Научно-исследовательский институт коммунального водоснабжения и очистки воды
НИИ КВОВ
РЕКОМЕНДАЦИЯ
Государственная система обеспечения единства измерений
Расход сточной жидкости в безнапорных трубопроводах
Методика выполнения измерений
МИ 2220 -96
Срок введения с 1.10.96 г.
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ
РАЗРАБОТАНА Научно-исследовательским институтом коммунального водоснабжения и очистки воды
ИСПОЛНИТЕЛИ: канд. техн. наук Т.М. Колискор, канд. техн. наук В.М. Трескунов
СОИСПОЛНИТЕЛИ: канд. техн. наук Л.И. Чесаков, канд. техн. наук М.Н. Шафрановский
УТВЕРЖДЕНА И ЗАРЕГИСТРИРОВАНА во ВНИИМС 1 октября 1996 г.
Настоящая рекомендация устанавливает методику выполнения измерений расхода сточных вод в безнапорных трубопроводах диаметром от 0,1 до 3,0 м с поперечным сечением круглой формы и в лотках U-образной формы с полукруглым сечением.
Настоящую рекомендацию применяют для организации учета, в том числе коммерческого, сточных вод в системах канализации и водоснабжения.
1. Общие положения
Метод измерений расхода сточных вод в безнапорных канализационных коллекторах основан на зависимости расхода воды от уровня заполнения трубопровода или измерительного лотка.
Для обеспечения возможности автоматических измерений расхода в безнапорных трубопроводах и лотках выполняют их калибровку по методу, разработанному НИИ КВОВ.
Суть метода состоит в измерениях скорости движения потока, уровня заполнения трубопровода или лотка, при котором выполнялись измерения скорости, и расчете на основе полученных результатов градуировочной характеристики водовода.
Погрешность автоматических измерений расхода складывается из погрешности калибровки трубопровода или лотка и погрешности расходомера
,
где d - погрешность автоматических измерений;
d1 - погрешность калибровки;
d2 - погрешность расходомера-счетчика.
Допускается осуществлять калибровку трубопроводов и лотков расчетным методом с использованием известной формулы Шези. Основными исходными данными для такого расчета являются строительный уклон трубопровода и коэффициент шероховатости стенок. Однако уклон, указанный в строительной документации, очень часто не совпадает с реальным, а коэффициент шероховатости стенок изменяется в процессе эксплуатации. Поэтому калибровка трубопроводов и лотков расчетным методом дает менее точные результаты, чем экспериментальным методом НИИ КВОВ.
2. Калибровка трубопровода и лотка
2.1. Рекомендация составлена применительно к безнапорным трубопроводам с замкнутым поперечным сечением круглой формы или полукруглым сечением (лоток U-образной формы), транспортирующим сточную жидкость, и позволяет выполнять калибровку с погрешностью, не превышающей 2,5 %.
2.2. Условия выполнения измерений, при которых достигается необходимая погрешность измерений (не более 4,0 %):
а) дно трубопровода не должно подвергаться заилению или отложению осадка (допускаемая толщина слоя осадка (ила), указана в табл.1);
Таблица 1
|
Диаметр трубы, м |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1,0 |
1,1-1,5 |
1,6-2,0 |
2,1-2,5 |
2,6-3,0 |
|
Допускаемая толщина слоя осадка, мм |
1 |
2 |
2 |
5 |
5 |
8 |
8 |
10 |
10 |
12 |
15 |
20 |
25 |
30 |
б) поток должен быть, установившимся для чего длина прямого участка трубопровода, имеющего постоянный уклон и диаметр без боковых присоединений перед измерительным сечением, должна быть не менее 20H, а после него - не менее 10H (H - максимальный уровень заполнения).
При несоблюдении этих требований метрологические характеристики уточняют на основе проводимых на объекте исследований;
в) измерительное сечение, т.е. сечение, в котором располагают приборы для измерений скорости и уровня, выбирают в середине трубопровода или лотка;
г) в измерительном сечении и вблизи него не должно быть местных выступов, закладных деталей и других предметов, вызывающих искажение уровня за счет местных возмущений потока.
