УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕЙ СКОРОСТИ ТЕЧЕНИЯ ВОДЫ В ОТКРЫТЫХ ВОДОТОКАХ
DEVICE FOR MEASURING AVERAGE FLOW VELOCITY OF WATER IN OPEN WATER COURSES

Устройство относится к области гидрометрии и может использоваться для измерения средней скорости течения воды в гидромелиоративных каналах и речных руслах.
Известно устройство для определения средней скорости водных или иных потоков [1], содержащее гибкую пластину, поворотно укрепленную по концам и жестко скрепленную выступающим из потока концом с указательной стрелкой, с той целью, чтобы угол ее находился в зависимости от среднего значения скорости измеряемого слоя потока. Средняя скорость потока является функцией динамического давления на гибкую пластину и глубины водного потока.
Недостаток устройства в том, что существенное влияние на погрешность измерения средней скорости оказывает величина динамического давления потока на рабочую поверхность пластины, которая зависит от глубины потока. Устройство более эффективно при больших глубинах потока воды, так как в этом случае рабочая поверхность гибкой пластины максимальна. В случаях малых глубин потока из-за уменьшенной площади рабочей поверхности гибкой пластины погрешность измерений увеличится, и их достоверность будет зависеть от частоты тарировки устройства, что усложняет эксплуатацию и снижает надежность работы устройства.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для измерения средней скорости воды в открытых водотоках [2], содержащее две гидрометрические рейки, нижними концами соединенные между собой под острым углом. Узел соединения гидрометрических реек шарнирно связан с поддоном, расположенным на дне русла водотока, и жестко объединен с противовесом. Гидрометрические рейки имеют одинаковую штриховую меру длины, что позволяет производить дистанционный визуальный съем информации с гидрометрических реек и выполнять расчет средней скорости воды без корректировки положения элементов устройства.
Недостатком устройства является размещение узла соединения гидрометрических реек, шарнирно связанного с поддоном и жестко объединенного с противовесом, на дне русла водотока, что повышает габаритные размеры поддона и увеличивает величину придонной зоны русла, в которой не измеряется скорость потока, что ухудшает метрологические характеристики устройства, создает условия для заиления противовеса с нарушением условий его работы, усложняет эксплуатацию и снижает надежность работы устройства.
Задача изобретения - повышение точности измерений и упрощение эксплуатации устройства.
Решением данной задачи является оснащение блока гидрометрических реек механизмом противодействия гидродинамическому воздействию потока воды в виде пружин, связывающих их с поддоном устройства, который дополнительно оснащен механизмом вертикальной ориентации гидрометрических реек в потоке.
Гидрометрические рейки одинаковой длины закреплены своими нижними концами в узле соединения и жестко связаны между собой перемычкой с образованием острого угла между гидрометрическими рейками. Узел соединения шарнирно связан с продольным брусом-опорой устройства, передний конец которого связан пружинами с перемычкой между гидрометрическими рейками. Ориентация гидрометрических реек в вертикальной плоскости обеспечивается механизмом поворота, включающим поперечную арочнообразную направляющую, опирающуюся своими концами на дно русла, по которой перемещается конец связующего стержня с возможностью фиксации положения, а противоположный конец связующего стержня жестко связан с продольным брусом-опорой устройства, обеспечивая ее поворот.
Для упрощения эксплуатации устройства гидрометрические рейки имеют одинаковую штриховую меру длины, что позволяет производить визуальный съем информации с гидрометрических реек и выполнять расчет средней скорости воды в вертикальном сечении потока без изменения положения элементов устройства в русле водотока. Для учета наклона дна русла водотока (например, боковые стенки канала трапецеидального сечения) производится предварительная корректировка вертикальной ориентации гидрометрических реек относительно дна русла водотока.
На фиг.1 и 2 изображено устройство для измерения средней скорости течения воды в открытых водотоках.
Устройство (фиг.1) включает две гидрометрические рейки 1 и 2, закрепленные своими нижними концами в узле соединения 3 и жестко связанные перемычкой 4, установленной на некотором расстоянии от узла соединения 3, с образованием острого угла между гидрометрическими рейками 1 и 2. Узел соединения 3 шарнирно связан с продольным брусом-опорой устройства 5, передний конец которого связан пружинами 6 с перемычкой 4. Ориентация гидрометрических реек 1 и 2 в вертикальной плоскости обеспечивается механизмом поворота (фиг.2), выполненным в виде поперечной арочнообразной направляющей 7, опирающейся своими концами на дно русла. По направляющей 7 перемещается конец связующего стержня 8 с возможностью фиксации на ней. Противоположный конец связующего стержня 8 жестко связан с задним концом продольного бруса-опоры устройства 5.
Устройство работает следующим образом.
Перед помещением устройства в водоток устанавливается положение механизма вертикальной ориентации гидрометрических реек (фиг.2) в зависимости от профиля дна и боковых откосов русла водотока. После помещения устройства в поток воды с условием устойчивого размещения продольного бруса-опоры устройства 5 на дне русла водотока на гидрометрические рейки 1 и 2 (фиг.1) будет оказываться гидродинамическое воздействие пропорциональное скорости течения воды и отклоняющее гидрометрические рейки 1 и 2 по направлению потока. Пружины 6, связывающие перемычку 4 с продольным брусом-опорой устройства 5, за счет растяжения противодействуют изменению начального положения гидрометрических реек 1 и 2. С повышением скорости потока увеличивается гидродинамическое воздействие на гидрометрические рейки 1 и 2, которое еще более изменяет их положение, соответственно увеличивая противодействие пружин 6.
Средняя скорость течения воды по глубине в вертикальном сечении потока определяется по формуле V=KΔh, где K - коэффициент соответствия, определяемый при градуировке устройства; Δh - разность отсчетов уровня воды по первой и второй гидрометрическим рейкам.
Повышение точности измерения средней скорости течения воды и упрощение эксплуатации устройства достигается независимостью процесса измерения Δh от текущего уровня воды в русле водотока, введением упругой связи измерительного элемента с продольным брусом-опорой устройства и применением механизма регулирования их вертикальной ориентации, что расширяет диапазон измерения средней скорости течения воды и эксплуатационные возможности устройства по применению его на руслах водотоков различных конфигураций.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Авт. свидетельство RU № 52666, G01P 05/02, СССР, Н.В.Пикуш «Прибор для определения средней скорости водных или иных потоков». - М., 1938.
2. Патент RU № 39713 U1. G01P 5/02. БИ № 22 от 10.08.2004.