Тарування пристроїв для вимірювання витрат і швидкості рідини

Метою проведення парирування є отримання опитним шляхом значень коефіцієнту витрати (або ) при різних витратах, побудування графіку залежності від числа (критерію) Рейнольдса і визначення коефіцієнту в квадратичній зоні режиму руху рідини.

Лабораторна установки для парирування діафрагми (рис. 9. 1) складається із повітряного колоколу 1, який приєднаний до коло уколу трубопроводу з встановленим на ньому витратоміром 2, мірним баком 3, збірником води 4 і відцентровим насосом 5.

Рисунок 9. 1 Схема лабораторної установки для парирування діафрагми: 1 – колокол повітряний; 2 – витратомір; 3 – бак мірний; 4 – збірник води; 5 - відцентровий насос; 6 – скло водомірне; 7 – кран триходовий; 8, 9 - засувки

Вимірювання витрат води за допомогою водозливів

Призначення, загальні відомості про водозливи та вимоги

Водозливи в технічній гідравліці займають окремий розділ, який має занадто важливе значення для гідротехніки.

Водозливом називається перешкода, через котру відбувається переливання води. Та ділянка перешкоди, на якій безпосередньо відбувається протікання води має назву порогу водозливу.

Водозливи можуть використовуватися в якості приладів для вимірювання витрати потоків як у трубопроводах різних діаметрів, в лабораторних цілях, так і у відкритих руслах на гідротехнічних спорудах. Останнє має виключно важливе значення в гідротехніці.

Головними вимогами щодо улаштування водозливів є наступне:

- простота улаштування та надійність експлуатації;

- точність вимірювання, або найменша похибка при вимірюванні витрат рідини.

10. 2 Склад улаштування елементів та параметрів водозливу

Як правило з цією метою використовують прямокутні і трикутні водозливи в тонкій стінці, які працюють в режимі незатопленого струменю (при переливанні рідини через поріг утворюється вільно падаючий струмінь).

Рисунок 10. 1 Схематичне зображення елементів та параметрів водозливу

Характерними параметрами (елементами) водозливів (рис. 10. 1) є:

- ширина або отвір порогу (довжина водозливного фронту;

- товщина стінки (порогу) водозливу;

і - висота порогу відповідно у верхньому та нижньому б’єфах, у випадку коли має місце = цю висоту позначають ;

- геометричний напір на водозливі, котрий вимірюється в перерізі , де ще не має місце пониження вільної поверхні потоку (на відстані від стінок водозливу);

- ширина русла, в якому обладнано водозлив;

- швидкість підходу, середня швидкість потоку в перерізу , з шириною русла і глибиною потоку ;

- повний напір на водозливі або напір з урахуванням швидкості потоку рідини, м.

Повний напір на водозливі або напір з урахуванням швидкості потоку визначається за формулою:

. (10. 1)

де - геометричний перепад на водозливі (різниця відміток горизонтів води у верхньому та нижньому б’єфах;

- повний перепад на водозливі або перепад з урахуванням швидкості підходу води.

Повний перепад на водозливі або перепад з урахуванням швидкості підходу води визначається за формулою:

. (10. 2)

Витрата яка проходить через водозлив визначається за формулою:

, (10. 3)

де - площина водозливного отвору, яка дорівнює - для прямокутного водозливу і - для трикутного водозливу;

- коефіцієнт витрати водозливу.

Точні значення визначаються експериментальним шляхом парирування водозлив. Існують також емпіричні залежності визначення параметру .

Необхідно твердо запам’ятати, що геометричний напір на водозливі являє собою перевищення над гребнею водозливної стінки горизонту води в перерізу , де ще не має місця спаду вільної поверхні, яке обумовлено витіканням води через водозлив.

Улаштування водозливів

Водозливами називаються споруди, які перегороджують потік рідини і через які відбувається її перелив. Прикладами таких споруд є греблі, шлюзи, гідрометричні водомірні водозливи. Частина потоку, яка знаходиться перед водозливом називається верхнім б’єфом (ВБ) (від франц. bief – млиновий потік, шлюзовий жолоб), а частина потоку яка знаходиться нижче водозливу (за течією) – нижнім б’єфом (НБ) (рис. 10. 2). Верхня частина водозливу, через яку переливається рідина, називається порогом водозливу. Висота рівня рідини верхнього б’єфа над порогом водозливу називаються напором на водозливі і позначається Н.

 

 

Рис. 10. 2 Схема водозливу: _Ñ РВБ – відмітка горизонту (рівня) верхнього б’єфа; _Ñ РНБ - відмітка горизонту нижнього б’єфа; Н - напір на водозливі (геометричний); V_o - швидкість підходу рідини (середня швидкість потоку на відстані (3…4) Н від гребня водозливу; - повний напір на водозливі; Р₁ - висота порогу водозливу з боку верхнього б’єфа; Р₂ - висота порогу водозливу з боку нижнього б’єфа; h_n - глибина рідини в нижньому б’єфі (побутова); B - ширина водозливу; d - товщина водозливу; Z - різниця відміток горизонтів (рівнів) води в верхньому і нижньому б’єфах (гідравлічний перепад).

