完整版常用量水堰槽使用技术.docx
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完整版常用量水堰槽使用技术
如何选择量水堰槽
非满管状态流动的水路称作明渠(openchannel),明渠流量计的应用场所有城市供水引水渠、火电厂冷却水引水和排水渠、污水治理流入和排放渠、工矿企业废水排放以及水利工程和农业灌溉用渠道。
选择量水堰槽的种类,要考虑渠道内流量的大小,渠道内水的流态,是否能形成自由流。
最大流量小于40升/秒建议使用直角三角堰;大于40升/秒建议使用巴歇尔槽;上游渠道较短,最大流量又大于40升/秒建议使用矩形堰。
条件允许,最好选择巴歇尔槽。
巴歇尔槽的水位-流量关系是由实验室标定出来的,而且对于上游行进渠槽条件要求较弱。
三角堰和矩形堰的水位-流量关系来源于理论计算,容易由于忽略一些使用条件,带来附加误差。
三角堰
材料:
PVC、玻璃钢、不锈钢可选。
流量越大,相应增加壁厚。
注意事项:
◇三角口处的尺寸准确、缘台平直、光滑。
板面光滑、平整、无扭曲。
;
◇三角堰的中心线要与渠道的中心线重合。
◇j为堰板嵌入渠道墙的部分,尺寸请用户根据现场情况而定。
适应范围:
◇三角堰可按图1.1加工。
注意:
安装该直角三角堰的上游渠道宽是600mm,三角顶角与上游渠底的高度是250mm。
◇如使用图1.1直角三角堰,可在明渠菜单“10堰槽种类”→“1直角三角堰”项选择“开启”,仪表内已有该堰板的水位-流量表,可根据水位值直接给给出流速。
最小流量0.0136升/秒,最大流量45.010升/秒(162吨/小时)
图1.1直角三角堰堰板构造
图1.2三角堰建造效果图
图1.3三角堰在渠道上的安装和三角堰的水位零点
三角堰安装在渠道上如图1.3所示。
堰板要竖直,要安在渠道的中轴线上。
加工三角堰时,可以会使顶角变成圆角,在确定水位等于零的位置时要注意,三角堰的水位零点应在三角堰的侧边的延长线的交点上。
仪表的探头要安装在上游距离堰板0.5~1米的位置。
二:
矩形堰
材质:
PVC、玻璃钢、不锈钢可选。
流量越大,相应增加壁厚。
注意事项:
◇矩形口处的尺寸要准确、缘台平直、光滑。
板面光滑、平整、无扭曲。
◇矩形堰的中心线要与渠道的中心线重合。
◇j为堰板嵌入渠道墙的部分,尺寸请用户根据现场情况而定。
适用范围:
◇矩形堰可按图2.1加工,注意:
矩形堰的水位-流量关系主要取决于堰口宽的“b”。
也与上游渠道宽“B”和堰坎高“p”有关。
◇如使用图2.1的矩形堰,可以在明渠菜单“10堰槽种类”→“2矩形堰”项选择:
0.25、0.50、0.75、1.00(注:
此选项代表堰口宽b)仪表内已有该堰板的水位-流量表,可根据水位值直接给给出流速。
1:
b=0.25米最小流量0.4375升/秒(1.6吨/小时),最大流量56.907升/秒(205吨/小时)
2:
b=0.50米最小流量0.8774升/秒(3.1吨/小时),最大流量153.74升/秒(553吨/小时)
3:
b=0.75米最小流量3.7488升/秒(13吨/小时),最大流量539.04升/秒(1941吨/小时)
4:
b=1.00米最小流量4.9780升/秒(18吨/小时),最大流量687.36升/秒(2474吨/小时)
图2.1矩形堰的构造图
图2.2矩形堰建造效果图
图2.3矩形堰在渠道上的安装和矩形堰的水位零点
矩形堰安装在渠道上如图2.3所示。
堰板要竖直,要安装在渠道的中轴线上。
仪表的探头安装在距离堰板0.5~1米的位置。
三:
巴歇尔槽
材质:
PVC、玻璃钢、不锈钢可选。
流量越大,相应增加壁厚。
注意事项:
◇j的尺寸与渠道安装有关,请用户根据现场情况而定。
◇巴歇尔槽的中心线要与渠道的中心线重合,使水流进入巴歇尔槽不出现偏流。
◇巴歇尔槽通水后,水的流态要自由流。
巴歇尔槽的淹没度要小于规定的临界淹没度。
◇巴歇尔槽的上游应有大于5倍渠道宽的平直段,使水流能平稳进入巴歇尔槽。
即没有左右偏流,也没有渠道坡降形成的冲力。
(参见下图)
◇巴歇尔槽安装在渠道上要牢固。
与渠道侧壁、渠底连结要紧密,不能漏水。
