|
|
 |
Публикации об ультразвуковых расходомерах
<< все публикации
6. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ
6.1. Измерение расхода жидкости в безнапорных водоводах по уровню заполнения выполняют методом "уровень – расход" с предварительной калибровкой измерительного сечения (створа).
6.2. Равномерное течение жидкости в прямолинейном призматическом водоводе описывается формулой Шези
Q= ω•C•√R•I , (6.1)
где
ω = f1(Н) – площадь поперечного сечения потока жидкости в водоводе;
R=f2(Н) – гидравлический радиус;
С= f3(n, Rе, R) – коэффициент Шези;
I – гидравлический уклон.
В случае равномерного движения гидравлический уклон I, уклон дна I0 и уклон поверхности жидкости Iп равны.
При допущении, что для данного водовода n = const при любом наполнении, зависимость Q = f(Н) может быть представлена в виде
Q/Qmax = f(H/Hmax) или Qотн = f(Hотн) . (6.2)
Теоретически это соотношение не зависит от коэффициента шероховатости n (или коэффициента гидравлического трения λ) и гидравлического уклона I и является лишь функцией формы поперечного сечения. Для каналов с прямоугольным поперечным сечением соотношение Qотн = f(Ноотн) зависит, кроме того, от относительной ширины канала β = B/Нmax.
6.3. Для перехода от относительных зависимостей Qотн = f(Нотн) к искомой зависимости Q = f(Н) для рассматриваемого реального измерительного створа, проводят его калибровку, экспериментально определяя расход Qк при некотором наполнении Нк.
Представляя выражение (6.1) в виде
Q = A·ω·R2/3 , (6.3)
где А – множитель, объединяющий постоянные величины для данного измерительного сечения, находят этот множитель по формуле
A = Qк/(ωк·Rк2/3), (6.4)
где ωк и Rк – соответственно площадь живого сечения и гидравлический радиус при калибровке.
Подставляя значение А в выражение (6.3) при значениях ω и R, для случаев:
- максимального наполнения Нmax в лотках U-образной формы с полукруглым сечением и каналах с прямоугольным поперечным сечением;
- наполнения 0,941 Нmax в водоводах с поперечным сечением круглой формы,
находят Qmax для рассматриваемого створа.
6.4. Используя соответствующие графики или таблицы (приложения А и Б), по известным величинам Нmax и Qmax находят значения Q при различных наполнениях, т.е. получают искомую градуировочную характеристику
Q = f(Н).
6.5. Предварительную калибровку водоводов допускается осуществлять расчетным методом с использованием формулы Шези (6.1). Основной исходной информацией для такого расчета являются проектные данные о форме и размерах сечения водовода, строительном уклоне и коэффициенте шероховатости стенок.
7. КАЛИБРОВКА ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО СТВОРА
7.1. Выбор способа экспериментальной калибровки.
Для калибровки створа водовода используется метод определения расхода жидкости, основанный на известной зависимости распределения скоростей в измерительном сечении от его основных параметров: геометрических размеров и уровня заполнения.
7.1.1. Уровень заполнения водовода при калибровке должен быть не менее минимального уровня, указанного в технических характеристиках применяемого скоростемера.
7.1.2. Методику определения расхода сточной жидкости при калибровке реализуют одним из двух способов:
- по измерениям средней скорости потока Vср и расчете расхода по формуле
Q = ω·Vср ; (7.1)
- по измерениям максимальной скорости Vmax (только для круглых и U-образных лотков) и расчете расхода по формуле
Q = ω·N·Vmax , (7.2)
где N = Vср/Vmax . (7.3)
7.1.3. При выборе способа калибровки следует иметь в виду, что способ калибровки по средней скорости является более простым, так как в этом случае нет необходимости определять значение коэффициента N, который зависит от уровня заполнения водовода, расстояния от входа потока в водовод до измерительного сечения L и шероховатости стенок водовода Δ.
При реализации способа калибровки по средней скорости, в случае применения измерителя местной скорости, его устанавливают на ординату средней скорости Yср. Для водоводов круглой формы и U-образных лотков она располагается на вертикальной оси симметрии водовода, для прямоугольных лотков – на вертикали, отстоящей на 1/3В от стенки канала. Для водоводов и каналов любой формы ордината средней скорости Yср вычисляется по формуле:
Yср = 0,414•R (7.4)
и отсчитывается от минимальной отметки дна.
