Прилади та методи для виміру швидкості течії
Для вимірювання швидкості течії води найбільш поширеними є:
1) метод , заснований на реєстрації числа обертів лопатевого гвинта (ротора), при вимірюванні швидкості течії гідрометричних вертушками ;
2) метод, заснований на реєстрації швидкості пливе тіла, при вимірюванні швидкості поверхневими і глибинними поплавками .
Крім того , для виміру швидкостей застосовуються гідрометричні трубки, батометри - тахометри , електротермохіміческіе прилади , радіометри. Всі прилади , в тому числі і гідрометричні вертушки, вимагають тарировки, тобто встановлення залежності між швидкістю і показаннями приладу. При вимірюванні швидкостей вертушкою на кожній вертикалі визначається рівень води на водомірному посту на початку і в кінці спостережень; вимірюється глибина на вертикалі , відповідно до якої обчислюється глибина занурення вертушки; визначаються відстань від постійного початку до кожної вертикалі і швидкості течії в точках по глибині. Кількість швидкісних вертикалей, розподіл їх по створу, а також число точок вимірювань на кожній з них призначаються залежно від ширини і глибини ріки , обриси лінії дна, стану русла, від призначення робіт і бажаної точності вимірювань швидкостей або витрат.
Розміщення вертушки за глибиною на вертикалі при п'ятиточкових способі виміру:
а - у вільному руслі; б - при крижаному покриві
Ч
исельне
значення швидкості і визначиться за
тарувальної кривої або таблиці. Тривалість
спостереження в точці не повинна бути
менше 100 с. Вимірювання припиняються на
парному сигналі. Виміряні швидкості
використовуються для побудови епюр,
ізотов і обчислення витрат води.
Гідрометрична вертушка ГР- 21М ( pис.2 ) складається з наступних основних частин: корпусу 14, хвостового опіріння ( Стабія- затору ) 13, ходової частини з контактним механізмом і лопатевим вин - том 3 , а також сигнального пристрою. Корпус 14 служить для зчленування частин вертушки , кріплення її на штанзі або вертлюге 10 і для підключення сигнальної ланцюга. Кор -пус в передній частині має порожнину , в яку вставляється вісь соб- ранной ходової частини 5 і кріпиться в ній стопорним гвинтом 6 . Дві клеми 8 (ізольована ) та 9 ( поєднана з корпусом ) служать для підключення проводів сигнальної ланцюга. У тильній частині корпусу є втулка для кріплення вертушки на штанзі або підвісці - вертлюге (у випадку роботи з троса) затискними гвинтами 11 . До тильній частині корпусу гвинтом 12 кріпиться стабілізатор 13 , службовець для установ-лення осі вертушки за течією. Збоку втулка має фігурну про- різь з покажчиком для зняття відліку положення осі вертушки на штанзі .
Ходова частина вертушки складається з нерухомої осі 5 з контакт -ним механізмом ( черв'ячна шестерня , контактний штифт , пружина , гвинт і електропровідний стрижень , що з'єднує контактну пру - Жіну з гніздом штепселя 7 ), двох радіально- наполегливих підшипників 2 , внутрішньої распорной втулки 16 , зовнішньої втулки 15 і осьовий гайки 1 . Ходова частина входить в циліндричну порожнину лопаті 3 та кре - пітся в ній затискної муфтою 4 .
Сигнальний пристрій , що складається з клемної панелі , дзвінка ( лампочки ) , перемикача і сигнальних проводів , служить для перетворень електричного імпульсу в звуковий (світловий ) сигнал . Пі- тание електричного кола здійснюється від джерела постійного струму напругою 3 В.
Принцип дії гідрометричних вертушок заснований на закономірного зв'язку між швидкістю обертання лопатевого гвинта вертушки і швидкістю потоку, що набігає . Разом з лопаттю обертається втулка , яка передає обертання лопаті на черв'ячну шестерню . Контактний механізм вертушки замикає електричний сигнальну ланцюг через кожен повний оборот черв'ячної шестірні , що відповідає 20 оборотам лопаті вертушки . У момент замикання ланцюга спалахує лампочка або дзвенить дзвінок , що дає можливість фіксувати число обертів лопатевого гвинта вертушки . За допомогою секундоміра визначають час з початку роботи вертушки (сигнал ) до кожного наступного сигналу. Підрахувавши загальна кількість оборотів лопаті вертушки і розділивши їх на час її роботи , визначають швидкість обертання лопатевого гвинта ( число оборотів в секунду).
