УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ВОДЫ ВОДОТОКОВ ГОРНО-ПРЕДГОРНОЙ ЗОНЫ
DEVICE TO MEASURE WATER LEVEL IN WATERCOURSES OF MOUNTAIN-PIEDMONT AREA

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям, а именно к устройствам для измерения уровней и расходов воды в каналах и реках, и может быть использовано в водном хозяйстве.
Известны водомерные посты, включающие колодец, устроенный на берегу и посредством трубы сообщенный с каналом или рекой, установленную в колодце рейку, самописец уровня, устанавливаемый по уровню на прочном столике или кронштейнах с учетом возможной амплитуды колебаний уровня воды, будку для защиты самописца от внешних воздействий (Железняков Г.В. Гидрометрия. «Колос», М., 1964, с.22-23).
Недостатками описанного водомерного сооружения является занесение трубы и самого колодца наносами. Кроме того, при больших перепадах уровня, практически от минимального до максимального, трудно вести измерение с достаточной точностью измерения за счет влияния заиления элементов устройства, находящихся в постоянном контакте с измеряемой средой.
Широко известно также водомерное устройство, включающее колодец с водомерной рейкой, которой посредством щели или трубы соединен с каналом или рекой (Водомерные сооружения на мелиоративных системах. Типовые проектные решения 820-1-054-86).
Недостатком известного водомерного сооружения является его низкая эксплуатационная надежность, обусловленная заилением щели или трубы и самого колодца, что понижает точность измерения за счет влияния заиливания элементов устройства, находящихся в постоянном контакте с измеряемой средой.
Известно также водомерное сооружение для водотоков горно-предгорной зоны, включающее колодец, приспособление для измерения уровня, водоток, трубопровод, один из концов которого сообщен с колодцем и горизонтальная диафрагма с отверстием, установленной в колодце (авторское свидетельство СССР №1640288, кл. Е02В 13/00, 1988).
Водомерное устройство этого типа имеет постоянный промывной расход на сброс наносов и не может учитывать измерение величины при минимальных наполнениях уровня воды в водотоке, течение которого переменно по направлению. Кроме того, ограничен диапазон измеряемых уровней и расходов воды и настройки и низкая точность измерения за счет постоянного переменного сброса воды с наносами, влияющими на заиление элементов устройства, т.е. работа элементов устройства, находящихся в постоянном контакте с измеряемой средой, происходит с ограничением на сброс воды с наносами. Все это ведет к разногласиям между потребителями, особенно в горно-предгорной зонах.
Цель изобретения - повышение точности измерения путем повышения точности измерения путем исключения влияния заиления элементов устройств, находящихся в постоянном контакте с измеряемой средой.
Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения уровня воды водотоков горно-предгорной зоны, включающее колодец, приспособление для измерения уровня, водоток, трубопровод, один из концов которого сообщен с колодцем, горизонтальную диафрагму, отличается тем, что с целью повышения точности измерения за счет исключения влияния заиления элементов устройства, находящихся в постоянном контакте с измеряемой средой, оно снабжено резервуаром, заполненным рабочей жидкостью, установленным ниже дна водотока и соединенным посредством трубопровода с колодцем, перекрытым двухслойной замкнутой камерой, выполненной из мягкого эластичного материала, при этом двухслойная замкнутая камера снабжена сверху защитным покрытием, имеющим решетку, выполненную куполообразной формы, которая одним концом шарнирно закреплена к дну водотока, при этом на горизонтальной диафрагме, расположенной в резервуаре, закреплена эластичная камера с датчиком давления, заполненная рабочей жидкостью, плотность которой меньше плотности воды и вязкость больше вязкости воды, а двухслойная замкнутая камера сообщена с атмосферой и источником сжатого воздуха посредством трехходового крана. При этом боковые стенки колодца выполнены с консольными стенками, расположенными под нижним слоем двухслойной замкнутой камеры двумя сходящимися к дну колодца рядами.
