Способ определения притока воды

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения притока и объема сточных вод, поступающих на канализационные насосные станции. Суть изобретения: измеряют общую производительность Q(t) насосов, определяют искомый объем V(t) сточных вод за требуемый промежуток времени t посредством вычисления интеграла функции Q(t) между нижним пределом интегрирования t₀=0 и верхним пределом интегрирования t, формируют множество n пар значений объемов V(t_k) и соответствующих им аргументов, в качестве которых принимают время или , где 0<k<n, определяют интегральный график притока сточных вод в виде функции W=f(t), которая в точках t₀, t₁, …, t_k, …, t_n принимает значения равные значениям V(t₀), V(t₁), …, V(t_k), …, V(t_n) и, по меньшей мере, один раз дифференцируема, а график притока - в виде функции q(t) путем нахождения производной функции W(t) по времени t. Техническим результатом является расширение области применения способа определения притока воды. 2 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения притока 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 ∑T

где W₀ - объем измерительной камеры; n - число измерений камеры; ∑T - полное время притока жидкости; ∑t - суммарное время n заполнения камеры (см. авторское свидетельство СССР №581376, 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 к заявляемому способу служит «Способ измерения расхода и объема многофазной жидкости в условиях пульсирующего потока» (см. патент РФ №2294528, 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 (графика) искомого объема воды, поскольку он может определять только общий объем воды за заданный период;

- изменение во времени (графика) притока сточных вод, поступающих на КНС, 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 времени полного заполнения рабочего объема камеры и времени его полной откачки насосами за каждый конкретный цикл k,

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

- дополнительно измеряют общую производительность Q(t) насосов;

- искомый объем V(t) сточных вод за требуемый промежуток времени t определяют посредством вычисления интеграла функции Q(t) между нижним пределом интегрирования t₀=0 и верхним пределом интегрирования t;

- формируют множество n пар значений объемов V(t_k) и соответствующих им аргументов, в качестве которых принимают время или , где 0<k<n;

- определяют интегральный график притока сточных вод в виде функции W=f(t), которая в точках t₀, t₁, …, t_k, …, t_n принимает значения, равные значениям V(t₀), V(t₁), …, V(t_k), …, V(t_n), и, по меньшей мере, один раз дифференцируема;

- график притока сточных вод определяют в виде функции q(t) путем нахождения производной функции W(t) на всем промежутке времени t, где t≤t_n.

Отличительными признаками заявляемого способа является следующее:

1. Дополнительное измерение общей производительности Q(t) насосов.

2. Определение искомого объема V(t) сточных вод за требуемый промежуток времени t посредством вычисления интеграла функции Q(t) между нижним пределом интегрирования t₀=0 и верхним пределом интегрирования t.

3. Дополнительное формирование множества n пар значений объемов V(t_k) и соответствующих им аргументов, где 0<k<n.

4. Принятие в качестве аргументов времени .

5. Принятие в качестве аргументов времени .

6. Определение интегрального графика притока сточных вод в виде функции W=f(t), которая в точках t₀, t₁, …, t_k, …, t_n принимает значения, равные значениям V(t₀), V(t₁), …, V(t_k), …, V(t_n), и, по меньшей мере, один раз дифференцируема.

7. Определение графика притока сточных вод в виде функции q(t) путем нахождения производной функции W(t) на всем промежутке времени t, где t≤t_n.

По сведениям, имеющимся у авторов, отличительный признак №1 в технической литературе известен, а остальные - нет. Однако совместное их применение в заявляемом способе позволяет расширить область его применения, поскольку:

1. Появляется возможность определения графика изменения во времени искомого объема воды. Это достигается благодаря наличию отличительного признака 2, в соответствии с которым V(t) является функцией времени t.

2. Появляется возможность определения графика изменения во времени притока сточных вод, поступающих на КНС. Это достигается благодаря наличию отличительных признаков 2-7.