使水流全部流经巴歇尔槽的计量部位。
巴歇尔槽的计量部位是槽内喉道段。
适应范围:
◇巴歇尔槽构造如图3.1。
巴歇尔槽的标示尺寸是喉道宽度“b”。
首先根据应用需要的最大流量,从“附录一巴歇尔槽水位-流量公式”中查出合适的巴歇尔槽的喉道宽“b”。
再从“附录二巴歇尔槽构造尺寸”中查出对应喉道宽等于“b”的巴歇槽的其他尺寸。
按图3.1加工成形,安装在渠道上如图2.4所示。
◇使用巴歇尔槽,可以在菜单“10堰槽种类”→“3巴歇尔槽”项选择“开启”。
根据喉道宽“b”,从“附录三常用型号巴歇尔槽对应b值c值与n值,长宽高与最大流量”中查出修工系数c和指数n,输入到菜单“9设置常数”→“1修工系数c”和“指数n”,仪表就可以自动算出水位对应的流量值。
图3.1巴歇尔槽构造尺寸图
图3.2巴歇尔槽在渠道上的安装效果图
附表三:
常用型号巴歇尔槽对应b值c值与n值,长宽高与最大流量
5 水堰
5.1 水堰的结构
水堰由堰板和堰槽构成。
5.1.1 堰板的结构如图3和图4所示(图4为装配式结构)。
5.1.1.1 堰口与内侧面成直角,唇厚为2mm。
向外侧倒45°倾斜面,毛刺应清除干净。
5.1.2 堰槽由导入部分、整流装置部分及整流部分构成。
5.1.2.1 堰槽(包括支承板)要坚固不易变形,可用钢板或者混凝土制成。
5.1.2.2 在堰槽上游应设置整流装置(4~5道整流栅板),以减少水面的波动,推荐的栅孔尺寸如图6所示。
整流部分的宽度等于导入部分的宽度。
图6 栅孔尺寸
5.1.2.3 堰槽的底面和两侧面应平坦,侧面和底面应垂直。
5.1.2.4 全宽堰槽的两侧面应向外延长,如图5所示。
延长壁应和两侧面一样平坦,与堰口边缘垂直,直角允差±5'。
延长壁上应设置通气孔,通气孔应靠近堰口并在水头的下面,以保证测量时水头内侧空气畅通,通气孔的面积。
A≥Bhmax/140 (8)
式中:
hmax——最大堰水头,即水流的最高水面至堰口底点(直角三角堰)或堰口下边缘(矩形堰、全宽堰)的垂直距离,m。
5.1.2.5 导入部分的容量应可能大此,这部分的宽度和深度不应小于整流装置下游的宽度和深度,导水管应埋没在水中。
5.1.2.6 堰槽的长度如图7所示,尺寸列于表6。
5.2.2 小孔的位置距堰口(4~5)hmax,距堰口的下边缘及堰槽底面的尺寸不得小于50mm,小孔不应有毛刺,小孔的轴心线应和堰槽壁垂直。
5.3 堰的水头测定方法
5.3.1 应当在越过堰口流下来的水流与堰板不附着的情况下进行测量。
5.3.2 水堰的堰口至堰口外水池水面的高度不得少于100mm。
5.3.3 可以采用钩针水位计或浮筒水位计(如图9所示)来测量水位,但水位不稳定时不能使用钩针水位时,应将针先沉入水内再提上对准水平面,以消除表面张力的影响。
除上述水位计外,也可采用水位测量精度不低于这两种水位计的其他水位计。
5.3.4 水头测量的水位计零点的确定,其误差应在0.2mm以内。
5.3.4.1 矩形堰、全宽堰的确定方法(如图10所示):
a.先将临时测量用的特制的带钩针的水位测量仪卡固在堰口上,并用水平仪找平,读出图中“G”数值;
b.将水放入堰槽中,并使水面低于堰口;
c.再将特制的带钩针的水位测量仪的钩针下降并浸入水中,然后将钩针慢慢提起使针尖和水面一平,如图10(b)所示,并读出图中“F”数值,读数G、F数值之差(“G-F”)即是堰口至堰槽中水面之间的距离;
d.将预先安装在至堰口(4~5)hmax的测量截面处或小水桶内的永久性的测量水头的水位计的钩针下降,使针尖和水面一平,并读出刻度数值。
该读数值减去“G-F”数值,得到的数值即是测量水头的永久性水位计的零点数值。
5.3.4.2 直角三角堰的确定方法
a.在堰口上放置和堰槽长轴平行的特制的直径D的圆棒,如图11所示,并用水平仪找平;
图11
b.将临时测量用的特制的带钩针的水位测量仪放置在圆棒上面,钩针针尖和圆棒轴线切面的底线相接触,然后按照矩形堰、全宽堰测量方法中的b、c、d进行。
把永久性的水位计的读数值减去“G-F”的数值,再减去0.2071D值,得到的数值即是永久性水位计的零点值。
