В речной гидрометрии наиболее распространенным методом измерения расхода воды является метод «ско­рость -площадь». Он заключается в определении пло­щади водного сечения путем промеров глубин по гидро­створу и измерении гидрометрической вертушкой в от­дельных точках водного сечения скорости течения.

При измерении расхода воды необходимо:

1) записывать обстановку работы;

2) наблюдать за уровнем воды;

3) измерять глубины на гидрометрическом створе;

4) измерять скорости течения воды в отдельных точ­ках живого сечения на скоростных вертикалях.

Все записи данных наблюдений и измерений расхода воды производятся простым черным карандашом в «Книжке для записи измерения расхода воды» КГ-ЗМ *.

Перед началом работ необходимо проверить исправ­ность гидрометрической вертушки и принадлежностей к ней, секундомера, а также наличие и исправность спаса­тельных средств для обеспечения безопасности работ, состояние всего оборудования гидрометрического ство­ра (приложение 1). Для предупреждения несчастных случаев студенты обязаны изучить и строго руководство­ваться инструкцией по технике безопасности (приложе­ние 2).

Для измерения расхода воды выбирается участок реки, отвечающий по возможности следующим требова­ниям:

1) берега ровные (не извилистые), параллельные;

2) русло ровное, устойчивое и не заросшее расти­тельностью;

4) отсутствие мертвого пространства (часть водного сечения, где нет течения).

Для учебной практики на выбранном участке реки должны быть глубины более 1 м, чтобы можно было выявить закономерности изменения скоростей течения.

На выбранном участке намечают гидрометрический створ (гидроствор), на котором и производят измерение расхода воды. На малых реках гидроствор разбивают на глаз перпендикулярно направлению течения реки и закрепляют на обоих берегах знаками - кольями. Знак на одном из берегов принимается за постоянное начало, от которого измеряются расстояния до каждой промер­ной (скоростной) вертикали. В гидростворе натягивает­ся трос (шнур), размеченный через 1 м. Если измерения производятся с лодки, параллельно с разметочным тро­сом (под ним) натягивается ездовой трос, служащий для перемещения лодки вдоль створа и установки ее на вер­тикали.

Наблюдения и измерения производят в следующем порядке.

1. Сведения об обстановке работы (со­стояние реки, погоды, приборов и оборудования) запи­сываются в раздел книжки расхода «Обстановка работ». Отмечаются все явления, которые могут повлиять на направление и величину скорости течения или отразить­ся на точности определения расхода воды. Например, указывается ширина выкошенной полосы гидроствора и отмечается, в каком состоянии она находится: «выкоше­на чисто», «на дне остатки водной растительности вы­сотой... см». Кроме того, указывается степень зараста­ния водной растительностью русла реки ниже гидро­створа (у берегов, сплошь, редкая, густая). Отмечаются отмели, косы, осередки, сооружения (запруды, перемыч­ки, плотины, мосты): следует указать, на каком расстоя­нии от гидроствора они расположены.

2. Наблюдения за уровнем воды ведут на основном гидрологическом посту перед началом и после промеров глубин, а также перед началом и после

измерения скоростей течения. Запись данных наблюде­ний за высотой уровня воды при промерах и измерении расхода производится в соответствующих таблицах книжки расхода.

3. Промеры глубин на гидростворе про­изводятся для вычисления площади водного сечения, как описано в разделе «Производство съемки и обработка результатов промеров». Глубины измеряются один раз перед измерением скоростей течения и записываются в. книжке расхода в разделе «Промеры» (в графу 11). В первой и последней строках, соответствующих первой: и последней промерным вертикалям на урезе воды, в. графе 0 записывается «Ур.л.б.» или «Ур. п.б.» (урез ле­вого или правого берега), а в графу И -глубина на урезе. При обрывистых берегах эта глубина может быть не равна нулю. Графы 3 и 4 заполняются только в тех случаях, когда глубина измеряется при неустойчивом русле дважды: прямым и обратным ходом.

