Файл: Быков В.Д. Гидрометрия учебник.pdf

пастного винта 12 см (ГР-21 и др.) предельной глубиной, при ко­ торой скорости измеряются в указанных на рис. 13.14 точках, яв­ ляется глубина 1 м. При использовании вертушек с лопастным

иповерхности

на 0,2 h

Рис. 13.13. Расположение вертушки на вертикали при детальном способе измерения.

а — в свободном русле, б — при ледяном покрове.

винтом диаметром 7 см (ГР-55 и др.) предельной глубиной явля­ ется глубина 0,6 м. При меньших глубинах вертушку на верти­

свободном ото льда и водной

растительности русле скорости измеряются в двух точках на вер­ тикали: 0,2 и 0,8 рабочей глубины, при недостаточных глубинах измерение производится в одной точке — 0,6 рабочей глубины.

183

При ледяном покрове или водной растительности скорости изме­ ряются в трех точках на вертикали: 0,15; 0,50 и 0,85 рабочей глу­

сти на вертикали измеряются в двух точках: 0,2 и 0,8 рабочей глу­ бины, пли же в одной точке—0,6 рабочей глубины (допускается из­ мерять скорость в точке 0,2 Л).

П р о д о л ж и т е л ь н о с т ь и з м е р е н и я с к о р о с т и течения в каждой точке вертикали должна быть достаточной для осредне­ ния во времени пульсацпонных изменении. Как уже указывалось, у нас принято время осреднения не менее 100 секунд, что в боль­ шинстве случаев позволяет достаточно точно определить величину местной скорости. Но в потоках с большой степенью турбулентно­ сти следует проверять достаточность времени осреднения, для чего выработан простой практический прием, описываемый ниже.

При детальном способе измерения расхода, измеряя скорости течения, производят запись времени поступления отдельных сиг­ налов вертушки. При больших скоростях течения сигналы следуют друг за другом очень часто, поэтому отсчеты времени по секундо­

Практический прием проверки достаточности осреднения во времени пульсационных изменений заключается в следующем: со­ поставляют продолжительности первой и второй половины наблю­ дения; они должны отличаться друг от друга не более чем на 5 се­ кунд. Если они отличаются более чем на 5 секунд, то измерения

ставляет 59 секунд, следовательно, за весь период, т. е. по шести приемам, должна бы получиться продолжительность 59 + 59 = = 118 секунд, получилась же продолжительность 121 секунда. Раз­ ница составляет 3 секунды, что меньше 5 секунд, поэтому в дан­ ном случае измерения можно прекратить.

184

продолжительности измерения. Измерения прекращают на четном: сигнале по истечении 100 секунд.

При сокращенном способе измерения расхода воды также огра­ ничиваются записью общего числа сигналов (числа оборотов) и общей продолжительности измерения скорости.

При каждом измерении скорости течения рекомендуется, прежде чем начать отсчет времени поступления сигналов, первые два-три сигнала пропустить без записи, чтобы лопастный винт набрал скорость вращения, соответствующую скорости течения..

13.5.Интеграционный способ измерения скоростей течения

ирасходов воды

Сущность интеграционного способа заключается в следующем. Если гидрометрическую вертушку, установленную лопастным вин­ том навстречу течения, медленно перемещать в плоскости живого сечения по какому-либо направлению и при этом регистрировать, общее число оборотов винта N и время t, то средняя скорость те­ чения на данном отрезке пути вертушки определится по числу оборотов п в секунду, т. е.

и может быть найдена по тарнровочной кривой.

Интеграционное измерение скорости можно производить па вертикали, по горизонтали и по всему живому сечению.

Интеграционное измерение по вертикали делается для опреде­ ления средней скорости на данной вертикали. Для этого вертушку медленным равномерным движением опускают от поверхности додна и затем без остановки поднимают с той же скоростью до по­ верхности. Суммарное число оборотов винта, деленное на время измерения, дает число оборотов в секунду, соответствующее сред­ ней скорости на вертикали.

Следует иметь в виду, что при опускании вертушки лопастный винт переходит из слоев воды с большими скоростями в слои с меньшими скоростями, при этом из-за инерционности винта число

При интеграционном измерении на вертикали лопастный винт вращается под действием суммарного вектора w, равного геомет­ рической сумме векторов местной скорости и и скорости вертикаль­ ного перемещения вертушки uD (рис. 13.15). Если измерение произ­ водится компонентной вертушкой, то она будет регистрировать проекцию суммарного вектора на ось вертушки, т. е. величину местной скорости и (конечно, при условии, что угол (3 меньше угла, при котором сохраняются компонентные свойства вертушки).

185.

Д ля некомпонентных вертушек чем меньше угол (5, тем точнее ре­ зультаты измерений, поэтому скорость перемещения вертушки должна быть возможно меньшей.

На точность интеграционных измерений оказывает влияние не­ достаточное осреднение во времени пульсационных изменений ско­ рости. Кроме того, при опускании вертушки она не доводится до •самого дна, что приводит к некоторому завышению средней ско­ рости. По этим причинам точность интеграционного измерения •средней скорости на вертикали несколько ниже, чем точность из­ мерения точечным способом (как показали исследования, на 1 — 3%).

Интеграционный способ применяется также для определения средней скорости на поверхности по ширине реки и средней ско­ рости в живом сечении потока.

и распространения не получил. В отдельных случаях он представ­ ляется перспективным, например при измерении расходов в па­ водки, так как позволяет весьма быстро выполнить работы.

Интеграционное измерение средней скорости в живом сечении

хода вычисляется умножением средней скорости на площадь жи­ вого сечения.

Интеграционное измерение средней скорости потока можно про­ изводить, перемещая вертушку в живом сечении по зигзагообраз­ ной траектории от поверхности ко дну и обратно от одного берега до другого (рис. 13.16). При этом регистрируется общее число обо­ ротов лопастного винта и продолжительность измерения, по ним находится число оборотов винта в секунду и по тарировочной зави­ симости — средняя скорость течения. При таком способе лопастный винт будет находиться под воздействием трех скоростей: скорости течения и, скорости вертикального и в и скорости горизонтального я г перемещения вертушки (рис. 13.17). По правилам геометриче­ ского сложения векторов эти векторы можно заменить суммарным вектором wy величина которого определяется по формуле

Таким образом, на лопастный винт действует суммарный век­ тор, т. е. вертушка будет работать в условиях косоструйности.

186

Точность регистрации вертушкой величины скоростного вектора и будет зависеть от компонентности применяемой вертушки и от величин скоростей горизонтального и вертикального перемещений вертушки.

Теоретические основы интеграционного определения расходов воды были рассмотрены Н. А. Гирилловичем [20], который указал на два основных условия применения этого способа: 1) средняя ско­

дует.

Для соблюдения второго условия требуется соответствующим образом построить зигзагообразную траекторию движения вер­ тушки. Это можно сделать по-разному. В. В. Дементьев предложил

получается, что продолжительность прохождения вертушкой отсе­ ков живого сечения приблизительно пропорциональна глубинам.

Если измерения производятся с помощью дистанционной гид­ рометрической установки, то описанная схема может быть при­ менена. В ГГИ В. Ф. Ермаковым проведены специальные иссле­ дования для оценки возможности и точности измерения расхода воды на дистанционной гидрометрической установке ГР-64 путем интеграции скорости в живом сечении потока по схеме рис. 13.16 6,

187