2.3. Для калибровки трубопровода и измерительного лотка используют одноточечный метод определения расхода сточной жидкости. Этот метод основан на известной зависимости распределения скоростей в сечении трубопровода от основных параметров: диаметра и уровня заполнения.
2.4. Методику определения расхода сточной жидкости реализуют двумя способами:
- по измерениям средней скорости потока (Vср) и расчете расхода по формуле
Q = wVср, (1)
где w - площадь сечения потока (определяется по формулам (5) и (7) соответственно для лотков круглого и U-образного сечения);
- по измерениям максимальной скорости потока (Vmax) и расчете расхода по формуле
Q = wNVmax. (2)
Значения N определяют по табл. 2.
Выбор способа зависит от диаметра трубопровода и его наполнения. Первый способ используют, когда расстояние максимальной скорости от поверхности жидкости меньше, чем 1,5 диаметра гидрометрической вертушки. В остальных случаях целесообразно применять второй способ, так как измерения максимальной скорости проводят более точно, чем любой другой скорости в сечении потока и, кроме того, при измерениях на большем расстоянии от дна лотка существует меньшая вероятность налипания загрязнений на вертушку.
Для практического использования метода составлены табл. 2 и 3, позволяющие определить необходимые гидравлические параметры потока по результатам измерений диаметра трубопровода и наполнения лотка.
2.5. Требования к измерительному оборудованию:
для измерений уровня допускается применять следующие средства: мерные иглы, крючковые рейки, пьезометрические трубки, водомерные трубки, водомерные рейки и т.п.;
скорость потока измеряют при помощи гидрометрических вертушек: для потоков глубиной менее 0,3 м - вертушки типа Х-6М, ГР-55, М-И, ГР-96, для потоков глубиной более 0,3 м - вертушки ГР-21М, ГР-99, ИСТ.
2.6. Порядок выполнения измерений и расчетов
2.6.1. Мерной штангой или стальной рулеткой измеряют горизонтальный диаметр трубы или лотка не менее, чем в трех сечениях. По среднеарифметическому из этих значений принимают значение D.
2.6.2. Измеряют уровень заполнения. Для этого с помощью мерной иглы или другого устройства измеряют расстояние от выбранной неподвижной базы до дна лотка, а затем до поверхности жидкости. Уровень жидкости в лотке Н определяют, как разность этих измерений.
При небольших скоростях течения (менее 0,3 м/с) допускаются прямые измерения уровня путем погружения измерительных средств, предварительно натертых мелом, в жидкость.
2.6.3. По табл. 2 находят ординату максимальной скорости h, соответствующую фактическим величинам D и H/D.
2.6.4. Определяют (H - h).
2.6.5. При (Н - h) £ 1,5 диаметра гидрометрической вертушки, расход определяют по средней скорости.
Для этого:
вычисляют ординату средней скорости потока Yср по формуле
Yср = 0,414R, (3)
где R - гидравлический радиус сечения водовода, м.
Для водоводов круглого сечения и лотков U-образной формы при H/D £ 0,5
,
(4)
где 
- относительный гидравлический радиус,
определяемый по табл. 3,
вычисляют площадь живого сечения w по формуле
,
(5)
где 
- относительная площадь живого
сечения, определяемая по табл.3.
Для лотков U-образной формы при H/D > 0,5 гидравлический радиус определяют по формуле
RU = wU/cU, (6)
где wU - площадь живого сечения лотка, определяемая по формуле
wU = 0,3927D2 + D(H - D/2), (7)
cU - смоченный периметр лотка -
cU = 1,571D + 2(H - D/2); (8)
на штанге с мерными делениями закрепляют вертушку на расстоянии Yср от конца и измеряют скорость Vср.
Расход Q вычисляют по формуле (1).