В случае применения измерителя местной скорости (гидрометрические вертушки, электромагнитные измерители скорости) измерения средней скорости выполняют с соблюдением рекомендаций МИ 13-92.
В случае применения измерителя средней скорости по всей площади сечения потока (доплеровские измерители скорости) измерения средней скорости выполняют с соблюдением рекомендаций МВИ ФР.1.31.2005.01607.
Однако точка средней скорости в случае применения измерителя местной скорости зачастую оказывается достаточно близко от дна при малом наполнении водоводов и даже небольшие отложения и взвеси могут повлиять на работу измерителя скорости. Кроме того, на ординате средней скорости градиент эпюры скоростей велик, и даже незначительное смещение при установке скоростемера может привести к существенной дополнительной погрешности измерений.
При реализации способа калибровки по максимальной скорости в значительной степени устраняются недостатки первого способа, связанные с размещением измерителя местной скорости вблизи дна канала. Однако возникает необходимость определения коэффициента N, который зависит, как отмечалось выше, от уровня заполнения водовода, расстояния от входа потока в водовод до измерительного сечения L и шероховатости стенок водовода Δ.
При реализации способа калибровки по максимальной скорости в случае применения измерителя местной скорости:
для водоводов круглой формы и U-образных лотков ордината максимальной скорости располагается на вертикальной оси симметрии измерительного створа и определяется по таблицам приложения В;
для водоводов прямоугольной формы калибровка производится по скорости, измеренной на поверхности потока, при этом ордината измерения скорости устанавливается вблизи поверхности потока на вертикали, отстоящей на 1/3В от стенки канала; измерения скорости вблизи поверхности потока выполняют с соблюдением рекомендаций МИ 14-92.
Следует отметить также, что точка максимальной скорости располагается вблизи поверхности потока и поэтому размеры скоростемера должны быть достаточно малыми и не вносить дополнительную погрешность в измерения. Так, например, при использовании в качестве измерителя скорости гидрометрической вертушки, необходимо соблюдать условие
Нк – Ymax > 1,5d,
где Нк – наполнение канала при калибровке;
Ymax – ордината максимальной скорости;
d – диаметр гидрометрической вертушки.
В случае применения измерителя максимальной скорости по всей площади сечения потока ((доплеровский измеритель скорости типа ADS3600/5600) измерения максимальной скорости выполняют с соблюдением рекомендаций МВИ ФР.1.29.2003.00894.
7.1.4. При любом способе калибровке требуется определить значения величин по таблицам и (или) графикам. В данной методике принято, что промежуточные значения величин определяются линейной интерполяцией по формуле
f(x) = f(x1)+{[f(x2)-f(x1)]•(x-x1)/(x2-x1)}. (7.5)
7.1.5. При несоблюдении требований п.п. 6.2. и выявлении индивидуальных гидравлических характеристик потока, при которых для разных уровней наполнения значения определяемых Qmaх ≠ const, для калибровки возможно использование многоточечного метода определения расхода жидкости с повторением операций, предусмотренных п.п. 7.1.1 – 7.1.3 на малых, средних и больших уровнях наполнения измерительного створа. Расходная характеристика Q = f(H) при многоточечном методе строится плавным сопряжением нескольких расходных характеристик, полученных для разных уровней наполнения водовода.
7.1.6. При наличии в трубопроводе круглой формы твердого, не размывающегося и не изменяющегося во времени осадка, имеющего форму сегмента с горизонтальной верхней поверхностью, или постоянного начального ненулевого уровня воды при нулевом расходе, возможна калибровка измерительного сечения по той же процедуре, что и для трубопровода без осадка, с определением основных необходимых для калибровки величин Rотн = R/D, ωотн= ω/D2, Qотн = Q/Qmax в соответствии с приложением Е. В этом случае уровень наполнения водовода при калибровке вычисляется с учетом толщины осадка, или постоянного начального ненулевого уровня воды при нулевом расходе
Hк = Hосадка + Hводы (7.6)
или
Hк = Hнач≠0 + Hводы. (7.7)
7.2. Калибровка по средней скорости
7.2.1. Определяют диаметр водовода (лотка) или ширину прямоугольного сечения канала.