4. Измерения скоростей течения на вер­тикалях обычно выполняют одной гидрометрической вертушкой, последовательно перемещаемой в различные точки вертикали.

Число скоростных вертикалей, на которых произво­дится измерение скоростей течения, при ширине реки до 50 м принимается равным пяти. При выборе мест скоростных вертикалей нужно стремиться к тому, чтобы они по возможности равномерно располагались по ши­рине реки и при этом попадали бы на точки резкого^ перелома дна и в наиболее глубокую точку створа. Крайние скоростные вертикали должны быть как можно" ближе к берегу (насколько это позволяют скорости те­чения и глубины).

Число точек, в которых измеряется скорость течения на вертикали, устанавливают в зависимости от рабочей глубины скоростной вертикали (табл. 4).

Рабочей глубиной скоростной вертикали, так же как и на промерных вертикалях, считается расстояние по> вертикали от дна до поверхности воды. При неизменном уровне воды разница в глубинах на вертикали по проме­ру и в момент измерения скорости в условиях устойчиво­го русла не должна превышать 2-3 см при глубинах до-1 м, 5 см - при глубинах от I до 3 м. При большей раз­нице промер следует повторить.

Таблица 4

Зависимость числа и местоположения измерений скоростей течения на вертикали от рабочей глубины

Основные термины и определения
Узел учета - это совокупность приборов и устройств, которые обеспечивают учет количества протекающей жидкости.
Средство измерения (прибор учета, расходомер) - техническое средство, предназначенное для измерений. Имеет нормированные метрологические характеристики, умеет хранить и/или воспроизводить некую измеренную физическую величину в пределах установленной погрешности. В данном случае основным значением измерения является объем протекающей жидкости .
Первичный преобразователь расхода (датчик) - устройство обеспечивающая непосредственное измерение параметров протекающей жидкости и передающее их на вторичный преобразователь.
Вторичный преобразователь расхода (регистратор) -устройство преобразующее данные полученные с первичного преобразователя (датчика) и вычисляющее по определенному алгоритму расход протекающей жидкости. Как правило, вторичный преобразователь снабжен дисплейным модулем и устройством хранения данных.

Методы измерения напорных потоков

Для определения расхода в напорных потоках достаточно измерять один параметр протекающей жидкости - скорость. Площадь сечения всегда известна и ограничена стенками водовода. Расход определяется путем перемножения скорости потока жидкости на площадь проходного сечения.

Тахометрический метод - так называемые, механические расходомеры, среди них можно выделить крыльчатые, турбинные и винтовые. Принцип действия основан на измерении скорости подвижного элемента, который вращается под воздействием протекающей жидкости. Наиболее доступное по стоимости оборудование, но имеет целый ряд ограничений к применению.

Метод переменного перепада давления - в зависимости от конструкции и принципа действия первичного преобразователя выделяют несколько видов средств измерений, но в основе каждого из них лежит зависимость перепада давления, которое создается первичным преобразователем от расхода протекающей жидкости. Наибольшее распространение получили средства измерения, получившие название "диафрагмы".

Ультразвуковой времяимпульсный метод - зачастую называют просто «ультразвуковой», хотя это не совсем верно, поскольку ультразвуковых методов измерения расхода несколько. Как правило, в водовод монтируется минимум два пьезоэлектрических преобразователя друг напротив друга под углом от 30 до 60°, которые попеременно работают как излучатель и приемник. Принцип действия данного метода основан на измерении скорости прохождения ультразвукового сигнала от излучателя до приемника, при этом скорость прохождения сигнала по потоку жидкости выше, чем против потока. Возможно исполнение как с врезными в стенки водовода датчиками, так и с накладными датчиками.

