Способ определения расхода воды на открытых каналах оросительных систем по методу уклон-площадь

Изобретение относится к области гидрометрии и может использоваться в системе водоучета на открытых каналах оросительных систем с призматическим руслом. Сущность способа сводится к использованию двух датчиков уровня воды, оснащенных средствами дистанционной передачи показаний уровня, расположенных в уровнемерных колодцах верхнего и нижнего гидрометрических створов, определению уровней воды в створах, перепада уровней между верхним и нижним створами и вычислению расхода воды. Могут использоваться акустические, ультразвуковые датчики уровня и др. с погрешностью измерения в пределах 0,01 м. Способ определения расхода воды на открытых каналах оросительных систем по методу «уклон-площадь» выполняют следующим образом: из канала по соединительным трубопроводам вода поступает в уровнемерные колодцы в верхнем и нижнем гидрометрических створах. Когда течение воды установится, в уровнемерных колодцах датчиками уровня воды будут непрерывно регистрироваться измеряемые параметры с заданным интервалом и с помощью средств дистанционной передачи информация будет передаваться на пункт диспетчера, оснащенный средствами ее обработки и вычисления расхода. По полученным данным и при известных параметрах канала вычисляется искомый расход. Данный способ дает возможность отслеживания в режиме реального времени значение уровней воды в створах, перепада уровней между створами, оперативного определения расхода воды с относительной погрешностью 2,6%. Уровнемерные колодцы позволяют исключить пульсацию уровня воды, что также повышает точность измерения. 2 ил.

 

Изобретение относится к области гидрометрии и может быть использовано в системе водоучета на открытых каналах оросительных систем с призматическим руслом.

Известен способ определения расхода воды на открытом водотоке с призматическим руслом (SU Патент №1659713 A1, G01F 1/00, БИ №24 от 30.06.1991), включающий измерение глубин в двух створах измерительного участка канала с обратным уклоном дна на кривой спада или подпора в зависимости от режима течения воды, с последующим определением расхода по разности глубин в двух створах при известных других размерах и параметрах участка водоизмерения по формуле, являющейся точным аналитическим решением уравнения неравномерного установившегося режима течения воды.

Недостатком данного способа определения расхода воды при использовании для водоизмерения второго типа кривой свободной поверхности, а именно кривой подпора со сверхкритическим режимом течения, является вероятность подтопления ее со стороны нижерасположенного бьефа канала.

Известен способ определения расхода воды на открытом канале с призматическим руслом (RU Патент №2102707 С1, G01F 1/00 от 20.01.1998), включающий измерение глубины в двух створах измерительного участка канала, выполненного с обратным уклоном дна. Искомый расход вычисляется по формуле, являющейся аналитическим решением дифференциального уравнения установившегося неравномерного медленно изменяющегося режима течения воды.

Недостатком данного способа является наличие стационарного дорогостоящего гидротехнического сооружения, которое может функционировать только в одном месте.

Наиболее близким техническим решением является способ определения перепада уровней и расхода воды на открытом водотоке с призматическим руслом по методу «уклон-площадь» (RU Патент 2327114 С2, G01F 1/00 от 20.06.2008). Сущность способа сводится к использованию одного уровнемера, расположенного в уровнемерном колодце нижнего гидрометрического створа, для измерения уровней в верхнем и нижнем гидрометрических створах, определению перепада уровней между верхним и нижним створами и вычислению расхода.

Недостатки данного способа:

- значительные затраты времени на определение уровней воды между верхним и нижним гидрометрическими створами, составляющие 20÷30 мин;

- наличие движущихся механических частей (поплавок, задвижка);

- наличие конструкции из соединительных трубопроводов между створами.

Сущность изобретения заключается в разработке способа определения перепада уровней и расхода воды на открытом канале, повышающего скорость и оперативность определения расхода воды при заданной относительной погрешности 2,6% с применением датчиков уровня воды, оснащенных средствами дистанционной передачи показаний уровня.

Техническим результатом предлагаемого способа является возможность измерения и дистанционной передачи значений уровней, перепада уровней и расчета расхода оросительной воды в канале в режиме реального времени.

Технический результат достигается применением двух датчиков уровня воды, оснащенных средствами дистанционной передачи показаний уровня, установленных в двух уровнемерных колодцах верхнего и нижнего гидрометрических створов соответственно. Искомый расход вычисляется по формуле, являющейся аналитическим решением дифференциального уравнения неравномерного установившегося плавно изменяющегося движения воды в открытом канале без устройства обратного уклона измерительного участка.

