До питання точності вимірювання об’ємної витрати ньютонівських рідин в круглій трубі парціальним витратоміром нової конструкції

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний університет водного господарства та природокористування

До питання точності вимірювання об'ємної витрати ньютонівських рідин в круглій трубі парціальним витратоміром нової конструкції

Рогалевич Ю.П.

Силаєв П.В.

м. Рівне

Робота присвячена актуальному питанню водообліку на водопровідних мережах систем водопостачання та гідротехнічних меліорацій за парціальною схемою.

The article deals with the urgent question of the water register on the nets of water pipe system of water supply and hydro technical melioration from parcel scheme.

Водообліку в розподільних мережах закритих зрошувальних систем та систем водопостачання присвячені численні наукові роботи і винаходи [2, 4, 5, 6, 7, 8]. Найгостріша проблема водообліку на даний момент, постала в гідромеліоративних закритих зрошувальних системах; особливо на трубопроводах з d ? 300 мм. Водолічильники для трубопроводів з такими діаметрами серійно не випускаються, є дорогими, вимагають або тарування на місці монтажу або постійного джерела електроживлення [1, 6, 7, 8]. Однією із перспективних пропозицій для вимірювання витрат і об'ємів подачі води в трубах великих діаметрів, є вимірювання за парціальною схемою. Ця пропозиція була висунута Ю.В. Ланге ще в 1930 році [2]. Але необхідність використання звужуючого пристрою для створення перепаду тиску в обвідній лінії, що викликало в свою чергу, необхідність тарування всього водомірного вузла в місці монтажу, перекрила шлях цій хорошій пропозиції у практику.

Останніми науковими працями, спрямованими на реанімацію цієї пропозиції є [1, 5, 6, 7, 8], в яких обґрунтовується необхідність використання парціальної схеми водообліку на водогосподарських мережах. Найпоширенішою парціальною схемою в науковій літературі є схема, наведена на рисунку 1. ЇЇ недоліками є не лінійність залежності між основною витратою Q і парціальною витратою Qп, яку до речі, необхідно встановлювати експериментально, тобто таруванням. А це практично зробити неможливо. В таких обставинах говорити про точність вимірювання не варто. Цікавою є пропозиція конструкції парціального витратоміра з електромагнітним датчиком, запропонована в 1960 році інститутом

Укрпівдедіпроводгосп [4] (рис.2). Автори пропонують відбирати воду у обвідну лінію (шунт) парціального витратоміра, у тій точці поперечного перерізу основного трубопроводу, де осереднена швидкість дорівнює середній швидкості турбулентного потоку, тобто на віддалі 0,12d від стінки.

Рис. 3. Парціальний витратомір нової конструкції:

1, 1а - вхідний і вихідний патрубки; 2 - стінка основного трубопроводу; 3 - патрубки сальників; 4 - сальникова набивка; 5 - натискуюч гайки; 6 - коліна; 7 - пробкові крани; 8 - водолічильник; 9 - накидні гайки

Але ряд суттєвих недоліків [4] такої конструкції є складність виготовлення і монтажу, необхідність електроживлення і в зв'язку з цим прив'язаність до насосної станції, відносно висока вартість, необхідність тарування на місці встановлення, та ін., закрили шлях до широкого застосування на практиці, за винятком декількох експериментальних зразків. Гідравлічний розрахунок парціальних витратомірів такої конструкції також грішить помітними неточностями. Так вхід у обвідну лінію відбувається одночасно із різким поворотом на 30о як власне і вихід, що вимагає приймати величину цих місцевих опорів інтуїтивно. Цих недоліків позбавлена конструкція парціального витратоміра швидкісного напору показана на рис.3.

Конструкція запатентована в Україні [4] і апробована в натурних умовах Каховської зрошувальної системи. така конструкція парціального витратоміра піддається точному гідравлічному розрахунку [6,7], індустріальна, тобто може бути використана без змін розмірів деталей у широкому діапазоні зміни діаметрів основних трубопроводів. Всі деталі прості, можуть бути легко виготовлені в будь-якій механічній майстерні, а решта деталей (коліна, муфти, згони, водолічильники) серійно випускаються промисловістю. На рис. 4 показаний випадок застосування парціального витратоміра для вимірювання об'ємної подачі води насосним агрегатом.

Оскільки, витратомір такої конструкції може бути змонтований на кожній поливній машині, де витрата практично постійна, то коефіцієнт пропорціональності витратоміра також буде сталим. Якщо його визначають за допомогою переносного витратоміра, наприклад УЗРВ “Взлёт-ПР” то точність його монтажу немає значення на обчислення об'єму використаної для зрошення води. водопостачання гідротехнічний меліорація турбулентний

В тих випадках, коли витрата в трубопроводі великого діаметра може змінюватись, наприклад у напірному трубопроводі насосної станції, потрібно ретельніше виконувати монтаж парціального витратоміра. Вхідний і вихідний перерізи відповідних патрубків повинні знаходитися на віддалі 0,12d від стінки трубопроводу. Лише в такому випадку можна сподіватися, що у обвідну лінію забирається парціальна витрата із точки живого перерізу основного потоку де швидкість місцева дорівнює його середній швидкості.