Водозливи класифікуються за: товщиною водозливної стінки і окресленням самого порога; розташуванням і формою водозливної стінки в плані; формою водозливного отвору; умовами підходу потоку до водозливу; характером протікання рідини через водозлив; умовами спряження б’єфів.

Класифікація водозливів

Павловським Н. І. запропонована класифікація водозливів за наступними ознаками:

- товщина стінки (порога);

- геометрична форма водозливного отвору;

- розташування в плані;

- умові підведення потоку до водозливу;

- характеру протікання потоку через водозлив;

- в залежності від характеру похилу розливної стінка.

Наведена класифікація визначає вибір способів гідравлічного розрахунку розливів в кожному окремому випадку.

В залежності від товщини стінки (порогу) розрізняють наступні види і типи водозливів:

- водозливи з тонкою стінкою (рис. 10, 3, а), коли ;

- практичного профілю – полігональні (рис. 10. 3, б);

- водозлив практичного профілю криволінійного обрису (рис. 10. 2, в), коли ;

- водозливи з широким порогом (рис. 10. 3, г), коли ;

Рисунок 10. 3 Водозливи в залежності від товщини стінки (порогу)

При товщині стінки (порогу) водозливу водозлив не має місце, а канал з горизонтальним дном, при розрахунках якого необхідно враховувати втрати напору по довжині, а в той же час як для водозливів враховують лише місцеві втрати напору.

В залежності від геометричної форми водозливного отвору розрізняють наступні види і типи водозливів:

- прямокутні (рис. 10. 4, а);

- трикутні (рис. 10. 4, б);

- трапецоїдальні (рис. 10. 4, в);

- водозливі по колу (рис. 10. 4, г);

- параболічні (рис. 10. 4, д);

- водозливи з похилим ребром (рис. 10. 4, е);

- пропорційні (рис. 10. 4, ж);

Рисунок 10. 4 Водозливи в залежності від геометричної форми водозливного отвору

По умовам розташування порогу в плані розрізняють наступні форми водозливів:

- прямі або лобові (рис. 10. 5, а);

- коси (рис. 10. 5, б);

- бокові (рис. 10. 5, в);

- полігональні або ломані (рис. 10. 5, г);

- криволінійні (рис. 10. 5, д);

- кільцеві (рис. 10. 5, е);

Рисунок 10. 5 Водозливи по умовам розташування порогу в плані

В залежності від умов підходу до водозливного отвору розрізняють наступні види водозливів:

- без бокового стискання (рис. 10. 6, а), коли ширина прямокутного водозливу дорівнює ширині підвідного каналу або геометрична форма і розміри водозливного отвору однакові з формою і розмірами поперечного перерізу каналу, внаслідок чого відсутнє стискання потоку з боків;

- з боковим стискання (рис. 10. 6, б), коли отвір водозливу менше ширини русла ();

Рисунок 10. 6 Водозливи в залежності від умов підходу до водозливного отвору

За характером протікання води через водозлив розрізняють наступні їх види:

- вільні (незатоплені або на підтоплені), коли глибина води в нижньому б’єфі не впливає на умови протікання потоку через водозливний отвір(рис. 10. 7, б);

- підтоплені (затоплені), коли глибина води в нижньому б’єфі впливає на умови протікання потоку через водозлив (рис. 10. 7, б).

Рисунок 10. 7 Водозливи за характером протікання води через водозлив

В залежності від похилу водозливної стінки розрізняють наступні водозливи:

- з вертикальною стінкою (рис. 10. 8, а);

- з похилою стінкою за течією (рис. 10. 8, б);

- з похилою стінкою проти течії (рис. 10. 8, в);

Рисунок 10. 8 Водозливи в залежності від похилу водозливної стінки

Приклад улаштування водозливного витратоміру наведено на рис. 10. 9.

Рисунок 10. 9 Водозливні витратоміри: а – прямокутний; б – трикутний

Таким чином водозливи класифікуються:

1. За шириною і формою порогу:

З тонкою стінкою d < 0,5 Н (рис. 10.10, а); Практичного профілю 0,5 Н < d < 2H (рис. 10. 10, б, в); З широким порогом 2Н < d < (8…10)H (рис. 10. 10, г)

 

 

Рис. 10. 10 Схеми водозливів: a - з тонкою стінкою; б, в - практичного профілю; г - з широким порогом.

1. За формою вирізу: Прямокутні; Трапецеїдальні; Трикутні;

2. За умовами спряження б’єфів: Не підтоплені (рис. 10. 11, а); Підтоплені (рис. 10. 11, б).

 

 

Рис. 10. 11 Схеми не підтопленого і підтопленого водозливів: а - не підтоплений; б - підтоплений.

Не підтопленим називається водозлив на якому рівень води (рідини) нижнього б’єфа не чинить впливу на горизонт води верхнього б’єфа. Якщо ж рівень нижнього б’єфа впливає на горизонт верхнього б’єфа, то водозлив називається підтопленим.

Основним гідравлічним показником водозливів є витрата рідини, яка для прямокутного водозливу визначається залежністю

, (10. 4)

де m _o – коефіцієнт витрати водозливу, визначається за окремою формулою і залежно від типу водозливу становить 0,4... 0.6;

b - ширина порога водозливу, м;

Н - напір на водозливі, м.

Перетікання рідини через водозливи, за певних умов, супроводжується гідравлічним стрибком.