Диаметр трубы (лотка) в выбранном измерительном сечении измеряют средством измерений линейных размеров не менее чем в трех направлениях (под 120о) и за значение диаметра D принимают среднее арифметическое этих измерений.
Ширину прямоугольного канала в измерительном створе (В) определяют телескопической линейкой или рулеткой на трех уровнях сечения: у дна канала, на уровне, соответствующем максимальному наполнению, и посередине между ними. На каждом уровне выполняют три измерения, находя средние арифметические В1, В2 и В3. За действительное значение ширины канала В принимают среднее арифметическое значений В1, В2 и В3.
Эти измерения следует проводить в подготовительный период при опорожненном канале или минимальном его наполнении.
7.2.2. Измеряют уровень заполнения Нк.
Для этого с помощью выбранного средства измерения линейных размеров измеряют расстояние от выбранной неподвижной базы до дна водовода, а затем - до поверхности жидкости. Уровень жидкости Нк вычисляют как разность этих измерений. Измерение проводят по центральной вертикали.
При небольших скоростях течения (менее 0,3 м/с) допускаются прямые измерения уровня путем погружения измерительных средств, предварительно натертых мелом, в жидкость.
7.2.3. Определяют площадь живого сечения ω и гидравлический радиус R при измеренном наполнении.
- Для водоводов круглой формы
ω = ωотн·D2 , (7.8)
где ωотн - относительная площадь живого сечения, определяемая в соответствии с
приложением А или приложением Е;
R = Rотн·D, (7.9)
где Rотн - относительный гидравлический радиус, определяемый в соответствии с
приложением А или приложением Е.
- Для лотков U – образной формы при Н/D < 0,5
ωu = 0,3927·D2 + D(H-D/2) , (7.10)
а гидравлический радиус
Ru = ωu/χu , (7.11)
где χu – смоченный периметр лотка:
χu = 1,571·D + 2·(H−D/2) , (7.12)
- Для каналов прямоугольного сечения
ω = ωотн•B•Нmax , (7.13)
а гидравлический радиус
R = Rотн•Нmax . (7.14)
Значения ωотн и Rотн для лотков U-образной формы и для каналов прямоугольного сечения определяют в соответствии с приложением А.
7.2.4. Находят ординату средней скорости потока Yср в соответствии с приложением В или, для водоводов круглой формы, вычисляют по формуле (7.4).
7.2.5. На штанге с мерными делениями закрепляют вертушку или другой измеритель местной скорости на расстоянии Yср от конца и измеряют скорость Vср в соответствии с нормативными документами на скоростемер.
В случае применения измерителя средней скорости по всей площади сечения потока (доплеровские измерители скорости типа Teledyne ISCO, Mainstream, Sigma), измеритель в водоводах любой формы устанавливают в соответствии с рекомендациями МВИ ФР.1.31.2005.01607 и руководствами по эксплуатации применяемых измерителей;
7.2.6. Расход Qк вычисляют по формуле (7.1).
7.2.7. Вычисляют относительное наполнение Нк/Нmax, где Нmax=D для водоводов круглой и U-образной формы сечения. Далее, в соответствии с приложением А или приложением Е для относительного наполнения Нк/Нmax находят соответствующий ему относительный расход Qотн=Qк/Qmax откуда определяют
Qmax=Qк/Qотн . (7.15)
7.2.8. Зная значения Qmaх и Нmax, по таблицам приложения А или приложения Е по соответствующим графикам приложения Б или приложения Е определяют значения расходов Q при различных наполнениях Н, т.е. получают градуировочную характеристику сечения в виде таблицы или графической зависимости Q=f(Н).
7.2.9. Полученную градуировочную характеристику вводят в вычислительное устройство расходомера–уровнемера.