Наиболее универсальный на текущий момент метод измерения напорных потоков. Принцип действия основан на измерении электродвижущей силы (ЭДС), возникающей в потоке жидкости, протекающей через искусственно созданное магнитное поле, при этом ЭДС прямо пропорциональна скорости потока жидкости. Этот метод был предложен Майклом Фарадеем еще в начале XIX века. Первичный преобразователь, как правило, представляет из себя полнопроходное измерительное сечение с электромагнитами (для создания магнитного поля) и парой электродов, расположенных диаметрально противоположно в измерительном сечении для съема ЭДС.

Основываясь на опыте организации узлов учета напорных потоков можно утверждать, что наиболее универсальным и востребованным является именно электромагнитный метод измерения. В зависимости от поставленной метрологической задачи возможно применение различных методов измерения, однако необходимо всегда учитывать имеющиеся технические условия на объекте измерения и продумывать мероприятия по дальнейшему обслуживанию и эксплуатации средств измерения.

Методы измерения безнапорных потоков

Акустический (бесконтактный) метод - наиболее распространенный в силу относительно низкой стоимости, измерительное оборудование подобного плана давно производится в России и широко известно. Определение расхода при использовании данного метода производится путем измерения уровня воды и пересчета полученного значения по функции «уровень-расход» с использованием градуировочных таблиц. Уровень вычисляется путем измерения времени прохождения ультразвукового сигнала от первичного преобразователя, расположенного над потоком, до поверхности потока и отраженного эхо-сигнала до датчика. Необходимо отметить, что скорость при данном методе определения расхода не измеряется в явном виде, что приводит к недостоверным результатам в случае возникновения отложений на дне водовода и/или возникновении подпора. Данный метод имеет ряд преимуществ и недостатков.

Ультразвуковой доплеровский метод - название метода обусловлено одновременным измерением как уровня потока, так и его скорости. В сам поток, как правило на дно водовода, монтируются первичные преобразователи скорости и уровня. Скорость определяется по методу Доплера - в поток излучается ультразвуковой сигнал, который отражается от взвешенных частиц в потоке. Затем датчик скорости принимает отраженный сигнал и определяет скорость движения частиц по смещению частоты колебания относительно излученного сигнала. Уровень определяется либо гидростатическим методом (по давлению столба жидкости на чувствительную мембрану), либо ультразвуковым методом (возможно применение акустического уровнемера или погружного ультразвукового датчика уровня - ультразвуковой сигнал излучается вертикально вверх и измеряется скорость его прохождения до раздела сред и обратно). Зная геометрию водовода и измерив уровень потока, вычисляется площадь проходного сечения. Расход определяется путем перемножения скорости потока на площадь сечения.
Имеется также более прогрессивный метод, основанный на методе Доплера, - кросскорреляционный. Суть остается прежней, но измерение скорости производится в нескольких плоскостях и усредняется методом кросскорреляции, что повышает точность измерения относительно традиционного метода Доплера.

Электромагнитный (магнитоиндукционный) метод – в последнее время все чаще используют данный метод для измерения безнапорных потоков. Суть метода заключается в переводе безнапорного потока в напорный, т.е. в качестве расходомера применяют обычный электромагнитный расходомер для напорных систем. Особая конструкция подводящего и отводящего патрубков расходомера позволяют поднять уровень потока воды в измерительном сечении.

Измерения расхода поверхностными поплавками имеют существенно более низкую точность, чем измерения с помощью вертушек, поэтому поверхностные поплавки применяются при рекогносцировочных обследованиях рек, выходе вертушек из строя. При интенсивном ледоходе, когда измерения вертушками становятся невозможными, в качестве поплавков могут служить отдельные льдины.

Рис. 31.

АВ - пусковой створ; I - базис; 2 - верхний; 3 - главный;

4 - нижний створы реки

Поплавочные измерения проводят при штиле или небольшом ветре 2-3 м/с. Для измерения скоростей поверхностными поплавками па участке реки, удовлетворяющем требованиям к гидрометрическим створам, по берегу параллельно основному направлению течения прокладывается магистраль и па ней выбирается базис - I (рис. 31). Перпендикулярно к нему разбиваются три створа: верхний - 2, главный - 3 (посредине) и нижний - 4. Расстояние между створами назначается такое, чтобы продолжительность хода поплавков между ними составляла не менее 20 с. Главный створ 3 разбивается примерно посередине базиса.

