Гидравлика, гидрология и метеорология (стр. 34 )

При каждой вертушке должно всегда храниться тарировочное свидетельство, в котором указывают: тип и номер вертушки; дату последней тарировки; организацию, проводившую тарировку; график тарировки или уравнение тарировочной кривой.

Вертушки являются точными приборами, требующими бережного отношения и внимательного ухода. Перед сборкой вертушки необходимо тщательно проверить состояние ее частей, обращая особое внимание на состояние винта, оси прибора, подшипников, контактного устройства и электропроводки. После работы вертушку разбирают на основные части, которые очищают, промывают бензином и протирают сначала насухо, а затем тряпкой, слегка смоченной в масле.

При работе зимой вертушка может покрыться льдом, который нельзя удалять ударами или соскабливанием. Для удаления льда вертушку следует опустить в теплую воду. При перевозке вертушку необходимо оберегать от сотрясений.

12.5. Измерение скоростей течения вертушками

Вертушками измеряют скорости течения в различных точках живого сечения, определенным образом распределенных по ширине и глубине реки. По ширине гидрометрического створа намечают ряд скоростных вертикалей (см. рис. 12.1, в), на каждой из которых проводят измерение скоростей течения в одной или нескольких точках на разной глубине от поверхности.

На реках шириной до 100 м обычно намечают 5–7 скоростных вертикалей, шириной 100–150 м – до 11 вертикалей.

Распределение скоростных вертикалей по ширине реки проектируют на поперечном профиле гидрометрического створа. В первую очередь намечают вертикали по стрежню реки и в местах резкого изменения поперечного уклона дна русла. Остальные вертикали располагают примерно на одинаковых расстояниях друг от друга.

Количество точек для измерения скоростей течения на каждой вертикали назначают в зависимости от глубины реки и требуемой точности определения расхода воды. Стандартные точки измерения установлены в долях глубины вертикали, отсчитываемой от поверхности. При h < 0,75 м применяется одноточечный способ измерения скорости на глубине 0,6 hi ; при h = 0,75–1,5 м – двухточечный на глубинах 0,2 hi и 0,8 hi ; при h > 1,5 м – пятиточечный: у поверхности, на глубинах  0,2 hi, 0,6 hi, 0,8 hi и вблизи дна или сокращенный по трем вышеуказанным точкам; при наличии ледяного покрова – на глубинах 0,15 hi, 0,5 hi, 0,85 hi.

При назначении точек для измерения скоростей на вертикалях нужно следить, чтобы расстояния между ними были не менее 1,5 диаметра винта вертушки, а также, чтобы лопасти вертушки не выходили при вращении из воды и не касались дна или ледяного покрова.

Местоположение скоростных вертикалей в плане определяют способами, изложенными в подразделе 11.2.

Работу на каждой скоростной вертикали начинают с измерения ее глубины. Затем вычисляют соответствующие доли глубины для определения мест установки вертушки. Скорости на вертикали измеряют сначала у поверхности воды, а затем последовательно в остальных точках.

Речные потоки характеризуются значительной пульсацией скоростей. Скорости в одних и тех же точках потока изменяются во времени как по величине, так и по направлению. Для измерения осредненных скоростей нужно продержать вертушку в каждой точке достаточное время для устранения влияния пульсации. Так как у дна реки пульсация больше, чем у поверхности, скорости следует измерять здесь дольше. Минимально необходимое время для измерения средних скоростей составляет: вблизи дна – 5 мин; на глубине 0,8 hi – 4 мин; на глубине 0,6 hi – 3 мин; на глубине 0,2 hi и у поверхности – 2 мин. Обычно при измерении скоростей течения на равнинных реках вертушку в каждой точке выдерживают до получения пяти сигналов.

12.6. Определение расходов воды по скоростям, измеренным

вертушкой

Расходы воды можно определить по измеренным скоростям аналитическим, графоаналитическим и графомеханическим способами. В настоящем параграфе рассмотрен аналитический способ как наиболее простой и распространенный. С другими способами вычисления расхода воды можно ознакомиться в специальной литературе.

При аналитическом способе общий расход воды в реке определяют путем суммирования частных расходов воды, протекающей через все части живого сечения, ограниченные смежными скоростными вертикалями.