В исходном канале выполняют облицованный участок длиной L, равной 50÷60 м. Облицовку дна и откосов канала выполняют монолитным бетоном комплексно-механизированным способом. Используется гидротехнический бетон, приготавливаемый на портландцементе пластифицированном, гидрофобном, стойком, марки не ниже 400 (ГОСТ 7473-2010). В облицовках канала устраивают продольные и поперечные, строительные, усадочные и температурные швы. Строительные швы делают через каждые 3÷4 м, а температурные - через 10÷12 м. В качестве материала для заполнения швов используют битумную мастику (тиоколовую, армогерметик и др.), применение которой обеспечивает водонепроницаемость швов и необходимую эластичность стыков для бетонных плит. Слой бетона в облицовках составляет на средних грунтах δобл - 7÷15 см, на слабых - до 18÷20 см при заложении откосов канала m, равного 1÷1,5.

Затем на облицованном участке устраивают два гидрометрических створа (верхний и нижний), расстояние между створами выбирают равным lств в пределах 30÷40 м. В створах устраиваются уровнемерные колодцы на расстоянии k, равном от 2 до 5 м, от бровки канала, предназначенные для размещения и функционирования датчиков уровня воды. Уровнемерные колодцы, с помощью соединительных трубопроводов длиной lтр, соединяются с водным потоком глубиной h2 в гидрометрическом створе. Уровнемерные колодцы вертикальные, высотой hкол, равной диапазону измеряемых уровней плюс запас а - 0,6 м, но не менее строительной глубины канала hкан. Диаметр уровнемерных колодцев dкол назначают не менее 300 мм, чтобы обеспечивалась возможность очистки дна колодцев от осевшего ила или мусора. Нижняя точка входного отверстия соединительного трубопровода диаметром dтp не менее 50 мм должна находиться выше минимального регистрируемого уровня воды аn на 0,06 м (ГОСТ Р 51657.4-2002). Уровнемерные колодцы сооружают из бетонных колец с толщиной стенки от 8 до 12 см. Соединительные трубопроводы уровнемерных колодцев могут быть асбестоцементными (ГОСТ 31416-2009), металлическими (ГОСТ Р 54157-2010) или пластмассовыми круглого сечения (ГОСТ Р 53630-2009), которые соединяют путем бетонирования в месте соединения с уровнемерными колодцами и в месте выхода на откос канала.

В уровнемерных колодцах используют датчики уровня, оснащенные средствами дистанционной передачи измеряемых параметров, такие как:

- акустический уровнемер УА-1, который представляет собой систему, состоящую из двух первичных и одного вторичного преобразователей, обеспечивающую бесконтактное измерение и цифровую индикацию уровня воды. Диапазон измерения от 1,0 до 64,0 м при относительной погрешности измерения в пределах 0,01 м;

- датчик уровня акустический «ЭХО-5». Этот прибор предназначен для бесконтактного автоматического дистанционного измерения уровня различных жидких сред. Диапазон измерения уровня от 0 до 30,0 м, погрешность измерения уровня в пределах 0,01 м;

- датчик уровня ультразвуковой ДУУ-340 применяются для прямого измерения параметра уровня жидких, гелеобразных и сыпучих материалов. Диапазон измерения от 1 до 12,0 м, погрешность измерения в пределах 0,01 м;

- бесконтактный уровнемер KALESTO, работающий на микроволновом принципе. Его отличительная особенность - чрезвычайно низкая потребляемая мощность и возможна дистанционная передача результатов измерения на удаленное устройство по радиоканалу. Диапазон измерения от 0,5 до 30,0 м, погрешность измерения уровня в пределах 0,01 м;

- ультразвуковой уровнемер Prosonic, состоящий из одного-двух датчиков и преобразователя, взаимная удаленность которых может составлять до 600 м. Основное назначение - измерение уровня, измерение разности двух уровней, измерение расхода жидкости в открытом профилированном канале. Диапазон измерения от 0,5 до 30,0 м, погрешность измерения в пределах 0,01 м;

- малогабаритный ультразвуковой датчик уровня «Honeywell», предназначенный для бесконтактного автоматического дистанционного измерения уровня различных жидких сред и имеет следующие технические характеристики - рабочая область сканирования от 0,5 до 40 м, зона нечувствительности от 0 до 500 мм, погрешность измерения в пределах 0,01 м.

Датчики работают в рамках своих паспортных параметров и осуществляют функцию измерения значений уровней и их передачи на пункт диспетчера.

