УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ВОДНОГО ПОТОКА

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для измерения осредненной во времени скорости водного потока в открытых естественных и искусственных руслах (рек, каналов).
Известны измерители скорости течения, содержащие двухкомпонентные акустические или электромагнитные датчики скорости, а также компасы, при помощи которых определяется направление вектора скорости в земной (географической) системе координат [1].
Основной недостаток таких измерителей состоит в том, что при отклонениях продольной оси измерителя от вертикали на условно горизонтальные измерительные оси проектируется некоторая часть вектора скорости вертикальных движений прибора и при этом происходит суммирование этой составляющей с полезным сигналом от измеряемой горизонтальной скорости течения.
Наиболее близким к предлагаемому решению является измеритель параметров течения жидкости, содержащий герметичный корпус, воспринимающий поток элемент и размещенный внутри корпуса измеритель угла отклонения воспринимающего поток элемента. Измеритель содержит механизм в виде размещенного в дополнительном герметичном корпусе сегмента с криволинейной цилиндрической поверхностью, образующие которой перпендикулярны плоскости симметрии измерителя, в верхней точке криволинейной поверхности сегмента закреплена гибкая лента с грузом на конце, сегмент своей плоской поверхностью закреплен на стенке дополнительного корпуса, жестко связанной со стенкой основного корпуса, при этом воспринимающий поток элементом является основной корпус, снабженный стабилизаторами по потоку, а измеритель со снятым грузом обладает нулевой плавучестью [2].
Недостатком устройства-прототипа является узкие функциональные возможности и низкая надежность.
Задача полезной модели - расширение функциональных возможностей и повышение надежности устройства.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для измерения скорости водного потока, содержащем корпус и воспринимающий поток элемент, корпус выполнен в виде полого металлического цилиндра, в котором размещен ходовой механизм, воспринимающий водный поток элемент выполнен в виде лопастного винта, расположенного на конце корпуса и закрепленного с помощью стопорного винта на оси ходового механизма, который состоит из двух радиально-упорных подшипников, зажимаемых специальной гайкой между наружной и внутренней распорными втулками, а также муфты зажимной, закрепляющей лопастной винт на ходовом механизме, входящем в полость лопастного винта, при этом в задней части лопастного винта, запрессован постоянный магнит, который при прохождении над магнитоуправляемым контактом, расположенным в торце корпуса, замыкает магнитоуправляемый контакт, один вывод которого соединен электрически с корпусом, а другой через контакт-прижим и токопровод с клеммой сигнальной, к которой подключено положительным полюсом электрическое питание постоянным током, а на клемму корпусную подается постоянное напряжение отрицательного полюса.
Поставленная цель также достигается тем, что в устройстве для измерения скорости водного потока на корпусе дополнительно закреплены два вертлюга и два карабина, на одном конце корпуса с помощью винта закреплена штанга стабилизатора, с расположенным на ней стабилизатором, а воспринимающий поток элемент выполнен в виде двухлопастного винта.
На фигуре представлена конструкция предлагаемого устройства для измерения скорости водного потока, содержащая корпус 1, ось ходового механизма 2, стопорный винт 3, зажимные винты 4, винт для крепления штанги стабилизатора 5, стабилизатор 6, радиально-упорные подшипники 7, наружная 8 и внутренняя 9 распорные втулки, специальная втулка 10, лопастной винт 11, муфта зажимная 12, контакт-прижим 13, постоянный магнит 14, магнито-управляемый контакт 15, футляр-изолятор 16, отверстие для выталкивания футляр-изолятора 17, токопровод 18, клемма сигнальная (плюсовая) 19, клемма корпусная (минусовая) 20, ветлюг 21, карабин 22.
Принцип работы предлагаемого устройства основан на преобразовании набегающего потока во вращение лопастного винта с частотой оборотов, пропорциональной скорости потока. В результате вращения лопастного винта 11 с помощью герметизированного магнитоуправляемого контакта (геркона) 15 и постоянного магнита 14, на клеммах 19, 20 вырабатывается сигнал в виде электрических импульсов с частотой следования, равной частоте оборотов лопастного винта (один импульс за один оборот винта).
Подготовка устройства к производству гидрометрических работ выполняется в следующей последовательности. Открыв футляр, вынимают из него корпус 1 устройства с ходовой частью и лопастным винтом. Далее ось собранной ходовой части 2 вставляют в лопастной винт 11 и фиксируют стопорным винтом 3 в корпусе 1, завинчивают зажимную муфту 12. Далее легким поворотом от руки или дутьем на лопастной винт проверяют легкость вращения ходовой части. Лопастной винт 11 должен вращаться свободно, без толчков. При работах со штанги корпус вертушки надевают на штангу и закрепляют на ней двумя зажимными винтами 4. После этого собирают электрическую сигнальную цепь. К изолированной клемме 19 вертушки присоединяют провод от положительного полюса батареи, а к корпусной клемме - другой провод. До погружения устройства в воду, по отображению сигнала на дисплее преобразователя, проверяют надежность работы контактного механизма устройства и сигнальной цепи.
При измерении скорости водного потока устройство устанавливается на средство погружения его в воду. В гидрометрической практике для этой цели используется либо штанга, либо гидрометрический груз. При работе со штангой устройство жестко закрепляется двумя зажимными винтами 4 на расстоянии, задаваемом от нижнего опорного конца при определении средней скорости потока по вертикали. При работе с троса устройство подвешивается с гидрометрическим грузом на вертлюге 21 через карабины 22 и присоединяется к нему стабилизатор 6.
Устройство для измерения скорости водного потока может комплектоваться и двухлопастными винтами. При эксплуатации устройства с винтом диаметром 120 мм со штанги измеряют проекцию скорости течения воды (компоненту) относительно оси прибора. Таким образом, при расположении устройства по нормали к створу обеспечивается измерение составляющей скорости (нормаль к створу). Это обстоятельство особенно важно при гидрометрических работах, производящихся с целью последующего вычисления расхода воды. В этом случае устройство с таким лопастным винтом на штанге (без стабилизатора) располагается перпендикулярно гидрометрическому створу (мостику).
При гидрометрических работах в потоках глубиной меньше 3 м устройство удобно крепить на штанге, при больших глубинах устройство со стабилизатором направления целесообразно подвешивать на тросе с обтекаемым гидрометрическим грузом при помощи карабинов 22.
Источники информации
1. Волков А.П. и др. Зондирование течений в океане методом перекрестных лучей. Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана, 1975, т. II, N 2, с. 186-195.
2. Патент №2054675 RU, G01P 5/07, опубликован 20.02.1996 г.