Межгосударственный стандарт от 01.01.92 г. Турбины гидравлические. Методы натурных приемочных испытаний (стр. 8 )

При соблюдении требований к проведению измерений полная погрешность с доверительной вероятностью 95% будет находиться в пределах от ±1,5 до ±2,0% при использовании дифференциального метода с обработкой результатов на ЭВМ и от ±1,8 до ±2,3% - во всех остальных случаях.

5. Меточный метод

5.1. Для измерения расхода в закрытых водоводах рекомендуют концентрационный и меточный методы.

5.2. Концентрационный метод заключается в непрерывной подаче в главный водовод известного расхода растворимого в воде вещества и в измерении концентрации этого вещества, получающейся на некотором расстоянии от места подачи. При этом геометрические характеристики водовода и расстояние должны обеспечивать равномерное перемешивание. Следует учитывать, что дополнительное перемешивание растворимого вещества может быть получено включением гидромашины в мерную длину или установлением перемешивателей (турбулизаторов). Естественная концентрация растворимого вещества в природной воде должна быть постоянной и не превышать 15% концентрации поданного растворимого вещества в месте отбора пробы для измерения.

Расход (Q) рассчитывают по формуле

,

где q - расход раствора растворимого вещества, подаваемого в поток;

C0 - начальная естественная концентрация растворимого вещества в природной воде;

C1 - концентрация растворимого вещества в подаваемом растворе;

C2 - концентрация вещества в месте отбора пробы.

При соблюдении требований к измерительной аппаратуре и условиям течения оцениваемая систематическая погрешность с доверительной вероятностью 95% должна быть в пределах от ±1 до ±2%.

5.3. Меточный метод (ранее называвшийся методом соляного облака Аллена) основан на измерении времени прохождения метки между двумя поперечными сечениями, расположенными на известном расстоянии друг от друга.

Введение растворенного вещества следует проводить на достаточном удалении от измерительных сечений (т. е. точек начала и конца отсчета времени).

Расход рассчитывают по формуле

Q = V/,

где V - объем водовода между сечениями;

- среднее время прохождения растворенного вещества между сечениями.

Достоинство метода заключается в том, что нет необходимости знать концентрацию растворенного вещества.

При соблюдении требований к измерительным приборам и условиям потока оцениваемая систематическая погрешность с доверительной вероятностью 95% должна быть в пределах от ±1 до ±1,5%.

6. Метод стандартных водосливов

6.1. Для определения расхода применяют только прямоугольные водосливы без бокового сжатия, с острой кромкой по всей длине и со свободным переливом.

Водосливная стенка устанавливается перпендикулярно боковым стенкам и дну канала и должна быть достаточно жесткой. Поверхность стенки должна быть гладкой, без выступов. Целесообразно изготавливать стенку из металла, стойкого против коррозии.

Поверхность кромки водосливной стенки должна быть горизонтальной, плоской и гладкой. Пересечение кромки водослива с поверхностью, обращенной к подводящему каналу, должно образовывать прямое и острое ребро (см. черт. 20), свободное от заусенцев и царапин.

Схема прямоугольного водослива с острой кромкой

p - высота водослива; h - напор над водосливом;

3hmax ≤ M ≤ 4hmax; 1 мм ≤ e ≤ 2 мм

Черт. 20

На водосливе следует обеспечивать полную аэрацию плоской струи воды над водосливом. Вентиляция должна быть достаточной для того, чтобы давление воздуха под струей воды было близко к атмосферному. Площадь поперечного сечения вентиляционных отверстий должна быть не менее 0,5% произведения длины кромки водослива b на высоту s1 водосливной стенки над уровнем воды со стороны отвода (черт. 20).

Во время испытания следует контролировать состояние кромки и форму переливающегося слоя, чтобы избежать прилипания слоя возмущенного или турбулентного течения.

6.2. Водослив, как правило, устанавливают в отводящем канале гидромашины, при этом необходимо обеспечить плавный (свободный от водоворотов, поверхностных возмущений или значительного количества воздушных пузырей) подвод воды к водосливу.

Для обеспечения равномерного распределения скоростей по всему сечению устанавливают успокоительные экраны или решетки. Возмущения поверхности, подводные завихрения или любого рода асимметрию потока устраняют установлением соответствующих экранов.

Подводящий канал водослива должен быть прямым с постоянным поперечным сечением, с гладкими стенками и длиной не менее чем в 10 раз превышающей длину кромки водослива b. Применяемые успокоительные экраны или решетки устанавливают выше водослива на удалении, превышающем длину подводящего канала. На этой длине уклон дна должен быть менее 0,005.

Боковые стенки канала над уровнем водосливной кромки должны продолжаться на расстояние не менее 0,3hmax по течению за плоскость стенки водослива.

