Утверждено

приказом Министерства жилищно-

коммунального хозяйства РСФСР

23 марта 1987 г. № 122

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ РАСХОДОВ СТОЧНОЙ ЖИДКОСТИ
В БЕЗНАПОРНЫХ ТРУБОПРОВОДАХ

Отдел научно-технической информации АКХ
Москва 1987

Настоящие указания устанавливают порядок проведения измерений расходов сточной жидкости в безнапорных трубопроводах, требования к участкам трубопроводов, на которых должны проводиться измерения, и к средствам измерения уровня и скорости.

Методические указания разработаны НИИ КВОВ АКХ им. К.Д. Памфилова (кандидаты техн. наук Т.М. Колискор и В.А. Казарян, инж. М.В. Мкртчян) при участии треста Мосочиствод (инженеры В.В. Иванов и Л.Ф. Скрябин) и ВНИИ ВОДГЕО (канд. техн. наук П.В. Лобачев) и согласованы с Казанским филиалом ВНИИ ФТРИ. Предназначены для организаций, занимающихся эксплуатацией и наладкой систем канализации.

Замечания и предложения по указаниям просьба направлять по адресу: 123371, Москва, Волоколамское шоссе, 87, НИИ коммунального водоснабжения и очистки воды АКХ им. К.Д. Памфилова.

В настоящее время основным устройством, применяемым для измерения расходов сточной жидкости, являются лотки Вентури и Паршаля. Значительные размеры этих устройств не позволяют применять их в стесненных условиях. Чаще всего они используются на очистных станциях, а единственным методом, применяемым на сетях, является метод «площадь - скорость», для осуществления которого требуется произвести не менее 15 измерений местных скоростей.

Определение расхода этим методом требует значительных затрат труда и времени. Кроме того, в процессе измерений в натурных условиях возможно изменение расхода, что снижает точность метода. Метод, изложенный в настоящих указаниях, заключается в определении расхода путем измерения наполнения и скорости в одной точке. Он обладает достаточной точностью, доступен для применения в условиях эксплуатации. Метод апробирован в тресте Мосочиствод и в Водоканалах Новосибирска и Еревана.

I. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

1. Метод предназначен для определения расхода сточной жидкости в безнапорных трубопроводах круглой формы путем измерения наполнения и скорости движения жидкости в одной точке.

2. Метод позволяет произвести градуировку измерительного сечения (сечения, где устанавливаются измерительные приборы), т.е. установить зависимость расхода от уровня жидкости.

3. Измерения могут проводиться при соблюдении следующих условий: наполнение трубы не должно быть более 0,75 и в период измерений дольно оставаться постоянным; минимальный диаметр трубопровода 0,3 м, что связано с размерами стандартных гидрометрических вертушек, минимальный диаметр которых равен 0,02 м; средняя скорость движения воды не менее 0,7 м/с; дно трубопровода должно быть чистым.

4. Требования настоящих указаний изложены в соответствии с утвержденными Госстандартом СССР «Правилами измерения расхода жидкости при помощи стандартных водосливов и лотков» (РДП-99-77).

II. ОСНОВЫ МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА ЖИДКОСТИ ПО ИЗМЕРЕНИЮ ЕЕ УРОВНЯ И СКОРОСТИ В ОДНОЙ ТОЧКЕ ЖИВОГО СЕЧЕНИЯ

5. Метод определения расхода сточной жидкости по измерению скорости в одной точке основан на установленной зависимости распределения скоростей в живом сечении от основных параметров потока (диаметра трубопровода, его наполнения и коэффициента шероховатости стенок).

6. Для трубопроводов, транспортирующих сточную жидкость, коэффициент шероховатости n принимается постоянным и равным 0,014. Указания по определению диаметра и наполнения приведены в п. 16 и 17.

7. Расход жидкости может быть определен двумя способами:

по величине средней скорости потока u_ср по формуле

Q = u_срw,                                                                           (1)

где w - площадь живого сечения потока;

по величине максимальной скорости u_max по формуле

Q = u_maxwN,                                                                       (2)

где N - безразмерный коэффициент, определяемый по таблице прил. 1.

