СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВОДОСТОКА Российский патент 1996 года по МПК G01F3/38 

Изобретение относится к технике измерения расхода жидкости в открытых каналах, в частности для измерения водостока.

Известны способы с применением нормализованных лотков Вентури [1] представляющих собой сооружения, включающие открытый прямоугольный канал с горловиной, вызывающей сжатие потока и перепад уровней воды до и после горловины, или нормализованные пропорциональные водосливы [2] имеющие водоприемный лоток, который на выходном конце в поперечном сечении имеет перегородку в виде тонкой стенки с вырезом для слива воды. Форма выреза представляет пропорциональную зависимость между расходом и уровнем жидкости в лотке.

Для определения расхода жидкости с помощью указанных устройств применяют рабочие формулы, устанавливающие зависимость расхода от уровня жидкости в открытом канале.

Справедливость этих формул сохраняется в ограниченном диапазоне расходов при выполнении требований, учитывающих скорость движения жидкости, высоту уровня жидкости в лотке или перепад уровней жидкости в прямоугольном открытом канале до и после горловины.

В силу этого не все из названных установок и не всегда рекомендованы нормативными документами для применения, например в качестве коммерческих (расчетных) расходомеров.

Известны способ и установка для измерения водостока [3] Установка содержит мерный бак с перфорированной водоприемной трубой, служащей в качестве волногасителя, и сливным сифоном с запирающим клапаном.

Мерный бак по верхней кромке окружен лотком с наклонным дном, по которому вода из мерного бака переливается в двухкамерный опрокидывающийся счетчик. Последний после наполнения одной из камер опрокидывается и сбрасывает воду в сосуд-противовес. Сосуд-противовес опускается и через рычажный механизм поднимает запирающий клапан сифона. Вода из мерного бака сливается через сифон.

Расход водостока с помощью данной установки определяют путем умножения объема мерного бака на количество опрокидываний двухкамерного счетчика в единицу времени.

Установка и способ, ею реализуемый, могут быть применены для измерения небольших расходов воды. Кроме того, в установке наполнение мерного бака происходит и в процессе слива воды из него через сифон, что существенно снижает точность измерения в момент, когда приток и слив становятся сравнимы по расходу. Техническим результатом от использования изобретения является повышение точности измерения расхода в большом диапазоне его значений.

Для этого в способе, включающем заполнение фиксированного объема в единицу времени, водосток пропускают через один или ряд последовательно соединенных между собой водосливных баков, и в каждом из которых входной поток воды разделяют на равные по расходу струи, при этом в первый водосливной бак направляют весь водосток, в каждый последующий водосливной бак направляют одну из струй предыдущего водосливного бака, из последнего водосливного бака одну из струй, пропорциональную по расходу водостоку, направляют в измерительный опрокидывающийся счетчик. Общий расход водостока по формуле
,
где: Q общий расход водостока в единицу времени;
q фиксированный объем воды в одной камере измерительного опрокидывающегося счетчика;
K количество опрокидываний измерительного счетчика в единицу времени;
n 1, 2, 3 количество водосливных баков;
m 2, 3, 4. число равных по расходу струй в i-ом водосливном баке.

Технический результат в устройстве достигается тем, что установка для измерения водостока, включающая входной канал водостока, измерительный опрокидывающийся счетчик, содержит один или ряд последовательно соединенных между собой водосливных баков, каждый из которых разделен вертикальной перегородкой с проемами в придонной части на приемную камеру и делительный отсек, в верхней части последнего на одном горизонтальном уровне выполнены одинаковые по форме и размерам сливные окна. К верхней части приемной камеры единственного или первого водосливного бака подсоединен входной канал водостока. К делительному отсеку единственного или последнего водосливного бака присоединен приемный бак, в верхней части которого установлен лоток для слива воды в одну из камер измерительного опрокидывающегося счетчика. Вдоль водосливных и приемных баков установлен водоотводной желоб, снабженный запрудными перегородками для удержания воды в нем на фиксированном уровне.

Установка изображена на чертеже.

Установка включает в себя первый водосливной бак 1, который разделен вертикальной перегородкой 2 с проемами 3 в придонной части на приемную камеру 4 и делительный отсек 5. В верхней части делительного отсека 5 на одном горизонтальном уровне выполнены одинаковые по форме и размерам сливные окна 6.

К приемной камере 4 подсоединен входной канал водостока 7, а к делительному отсеку 5 приемной камерой 8 присоединен второй водосливной бак 9, по верхней части делительного отсека 10 которого выполнены сливные окна 11. К делительному отсеку 10 присоединен приемный бак 12, в верхней части которого установлен лоток 13 для слива воды в одну из камер измерительного двухкамерного опрокидывающегося счетчика 14, установленного на тумбе 15.

Вдоль водосливных баков 1, 9 и приемного бака 12 размещен водоотводный желоб 16 с запрудными перегородками 17, 18.

Установка для измерения водостока работает следующим образом.

