CC BY
31
прост, дешевле в производстве, менее капризный в эксплуатации, не имеет нижнего предела чувствительности. В силу всех этих преимуществ новый прибор должен в ближайшие годы полностью вытеснить стандартные гидрометрические вертушки при измеренияях скоростей в самотечных трубопроводах и водотоках.
Библиографический список
1. Российское агентство по патентам и товарным знакам/ Патент яи 32606. Устройство для измерения скорости потока. Бюл.№ 26.-20.09.2003.
КАРНАЦЕВИЧ Игорь Владиславович, доктор географических наук, профессор кафедры гидрогеологии, гидравлики и инженерной гидрологии Омского государственного аграрного университета и кафедры физической географии Омского государственного педагогического института. ТРОЯН Тамара Петровна, доцент кафедры проектирования автомобильных дорог.
Дата поступления статьи в редакцию: 26.01.06 г. © Карнацевич И.В., Трояк Т П.
УДК S32.S74.27 у П ТРОЯН
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия
РЕЗУЛЬТАТЫ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ СКОРОСТИ ПОТОКА ГИДРОМЕТРИЧЕСКОЙ ВЕРТУШКОЙ И СПИДОМЕТРОМ_
В статье идет речь о неоспоримом преимуществе спидометра по сравнению с вольмановскими вертушками.
Для измерения скорости воды в реках инженеры начали создавать приборы еще в середине 18 века. Немецкий инженер Рейнхард Вольтман (1757-1837), работая в Ганновере в Управлении портами, написал книгу "Теория и практика гидрометрической вертушки", изданную в 1790 г. В ней описана вертушка с двумя лопастями, червячным редуктором и счетчиком оборотов. Для ее включения служила проволочная тяга, с помощью которой червяк мог быть введен в зацепление с шестерней [ 1 ].
За прошедшие 200 лет принцип работы вертушки не изменился. В прошлом веке и в наши дни в системе Росгидрометслужбы на сети гидрологических станций и постов повсеместно использовались и используются стандартные приборы -гидрометрические вертушки моделей ГР-21м, ГР-55, Гр-99. Самым главным недостатком этих приборов является то, что при исчезающе малых скоростях потока ротор не может вращаться из-за трения в червячном редукторе и подшипниках. Шариковые подшипники быстро приходят в негодность из-за коррозии, а при их замене необходимо заново тарировать прибор. Гидрометрические вертушки выпускались в советское время на заводе в Тбилиси, но в годы перестройки выпуск их прекратился. Несколько лет назад в Санкт-Петербурге государственное предприятие «ГИДРОМЕТ-ПРИБОР» запустило в производство измеритель скорости потока ИСП-1, оснащённый преобразователем сигналов вертушки ПСВ-1 ГМП 18.0000.00 ПС.
Диапазон измерения скорости водного потока лопастными винтами вертушки (с!, = 70 мм, с12 = 120 мм) от 0,1 до 5,0 м/с. При сохранении прежней точности (2%) время измерения скорости водного потока уменьшилось до 60 с, т. к. лопастные винты изготовлены из более лёгкого, но прочного сплава, что позволяет за меньшее время преодолеть инерцию вертушки.
Принцип работы измерителя ИСП-1 основан на том, что вращение лопастного винта вызывает циклическое изменение выходного электрического сигнала вертушки, частота которого функционально связана со скоростью набегающего на винт водного потока. Преобразователь, связанный с выходной цепью вертушки сигнальным проводом, формирует из выходных сигналов вертушки последовательность электрических импульсов, измеряет их частоту следования и в соответствии с градуиро-вочной характеристикой лопаст?юго винта, заложенной в памяти преобразователя, вычисляет значение измеряемой скорости водного потока. На панели преобразователя высвечиваются показания как в об/с, так и в м/с.
Рис. 1. Результаты сопоставления измеренных поверхностных скоростей воды в р. Иртыше у г. Омска спидометром и стандартной гидрометрической вертушкой ГР-21м
Таблица 1
Поверхностная скорость потока воды в р. Иртыше, измеренная спидометром и гидрометрической вертушкой, и, м/с
№ станции 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Спидометр 0.81 0.78 0.90 0.78 0.59 0.89 0.94 0.86 0.58 0.28 0.81 0 83
Вертушка 0.77 0.76 0.87 0.76 0.6 0.91 0.92 0.77 0.55 0.38 0.72 0-88
№ станции 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Спидометр 0.81 0,69 0.85 0.94 0.89 0,51 0.39 0.83 0.96 0.№ 0,69
Вертушка 0.77 0.61 0.82 0.85 0.8 0.57 0.51 0.88 '..08 0.56 0.61
Однако существенным недостатком всех вертушек, применяемых в мировой практике гидрометрии является их дороговизна (современная российская вертушка ИСП-1 стоит 36т.руб.), а также то, что ротор имеет большие размеры, т-т при глубине потока в несколько сантиметров выполнение измерений становится невозможным.