Второй способ позволяет достичь большей точности, так как при измерении максимальной скорости, находящейся на большем расстоянии от дна лотка, чем средняя, существует меньшая вероятность налипания загрязнений на вертушку. Поэтому этот способ является предпочтительным.

Первый способ должен использоваться лишь в тех случаях, когда расстояние максимальной скорости от поверхности воды меньше, чем 1,5 диаметра гидрометрической вертушки.

8. Для исключений трудоемких вычислений составлены таблицы (прил. 1 и 2), позволяющие определять необходимые параметры по результатам измерения диаметра трубопровода и наполнения.

9. Погрешность определения расхода жидкости настоящим методом при измерении максимальной скорости не превышает 5 %, при измерении средней скорости - 7 %. Для более точного определения погрешности модно пользоваться методикой, изложенной в прил. 3.

III. ТРЕБОВАНИЯ К УЧАСТКУ ТРУБОПРОВОДА, НА КОТОРОМ ПРОВОДЯТСЯ ИЗМЕРЕНИЯ

10. Для обеспечения гарантируемой точности измерительный участок трубопровода должен быть прямолинейным с постоянным уклоном и диаметром без боковых присоединений.

Длина участка перед измерительным сечением должна быть не менее 40Н (Н - глубины наполнения трубопровода), а после него 10Н.

11. Сечение, в котором устанавливаются приборы для измерения скорости и уровня, должно быть расположено в середине лотка смотрового колодца. В этом сечении и вблизи него не должно быть выступов, закладных деталей и других предметов, вызывающих искажение уровня в результате местных возмущений потока.

IV. ТРЕБОВАНИЯ К ПРИБОРАМ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ И УРОВНЯ

12. Для измерения уровня допускается применять простейшие средства измерения: мерные иглы, крючковые рейки, пьезометрические трубки, водомерные рейки и т.д.

Мерные рейки являются наиболее грубыми средствами измерения. Более точно позволяют измерить уровень мерные иглы. Основной деталью мерной иглы является шток с нанесенными на нем отметками. На штоке укреплена зубчатая планка, соединенная с кремальерой и нониусом. Отсчет по нониусу производят в момент касания иглой, прикрепленной к штоку, поверхности жидкости или в момент отрыва иглы от этой поверхности. Плоскостью отсчета является дно лотка.

Более подробное описание средств измерения уровня жидкости содержится в книге И.В. Лобачева и Ф.А. Шевелева «Измерение расхода жидкостей и газов в системах водоснабжения и канализации» (М.: Стройиздат, 1985).

13. При постоянных наблюдениях за расходами следует использовать уровнемеры с самопишущими устройствами типа СУВ-М («Валдай»).

14. Для измерения скоростей рекомендуется применять следующие гидрометрические вертушки: для потоков глубиной более 0,3 м - типа Х-6, ГР-96, для потоков глубиной более 0,3 м - ГР-21 М, ГР-99,ГР-55 (ГОСТ 15126-80).

Тип вертушки                                               Диаметр

лопастного винта, мм

Х-6..................................................................... 20

ГР-96................................................................. 30

ГР-55................................................................. 70

ГР-99................................................................. 80

ГР-21 М............................................................ 120

15. Гидрометрические вертушки должны быть в хорошем состоянии, которое поддерживается чисткой после каждого использования и своевременной заменой всех изношенных или поврежденных деталей.

V. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

16. В смотровом колодце на участке трубопровода, выбранном в соответствии с требованиями, изложенными в разд. III, измерить отметку лотка Н_л и отметку поверхности жидкости Н_п. По разности (Н_п - Н_л) определить глубину наполнения Н.

17. Мерной штангой или стальной рулеткой измерить горизонтальный диаметр лотка не менее чем в трех сечениях. По среднеарифметическому из этих значений принимается диаметр трубопровода Д.

18. Определить относительное наполнение трубопровода Н/Д.

19. По таблице (см. прил. 1) найти расстояние по вертикали от лотка до местоположения максимальной скорости h, соответствующее фактическим величинам Д и Н/Д.

20. Определить величину (Н - h).

21. При (Н - h) < 1,5 диаметра гидрометрической вертушки расход в соответствии с п. 7 определяется по средней скорости.