Для переходу від швидкості обертання лопаті вертушки n до швидкості течії води ui використовують т а р і р про в про год зв у ю до р і в у ю - графік залежності між швидкістю течії і числом оборотів лопатевого гвинта в секунду : u = f ( n ) , офіційний документ кожної гідрометричних вертушки , що пройшла тарировки в спеціальному тарувального басейні.
Вертушка ГР- 21М забезпечується двома лопатевими гвинтами : гвинт № 1 ( основний) компонентний , діаметром 120 мм з геометричним кроком 200 мм , застосовується при роботі зі штанги , при швидкостях те-чення до 2 м / с , і гвинт № 2 некомпонентний , діаметром 120 мм з гео - метричних кроком 500 мм , застосовується під час роботи з троса при швидкостях течії більше 2 м / с.
Малі швидкості течії не призводять лопатевий гвинт в обертання . Найменша швидкість u0 , при якій силовий вплив потоку на лопатевий гвинт дорівнює величині опорів , а лопатевий гвинт обертається нерівномірно , називається початковою швидкістю вертушки. Для вертушки ГР- 21М початкова швидкість становить 0,04 м / с , а верхня - 5 м / с.
Вертушками вимірюють швидкості течії в різних точках живого перерізу, певним чином розподілених по ширині і глибині річки . По ширині гідрометричного створу намічають ряд швідкисних вертикалей на кожній з яких проводять вимірювання швидкостей течії в одній або декількох точках на різній глибині від поверхні.
На річках шириною до 100 м звичайно намічають 5-7 швидкісних вертикалей , шириною 100-150 м - до 11 вертикалей .
Розподіл швидкісних вертикалей по ширині річки проектують - ють на поперечному профілі гідрометричного створу. У першу чергу намічають вертикалі по стрижню річки і в місцях різкої зміни поперечного ухилу дна русла. Рештау вертикалей розташовуют приблизно на однакових відстанях одна від одної.
Кількість точок для вимірювання швидкостей течії на кожній вер- цокали призначають залежно від глибини річки і необхідної точно -сті визначення витрати води. Стандартні точки вимірювання уста - новлено в частках глибини вертикалі , відлічуваної від поверхні. При h < 0,75 м застосовується одноточковий спосіб вимірювання швидкості на глибині 0,6 hi ; при h = 0,75-1,5 м - двоточковий на глибинах 0,2 hi і 0,8 hi ; при h > 1,5 м - пятиточечний : у поверхні , на глибинах 0,2 hi , 0,6 hi , 0,8 hi та поблизу дна або скорочений за трьома вищевказаними -ним точкам ; за наявності крижаного покриву - на глибинах 0,15 hi , 0,5 hi , 0,85 hi .
При призначенні точок для виміру швидкостей на вертикалях потрібно стежити , щоб відстані між ними були не менше 1,5 діа- метрів гвинта вертушки , а також , щоб лопаті вертушки не виходили при обертанні з води і не стосувалися дна або крижаного покриву
Роботу на кожній швидкісний вертикалі починають з вимірювання її глибини. Потім обчислюють відповідні частки глибини для визна- ділення місць установки вертушки . Швидкості на вертикалі вимірюють спершу у поверхні води , а потім послідовно в інших точках .
Річкові потоки характеризуються значною пульсацією скоро -стей . Швидкості в одних і тих же точках потоку змінюються в часі як за величиною , так і за напрямком. Для вимірювання осредненних швидкостей потрібно протримати вертушку в кожній точці достатній час для усунення впливу пульсації . Так як у дна річки пульсу -ція більше , ніж у поверхні , швидкості слід вимірювати тут довше. Мінімально необхідний час для вимірювання середніх ско-ріст становить: поблизу дна 5 хв; на глибині 0,8 hi - 4 хв; на гли - біні 0,6 hi - 3 хв; на глибині 0,2 hi і у поверхні - 2 хв. Зазвичай при вимірі швидкостей течії на рівнинних річках вертушку в ка - ждой точці витримують до отримання п'яти сигналів.
Лекція №11
Тема: Витрата річок
Мета:
1. навчальна: сформування у студентів уявлення про поняття витрату річок, прилади, що застосовуються для її виміру.