7.3. Калибровка по максимальной скорости
Калибровку по максимальной скорости, как с применением измерителя местной скорости, так и с применением измерителя максимальной скорости по всей площади сечения потока, выполняют в той же последовательности, что и калибровку по средней скорости, согласно п.п. 7.1 и 7.2, но с учетом необходимости определения коэффициента N:
- определяют диаметр водовода (лотка) или ширину прямоугольного сечения канала (п. 7.2.1);
- измеряют уровень (наполнение) Нк (п. 7.2.2);
- определяют площадь живого сечения ω и гидравлический радиус водовода R (п. 7.2.3);
- измеряют максимальную скорость потока:
в случае применения измерителя местной скорости:
для круглых водоводов и U-образных лотков с наполнением до 0,5D определяют ординату максимальной скорости Ymax в соответствии с приложением В;
для прямоугольных лотков проводят измерения скорости вблизи поверхности потока;
устанавливают измеритель местной скорости на штанге на найденной ординате Ymax и измеряют скорость движения потока Vmax. Измерение скорости целесообразно проводить неоднократно, незначительно (до 5 %) меняя ординату размещения скоростемера с тем, чтобы проверить правильность нахождения точки максимальной скорости;
в случае применения измерителя максимальной скорости по всей площади сечения потока, измеритель в водоводах любой формы устанавливают в соответствии с рекомендациями МВИ ФР.1.29.2003.00894;
- определяют значение N по приложению Г, значение N зависит от шероховатости стенок водовода, которой (шероховатостью) задаются согласно приложению Д:
для водоводов круглой и U-образной формы сечения значения N по таблицам ПГ.1 – ПГ.21 как с применением измерителя местной скорости, так и с применением измерителя максимальной скорости по всей площади сечения потока;
для водоводов прямоугольной формы:
в случае применения измерителя местной скорости значения N по таблице ПГ.22 или с использованием рисунка ПГ.1;
в случае применения измерителя максимальной скорости по всей площади сечения потока значения N в соответствии с рекомендациями МВИ ФР.1.29.2003.00894;
- вычисляют расход по формуле (7.2);
- определяют градуировочную характеристику измерительного сечения, используя таблицы приложения А, и вводят ее в вычислительное устройство расходомера–уровнемера (п.п. 7.2.7-7.2.9).
7.4. По результатам калибровки составляют протокол произвольной формы, например, по форме, представленной в приложении Ж.
7.5. Предварительная калибровка измерительного створа в строящихся и реконструируемых водоводах расчетным методом
При калибровке измерительного створа расчетным методом считают, что расчетный расход сточных вод поступает на вход измерительного участка, а режим движения жидкости на измерительном участке - равномерный.
При принятом допущении, что течение жидкости имеет установившийся и равномерный характер гидравлический уклон приравнивается к строительному.
Для калибровки створа расчетным методом используется формула Шези (6.1). Коэффициент Шези С рассчитывается по формуле Павловского
C = (1/n)·Ry , (7.16)
где у –показатель степени, зависящий от значения коэффициента шероховатости и гидравлического радиуса:
y=2,5·n0.5-0,13-0,75·R0,5·(n0.5-0,1) . (7.17)
Допускается для упрощения принимать показатель степени у=1/6 и выполнять расчеты коэффициента C по формуле Маннинга:
C=(1/n)·R1/6 . (7.18)
Расчет выполняется в следующей последовательности.
- Задаются форма (круглый, прямоугольный), размеры сечения водовода (диаметр D или ширина B и высота Hmax), уклон заложения I.
- В зависимости от материала водовода в соответствии с приложением 6 выбирается коэффициент шероховатости n.
- С помощью приложения А или приложения Е задаются значения относительного гидравлического радиуса Rотн=R/D при H/D=0,940961 для круглых водоводов или Rотн=R/Hmax при H/Hmax=1 для некруглых водоводов и относительной площади живого сечения ωотн=ω/D2 при H/D=0,940961 для круглых водоводов или ωотн=ω/B•Hmax при H/Hmax=1 для некруглых водоводов.
- Для заданных значений Rотн и ωотн вычисляются значения гидравлического радиуса R=Rотн·D и ω=ωотн·D2.
- Рассчитывается показатель степени y по формуле (7.17) и определяется коэффициент Шези C по формуле (7.16) или коэффициент Шези определяют по формуле (7.18).
- Qmax для рассматриваемого створа рассчитывают по формуле (6.1).
- Расчет калибровочной характеристики, т.е. нахождение зависимости Q = f(H) для требуемого количества значений уровня наполнения проводится по приложению А или по приложению Е.