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

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

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

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

Установка содержит (см. фиг. 1):

- трубу 1, по которой измеряемая жидкость поступает в камеру 2, в которой расположены два фиксированных датчика высоты: верхнего уровня 3 и нижнего уровня 4;

- насосный агрегат 5 для периодической откачки жидкости из камеры через отводящий трубопровод 6;

- расходомер 7 для измерения производительности Q(t) насосов.

Определение притока воды по предлагаемому способу осуществляется следующим образом.

Измеряют общую производительность Q(t) насосов. Настоящим изобретением не исключается любой способ ее измерения, включая ультразвуковой, электромагнитный метод переменного перепада давления и др.

Вначале любого цикла k уровень воды в камере 2 находится на нижнем уровне 4. Далее сточная вода с расходом q(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 Q(t) превышает приток сточных вод q(t). При этом уровень воды начинает снижаться. Через время он достигает датчика нижнего уровня 4 и насосный агрегат 5 отключается. С помощью расходомера 7 измеряют производительность Q(t) насосного агрегата 5 в течение времени . На этом k-й цикл работы заканчивается, и установка переходит к работе в k+1-м цикле.

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

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

- дополнительно измеряют общую производительность Q(t) насосов. На фиг. 2 в качестве примера позицией 1 показана зависимость Q(t);

- искомый объем V(t) сточных вод за требуемый промежуток времени t определяют посредством вычисления интеграла функции Q(t) между нижним пределом интегрирования t₀=0 и верхним пределом интегрирования t. На фиг. 2 в качестве примера позицией 2 показана зависимость V(t);

- формируют множество n пар значений объемов V(t_k) и соответствующих им аргументов, в качестве которых принимают время или , где 0<k<n. На фиг. 2 в качестве примера в графическом виде позицией 3 показаны соответствующие парные значения V(t_k) и t_k, где ;

- определяют интегральный график притока сточных вод в виде функции W=f(t), которая в точках t₀, t₁, …, t_k, …, t_n принимает значения, равные значениям V(t₀), V(t₁), …, V(t_k), …, V(t_n), и, по меньшей мере, один раз дифференцируема. Функция W=f(t), которая в точках t₀, t₁, …, t_k, …, t_n принимает значения, равные значениям V(t₀), V(t₁), …, V(t_k), …, V(t_n), 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 4 показана функция W=f(t), полученная методом кубических сплайнов;

- график притока сточных вод определяют в виде функции q(t) путем нахождения производной функции W(t) на всем промежутке времени t, где t≤t_n. На фиг. 2 в качестве примера позицией 5 показана зависимость q(t).

Таким образом, предлагаемый способ соответствует критерию «промышленная применимость».

Предлагаемый способ определения притока воды имеет расширенную область применения, поскольку он позволяет:

1. Определять график изменения во времени искомого объема воды V(t).

2. Определять график изменение во времени притока сточных вод q(t) поступающих на КНС.

Способ определения притока воды, включающий: определение времени t_k ^{заполнения} полного заполнения рабочего объема камеры и времени $$t_k^{откачки}$$ его полной откачки насосами за каждый конкретный цикл k, определение искомого объема V(t) сточных вод за требуемый промежуток времени t, отличающийся тем, что дополнительно измеряют общую производительность Q(t) насосов, искомый объем V(t) сточных вод за требуемый промежуток времени t определяют посредством вычисления интеграла функции Q(t) между нижним пределом интегрирования t₀=0 и верхним пределом интегрирования t, формируют множество n пар значений объемов V(t_k) и соответствующих им аргументов, в качестве которых принимают время или , где 0<k<n, определяют интегральный график притока сточных вод в виде функции W=f(t), которая в точках t₀, t₁, …, t_k, …, t_n принимает значения, равные значениям V(t₀), V(t₁), …, V(t_k), …, V(t_n), и, по меньшей мере, один раз дифференцируема, а график притока сточных вод определяют в виде функции q(t) путем нахождения производной функции W(t) на всем промежутке времени t, где t≤t_n.