Файл: Быков В.Д. Гидрометрия учебник.pdf

Ходовая часть является главным узлом вертушки и состоит из оси, лопастного винта, контактного механизма, находящегося во внутренней камере, заполняемой маслом. Замыкание контактов происходит при вращении лопастного винта через определенное

входящий в комплект прибора. Ходовая часть укрепляется в кор­ пусе в собранном виде с помощью стопорного винта. В задней ча­ сти корпуса укрепляется стабилизатор направления. На корпусе имеются две клеммы для проводов сигнальной цепи.

Стабилизатор служит для установки прибора в потоке по на­ правлению течения, лопастным винтом навстречу набегающему потоку. Стабилизатор необходим в основном при работе с тросом.

Сигнальное устройство служит для передачи сигналов при за­ мыкании контактов вертушки. В современных вертушках приме­ няется звуковая сигнализация посредством звонка, к которому подводятся провода от клемм на корпусе вертушки. В некоторых типах вертушек применяются счетно-импульсные механизмы, на­ пример у вертушки ГР-11. У вертушек с механическим счетчиком, например у морской вертушки ВМ-М, определение числа оборотов ротора производится визуальным отсчетом по шкалам счетчика. Показания вертушек с электрической сигнализацией можно запи­ сывать на бумажной ленте с помощью хронографа, а при надоб­ ности— на ленте шлейфового осциллографа; последнее иногда бы­ вает нужно при проведении научных исследований.

В комплект вертушки входят принадлежности для ее опуска­ ния в воду и обеспечения сигнализации, запасные части, отвертки,

бота вертушки определяется взаимодействием потока и прибора. При измерении скорости вертушкой используется зависимость между числом оборотов лопастного винта (или ротора) в секунду и скоростью течения. В идеальном случае, т. е. при отсутствии тре­ ния в механизме вертушки и при отсутствии вязкости в жидкости, указанная зависимость выражается уравнением

u = krii, (ИЛ)

где и — скорость движения воды; п —• число оборотов лопастного винта в секунду; kr — геометрический шаг лопастного винта, рав­ ный шагу винтовой линии, совпадающей с внешней кромкой ло­ пасти; величина геометрического шага лопастного винта определя­ ется параметрами винтовой поверхности, образующей данный винт.

111

Гидравлические сопротивления вызываются трением воды о по­ верхность лопастного винта, вихреобразоваиием у острых краев лопасти, а также нарушением скоростного поля потока и связан­ ным с ним подпором от вводимого в воду прибора.

Механические сопротивления вызываются трением в механизме

где а, Ь, с — параметры. Уравнение (11.2) вполне удовлетворительно отражает зависи­

мость между скоростью и числом оборотов лопастного винта в ре­ альных условиях работы вертушки. Графически это уравнение вы­ ражается гиперболой. При n = 0 и = \ с = «о — отрезок иа осп орди­ нат (рис. 11.2), соответствующий значению начальной скорости вертушки.

Н а ч а л ь н о й с к о р о с т ь ю будем называть такую скорость, при которой силовое воздействие потока на лопастный винт равно величине сопротивлений, при этом лопастный винт начинает вра­ щаться неравномерно; при дальнейшем увеличении скорости вра­

112

Здесь k имеет другое значение, чем в формуле (11.1), так как по­ следнее уравнение отражает работу вертушки в реальных усло­

так как в связи с наличием сопротивлений лопастный винт в вод­

Величина гидравлического шага определяется опытным путем при тарировании вертушек.

предела, различного для разных вертушек. Затем линейность за­ висимости нарушается: при некоторой скорости кривая отклоня­ ется вверх, как это показано на рис. 11.2. Скорость течения, соот­ ветствующую точке, в которой происходит поворот кривой вверх,

скорости зависит также от глубины погружения вертушки, что было установлено при испытаниях вертушки с чашечным ротором и вертикальной осью в большом буксировочном канале (по иссле­ дованиям А. В. Васильева). Следует иметь в виду, что зависимость u = f(n) при и>ивк изучена еще недостаточно. Ориентировочно величину верхней критической скорости можно принимать (по дан­

ный винт № 1). Причинами отклонения кривой u = f(n) от прямо­ линейного направления при больших скоростях течения считают возникновение кавитации и интенсивное вихреобразование у ро­ тора вертушки.

Нижним пределом применения вертушек следует считать ско­ рость, большую, чем начальная скорость. При малых скоростях погрешности измерения могут достигать значительных величин пз-за относительно большого влияния механических и гидравличе­ ских сопротивлений. По рекомендации ГТИ нижним пределом при­ менения гидрометрических вертушек можно считать скорость, рав­ ную удвоенной величине начальной скорости для данной вертушки.

Как уже указывалось, лопастный винт начинает вращаться,

В дальнейшем будем иметь дело с относительным скольжением винта, которое выражается зависимостью

Если скорость течения меньше начальной скорости вертушки, то относительное скольжение равно 100%, т. е. лопастный винт не вращается. При достижении критического значения скорости по­ тока относительное скольжение лопастного винта становится по­ стоянной величиной, различной для разных вертушек (рис. 11.3). По исследованиям П. Н. Бурцева, для вертушки Ж-3 относитель­ ное скольжение винта становится постоянным при скорости потока около 0,6 м/с и составляет 1,5—2,0%, для вертушки ГР-21—со­ ответственно 0,5 м/с и 7—8%. Данные рис. 11.3 относятся к слу­ чаю, когда ось вертушки параллельна направлению скорости. При непараллельности их относительное скольжение увеличивается при

114

возрастании угла отклонения. Так, по данным Бурцева, при угле отклонения 40° относительное скольжение винта может достигать 30—35%. Увеличение относительного скольжения винта вызыва­ ется главным образом радиальным давлением потока.

И н е р ц и о н н о с т ь ю в е р т у ш к и называется способность лопастного винта следовать за изменениями скорости течения. Чем меньше инерционность лопастного винта или ротора вертушки, тем быстрее изменяется число оборотов при изменении скорости. По­ этому для регистрации пульсации скорости течения необходимо применять вертушки, обладающие малой инерционностью.

Лопастные винты существующих вертушек обладают различной инерционностью; величина последней зависит от момента инерции винта. Моменты инерции применяемых в настоящее время вер­ тушек имеют следующие значения (в г - с м - с 2 ) : Ж-3 0,4—0,7; ГР-21 и ГР-21М 0,8—1,0; ГР-55 0,14—0,16; ГР-11 0,15—0,20. Как видно из приведенных данных, наименьшим моментом инерции об­ ладают лопастные винты вертушек ГР-55 и ГР-11. Они являются малоинерционными, вследствие чего их наиболее целесообразно применять в потоках с большой турбулентностью и при необходи­ мости регистрации пульсации скорости. В последнем случае лучше применять вертушку ГР-11 с контактом через один оборот и запи­ сывать ее показания на хронографе.

Лопастные впиты вертушек ГР-21 и ГР-21М обладают относи­ тельно большой инерционностью, вследствие чего сглаживают пуль­ сации скорости, поэтому применение их для регистрации пульсации скорости неэффективно. Зато применение их целесообразно в по­

пендикулярна направлению створа, так как расход воды опре­

в водосбросных отверстиях гидротехнических сооружений. Кроме