Для этого:

с помощью таблицы (см. прил. 2) вычислить площадь поперечного сечения потока w и гидравлический радиус R;

определить расстояние по вертикали от лотка по местоположения средней скорости по формуле

y_ср = 0,418R;

на штанге с мерными делениями укрепить вертушку на высоте y_ср;

измерить среднюю скорость u_ср на высоте y_ср от лотка;

вычислить Q по формуле (1).

22. При (Н - h) ³ 1,5 диаметра гидрометрической вертушки расход определить по максимальной скорости.

Для этого:

на штанге с мерными делениями укрепить вертушку на высоте h;

измерить максимальную скорость u_max на высоте h от лотка;

по таблице (см. прил. 1) найти значение N;

с помощью таблицы (см. прил. 2) вычислить значение w;

вычислить Q по формуле (2).

23. Гидрометрическая вертушка должна находиться в каждой выбранной точке измерения не менее 40 с. Измерения скоростей в каждой из указанных точек следует выполнять не менее трех раз. Значение скорости принять как среднеарифметическое этих измерений. При расхождении результатов измерений скорости более чем на 5 % измерения повторить.

24. Стабильность расхода в процессе измерений контролируется неизменностью наполнения, которое дополнительно измеряется после измерения скоростей.

VI. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ГРАДУИРОВКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ ТРУБОПРОВОДА

25. Градуировка осуществляется с целью последующего определения расхода по измерению уровня жидкости в трубопроводе. При этом используется известная зависимость Q/Q_п (где Q_п - расход при полном наполнении) от относительного наполнения Н/Д (рисунок), справедливая для всех используемых в канализации диаметров труб.

26. Для определения по этой зависимости расхода при любом наполнении следует предварительно установить величину Q_п, что осуществляется проведением определения расхода Q при каком-либо фиксированном наполнении по методике, изложенной в разд. V.

Далее следует по графику (см. рисунок) установить коэффициент А (А = Q/Q_п), соответствующий измеренному наполнению, и определить Q_п по формуле Q_п= Q/A.

При установленной для данного трубопровода величине Q_п по графику (см. рисунок) можно определить расход при любом наполнении.

Зависимость расхода жидкости от ее уровня в канале круглого сечения

Значение Q_п определить как среднеарифметическое при двух-трех измерениях расхода и наполнения.

27. Градуировку измерительного сечения рекомендуется проводить не реже 1 раза в год. Внеочередная градуировка проводится при изменении условий работы трубопровода.

VII. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

28. Производство работ по определению расходов сточной жидкости в системах канализации должно осуществляться в соответствии с действующими «Правилами техники безопасности при эксплуатации систем водоснабжения и водоотведения населенных мест» (М.: Стройиздат, 1979, Разд. 4.2 - 4.3).

29. Перед спуском людей в колодец, где проводятся измерения, необходимо проверить его загазованность лампой ЛБВК.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Значения N и h для трубопроводов круглого сечения

Приложение 2

Относительные значения  и  для трубопровода круглого сечения (;)

Приложение 3

Нахождение погрешности определения расхода

1. Средняя квадратическая погрешность определения расхода вычисляется по формуле

где d_w, d_и, d_y1, d_y2, d_x - средняя квадратическая погрешность соответственно определения площади живого сечения, измерений скорости, определения точки измерения, установки измерителя скорости, установления местоположения центральной вертикальной оси; ,  - безразмерный градиент скорости соответственно по вертикали и по горизонтали.

Учитывая, что w = f(Н/Д, Д), можно записать:

где d_н, d_д - средняя квадратическая погрешность измерения соответственно наполнения и диаметра трубы.

2. При определении расхода по измерению u_max средняя квадратическая относительная погрешность определения расхода вычисляется по формуле

где - i гидравлический уклон трубопровода.

3. При определении расхода по измерению u_ср средняя квадратическая относительная погрешность измерений расхода вычисляется по формуле

4. Если для измерения скорости используют гидрометрическую вертушку с погрешностью d_и = 0,02, а для измерения наполнения - мерную иглу с погрешностью d_н = 0,015 - 0,02, то в зависимости от расхода относительная погрешность определения расхода в трубопроводах диаметром от 200 до 2000 мм при измерении средней скорости составляет 0,04 - 0,07, а при измерении максимальной скорости 0,03 - 0,005.

СОДЕРЖАНИЕ