Изобретение поясняется чертежами: фиг. 1 - способ определения расхода воды на открытых каналах оросительных систем по методу «уклон-площадь» (план-схема измерительного участка); фиг. 2 - схема соединения уровнемерного колодца с измерительным створом канала (разрез А-А). Способ определения расхода воды на открытых каналах оросительных систем по методу «уклон-площадь» состоит из следующих элементов (фиг. 1, 2): измерительного канала 1, двух соединительных трубопроводов 2, двух уровнемерных колодцев, оснащенных датчиками уровня воды 3.

Способ определения расхода воды на открытых каналах оросительных систем по методу «уклон-площадь» выполняют следующим образом (фиг. 1, 2): из измерительного канала 1 по соединительным трубопроводам 2 вода поступает в уровнемерные колодцы в верхнем и нижнем гидрометрических створах. Когда течение воды установится, в уровнемерных колодцах датчиками уровня воды 3 будут непрерывно регистрироваться измеряемые параметры с заданным интервалом и с помощью средств дистанционной передачи информация будет передаваться на пункт диспетчера, оснащенный средствами ее обработки и вычисления расхода. По полученным данным и при известных параметрах канала (расстояние между сечениями верхнего и нижнего гидрометрического створа lств, уклон дна канала i0, коэффициент шероховатости канала n, ширина канала по дну b, коэффициент заложения откосов m и т.д.) вычисляется искомый расход по формулам 1 и 2 для прямого (при i0>0) и нулевого (при i=0) уклонов.

Для прямого уклона (при i0>0) расход воды равен:

Для нулевого уклона (при i=0) расход воды равен:

где Q - расход воды в канале, м3/с;

h1, h2 - глубина воды в створах «7» и «2» канала, м;

i0 - уклон дна канала;

lств - расстояние между створами, м;

α - коэффициент скорости, равный 1,1;

В1, В2 - ширина канала по свободной поверхности воды в створах «1» и «2»;

ω1, ω2 - площадь живого сечения в створах «7» и «2», м2;

С1, С2 - коэффициент Шези в створах «7» и «2», м0,5/с;

R1, R2 - гидравлические радиусы в створах «7» и «2», м;

g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2.

Способ определения расхода воды на открытых каналах оросительных систем по методу «уклон-площадь», включающий измерение уровней воды в двух гидрометрических створах канала с последующим вычислением расхода воды по разности уровней в этих створах при известных параметрах канала, отличающийся тем, что измерение уровней в верхнем и нижнем гидрометрических створах канала производят с помощью двух датчиков уровня воды, оснащенных средствами дистанционной передачи показаний уровней, расположенных в двух уровнемерных колодцах, соединенных с каналом посредством соединительных трубопроводов в верхнем и нижнем гидрометрических створах, при этом расход воды вычисляют по формулам:
- для прямого уклона (при i0>0)

- для нулевого уклона (при i=0)

где Q - расход воды в канале, м3/с;
h1, h2 - глубина воды в створах «7» и «2» канала, м;
i0 - уклон дна канала;
lств - расстояние между створами, м;
α - коэффициент скорости, равный 1,1;
В1, В2 - ширина канала по свободной поверхности воды в створах «1» и «2»;
ω1, ω2 - площадь живого сечения в створах «7» и «2», м2;
С1, С2 - коэффициент Шези в створах «7» и «2», м0,5/с;
R1, R2 - гидравлические радиусы в створах «7» и «2», м;
G - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к измерителям количества текучей среды, а также к способу определения количества текучей среды. Изобретение может быть использовано для уменьшения погрешности тахометрических преобразователей при измерении количества текучих сред, прошедших через них.

Изобретение относится к системе и способу измерения потока текучей среды. Вибрационный расходомер (5) включает в себя сборку датчика, расположенную в трубопроводе (301).

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).

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения притока и объема сточных вод, поступающих на канализационные насосные станции.

Настоящее изобретение относится к регуляторам расхода текучей среды, таким как регуляторы расхода жидкости или газа, а более конкретно - к регулятору, имеющему модификатор потока с регистрацией давления.

Предложенное изобретение относится к процедуре контроля многофазных смесей при их транспортировке по трубопроводу, в процессе которого исключают процесс пробкообразования.

Изобретение относится к бытовым счетчикам для учета расхода холодной (горячей) воды индивидуальными потребителями в условиях изменения режимов и тарифов, а также автоматизированного согласованного с потребителем изменения режимов и тарифов, передачи информации о количестве потребленной воды и оплате за указанную услугу, а также предупреждения аварийных ситуаций.