Расчет начинают с вычисления средних скоростей течения на каждой вертикали, которые в зависимости от принятого способа измерения скоростей течения определяются по следующим формулам:

при пятиточечном способе

vi = 0,1(uпов + 3 u0,2h + 3 u0,6h + 2 u0,8h + uдон );                (12.6)

при трехточечном способе

vi = 0,25(u0,2h + 2 u0,6h + u0,8h );                        (12.7)

при двухточечном способе

vi = 0,5(u0,2h + u0,8h );                                (12.8)

при одноточечном способе для открытого русла

vi = u0,6h.                                (12.9)

При наличии ледяного покрова

vi = 0,33(u0,15h + u0,5h + u0,85h )                        (12.10)

или приближенно vi = u0,4 h.

Средние скорости для частей живого сечения, заключенных между двумя смежными скоростными вертикалями, принимаются равными полусумме средних скоростей на этих вертикалях. Например, средняя скорость для части живого сечения между второй и третьей вертикалями определится по выражению

Для крайних частей живого сечения, примыкающих к урезам воды, средние скорости устанавливают по соотношениям:

;                ,

где v1 и vn–1 – средние скорости на крайних скоростных вертикалях.

Площади частей живого сечения между смежными скоростными вертикалями определяют геометрическим способом по поперечному профилю реки при расчетном уровне воды с учетом всех измеренных глубин на промерных и скоростных вертикалях.

Расход воды, протекающей через часть живого сечения между двумя смежными вертикалями, вычисляется по зависимости

ДQ = Дщv.                                (12.11)

Общий расход воды Q определяется по формуле

Q = УДQ.                                (12.12)

Расчет расхода воды аналитическим способом удобно вести в табличной форме. Числовой пример такого расчета приведен в табл. 12.2.

Т а б л и ц а  12.2. Вычисление расхода воды по скоростям, измеренным

вертушкой

Номера скоростных верти - калей	Номера промерных вертикалей	Расстояние между промерными вертикалями, м	Глубина на промерных вертикалях, м	Площадь живого сечения между промерными вертикалями, м2	Площадь живого сечения между скоростными вертикалями, м2	Средняя скорость на вертикали v, м/с	Средняя скорость между вертикалями vср, м/с	Расход между скоростными вертикалями ДQ, м3/с
Урез	0	0,00	0,00
4	1,20
1	0,6	5,95	0,68	4,05
5	4,75
1	2	1,3	1,02
5	7,50
3	1,7	15,75	1,08	16,99
5	8,25
2	4	1,6	1,14
5	7,50
5	1,4	14,00	1,04	14,56
5	6,50
3	6	1,2	0,94
5	4,25
7	0,5	5,00	0,63	3,15
3	0,75
Урез	8	0,0	0,00
Всего…	40,70	40,70	38,75

12.7. Электрические методы измерения скоростей и расходов

Выполнение гидрометрических измерений вручную требует больших затрат времени и зачастую не обеспечивает должной оперативности действия. Поэтому разработано и применяется ряд методов, позволяющих преобразовывать уровни, глубины, температуру, скорости течения и расходы в электрические величины с возможностью передачи их на значительные расстояния по проводной или беспроводной связи. Ниже описаны некоторые электрические измерители скоростей движения и расходов жидкости.

Электромагнитный (индукционный) измеритель скорости движения жидкости. Принцип действия его основан на законе электромагнитной индукции. Любая жидкость в большей или меньшей степени является проводником электрического тока. Удельная электрическая проводимость жидкостей изменяется в пределах 0,001–  10 См/м (См – сименс = 1/Ом). Если жидкость движется в магнитном поле, то в ней как в проводнике наводится электродвижущая сила (ЭДС), пропорциональная скорости жидкости. На рис. 12.5 представлена схема электромагнитного преобразователя скорости, разработанного в НИИ «Теплоприбор». В корпусе 1 из изоляционного материала помещен магнитопровод специальной формы, на раме которого намотана катушка возбуждения магнитного поля и подключена к источнику питания. Электроды 2 вмонтированы заподлицо в корпус 1 и соединяются проводами посредством кабеля 3 с усилительным устройством, а последнее соединяется с измерительным прибором (миллиамперметром или осциллографом).