Принципиально новый прибор для измерения местной скорости в потоке представляет собой созданный в конце 90-х гг. в Омске спидометр Карнаце-вича [2). Его конструкция описана в статье И.В. Кар-нацевича и Т.П. Троян в настоящем сборнике. Идея прибора заимствована у древнего как мореплавание, поплавкового метода. Однако, если при поплавковом методе определения скорости поды в реке базис для производства работ принимают обычно равным 100200 м, то у спидометра длина б<чзиса составляет всего лишь 100-200 мм. Для высокоточного отсчета времени в спидометре используется часовой милли-секундомер, цепь которого получает питание от аккумулятора для ручных часов.
Преимущество спидометра по сравнению с вер тушками заключается в том, что в этом простом и недорогом приборе отсутствую! вращающиеся детали. Другим важным преимуществом нового прибора является отсутствие дорогостоящих конструктивных материалов, огромная скорость получения результатов (за 1 минуту производится до 1012 замеров), результат измерения выводится на жидкокристаллический дисплей (автомобильные часы стоимостью 50 руб.). И наконец, если в медленно движущийся поток поместить поплавок с большой парусностью (размером порядка 1 метра), связанный нитью с втулкой-тором спидометра, можно измерить исчезающе малые скорости ( 0.005-0.01 м/с), что совершенно невозможно сделать при использовании вертушек.
Безусловно, большой интерес вызывает сравнение результатов замера скорости в одной точке потока стандартной вертушкой и спидометром. С целью осуществления подобного сравнения летом 1999 и 2000 гг. на плёсе р. Иртыша близ Омского телецентра в створе гидропоста Омской гидрологической станции были проведены параллельные измерения поверхностных скоростей течения по всей ширине реки (около 300 м). Для этого использовались гидрометрическая вертушка ГР-21м № 3219, тарированная в Бюро поверок Омского УГМС, и экспериментальный спидометр с датчиком №3 (личный прибор проф. Карнацевича). Катер "Прогресс" с лебедкой "Луга" становился на якорь в 4-5 точках
по ширине реки на скоростных вертикалях каждого из поперечных профилей. С борта катера производились измерения скорости под поверхностью г.оды вертушкой с 20-килограммовым грузом-рыбой, а затем в этой же точке при поднятой гарнитуре скорость потока замерялась несколько раз спиде-метром (от 5 до 12 отсчетов в каждой точке). Таким образом, были обработаны 23 станции.
Результаты двухлетних параллельных измерении скорости воды в р. Иртыш двумя приборами приведены в таблице 1. Используя возможности программного обеспечения «StaListica», была получена прямая регрессии, проходящая под углом 45° к координатным осям, что свидетельствует об отсутствии систематически* ошибок. Результаты сопоставления скоростей, измеренных двумя разными приборами, и полученная прямая регрессии представлены на рисунке 1.
Поскольку вертушка ГР-21м № 3219 не является образцовым (эталонным) прибором, есть основания считать таковым спидометр,-протарированный в лабораторных условиях в гидравлических лотках, скорость в которых измерялась весовым и объемным способами.
Вывод
Неоспоримые преимущества простого и недорогого спидометра по сравнению с вольмановскими вертушками 18-21 столетия, особенно в условиях массового промышленного производства спидометра, не могут оставить равнодушными к прогрессу не только гидрометристов всего мира, но и являются гарантией того, что вентиляторщики и газовики станут использовать спидометр для жспресс определений скоростей газовых потоков.
Библиографический список
1. Бисвас А.К. Человек и вода.Л. Гидрометеоиздат, 1075. С 214-215.
2. Российское Агентство по патентам и товарным знакам/ Патент RU 32606 Устройство для измерения скорости пи-гика. Бюл. №26.-20.09.2003.
ТРОЯН Тамара Петровна — доцент кафедры проектирования автомобильных дорог.
Дата поступления статьи в редакцию: 26.01.06г. © Троян Т.П.