Группа изобретений относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения расхода и количества газообразных сред. Клапан с гистерезисной характеристикой для измерения расхода газовой среды содержит корпус с закрепленной в нем втулкой, имеющей две поверхности запирания, подвижный поршень, притягивающиеся постоянные магниты, один из которых закреплен во втулке, другой в тарелке поршня, дополнительно содержит катушку индуктивности, размещенную в зоне взаимодействия магнитов.

Изобретение относится к технике непрерывного весового дозирования сыпучих материалов и может быть использовано в производстве строительных материалов, пищевой, химической и других отраслях народного хозяйства.

Предлагаемое изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для установки и поддержания малых расходов жидкости в технологических процессах различных отраслей промышленности.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах измерения газообразных и текучих сред, а также в коммерческих расчетах. Измеритель расхода потока содержит последовательно соединенные с входным каналом сумматор, расходомер напорного потока и делитель потока, соединенный с ним расходомер обратного потока, устройство сравнения расходов и индикатор расхода, по изобретению до сумматора для обратного потока подключен насос с характеристикой «давление-расход», работа которого выключается сигналом устройства сравнения расходов напорного и обратного потоков. Технический результат − расширение диапазона измерения расхода, его разделение на две части с понижением уровня измерения в первой части диапазона, не снижая верхнего значения второй части диапазона, уменьшение погрешности схемы измерения первой части диапазона, рассматривая изменения величин напорного и обратного потоков как информационные сигналы между звеньями измерительной системы, как измеритель, построенный на встречно параллельном соединении звеньев с отрицательной обратной связью, возможность получения различной функциональной связи между величинами напорного и обратного потоков среды. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу определения расхода дымовых газов от энергетического оборудования, использующего в качестве топлива метан. Способ базируется на строгой аналитической зависимости, связывающей между собой расход дымовых газов, содержание в них кислорода и расход метана. Технический результат - повышение сходимости расчетных параметров с полученными при испытаниях данными. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения теплового потока, исходящего от теплонесущей текучей среды. Заявлен способ определения теплового потока (dQ/dt), исходящего от теплонесущей текучей среды (12), которая представляет собой смесь по меньшей мере двух различных текучих сред и которая протекает через пространство (11) потока от первого положения, где она имеет первую температуру (Т1), ко второму положению, где она имеет благодаря этому тепловому потоку (dQ/dt) вторую температуру (Т2), которая ниже, чем упомянутая первая температура (Т1). Плотность и удельную теплоемкость упомянутой теплонесущей текучей среды (12) определяют путем измерения скорости (vs) звука в упомянутой текучей среде, а упомянутые плотность и удельную теплоемкость упомянутой теплонесущей текучей среды (12) используют для определения теплового потока (dQ/dt). Также предложено устройство для реализации указанного способа, включающее средство для измерения дифференциальной температуры, средство для измерения абсолютной температуры, средство для измерения скорости звука в текучей среде, средство для измерения объемного расхода, а также блок оценки для определения теплового потока на основании полученных данных. Технический результат - повышение точности определения теплового потока, исходящего от теплонесущей текучей среды. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройству направления потока для использования с регуляторами текучей среды. Регулятор текучей среды включает корпус, имеющий перепускной канал, ограничивающий дроссель, который по текучей среде соединяется с впускным отверстием и выпускным отверстием. Плунжер клапана, расположенный в перепускном канале, перемещается относительно седла клапана, прилегающего к дросселю. Исполнительный механизм функционально присоединен к плунжеру клапана, и исполнительный механизм включает измерительную камеру по текучей среде, соединенную с выпускным отверстием перепускного канала. Исполнительный механизм перемещает плунжер клапана относительно седла клапана, чтобы регулировать поток текучей среды через дроссель между впускным отверстием и выпускным отверстием в ответ на давление рабочей текучей среды на выходе. Элемент направления потока присоединен к плунжеру клапана. Элемент направления потока имеет узел снижения ослабления, чтобы направлять текучую среду, проходящую через дроссель, к выпускному отверстию перепускного канала и от измерительной камеры исполнительного механизма при первом перепаде давления на дросселе и узел снижения усиления, чтобы направлять текучую среду, проходящую к измерительной камере исполнительного механизма при втором перепаде давления, где второй перепад давления больше, чем первый перепад давления. Технический результат - улучшение пропускной способности или класса точности регулятора текучей среды, осуществление корректировки как характеристики усиления потока, так и характеристики ослабления потока. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 12 ил.
Наверх