Такая конструкция устройства, когда полость водомерного резервуара напрямую не сообщена с источником водотока, в котором определяется уровень воды, и в то же время сохраняет работоспособность устройства при минимальных уровнях воды и равных нулю, что обеспечивается установкой дна резервуара ниже дна водотока, заполненную чистой водой, исключает заиление колодца наносами, обеспечивает очистку воды и защиту от засорения сверху над двухслойной замкнутой камерой использованием устройства решетки, имеющей куполообразную форму, которая одним концом шарнирно закреплена к дну водотока, а другим свободно опирается на дно водотока. Кроме того, размещение эластичной камеры с датчиком давления на горизонтальной диафрагме, расположенной в резервуаре, исключает ее от перегибов, исключает влияние от заиления элементов устройства, находящегося в постоянном контакте с измеряемой средой. Прочная двухслойная замкнутая камера с загерметизированными торцами из мягкого эластичного материала защищена от повреждения крупными наносами и плавающим мусором, а периодическое удаление мелких фракций частиц наносов удаляют путем нагнетания в замкнутую полость камеры воздуха до приобретения верхним ее слоем формы выпуклой цилиндрической поверхности решетки, выполненной куполообразной формы, обеспечивающей самообрушение мелких наносов через решетку в водоток, которые смываются течением воды в водотоке. После окончания очистки поверхности эластичного верхнего слоя материала выпускают воздух и верхний его слой под действием собственного веса и веса воды, возвращается в исходное положение. Таким образом, верхняя часть слоя замкнутой камеры из эластичного материала, увеличиваясь в размерах, упирается в решетку при контакте с ней.
По варианту для удаления мелких фракций наносов с верхнего слоя замкнутой двухслойной камеры (при нагнетании воздуха с помощью компрессора или насоса) решетку приводят в вертикальное положение вращающимся барабаном через гибкую связь и фиксируют ее. При этом когда верхний слой камеры приобретает форму выпуклой цилиндрической поверхности, происходит смыв и обрушение наносов непосредственно в водоток, поток которого уносит вниз по течению. По окончании очистки из полости камеры выпускают воздух, опускают решетку и верхний ее слой под действием собственного веса и веса воды возвращается в исходное положение, а нижний слой, ограниченный консольными стенками двумя сходящимися к дну колодца рядами, также поднимается и возвращается в исходное положение. Эти конструктивные отличия от прототипа позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критерию изобретения «Новизна».
Авторам не известны устройства для измерения уровня воды аналогичной конструкции, поэтому они считают, что предложенное техническое решение отвечает критерию «Существенные отличия».
На фиг.1 показано устройство для измерения уровня до работы, поперечное сечение; на фиг.2 - то же в работе, в процессе очистки крупных фракций наносов, поперечное сечение; на фиг.3 - то же, в процессе очистки от мелких фракций наносов, поперечное сечение.
Устройство для измерения уровня воды содержит размещенный на берегу водотока 1 резервуар 2 с датчиком давления (например, дифманометр промышленного образца), соединенным посредством напорной трубки 4 с эластичной камерой 5, которая крепится к верхней плоскости горизонтальной диафрагмы 6 с отверстиями 7. Посредством трубопровода 8 резервуар 2 сообщен с колодцем 9. Трубопровод 8 расположен с уклоном в сторону дна колодца 9. До пуска воды колодец 8 перекрывают двухслойной замкнутой камерой 10 из водостойкого мягкого эластичного материала с загерметизированными торцами, которая крепится к верхним кромкам бортов колодца 9 с помощью прижимов (на чертеже не показано) и которая посредством трубки 11 через трехходовой кран 12 сообщена с атмосферой и источником 13 сжатого воздуха (например, компрессора или насоса). Над колодцем 9 выше двухслойной замкнутой камеры 10 установлено защитное покрытие в виде решетки 14 куполообразной формы, закрепленной к дну 15 водотока 1 шарниром 16 в виде горизонтальной оси, а свободный конец имеет загнутый конец пластины 17 с приводом 18 на барабане 19 на берегу водотока 1, служащий для удержания решетки 14 в вертикальном положении.