Рис. 4. Парціальний витратомір Рогалевича змонтований на одному із напірних трубопро-водів НС №2, розміщеної на каналі Р8-1 Якимівського міжрайонного управління водного господарства Запорізької області

В цьому випадку похибка визначення витрати в основному трубопроводі буде мінімальна. Метою роботи є обчислення можливої похибки визначення витрати основного трубопроводу при недотриманні необхідної точності монтажу парціального витратоміра. Адже при сучасних товарно-грошових відносинах між постачальниками і споживачами води суттєве значення має точність визначення об'ємів використаної і поданої води і, бажано, щоб різниця між ними була мінімальною. Тоді виникнення взаємних претензій, що має місце тепер, буде, практично, неможливе.

Спробуємо аналітично визначити величину похибки у визначені об'ємної витрати основного трубопроводу в залежності від віддалі розміщення центра вхідного перерізу парціального витратоміра від стінки трубопроводу. Як відомо [3, 9], епюра осереднених швидкостей турбулентного потоку у круглій трубі може бути описана логарифмічним законом:

,

де - динамічна швидкість;

л - коефіцієнт Дарсі;

V - середня швидкість турбулентного потоку в трубі;

Рис. 5. Розподіл осереднених швидкостей в круглій трубі при турбулентному потоці

н - кінематична в'язкість води;

y - віддаль від стінки труби до точки поперечного перерізу в якій визначається осереднена швидкість.

Схематично епюра осереднених швидкостей в круглій трубі відповідна залежності (1) показана на рис. 5.

В тому випадку коли вхідний отвір парціального витратоміра буде зміщений відносно точки перерізу, розміщеної на віддалі 0,12d, або 0,23r, похибка може бути визначена за формулою:

Скористаємося вихідними даними для обчислення відносної похибки е парціального витратоміра, змонтованого на нерухомій частині підвідного трубопроводу поливної машини “Фрегат”. Витрата Q=120 л/с, діаметр труби d=200 мм, коефіцієнт гідравлічного тертя (коефіцієнт Дарсі) л=0,0122, кінематична в'язкість води при температурі t=20оС становитеме н=0,0101 см2/с; м/с.

Результати підрахунків відносної похибки е=f(y) подані в таблиці:

Отже найбільш точно витрата Q і об'єм використаною поливною машиною “Фрегат” води за сезон можна визначити тоді, коли центр вхідного перерізу парціального витратоміра буде розміщений на віддалі 0,23r=0,23*0,10=0,023 м від стінки трубопроводу.

Аналізуючи виконані розрахунки, можна зробити такі висновки:

1. Точність монтажу парціального витратоміра швидкісного напору суттєво впливає на точність визначення витрати і об'єму подачі води.

2. Неправильне положення вхідного обводу парціального витратоміра може привести як до завищення, так і до заниження величини об'єму подачі споживачу води за поливний сезон, що може привести до незапланованих збитків або прибутків.

Література

1. Кожевніков А., Пилипчик О., Рогалевич Ю.П., Розрахунок парціального витратоміра для напірного трубопроводу Головної насосної станції (ГНС) Каховської зрошувальної системи. Гідромеліорація та гідротехнічне будівництво. Збірник наукових праць. Випуск 30.- Рівне : НУВГП, 2005, с 82-87.

2. Лобачев П.В., Шевелев В.А. Водомеры для водопроводов и канализации. - М.: Издательство л-ры по строительству. - 1964. - 330с.

3. Науменко І.І. Технічна механіка рідини і газів. Підручник для вищих навчальних закладів. Рівне: РДТУ. - 2002. - с.528.

4. Парціальний витратомір Рогалевича. Патент України на винахід № 47909. Промислова власність. Офіційний бюлетень. №12, 2004.

5. Пособие по расчету, выбору, изготовлению и монтажу парциальных расходомеров скоростного напора. - Одесса. - Минводхоз УССР, Ин-т. - “Укрюжгипроводхоз”. - 1981. - 33с.

6. Рогалевич Ю.П., Силаєв П.В. Зауваження до існуючої методики виконання вимірювань насосними станціями та її альтернатива. Вісник НУВГП. Збірник наукових праць. Вип.2 (34), Ч.1.- Рівне: НУВГП - 2006. - с.94-99.

7. Рогалевич Ю.П., Силаєв П.В. Застосування парціального витратоміра для визначення об'ємів подачі води споживачам у точках водовиділу. Водне господарство України, №3. - К. - 2005. - с.38-41.

8. Хоружий П.Д., Чарний Д.В. Вимірювання витрат води в трубах турбінними водолічильниками // Меліорація і водне господарство. №83. - 1996. - с.139-146.

9. Чугаєв Р.Р. Гидравлика. Учебник для вузов. - Л.: Энергия, 1982. - 672 с.

Размещено на Allbest.ru