Водосток по входному каналу 7 вливается сверху в приемную камеру 4 первого водосливного бака 1 и через проемы 3 вертикальной перегородки 2 заполняет снизу делительный отсек 5. Из делительного отсека 5 через семь сливных окон 6 вода разливается семью равными по расходу струями, одну из которых направляют сверху в приемную камеру 8 второго водосливного бака 9, заполнение делительного отсека 10 которого происходит так же, как и в первом водосливном баке 1, снизу. Из делительного отсека 10 вода разливается через пять сливных окон 11 пятью равными по расходу струями, одну из которых, пропорциональную по расходу водостоку, направляют в приемный бак 12. Из заполненного приемного бака 12 через лоток 13 воду сливают в одну из камер измерительного двухкамерного опрокидывающегося счетчика 14, установленного на тумбе 15. Как только вода заполнит фиксированный объем в камере измерительного счетчика, он опрокидывается и сбрасывает воду в водоотводный желоб 16, подставляя под лоток 13 другую свою камеру.

Все остальные струи из водосливных баков 1, 9 направляют в водоотводный желоб 16 с запрудными перегородками 17, 18. Последние поддерживают воду в водоотводном желобе 16 перед запрудной перегородкой 17 на уровне поверхности воды во втором водосливном баке 9, а перед запрудной перегородкой 18 на уровне поверхности воды в приемном баке 12.

Равенство расхода воды в каждой из струй водосливного бака достигается за счет:
заполнения делительного отсека водосливного бака снизу;
перелива воды из делительного отсека через сливные окна, одинаковые по форме и размерам, выполненные в его верхней части на одном горизонтальном уровне;
одинаковой высоты падения струй.

В зависимости от максимально прогнозируемого расхода водостока установка может включать и более двух аналогично устроенных и последовательно соединенных между собой водосливных баков. В этом случае водосток по входному каналу направляют в приемную камеру первого водосливного бака, с помощью делительного отсека которого его делят по меньшей мере на две равные по расходу струи и одну из них направляют в приемную камеру следующего водосливного бака для разделения на равные по расходу струи и т.д.

Из делительного отсека последнего водосливного бака одну из струй, пропорциональную по расходу водостоку, направляют в приемный бак и из него через лоток воду переливают в одну из камер измерительного опрокидывающегося счетчика, вмещающего фиксированный объем воды. Все струи, не использованные для последующего разделения, из всех водосливных баков так же, как и воду из камеры измерительного опрокидывающегося счетчика, направляют в водоотводный желоб.

Использование: в технике измерения расхода жидкости в открытых каналах, в частности для измерения водостока. Сущность изобретения: водосток пропускают через один или ряд последовательно соединенных между собой водосливных баков, в каждом из которых входной поток воды разделяют на разные по расходу струи, причем в первый водосливной бак направляют весь водосток, в каждый последующий водосливной бак направляют одну из струй предыдущего водосливного бака. Из последнего водосливного бака одну из струй, пропорциональную по расходу водостоку, направляют в измерительный опрокидывающийся счетчик. Установка для измерения водостока содержит входной 7 канал водостока, измерительный 14 опрокидывающийся счетчик, ряд последовательно соединенных между собой водосливных баков. Каждый бак разделен вертикальной перегородкой 2 с проемами 3 в придонной части на приемную камеру 4, 8, 12 и делительный отсек 5, 10, в верхней части которого на одном горизонтальном уровне выполнены одинаковые по форме и размерам сливные окна 6, 11. К делительному отсеку последнего водосливного бака присоединен приемный бак 17, в верхней части которого установлен лоток 13 для слива воды в одну из камер 14 измерительного опрокидывающегося счетчика, вдоль водосливных и приемных баков установлен водоотводный желоб 16, снабженный запрудными перегородками 17, 18. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ измерения водостока путем заполнения фиксированного объема в единицу времени, отличающийся тем, что водосток пропускают через один или ряд последовательно соединенных между собой водосливных баков, в каждом из которых входной поток воды разделяют на равные по расходу струи, при этом в первый водосливной бак направляют весь водосток, в каждый последующий водосливной бак направляют одну из струй предыдущего сливного бака, из последнего водосливного бака одну из струй, пропорциональную по расходу водостоку, направляют в одну из камер измерительного опрокидывающего счетчика, а общий расход водостока определяют по формуле

где Q общий расход водостока в единицу времени;
q фиксированный объем воды в одной камере измерительного опрокидывающегося счетчика;
K количество опрокидываний измерительного опрокидывающегося счетчика в единицу времени;
n 1, 2, 3, количество водосливных баков;
m_i 2, 3, 4, число равных по расходу струй в i-ом водосливном баке. 2. Установка для измерения водостока, включающая входной канал водостока, измерительный опрокидывающийся счетчик, отличающаяся тем, что она содержит один или ряд последовательно соединенных между собой водосливных баков, каждый из которых разделен вертикальной перегородкой, снабженной проемами в придонной части, на приемную камеру и делительный отсек, в верхней части которого на одном горизонтальном уровне выполнены одинаковые по форме и размерам сливные окна, к делительному отсеку единственного или последнего водосливного бака присоединен приемный бак, в верхней части которого установлен лоток для слива воды в одну из камер измерительного опрокидывающегося счетчика, вдоль водосливных и приемного баков установлен водоотводной желоб, снабженный запрудными перегородками для удержания уровня воды в водоотводном желобе на уровне воды в последующем водосливном или приемном баке.