Боковые стенки колодца 9 выполнены с консольными стенками 20 под нижним слоем двухслойной замкнутой камеры 10 двумя сходящимися к дну колодца рядами и также сужением к последнему для предотвращения касания нижней части слоя камеры с таким расчетом, чтобы при присутствии давления сжатого воздуха в полости двухслойной замкнутой камеры 10 нижняя ее часть слоя при приобретении формы выпуклой цилиндрической поверхности, происходило ограничение опускания, а верхняя часть слоя с мелкими фракциями наносов 21 постепенно поднимается до решетки 14, когда он приобретает форму выпуклой цилиндрической поверхности.
Устройство для измерения уровня воды работает следующим образом.
При изменениях уровня воды в водотоке 1 от минимального до максимального изменяется давление воды в колодце 9, перекрытое двухслойной замкнутой камерой 10 из водостойкого мягкого эластичного материала с загерметизированными торцами, которое осуществляет перемещение воды в колодце 9 по трубе 8 в резервуар 2, изменяя форму эластичной камеры 5, т.е. стенки которой прогибаются, а точнее уменьшая ее объем, создает в резервуаре 2 давление на стенки эластичной камеры 5. Это давление передается по напорной трубке 11 на датчик давления 3 (дифманометр). Рабочая жидкость емкости камеры 5 может быть заполнена эталонной жидкостью известного удельного веса, т.е. демпферной жидкостью (нефть, масла, глицерин), плотность которой меньше плотности воды, а вязкость больше.
Для защиты сверху двухслойной замкнутой камеры 10 от заиления крупными наносами и плавающим мусором, а также от повреждения верхней части ее слоя обеспечена решетка 14, выполненная куполообразной формы, т.е. обеспечивает сползание крупных наносов и плавающего мусора и смыв их с решетки 14 непосредственно по течению водотока 1.
Для удаления мелких фракций наносов из верхней части слоя камеры 10 и устранения вредного влияния скопившихся на нем наносов их сброс осуществляется путем нагнетания воздуха с помощью компрессора или насоса и поочередного опорожнения камеры 10. При этом под действием внутреннего давления верхний слой камеры 10 с содержимым на нем мелкими фракциями наносов 21 постепенно поднимается и, когда она приобретает форму выпуклой цилиндрической поверхности, прилегая к своду нижней части решетки 14 куполообразной формы, происходит продавливание наносов через решетку, самообрушение и смыв наносов в водоток 1, а нижний слой камеры 10 ограничен консольными стенками 20 двумя сходящимися к дну колодца 9 рядами. По окончании очистки из полости камеры 10 выпускают воздух, и верхний слой под действием собственного веса и веса воды возвращается в исходное положение, постепенно соединяются верхний и нижний слои камеры 10.
По варианту для удаления мелких фракций наносов с верхнего слоя замкнутой двухслойной камеры 10 (при нагнетании воздуха с помощью компрессора или насоса) решетку 14 приводят в вертикальное положение вращающимся барабаном 19 через гибкую связь 18 и фиксируют ее. При этом верхний слой камеры 10 приобретает форму выпуклой цилиндрической поверхности, происходит смыв и обрушение наносов непосредственно в водоток, поток которого уносит их по течению. По окончании очистки из полости камеры 10 выпускают воздух, опускают решетку 14 и верхний слой ее под действием собственного веса и веса воды возвращается в исходное положение, а нижний слой также поднимается и возвращается в исходное положение.
Тем самым автоматически поддерживается повышенная точность измерения за счет исключения влияния заиливания элементов устройства, находящихся в постоянном контакте с измеряемой средой, а решетка обеспечивает очистку воды от крупных наносов и мусора и защиту от повреждения мягкого эластичного материала двухслойной замкнутой камеры 10. Кроме того, для осмотра и ремонта элементов устройства колодца решетку 14 приводят в вертикальное положение вращающимся барабаном 19 через гибкую связь 18 и фиксируют ее.
Использование простейшего оборудования (насос или компрессор) для нагнетания воздуха под давлением не более 0,1 МПа позволяет тем самым значительно повысить надежность работы замкнутой двухслойной камеры 10.
Таким образом, установка резервуара ниже дна водотока, защита от повреждения мягкого эластичного материала двухслойной замкнутой камеры и других элементов, находящихся в постоянном контакте с измеряемой средой, позволяют полностью устранить недостатки, присущие известным водомерным устройствам, и тем самым повысить точность измерения.