5.4 水堰测量流量的计算公式
5.4.1 直角三角堰如图12所示。
图12 直角三角堰
流量的计算公式为:
式中:
a——流量系数,可查表7,其不确定度δa/a=±1.0%;
he——有效堰水头,m;
he=h+Kh (10)
式中:
h——测量堰水头,m;
Kh——补偿粘度和表张力影响的修正值,对直角三角堰Kh=0.00085m。
表7 流量系数a
注:
(1)可用内插法计算表中的中间数值;
(2)E——堰口高度,即堰口底点至堰槽底面的高度,m。
适用范围:
a.h/E≤0.4;
b.h/B≤0.2;
c.h=0.05~0.38m;
d.E≥0.45m;
e.B≥1.0m。
5.4.2 矩形堰和全宽堰(b/B=1)如图13所示。
图13 矩形堰、全宽堰(b/B=1)
流量的计算公式为:
式中:
a——流量系数,用下列公式计算:
b/B=1(全宽堰),a=0.602+0.75h/E;
b/B=0.9(矩形堰),a=0.598+0.064h/E;
b/B=0.8(矩形堰),a=0.596+0.045h/E;
b/B=0.7(矩形堰),a=0.594+0.030h/E;
b/B=0.6(矩形堰),a=0.593+0.018h/E;
b/B=0.5(矩形堰),a=0.592+0.010h/E;
b/B=0.4(矩形堰),a=0.591+0.0058h/E;
b/B=0.2(矩形堰),a=0.589-0.0018h/E;
a的不确定度δa/a=±1.5%;
he——有效堰水头,m;
he=h+Kh (12)
式中:
h——测量堰水头,m;
Kh——补偿粘度和表面张力的影响的修正值,对矩形堰、全宽堰Kh=0.001m;
he——堰口有效宽度,m;
be=b+Kb (13)
式中:
b——测量堰口宽度,m;
Kb——补偿粘度和表面张力的影响的修正值,从表8中查得。
注:
用内插法计算表中的中间数值。
适用范围:
a.h/E≤2.5;
b.h≥0.03m;
c.b≥0.15m(矩形堰);
d.E≥0.10m;
e.B-b/2≥0.10m(矩形堰)。
5.5 水堰流量测量不确定度的估算
5.5.1 直角三角堰:
δQ/Q=±[(δa/a)2+(δtg·φ/2/tg·φ/2)2+2.52(δhe/h)2]½ (14)
式中:
δa——流量系数的不确定度,δa/a=±1.0%;
δtgφ/2——堰口开口角引起的不确定度;
δtg·φ/2/tg·φ/2=±100[(φht/ht)2+(φbt/bt)2]½% (15)
式中:
ht——三角堰底点到上口的高度;
bt——三角堰上口的宽度;
φht——三角堰底点至上口的高度测量不确定度;
φbt——三角堰上口宽度测量的不确定度;
φhe——堰水头测量的不确定度;
δhe=±[φh2+δho2+δkh2+(2sh)2]½ (16)
δhe/h=±100[φh2+δho2+δkh2+(2sh)2]½/h% (17)
式中:
δh——堰水头实测不确定度;
δho——零点实测不确定度;
δkh——补偿粘度和表面张力影响的水头测量修正值的不确定度;
sh——堰水头n次测量的标准偏差。
一般情况下,直角三角堰的流量测量不确定度δQ/Q=±(1~2)%左右。
5.5.2 矩形堰、全宽堰:
δQ/Q=±[(δa/a)2+(δbe/b)2+1.52(δhe/h)2]½ (18)
式中:
δa——流量系数的不确定度,δa/a=1.5%;
δbe——堰口宽度测量不确定度;
δbe=±[φb2+δkb2]½ (19)
δbe/b=±100[φb2+δkb2]½/b% (20)
式中:
δb——堰口宽度实测不确定度;
δkb——补偿粘度和表面张力影响的堰口宽度测量修正值的不确定度;
δhe——堰水头测量的不确定度;
δhe=±[φh2+δho2+δkh2+(2sh)2]½ (21)
δhe/h=±100[φh2+δho2+δkh2+(2sh)2]½/h% (22)
一般情况下,矩形堰和全宽堰流量测量不确定度δQ/Q=±(1~4)%左右。
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