВОДОМЕРНЫЙ ПОСТ Российский патент 1994 года по МПК G01F23/04 G01F1/00 

Изобретение относится к гидрометрии и может быть использовано в сельском и водном хозяйствах при измерениях уровней воды в каналах с наносообразующими потоками.

Цель изобретения - повышение точности и надежности измерения расхода наносообразующих потоков.

Сущность предложенного технического решения поясняется чертежом.

Водомерный пост содержит измерительное устройство, выполненное в виде шарового поплавка 1 с прорезью (на чертеже не показана) в центре, установленного с возможностью перемещения по тросу 2, один конец его зафиксирован на дне подводящего канала 3, а другой - на верхней части поверхности боковой стенки 4 канала 3. Поплавок 1 снабжен указателем 5 уровня.

На боковой поверхности стенки 4 подводящего канала 3 размещена система индикации в виде шкалы из разноцветных светящихся отсчетных 6 и разделительной 7 полос.

Разноцветные светящиеся отсчетные полосы закономерно располагаются (табл. 1) по обе стороны от черной разделительной полосы 7, соответствующей расчетному расходу осветленной воды, - белые полосы (измененный на ± 1% расход воды), коричневые полосы (измененный на ±2% расход воды), красные полосы (измененный на ± 3% расход воды), синие полосы (измененный на ±4% расход воды) и зеленые полосы (измененный на ± 5% расход воды), пpичем знак "плюс" соответствует движению вверх от разделительной полосы 7 шарового поплавка 1 с указателем 5, а знак "минус" - его движению вниз от разделительной полосы 7. Метки светящихся отсчетных полос 6, разделительной полосы 7 и шарового поплавка 1 с указателем 5 покрыты, например, флюоресцирующим веществом, что позволяет в любое время производить экспресс-контроль уровня воды в подводящем канале 3, т. е. экспресс-контроль расхода осветленной воды в обводном лотке. Для достижения контрастности в окраске шарового поплавка 1 с указателем 5 и меток светящихся отсчетных полос шаровой поплавок 1 с указателем 5 окрашивают например, в светящийся оранжевый или желтый цвет. Размещение системы индикации в виде шкалы показано на табл. 1.

Водомерный пост размещен на устойчивом участке подводящего канала 3 с расположением водомерного устройства - в составе системы индикации и шарового поплавка 1 с указателем 5 - между авторегулятором 8 предельного уровня и колодцем 9, выполненным в плане по форме спирали, вход которого тангенциально сопряжен с подводящим каналом 3. Колодец 9 имеет конусное днище 10 с отверстием 11, причем измерительное устройство и колодец установлены последовательно. Периметр кольцевого лотка 12 соответствует уровню воды на боковой стенке 4 подводящего канала 3 и заданному уровню воды на шкале 6 с разделительной полосой 7 и с находящимся на данном уровне шаровым поплавком 1 с указателем 5 за счет его возможного перемещения на тросу 2.

Водомерный пост работает следующим образом. Вода с наносами посредством авторегулятора 8 предельного уровня поступает в подводящий канал 3 и далее тангенциально поступает в колодец 9, где, закручиваясь, получает вращательное движение вокруг образовавшегося совершенного воздушного вихря, соосного с донным отверстием 11. Малая часть воды с донными и большей частью взвешенных наносов поступает в донное отверстие 11, основная часть осветленной воды переливается через борт колодца 9, спирального в плане, в обводной - по периметру колодца 9 - кольцевой лоток 12.

Шаровой поплавок 1 с указателем 5 свободно перемещается вдоль троса 2 и занимает соответствующее положение на поверхности воды, тем самым указатель 5 показывает на одну из полос шкалы 6 - выше или ниже разделительной полосы 7 - на боковой стенке 4 подводящего канала 3. Учитывая цвет полосы, на которую указал указатель 5 шарового поплавка 1, и ее расположение по отношению к разделительной полосе 7 (выше или ниже ее), по табл. 1 находят значение расхода осветленной воды (в долях от расчетного расхода) в створе обводного лотка 12. Поэтому использование авторегулятора 8 предельно уровня позволяет в определенной мере ограничивать и регулировать возможные колебания уровня (расхода) воды на водомерном посту в указанных пределах (±10% ). Например, при изменении расхода воды, поступающей в колодец, от 0,35 до 1,1 м³/с расход воды через донное отверстие составит 45-48 л/с. Следовательно, функционирование колодца 9 способствует образованию и поддержанию непрерывного донного течения по линии 11, подводящий канал 3 - дно 10 колодца 9 - донное отверстие 11. в результате чего донное и основная часть взвешенных наносов сбрасываются через конусное днище 10, отверстие 11. Тем самым отсутствует заиление - занесение наносами водомерного устройства.