Точность калибровки расчетным методом не превышает ± 20 %. Это обусловлено сле-
дующими факторами:
а) в соответствии с ГОСТ 10704-91, ГОСТ 10705-80 и ГОСТ 51613-2000 допуск на диаметр (D) труб не превышает 1 %;
б) в соответствии со СНиП 2.04.03-85 и СНиП III-30-74 фактический строительный уклон (I ) может отличаться от проектного на ± 20 %;
в) фактический коэффициент шероховатости (n) для разных материалов трубопроводов может отличаться от табличного на ± 10 %.
В связи с низкой точностью этого метода его результаты не могут быть использованы при организации коммерческого учета, а только для предварительных расчетов.
8. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ
И ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
8.1. Производство работ по определению расходов сточной жидкости в системах канализации осуществляют в соответствии с действующими "Межотраслевыми правилами по охране труда при эксплуатации водопроводно-канализационного хозяйства" ПОТ Р М-025-2002. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002.
8.2. Перед спуском людей в колодец, где проводят измерения, проверяют его загазованность аттестованными средствами, предусмотренными ПОТ Р М-025-2002.
9. ТРЕБОВАНИЯ К КВАЛИФИКАЦИИ ОПЕРАТОРОВ
9.1. К выполнению измерений допускаются лица, достигшие 18 лет, имеющие квалификацию оператора не ниже 4-го разряда, прошедшие обучение и проверку знаний требований охраны труда в соответствии с ГОСТ 12.0.004, годные по состоянию здоровья и изучившие настоящий документ.
9.2. К обработке результатов измерений допускаются лица с образованием не ниже среднего, изучившие настоящий документ.
10. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ
10.1. При подготовке к измерениям проводят работы согласно требованиям, излагаемым в соответствующих разделах технической документации на средства измерений.
10.2. Составляют программу вычислений, используя полученную в результате калибровки зависимость Q = f(H).
10.3. Инсталлируют программу в вычислительное устройство расходомера-уровнемера.
10.4. При измерениях расхода и объема выполняют операции согласно технической документации на используемые средства измерений.
10.5. Измерение расхода водных потоков проводится в автоматическом режиме. На дисплее расходомера в режиме реального времени отображаются значения текущего расхода и объем воды, прошедшей с начала работы расходомера.
10.6. Если требуется суточный учёт объема и расходомер подключен к автоматизированной системе контроля и управления, то программой обработки данных должно быть предусмотрено обнуление в 00-00-00 часов-минут-секунд каждых суток значения объема воды. Значение объема, полученное на момент суточного времени 24-00-00, является суточным объемом, которое используется, например, для учетно-расчетных операций и заносится в архив.
11. ОБРАБОТКА И ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
11.1. Результаты измерений обрабатывают в соответствии с технической документацией на расходомер и при необходимости, специально подготовленными инструкциями для решения конкретных задач контроля, учёта и управления.
11.2. Результаты измерений хранят в памяти расходомера и (или) компьютера автоматизированной системы контроля и управления.
12. КОНТРОЛЬ ТОЧНОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
12.1. Контроль точности обеспечивается своевременной поверкой используемого расходомера–уровнемера и калибровкой измерительного створа.
При применении:
- расходомера ЭХО-Р-02 поверку проводят в соответствии с методикой поверки руководства по эксплуатации АЦПР.407154.012 РЭ;
- расходомера ВЗЛЕТ РСЛ поверку проводят в соответствии с методикой поверки руководства по эксплуатации В 18.00-00.00 РЭ.
В случае применения других типов расходомеров – согласно методикам поверки этих приборов.
12.2. В состав операций контроля точности результатов измерений должна входить калибровка измерительного створа, оформляемая, как правило, в виде отдельного документа (протокола калибровки). Форма протокола калибровки устанавливается организацией, выполняющей калибровку. Калибровку следует проводить при изменениях гидравлического режима в измерительном створе, вызываемых подключением дополнительных трубопроводов выше или ниже по течению, при выявлении нарушения однозначности зависимости
Q = f(H) при каких-либо режимах водопропуска. Проверку соответствия фактической расходной характеристики Q = f(H), ранее введенной и записанной в паспорте расходомера, следует проводить не реже одного раза в два года.
|
|