2.6.6. При (H - h) > 1,5 диаметра гидрометрической вертушки расход определяют также по максимальной скорости.
Примечание. Для лотков U-образной формы определение расхода по максимальной скорости выполняют только при соотношении H/D £ 0,5.
Для этого:
на штанге с мерными делениями закрепляют вертушку на расстоянии h от конца;
измеряют Vmax на высоте h от дна лотка;
по табл. 2 находят значение N;
по формуле (5) определяют площадь живого сечения w;
вычисляют расход Q по формуле (2);
Измерения скоростей в каждой из указанных точек вводят не менее трех раз, затем вычисляют среднее значение.
2.7. Градуировочную характеристику водовода - зависимость расхода от уровня определяют по графикам (рис.1, 2) соответственно для водоводов круглого и U-образного сечения. Определяют коэффициент Aо, соответствующий измеренному наполнению,
Aо =Qо/Qп,
где Qо - расход, вычисленный на основании измерений, при данном наполнении;
Qп - расход при полном наполнении.
По величине Qо, установленной для данного коллектора, и величине Aо, определенной по графику в зависимости от наполнения, можно установить расход при любом наполнении.
На основании полученной характеристики градуируют расходомер, который будет использоваться для автоматического учета.
Зависимость расхода жидкости от ее уровня в водоводе круглого сечения
Рис.1
Зависимость расхода жидкости от ее уровня в лотке U-образной формы
Рис. 2
3. Аппаратурное оформление метода
3.1. Для автоматических измерений расхода и объема сточных вод наиболее целесообразно использовать акустические бесконтактные расходомеры типа "ЭХО-Р".
Принцип действия заключается в бесконтактных измерениях уровня жидкости, протекающей в водоводе, и пересчете его в мгновенное значение расхода с последующим интегрированием.
Расходомер включает электронный блок ППИ-Р и акустический преобразователь АП-11 или АП-13.
АП-11 предназначен для работы в диапазонах изменения уровня жидкости до 2 м, АП-13 - до 0,3 м.
Акустический преобразователь устанавливают над лотком и соединяют кабелем длиной до 100 м с электронным блоком. Электронный блок устанавливают в отапливаемом помещении. Для измерения расхода в безнапорных трубопроводах акустический преобразователь помещают в специальный звуковод.
Расходомер поверяют по МИ 2251-93 один раз в год.
Основные технические характеристики расходомера следующие:
основная погрешность, % ±3;
выходной сигнал:
при измерениях объемного расхода, мА 0-5;
при измерениях количества - показания счетчика, м3
напряжение питания, В 220;
температура окружающего воздуха, °С:
для акустического преобразователя -30...+50;
для электронного блока 5-50.
Расходомер зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений под № 13874-94.
4. Техника безопасности
Производство работ по определению расходов сточной жидкости в системах канализации осуществляют в соответствии с действующими "Правилами техники безопасности по эксплуатации систем водоснабжения и водоотведения населенных мест". М., Стройиздат, 1990.
Перед спуском людей в колодец, где проводят измерения, поверяют его загазованность лампой ЛБВК.