Если для упрощения и ускорения проведения гидрометрических работ используется мост, то главный створ совмещают со створом моста.

Положение базиса и створов на местности фиксируется колышками и вехами. В створах могут натягиваться над водой размеченные через 1 м тросы. На всех створах по урезу воды забиваются колья; их расстояние до базиса измеряют мерной лентой. Для запуска поплавков дополнительно разбивается пусковой створ АВ на 5-10 м выше верхнего створа.

Производят промеры глубин и определяют площадь живого сечения по основному створу. Промеры проводят под каждой меткой размеченного троса, начиная от «постоянного начала» (урезного кола). Результаты измерений заносятся в таблицу. При отсутствии размеченного троса в створе расстояние от промерной вертикали до берега определяется методом засечек, т.е. путем измерения горизонтального угла между базисом и линией визирования (см. рис. 15). Нахождение точки промера в створе контролируется по выставленным на берегу вехам.

Измерение скоростей течения воды поплавками проводится в следующем порядке. На пусковом створе бросают в воду последовательно 15-25 поплавков, распределенных приблизительно равномерно по ширине реки. При прохождении поплавка через створы наблюдатели подают сигналы отмашкой или голосом. В эти моменты фиксируется место прохождения (расстояния от берега) поплавка в каждом створе методом засечек или наблюдателем на мосту по разметочным тросам. Одновременно секундомером измеряют время прохождения поплавка от верхнего до нижнего створа.

Рис. 32.

Результаты измерений скорости поплавков записываются в таблицу. Причем записи по прибившимся к берегу поплавкам исключаются. На рис. 32 показано распределение продолжительности хода поплавков по ширине реки. На графике по горизонтальной оси откладываются расстояния от постоянного начала до места прохождения поплавками среднего створа, а по вертикальной оси - продолжительность хода поплавков между верхним и нижними створами. По нанесенным точкам проводится осредненная эпюра распределения продолжительности хода поплавка по ширине реки. Скоростные вертикали проводят через равные расстояния и в местах перегиба эпюры. Назначается не менее 5-6 скоростных вертикалей, которые для удобства обработки совмещаются с промерными вертикалями. Для каждой скоростной вертикали вычисляется поверхностная скорость течения путем деления расстояния между верхним и нижним створами на продолжительность хода поплавка, снятую с эпюры. Запись результатов измерений расходов воды поплавками ведется в таблице.

Умножая площади отсеков между скоростными вертикалями на полусумму поверхностных скоростей на них, получают частичные фиктивные расходы воды. Их сумма, с учетом краевых коэффициентов, дает общий фиктивный расход воды (2ф:

где vi, v„ - поверхностные скорости на скоростных вертикалях; coi, ..., со„ - площади живых сечений между скоростными вертикалями; к - коэффициент для урезного участка, равный 0,7.

Действительный расход вычисляется по формуле:

где К - переходный коэффициент, от фиктивного расхода к действительному.

Величину переходного коэффициента A^i можно найти по таблицам или определить по формуле 5.6, если Q - расход, определенный одновременно по измерениям вертушкой и поплавками. Можно также определять К по формуле:

где С - коэффициент Шези, который рекомендуется вычислять по формуле Н.Н. Павловского:

где при R 1 м и при R > 1 м; п - коэффициент

шероховатости, определяемый по таблицам в гидравлических справочниках.