До начала испытаний целесообразно проверить распределение скоростей в подводящем канале. Некоторые наиболее часто встречающиеся распределения скоростей показаны на черт. 21.

6.3. Напор h на водосливе измеряют в подводящем канале водослива на расстоянии от кромки, превышающем максимальный напор в 3-4 раза (черт. 20). Число точек измерения напора, равномерно распределенных поперек канала водослива, выбирают из табл. 3.

Примеры полей скоростей в подводящем канале

а, б - поля скоростей нормального распределения; в, г - поля скоростей с отклонением от нормального распределения, приводящим к предельным погрешностям определения расхода

Черт. 21

Таблица 3

Длина кромки, м	Число точек измерения
Менее 2	2
От 2 до 6	3
Более 6	Не менее 4

Результаты измерения напора в каждой точке не должны отличаться друг от друга более чем на 0,5%. Для вычисления расхода берут среднее арифметическое значение напора по результатам измерений во всех точках. Измерение напора выполняют в соответствии с приложением 4. Устройства для измерения напора помещают в расположенные рядом с подводящим каналом успокоительные колодцы, которые сообщаются с каналом через соединительные отверстия, выполненные с соблюдением требований приложения 4 (пп. 5.3 и 6.3). Температура воды в успокоительном колодце не должна отличаться более чем на 2 °С от температуры воды в подводящем канале. Если использование успокоительных колодцев невозможно, игольчатые щупы опускают прямо в канал. В каждой точке нужно делать по несколько наблюдений через равные промежутки времени.

До начала и после окончания испытаний следует проверять нулевую отметку водослива. Установку нуля выполняют с помощью нивелира и рейки либо с помощью линейки и спиртового уровня, когда канал осушен (черт. 22), либо с помощью специального устройства, закрепленного непосредственно на кромке водослива, когда уровень воды немного ниже кромки (черт. 23).

Проверку нуля по уровню воды при нулевом расходе не следует применять.

Определение положения кромки водослива (установка "нуля" в осушенном канале)

1 - точный уровень; 2 - штатив и уравнительный винт; 3 - отсчет, подлежащий корректировке на значение Δ

Черт. 22

Определение положения кромки водослива (установка "нуля") при спокойной поверхности воды

Узел прибора при определении положения кромки водослива "установки уровня гребня водослива"

1i - точный уровень (нивелир); 2 - микрометрический винт; 3 - верньер с нониусом 0,05 мм;

4 - воображаемый уровень; 5 - запорное устройство

Черт. 23

6.4. Расход (Q) рассчитывают по усредненной формуле

при следующих ограничениях размеров: b ≥ 0,40 м; p ≥ 0,30 м; 0,06 м ≤ h ≤ 0,80 м; 0,15≤ h/p ≤ 1. При этом предельное значение может принимать только один параметр. Между машиной и водосливом не должно быть притока или отбора воды.

Различия в распределении скоростей в подводящем канале, затупление кромки, чрезмерная шероховатость стенки водослива со стороны подвода или недостаточный подвод воздуха под переливающийся слой могут серьезно повлиять на точность измерения напора и расхода.

Погрешность определения расхода за пределами указанных выше ограничений размеров водослива может значительно возрасти.

При соблюдении требований к измерительным средствам и условиям течения систематическую погрешность с доверительной вероятностью 95% можно оценить значением в пределах от ±1,7 до ±3%.

7. Специальные сужающие устройства с измерением перепада давлений

7.1. Измерение расхода с помощью сужающих устройств с дифференциальными манометрами заключается в установке в водовод устройства (диафрагмы, сопла или трубы Вентури), образующего сжатое сечение, и измерении возникающей разности давлений. Границы применяемости метода указаны в табл. 4.

Таблица 4

Предельные значения диаметров водовода D и чисел Рейнольдса ReD

Тип устройства	Диаметр водовода D, мм	Число Рейнольдса ReD
минимум	максимум	минимум	максимум
Диафрагма:
- с угловыми точками отбора	50	1000	5⋅103	Бесконечность
- с точками отбора по D и D/2 или фланцевыми	50	1000	3⋅103	"
Сопла:
- типа ISA 1932	50	500	2⋅104	107
- малой кривизны профиля	50	630	104	107
Труба Вентури:
- с литым конфузором	100	800	2⋅105	2⋅106
- с конфузором, прошедшим механическую обработку	50	250	2⋅105	106
- с конфузором, сваренным из стального листа без механической обработки	200	1200	2⋅105	2⋅106
Сопло Вентури	65	500	3⋅104	2⋅106

Примечание. Для диафрагм и сопел Вентури действительное минимальное значение числа Рейнольдса ReD зависит от диаметра D и (или) от отношения диаметров β = d/D