Значения N и h для трубопроводов круглого сечения
Таблица 2
|
D, мм |
200 |
300 |
400 |
500 |
||||
|
H/D |
N |
h |
N |
h |
N |
h |
N |
h |
|
0,1 |
0,8537 |
18 |
0,8967 |
19 |
0,8563 |
36 |
0,8513 |
45 |
|
0,15 |
0,8440 |
25 |
0,8571 |
39 |
0,8545 |
52 |
0,8609 |
65 |
|
0,2 |
0,8501 |
35 |
0,8549 |
49 |
0,8608 |
66 |
0,8658 |
84 |
|
0,25 |
0,8632 |
39 |
0,8611 |
59 |
0,8658 |
80 |
0,8672 |
101 |
|
0,3 |
0,8575 |
45 |
0,8632 |
68 |
0,8675 |
92 |
0,8698 |
116 |
|
0,35 |
0,8673 |
50 |
0,8658 |
77 |
0,8700 |
104 |
0,8718 |
131 |
|
0,4 |
0,8603 |
57 |
0,8709 |
84 |
0,8721 |
114 |
0,8739 |
144 |
|
0,45 |
0,8680 |
59 |
0,8720 |
91 |
0,8741 |
123 |
0,8740 |
156 |
|
0,5 |
0,8721 |
63 |
0,8715 |
97 |
0,8742 |
132 |
0,8749 |
167 |
|
0,55 |
0,8701 |
66 |
0,8737 |
103 |
0,8743 |
140 |
0,8757 |
178 |
|
0,6 |
0,8740 |
69 |
0,8740 |
108 |
0,8753 |
147 |
0,8756 |
187 |
|
0,65 |
0,8742 |
72 |
0,8738 |
112 |
0,8755 |
153 |
0,8756 |
195 |
|
0,7 |
0,8727 |
75 |
0,8742 |
116 |
0,8749 |
159 |
0,8726 |
202 |
|
0,75 |
0,8742 |
76 |
0,8739 |
120 |
0,8743 |
164 |
0,8747 |
209 |
|
0,8 |
0,8723 |
78 |
0,8726 |
122 |
0,8720 |
168 |
0,8729 |
215 |
Продолжение табл. 2
|
D, мм |
600 |
700 |
800 |
900 |
1000 |
|||||
|
H/D |
N |
h |
N |
h |
N |
h |
N |
h |
N |
h |
|
0,1 |
0,8571 |
54 |
0,856 |
64 |
0,8600 |
73 |
0,8608 |
82 |
0,8610 |
91 |
|
0,15 |
0,8609 |
79 |
0,8646 |
92 |
0,8651 |
105 |
0,8656 |
119 |
0,8663 |
132 |
|
0,2 |
0,8671 |
101 |
0,8668 |
118 |
0,8679 |
135 |
0,8690 |
153 |
0,8730 |
170 |
|
0,25 |
0,8698 |
121 |
0,8703 |
142 |
0,8718 |
163 |
0,8723 |
184 |
0,8703 |
206 |
|
0,3 |
0,8718 |
141 |
0,8723 |
165 |
0,8730 |
189 |
0,8741 |
214 |
0,8749 |
238 |
|
0,35 |
0,8730 |
158 |
0,8742 |
186 |
0,8750 |
213 |
0,8761 |
241 |
0,8767 |
269 |
|
0,4 |
0,8722 |
179 |
0,8754 |
205 |
0,8764 |
236 |
0,8751 |
266 |
0,8776 |
297 |
|
0,45 |
0,8752 |
189 |
0,8762 |
223 |
0,8774 |
256 |
0,8779 |
290 |
0,8786 |
323 |
|
0,5 |
0,8752 |
203 |
0,8773 |
239 |
0,8778 |
275 |
0,8783 |
311 |
0,8790 |
348 |
|
0,55 |
0,8770 |
216 |
0,8773 |
254 |
0,8780 |
292 |
0,8787 |
331 |
0,8791 |
370 |
|
0,6 |
0,8769 |
227 |
0,8773 |
267 |
0,8781 |
308 |
0,8778 |
352 |
0,8791 |
390 |
|
0,65 |
0,8766 |
237 |
0,8773 |
280 |
0,8777 |
323 |
0,8782 |
366 |
0,8787 |
409 |
|
0,7 |
0,8761 |
246 |
0,8766 |
291 |
0,8771 |
