Расходомеры > Расходомеры
Безнапорные
Безнапорные расходомеры
Относительно недавно определение учет перекачиваемых сточных вод производился на основании данных объемов поступившей воды потребителю. Однако такой способ, несмотря на простоту имеет ряд существенных недостатков. Так, например, для водоканалов отсутствие точных данных по перекачиванию сточных вод не дает возможности проанализировать эффективность работы и состояние системы водоотведения, а также определить сколько из общего количества стоков приходится на канализационные, а сколько на ливневые стоки. А если говорить о частниках, то учет канализационных стоков особенно важен в загородных домах, т.к. далеко не вся взятая из водопровода вода сливается в канализацию (особенно в дачный сезон, когда много воды уходит на полив).
В общем виде система городского водоотведения устроена следующим образом: сточные воды сбрасываются по безнапорным (самотечным) трубопроводам или собираются на канализационных-насосных станциях и перекачиваются по напорным трубопроводам.
Учет напорной канализации обычно не представляет трудностей. В данном случае применяются расходомеры, работающие по принципу водяных счетчиков. Особенностью измерения расхода канализационных стока, в отличие от воды является лишь наличие загрязнений и низкая скорость потока. Поэтому при подборе необходимо учитывать данные факторы.
Гораздо более сложным вопросом является определение расхода стоков в самотечной канализации. Рассмотрим данный вопрос более подробно.
Расход безнапорного стока в канале или трубопроводе определяется произведением площади сечения на скорость потока жидкости и рассчитывается по формуле:
, где A – площадь сечения потока, а Ṽ – его средняя скорость.Соответственно способы измерения расхода безнапорного стока основаны на определении и расчете величин скорости потока и площади сечения.
Способы измерения расхода безнапорных стоков
Для измерения расхода самотечных сточных вод используют:
1. Формулу Шези,
где V — средняя скорость потока, м/с;
C — коэффициент сопротивления трения по длине (коэффициент Шези), являющийся интегральной характеристикой сил сопротивления;
R — гидравлический радиус, м;
I — гидравлический уклон м/м.
В связи с тем, что реальный уклон трубопровода не всегда соответствует проектной документации, измерение расхода методом Шези будет иметь большую погрешность и не годится для коммерческого учета стоков.
2. Рычажно-маятниковые расходомеры
Данные расходомеры применяются для каналов U-образной формы и трубопроводов. Предварительно расходомер тарируется и расход определяется формулами пересчета значения угла наклона маятника в соответствующий расход.
3. Расходомеры переменного уровня
Принцип работы данного типа расходомера основан на зависимости высоты уровня жидкости, находящейся в сосуде от расхода непрерывно вытекающей из сосуда струи потока.
Существует 2 основных типа расходомера переменного уровня:
- с затопленным отверстием (рис. а)
- с частично затопленным отверстием (рис. в) в виде щели на боковой стенке.
Существует зависимость объемного расхода жидкости от уровня, определимая формой выходного отверстия (рис. в).
Достоинствами данного типа устройств является возможность измерения растворов и жидкостей с большим содержанием твердых включений.
Недостатки: небольшой диапазон измерения 0,1…50 м3/ч;
Наибольшее распространение подобные приборы находят в системах учета нефти с высоким содержанием газа, а также водоотведении и канализации.
4. Расходомеры на основе уровнемеров
Данный способ назовётся также устройствами «переменного уровня».
Принцип работы основан на измерении только уровня стоков. При этом предполагается, что средняя скорость есть величина постоянная и расход зависит только от уровня.
Скорость потока жидкости остается неизвестной, (увеличивая вероятность ошибки) что является главным недостатком такого способа. Данный тип расходомером применим только при отсутствии подпора, в противном случае погрешность измерений может достигать сотни процентов. Также, применение данного типа устройств невозможно при наличии пены, пара, тумана, интенсивных осадков, большой волны и т.д.
Преимуществом такого типа расходомера является низкая стоимость и простота монтажа.
Уровнемеры ультразвукового типа применяются как правило для получения приблизительных данных например для некоммерческого учета.
5. Радарные расходомеры
Представляют из себя разновидность ультразвукового устройства, работающего на основе метода «скорость-площадь», измеряя как уровень потока, так и его скорость течения.
Главным преимуществом радарного расходомера является простая и удобная установка и обслуживания, а также возможность измерения расходов в широком диапазоне.
, где К – калибровочный коэффициент, выбирается по таблицам в зависимости характеристик трубопровода или канала.
Недостатками данного типа устройств является очень высокая погрешность измерения расхода, обусловленная зависимостью результата измерения от наличия ряби и волн на поверхности стоков, а также высокая стоимость.
Применение данного типа устройств рекомендуется при невозможности использовать более точные расходомеры.
6. Доплеровские ультразвуковые расходомеры
Принцип основан на измерении скоростей потока в различных точках и вычислении среднего значения:
, где К – калибровочный коэффициент, выбирается по таблицам в зависимости характеристик трубопровода или канала.Средняя скорость определяется как произведением измеренной величины на калибровочный коэффициент К.
Недостатком доплеровских расходомеров является то, что погрешность показаний сильно зависят от количества твердых включений в потоке.
Однако при соблюдении всех требований к измеряемой жидкости доплеровские расходомеры показывают высокую точность измерений. Рекомендуется применение данных приборов для однородных стоков без большого числа твердых включений.
7. Перевод безнапорного режима работы в напорный
В самотечный коллектор устанавливается участок трубопровода, загнутый вверх. Поток на 100% заполняет данный участок трубы и переходит в напорный режим. Далее измерение расхода напорного участка можно производить известными способами как с помощью ультразвуковых датчиков, так и электромагнитными расходомерами.
Достоинствами данного способа является высокая точность измерений (погрешность 0,5…1,0%).
К недостаткам относится трудоемкость монтажных работ и необходимость чистки трубопроводного участка, т.к. при слишком грязных стоках место изгиба трубы вверх может засоряться, снижая точность измерений.
Данный метод обычно применим для измерения относительно чистых стоков в трубах диаметром не более 300 мм.
8. Кросс-корреляционные расходомеры
Метод кросс-корреляции был разработан и запатентован компанией Nivus GmbH. Принцип по сути является усовершенствованным доплеровским методом измерений. Измерительный сенсор делает ультразвуковые фотографии потока с частотой от 500 до 2000 единиц в секунду. Далее с помощью микропроцессора данные фотографии накладываются друг на друга и определяется скорость движения частиц в каждом слое.
Средняя скорость потока рассчитывается исходя из полученных данных по каждому слою.
Достоинством данного метода является высокая точность и при этом не требуется ни предварительная калибровка, ни учет параметров шероховатости трубопровода или канала.
Недостатком данного способа является относительно высокая стоимость и зависимость от количества твердых включений в стоке, аналогично доплеровским расходомерам.
9. Время-импульсные расходомеры
Метод измерения расхода в данных устройствах заключается в измерении времени задержки передачи сигнала между датчиками по потоку и против направления течения.
Время-импульсные расходомеры выпускаются с врезными или накладными датчиками для напорных труб, а для безнапорных труб – в виде трубных или клиновидных датчиков, или полусфер.