Если невозможно пустить поплавки по всей ширине реки, например на реках с быстрым течением, где поплавки сносятся к середине потока, расходы воды определяются по наибольшей поверхностной скорости. В этом случае на стрежневую часть потока пускается 5-10 поплавков. Из всех пущенных поплавков выбираются три с наибольшей продолжительностью хода, отличающиеся друг от друга по времени не более чем на 10 %; при большем отклонении продолжительности хода пускается еще 5-6 поплавков.

Если с помощью поплавков измерена наибольшая поверхностная скорость, то она используется для вычисления расхода воды

где К наиб - среднее значение скоростей трех наиболее быстрых поплавков; коэффициент К

где И - средняя глубина потока; g - ускорение свободного падения; со - площадь водного сечения.

Измерение расхода воды глубинными поплавками используется для измерения сравнительно малых скоростей течения (до 0,15-0,20 м/с), когда вертушечные измерения ненадежны и для определения границ мертвого пространства. Скорости течения измеряются с лодки, обору-

дованной тремя жестко скрепленными параллельными створными рейками на расстоянии друг от друга через 1 м. При помощи шеста на расстоянии 0,5 м от расположенной ближе к носу лодки рейки (верхней) пускается глубинный поплавок. По секундомеру определяется время прохождения поплавком расстояния от верхнего до нижнего створа. В каждой точке поплавок пускается не менее трех раз. Скорость в точке вычисляется делением длины базиса - расстояния между створными рейками на среднюю продолжительность хода поплавка. В расчет берется среднее значение. Расход воды вычисляется аналитическим способом аналогично расходу воды, измеренному вертушкой.

СНиП 2.04.01-85*

Строительные нормы и правила

Внутренний водопровод и канализация зданий.

Системы внутреннего холодного и горячего водоснабжения

11. Устройства для измерения количества и расхода воды

11.1.* Для вновь строящихся, реконструируемых и капитально ремонтируемых зданий с системами холодного и горячего водоснабжения, а также только холодного водоснабжения следует предусматривать приборы измерения водопотребления - счетчики холодной и горячей воды, параметры которых должны соответствовать действующим стандартам.

Счетчики воды следует устанавливать на вводах трубопровода холодного и горячего водоснабжения в каждое здание и сооружение, в каждую квартиру жилых зданий и на ответвлениях трубопроводов в магазины, столовые, рестораны и другие помещения, встроенные или пристроенные к жилым, производственным и общественным зданиям.

Установка счетчиков воды на системах раздельного противопожарного водопровода не требуется.

На ответвлениях к отдельным помещениям общественных и производственных зданий, а также на подводках к отдельным санитарно-техническим приборам и к технологическому оборудованию счетчики воды устанавливаются по требованию заказчика.

Счетчики горячей воды (на температуру воды до 90°С) следует устанавливать на подающем и циркуляционном трубопроводах горячего водоснабжения (при двухтрубных сетях) с установкой обратного клапана на циркуляционном трубопроводе.

11.2. Диаметр условного прохода счетчика воды следует выбирать исходя из среднечасового расхода воды за период потребления (сутки, смену), который не должен превышать эксплуатационный, принимаемый по табл. 4*, и проверять согласно указаниям п. 11.3*.

11.3.* Счетчик с принятым диаметром условного прохода надлежит проверять:

а) на пропуск расчетного максимального секундного расхода воды, при этом потери напора в счетчиках воды не должны превышать: 5,0 м - для крыльчатых и 2,5 м - для турбинных счетчиков;

б) на пропуск максимального (расчетного) секундного расхода воды с учетом подачи расчетного расхода воды на внутреннее пожаротушение, при этом потери напора в счетчике не должны превышать 10 м.

11.4. Потери давления в счетчиках , м, при расчетном секундном расходе воды , л/с, следует определять по формуле

где - гидравлическое сопротивление счетчика, принимаемое согласно табл. 4*.

При необходимости измерения расхода воды и невозможности использовать для этой цели счетчики воды следует применять расходомеры других типов. Выбор диаметра условного прохода и установку расходомеров надлежит производить согласно требованиям соответствующих технических условий.