335 |
0,8775 |
380 |
0,8779 |
426 |
|
0,75 |
0,8752 |
255 |
0,8755 |
301 |
0,8761 |
347 |
0,8765 |
394 |
0,8769 |
441 |
|
0,8 |
0,8734 |
262 |
0,8739 |
309 |
0,8761 |
357 |
0,8748 |
405 |
0,8753 |
454 |
Продолжение табл. 2
|
D, мм |
1200 |
1400 |
1500 |
1600 |
2000 |
|||||
|
H/D |
N |
h |
N |
h |
N |
h |
N |
h |
N |
h |
|
0,1 |
0,8629 |
110 |
0,8650 |
129 |
0,866 |
138 |
0,8663 |
147 |
0,8685 |
185 |
|
0,15 |
0,8685 |
159 |
0,8702 |
186 |
0,8706 |
200 |
0,8715 |
213 |
0,8732 |
258 |
|
0,2 |
0,8720 |
205 |
0,8731 |
240 |
0,8740 |
258 |
0,8746 |
275 |
0,8763 |
346 |
|
0,25 |
0,8743 |
248 |
0,8758 |
290 |
0,8762 |
312 |
0,8767 |
333 |
0,8784 |
419 |
|
0,3 |
0,8763 |
288 |
0,8775 |
337 |
0,8780 |
362 |
0,8784 |
286 |
0,8801 |
487 |
|
0,35 |
0,8778 |
325 |
0,8777 |
381 |
0,8794 |
409 |
0,8798 |
437 |
0,8812 |
550 |
|
0,4 |
0,8788 |
359 |
0,8798 |
422 |
0,8803 |
453 |
0,8806 |
484 |
0,8820 |
610 |
|
0,45 |
0,8797 |
391 |
0,8805 |
459 |
0,8809 |
494 |
0,8810 |
529 |
0,8825 |
666 |
|
0,5 |
0,8799 |
421 |
0,8809 |
494 |
0,8812 |
531 |
0,8815 |
568 |
0,8827 |
717 |
|
0,55 |
0,8801 |
448 |
0,8809 |
527 |
0,8812 |
566 |
0,8816 |
606 |
0,8827 |
765 |
|
0,6 |
0,8799 |
473 |
0,8806 |
557 |
0,8810 |
598 |
0,8813 |
640 |
0,8824 |
809 |
|
0,65 |
0,8797 |
494 |
0,8802 |
584 |
0,8805 |
628 |
0,8808 |
672 |
0,8818 |
850 |
|
0,7 |
0,8787 |
517 |
0,8793 |
609 |
0,8799 |
655 |
0,8799 |
701 |
0,8809 |
887 |
|
0,75 |
0,8776 |
535 |
0,8782 |
631 |
0,8784 |
679 |
0,8787 |
727 |
0,8796 |
921 |
|
0,8 |
0,8759 |
552 |
0,8765 |
651 |
0,8767 |
701 |
0,877 |
751 |
0,8779 |
952 |
Относительные значения и для водовода круглого сечения
Таблица 3
|
H/D |
|
|
|
0,10 |
0,04088 |
0,0635 |
|
0,15 |
0,07388 |
0,0929 |
|
0,20 |
0,1118 |
0,1206 |
|
0,25 |
0,1536 |
0,1466 |
|
0,30 |
0,1982 |
0,1709 |
|
0,35 |
0,2450 |
0,1935 |
|
0,40 |
0,2934 |
0,2142 |
|
0,45 |
0,3428 |
0,2331 |
|
0,50 |
0,3927 |
0,2500 |
|
0,55 |
0,4426 |
0,2649 |
|
0,60 |
0,4920 |
0,2776 |
|
0,65 |
0,5404 |
0,2881 |
|
0,70 |
0,5872 |
0,2962 |
|
0,75 |
0,6319 |
0,3017 |
|
0,80 |
0,6736 |
0,3042 |
|
0,85 |
0,7115 |
0,3033 |
|
0,90 |
0,7445 |
0,2980 |
|
0,95 |
0,7707 |
0,2865 |
|
1,00 |
0,7854 |
0,2500 |
СОДЕРЖАНИЕ
1. Общие положения
2. Калибровка трубопровода и лотка
3. Аппаратурное оформление методов
4. Техника безопасности