Постоянство расхода воды, транспортирующей донные и основную часть взвешенных наносов через донное отверстие 11 в колодце 9, свидетельствует о наличии закономерной и стабильной связи между расходом (уровнем) воды в подводящем канале (верхний бьеф, створ водомерного устройства) и расходом осветленной воды в створе обводного лотка (нижний бьеф).

Формула для данного типа сооружения будет следующей:
R_макс= + r_o, (1) где R - значение радиуса стенки колодца на его входе, м;
Q_вх - расход воды, поступающей в колодец, м³/с;
Н_пер - глубина слоя перелива воды через борт колодца, м;
r_o - радиус донного отверстия, м;
m - коэффициент расхода водослива с тонкой стенкой.

Для типовых условий применения подобных сооружений: R_мак = 1 м; Н_к = 1 м; r_o = 0,08 м; Q_вх = Q_к + Δ Q_к = Q_к + 0,08 Q_к = 1,08 Q_к; Q_к = 1 м³/с. Из формулы (1) получим:
H_пер = 0,0762˙ m^-0,667 (2)
Например, в связи с изменением расхода воды на входе в колодец (Q_к на Q_к ± ΔQ_к) изменилась глубина перелива осветленной воды (Н_пер ± Δ Н_пер). Тогда соотношение (1) примет вид:
J = + 0,08. (3)
Кроме того, используется также и другая формула для подобного типа сооружений:
H_к= - 2H_пер, (4) где Н_к - высота стенки колодца, м;
b_к - ширина подводящего канала, м;
h_к - глубина наполнения воды в подводящем канале, м.

С учетом указанных выше типовых условий и изменения h_к на h_к± Δh_к, соотношение (4) примет вид:
I = - 2(H_пер± ΔH_пер) (5)
Отыскивая из (5) связь между и ΔQ_к и используя при этом соотношения (2) и (3), получим выражение
± = 0,2137 [(1 ± ΔQ_к) 1] , (6) где Δ h_к/h_к - относительное изменение глубины наполнения воды в створе водомерного устройства;
Δ Q_к - относительное изменение расхода осветленной воды в створе обводного лотка (рассмотрение соответствует единичному расходу воды).

Соотношение (6) имеет следующие случаи.

Устанавливает связь между изменениями уровня воды в верхнем бьефе (створ водомерного устройства), т. е. вода с донными и взвешенными наносами и изменениями расхода осветленной воды в нижнем бьефе (створ обводного лотка).

Свидетельствует о том, что благодаря функционированию колодца 9 в составе водомерного поста устраняется причина дополнительных погрешностей измерения уровня воды, так как организация непрерывного донного течения в направлении подводящий канал 3 - дно 10 колодца 9 - донное отверстие 11 ликвидирует занесение - заиление наносами системы индикации водомерного устройства; устраняется необходимость градуированных измерений по установлению связи типа (6), например, многовертикальными и многоточечными вертушечными измерениями.

Позволит разместить разноцветные полосы шкалы 6 системы индикации закономерным образом - согласно закономерности, описываемой формулой (6) и обсчитанной по ней в табл. 1: текущие положения шарового поплавка 1 с указателем 5 оказываются строго разграниченными по отношению к расположенным разноцветным полосам шкалы 6 системы индикации водомерного устройства, т. е. по отношению к изменениям уровня воды в створе водомерного устройства (верхний бьеф); возможность экспресс-контроля значений уровня (расхода воды в верхнем бьефе, т. е. значений расхода осветленной воды в нижнем бьефе внутри знакопеременного (до ±5% ) интервала изменений расхода воды.

В предложенном водомерном посту для выполнения полос шкалы 6 системы индикации светящейся краской предложено использовать цвета белый - коричневый - красный - синий - зеленый и разделительную полосу 7 черного цвета.

