СООРУЖЕНИЕ ДЛЯ ВОДОУЧЕТА НА КАНАЛАХ С БУРНЫМ ТЕЧЕНИЕМ

Полезная модель относится к гидротехнике и может быть использована в системах водоснабжения, ирригационных и гидроэнергетических системах при водоучете на каналах-быстротоках с высокоскоростным стационарным течением.
Известно устройство для измерения уровня воды водотоков горнопредгорной зоны, включающее колодец, приспособление для измерения уровня, водоток, трубопровод, один из концов которого сообщен с колодцем, горизонтальную диафрагму, а так же резервуар, заполненный рабочей жидкостью, установленный ниже дна водотока и соединенный 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 выполненные консольными стенками, расположенным и под нижним слоем двухслойной замкнутой камеры двумя сходящимися к дну колодца рядами (Патент РФ №2490605, кл. G01F 23/14, Б.И. №23, 2013).
Недостатками этого устройства является неоправданная сложность, а значит и завышенная стоимость конструкции применительно к каналам-быстротокам, в которых скорости потока больше критических значений, следовательно, гарантированно отсутствует заиление канала, кроме того установка конструктивных элементов (привода) устройства на пути высокоскоростного потока в канале-быстротоке приводит к разрушению устройства и снижению его надежности.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности является водомерное устройство для открытых каналов, включающее измерительный лоток прямоугольного сечения, водозаборный элемент в виде ковша, открытого в сторону потока, и измерительное средство, причем водозаборный элемент установлен в лотке и имеет в дне отверстие, соединенное трубопроводом с измерительным средством, при чем площадь отверстия меньше площади проходного сечения трубопровода, а высота стенок ковша превышает расчетную высоту заполнения лотка, при этом ковш установлен на расстоянии от стенки лотка, равном 0,3 его ширины (Авт. св. СССР №1770754, кл. G01F 1/52, Б.И. №39, 1992).
Недостатком данного устройства является невозможность использования в высокоскоростном бурном потоке водозаборного элемента в виде ковша, который создает сопротивление основному потоку, вызывая изначально выплески воды за пределы сооружения, снижая его надежность, а в течение недолгого времени и разрушение самого ковша.
Задачей полезной модели является улучшение эксплуатационных характеристик сооружения для водоучета на каналах с бурным течением путем повышения надежности за счет исключения выплесков воды за пределы сооружения, а так же снижения погрешности измерения расходов воды на гидропосту путем повышения точности измерения уровня воды в измерительной емкости.
Технический результат заключается в повышении точности измерений, и, как следствие, увеличении качества водоучета, а также повышении надежности сооружения.
Указанная задача решается за счет следующих конструктивных признаков. Во-первых, сооружение, включающее измерительный лоток, сообщающийся с измерительной емкостью, оборудованной измерительным средством и сообщенной при помощи отводящего трубопровода с водотоком ниже сооружения, включает также отводящую траншею прямоугольного сечения, расположенную в дне измерительного лотка и сообщающуюся с измерительной емкостью, при этом отводящая траншея покрыта съемной горизонтальной решеткой и снабжена отсекающим козырьком, размещенным на задней по направлению потока стенке траншеи, кроме того измерительная емкость на входе оборудована вертикальной решеткой, а на выходе в отводящий трубопровод - затвором-регулятором. Во-вторых, съемная горизонтальная решетка, покрывающая траншею, выполнена из закрепленных на раме продольных стержней ромбовидного сечения, обеспечивающих эффект детурбулизации потока. В-третьих, отсекающий козырек, закрепленный к задней стенке траншеи, расположен под углом 5-6° к потоку, что способствует лучшему поступлению воды по отводящей траншее в измерительную емкость, не вызывая избыточного сопротивления бурному потоку в измерительном лотке.
На фиг. 1 изображено сооружение для водоучета в плане; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1.
Сооружение для водоучета на каналах с бурным течением включает измерительный лоток 1, сообщающийся с измерительной емкостью 2, оборудованной измерительным средством 3 (например, уровнемером или водомерной рейкой) и сообщенной при помощи отводящего трубопровода 4 с водотоком 5 ниже сооружения, которое содержит отводящую траншею 6 прямоугольного сечения, расположенную в дне измерительного лотка 1 и сообщающуюся с измерительной емкостью 2. Отводящая траншея 6 покрыта съемной горизонтальной решеткой 7 и снабжена отсекающим козырьком 8, размещенным на задней по направлению потока стенке 9 траншеи 6. Измерительная емкость 2 на входе оборудована вертикальной решеткой 10, а на выходе в отводящий трубопровод 4 - затвором-регулятором 11.
Съемная горизонтальная решетка 7 выполнена из закрепленных на раме 12 продольных стержней 13 ромбовидного сечения, обеспечивающих эффект детурбулизации потока. Отсекающий козырек 8 расположен под углом 5-6° к потоку, что дает возможность направить нижний слой воды из лотка 1 в отводящую траншею 6, не создавая при этом недопустимого сопротивления основному потоку. При размещении отсекающего козырька 8 к потоку под углом меньшим 5° не будет обеспечен достаточный захват потока в отводящую траншею, и потребуется увеличение ее габаритных размеров, а как следствие, и стоимости сооружения. При расположении отсекающего козырька 8 к потоку под углом большим 6° будет иметь место создание дополнительного сопротивления основному потоку в измерительном лотке 1, что может вызвать кавитационные разрушения измерительного лотка 1 в придонной области и, тем самым понизит надежность сооружения.
Сооружение для водоучета на каналах с бурным течением работает следующим образом.
кр
Бурный поток, проходя по измерительному лотку 1, имеющему уклон дна i больше i, через отверстия между стержнями 13 горизонтальной решетки 7, отделяемый отсекающим козырьком 8, поступает в отводящую траншею 6, по которой направляется к вертикальной решетке 10, и далее, проходя через отверстия вертикальной решетки 10, которая гасит кинетическую энергию потока, он уже в спокойном состоянии поступает в измерительную емкость 2, где обеспечивается измерение уровня воды при помощи измерительного средства 3.
В течение периода эксплуатации сооружения затвор-регулятор 11, размещенный на входе в отводящий трубопровод 4, остается закрытым, и открывается только по окончании периода эксплуатации для опорожнения измерительной емкости 2 и проведения текущих ремонтов.
Плавник и крупные фракции донных наносов благодаря продольным стержням 13 съемной горизонтальной решетки 7 не попадают в отводящую траншею 6 и в измерительную емкость 2, а проносятся транзитным потоком вниз по течению.
Предлагаемая конструкция сооружения для водоучета позволяет переводить поток из бурного состояния в измерительном лотке 1 в спокойное состояние в измерительной емкости 2 без устройства специальных гасителей энергии бурного потока, снижая погрешность измерения расходов воды в измерительном лотке 1 путем повышения точности измерения уровня воды в измерительной емкости 2, а также способствует экономии воды за счет исключения выплесков за пределы измерительного лотка 1, исключает разрушение выступающих в лотке элементов бурным потоком, что продлевает долговечность сооружения, минимизирует затраты на текущие ремонты и повышает эксплуатационную надежность сооружения в целом.
3
Проведенные модельные исследования показали, что при расходах воды Q=1,0÷12,0 м/с в измерительном лотке, уклонах дна лотка i=0,001÷0,08 и параметрах Фруда Fr=1,2÷8,7 потока, соответственно, точность водоучета предложенным устройством повышается до 95,6÷97,1%.