Таблица 4*

11.5.* Счетчики холодной и горячей воды следует устанавливать в удобном для снятия показаний и обслуживания эксплуатационным персоналом месте, в помещении с искусственным или естественным освещением и температурой воздуха не ниже 5°С.

11.6. С каждой стороны счетчиков следует предусматривать прямые участки трубопроводов, длина которых определяется в соответствии с государственными стандартами на счетчики для воды (крыльчатые и турбинные) вентили или задвижки. Между счетчиком и вторым (по движению воды) вентилем или задвижкой следует устанавливать спускной кран.

11.7*. Обводную линию у счетчиков холодной воды следует предусматривать, если:

имеется один ввод водопровода в здание;

счетчик воды не рассчитан на пропуск противопожарного расхода воды.

На обводной линии следует устанавливать задвижку, опломбированную в закрытом положении. Задвижка для пропуска противопожарного расхода воды должна быть с электроприводом.

Обводную линию следует рассчитывать на максимальный (с учетом противопожарного) расход воды.

Задвижка с электроприводом должна открываться автоматически от кнопок, установленных у пожарных кранов, или от устройств противопожарной автоматики. Открытие задвижки должно быть сблокировано с пуском пожарных насосов при недостаточном давлении в водопроводной сети.

Обводную линию у счетчика горячей воды предусматривать не следует.

11.8. Для районов жилой застройки на время пожаротушения подачу воды в систему горячего водоснабжения допускается не предусматривать. При этом необходимо обеспечивать автоматическое отключение подачи воды в эту систему.

Наша компания производит замеры расхода воды, как напорных, так и безнапорных потоков. В зависимости от метода для измерения используется соответствующее оборудование.

Почему мы?

• Умеренные цены при высоком качестве
• Выезд в день обращения
• Работаем по всей России
• Полный цикл работ от поиска и определения места утечки до восстановительно строительно-монтажных работ «под ключ»
• Использование передовых технологий и оборудования
• Опыт работы специалистов больше 10 лет

Напорный поток ограничен со всех сторон стенками водовода, из-за чего давление в любой точке существенно отличается от атмосферного. Безнапорный поток, в свою очередь, имеет свободную поверхность, находящуюся под воздействием атмосферного давления.

Методы измерения напорных потоков

Расход воды в напорных потоках напрямую зависит от скорости протекающей жидкости и площади проходного сечения. При этом площадь сечения ограничена стенками водовода и поэтому всегда известна. Для определения расхода требуется умножить площадь сечения на скорость потока.

Тахометрический метод. Используется механическими расходомерами и основан на определении скорости вращения подвижного элемента под воздействием протекающей в водоводе жидкости.

Метод переменного перепада давления. Независимо от средства измерения этот метод базируется на зависимости перепада давления, которое образуется при помощи первичного преобразователя от расхода жидкости.

Ультразвуковой времяимпульсный метод. Базируется на измерении скорости прохождения ультразвукового сигнала между установленными на водоводе двумя датчиками, попеременно работающими, как излучатель и приемник.

Магнито-индукционный метод. Он основан на определении величины электродвижущей силы, которая возникает в потоке воды, когда она протекает через магнитное поле, искусственно созданного электромагнитами.

Обращайтесь, если Вам нужна экспертиза и анализ коммунальных сетей

Проводим капитальный или частичный ремонт трубопроводов по Вашему заказу

Занимаемся срочным устранением течи воды в трубах . Подробности на нашем сайте.

Методы измерения безнапорных потоков

В настоящее время наиболее широко применяется два метода измерения безнапорных потоков – акустический и двухканальный доплеровский

Акустический метод. Базируется на акустическом определении уровня жидкости, показатели которого пересчитываются посредством градуировочных таблиц по функции «уровень-расход».

Двухканальный доплеровский метод. Основан на одновременном измерении не только скорости потока, но и его уровня. При этом метод Доплера используется только для определения скорости потока.