Кроме того, для окраски поплавка 1 с указателем 5 рекомендуются два цвета: оранжевый или желтый, которые оказываются невостребованными из известной гаммы основных цветов (между красным и зеленым в указанной гамме заключены оранжевый и желтый), что позволяет осуществить контрастность окраски поплавка 1 с указателем 5 по отношению к окраске полос шкалы 6 системы индикации и разделительной полосы 7. Следовательно, использованное многоцветье светящихся красок при исполнении водомерного устройства в предложенном водомерном посту приводит к расширению функциональных возможностей (±5% знакопеременного интервала) водомерного устройства и при выраженной контрастности полос шкалы 6 системы индикации между собой и с разделительной полоской 7, а также с поплавком 1 и стрелкой 5 способствует реализации в любое время суток оперативного экспресс-контроля уровней (расходов) воды в верхнем бьефе водомерного поста и тем самым - с использованием или формулы (6), или данных табл. 1 - расходов осветленной волы в нижнем бьефе водомерного поста.

В условиях эксплуатации, в случае необходимости проведения разового контрольного замера на водомерном посту возможен следующий технологический вариант.

Для обоснования такого варианта используем уравнения (3) и (2), из преобразования которых получим соотношение:
± = (1 ± ΔQ_к)^0,667 - 1, (7) на основании которого составлена табл. 2.

Формула (7) связывает между собой относительные изменения глубины перелива осветленной воды (створ криволинейного водосливного фронта борта колодца 9) и относительные изменения расхода осветленной воды (створ обводного лотка 12).

Указанный выше технологический вариант осуществляется следующим образом.

Допустим, что в процессе экспресс-контроля шаровой поплавок 1 с указателем 5 показал на одну из цветных полос шкалы 6 и согласно табл. 1 для этого случая получено значение расхода осветленной воды Q₁; положим, перед эксплуатационным штатом возникла необходимость разового контрольного замера; перед проведением его оператор по табл. 2 для полученного Q₁ выписывает ожидаемое значение глубины перелива; оператор производит разовое измерение фактической глубины перелива Н_пер2; оператор производит сравнение ожидаемого значения с фактическим Н_пер2; если полученное расхождение лежит в пределах допустимой погрешности, это свидетельствует о нормальном режиме работы водомерного поста; если полученное расхождение превышает допустимую погрешность, то оператор устанавливает причину нарушения нормального (заданного) режима работы водомерного поста и устраняет ее.

Эффективность водомерного поста позволит снизить погрешность измерения за счет возможности экспресс-контроля расхода воды в условиях эксплуатации наносообразующих потоков. (56) Метеорология, гидрология и гидрометрия. Сельхозиздат, М. , 1955, с. 461.

Использование: в гидрометрии. Сущность изобретения: подводящий канал соединен с входом колодца со спиральными боковыми стенками, в котором поток разделяется на два перетекающих через стенки лотка и через отверстия в конусном днище колодца. На вертикальные стенки подводящего канала нанесена шкала из разноцветных светящихся отсчетных и разделительной полос, сопряженных с шаровым поплавком, перемещающимся по вертикально закрепленному тросу. Закручивание потока в колодце препятствует накоплению наносов в каналах водомерного поста. 1 ил. , 2 табл.

ВОДОМЕРНЫЙ ПОСТ , включающий подводящий канал с веpтикальной стенкой, соединенный с входом колодца с боковой стенкой, пеpвый выход котоpого сообщен с отводным каналом, pегулятоp потока и измеpительное устpойство, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности измеpения pасхода наносообpазующих потоков, в него введены конусное днище с отвеpстием и кольцевой лоток с входом и выходом, измеpительное устpойство выполнено в виде шаpового поплавка, установленного с возможностью пеpемещения по тpосу и снабженного указателем, сопpяженным с системой индикации в виде шкалы, состоящей из pазноцветных светящихся отсчетных и pазделительной полос, pегулятоp выполнен автоматическим, а боковые стенки колодца выполнены в плане по фоpме спиpали, пpи этом pегулятоp, измеpительное устpойство и колодец установлены последовательно, конусное днище с отвеpстием пpикpеплено снизу к боковым стенкам колодца, вход кольцевого лотка сопpяжен с веpхней частью боковых стенок колодца, а выход - с втоpым входом отводного канала, пеpвый конец тpоса пpикpеплен к днищу подводящего канала, а втоpой конец - к веpтикальной стенке, на котоpой нанесена шкала, пpичем отвеpстие в конусном днище является пеpвым входом отводящего канала.