МИ 2220-96

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 δ - погрешность автоматических измерений;

δ1 - погрешность калибровки;

δ2 - 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

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 = ωVср,                                                                  (1)

где ω - 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 = ωNVmax.                                                               (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 ω 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 = ωU/χU,                                                              (6)

где ωU - площадь живого сечения лотка, определяемая по формуле

ωU = 0,3927D2 + D(H - D/2),                                                  (7)

χU - смоченный периметр лотка -

χU = 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 ω;

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

Продолжение табл. 2

Продолжение табл. 2

Относительные значения и для водовода круглого сечения

Таблица 3

СОДЕРЖАНИЕ

1. Общие положения

2. Калибровка трубопровода и лотка

3. Аппаратурное оформление методов

4. Техника безопасности