PL224917B1 - Zespół pomiarowy przepływomierza grawitacyjnie płynącej cieczy, zwłaszcza ścieków komunalnych i ścieków przemysłowych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zespół pomiarowy przepływomierza grawitacyjnie płynącej cieczy, zwłaszcza ścieków komunalnych i ścieków przemysłowych znajdujący zastosowanie w pomiarach rozliczeniowych ilości ścieków oraz w monitorowaniu sieci kanalizacyjnej, montowany poniżej gruntu w studzienkach kanalizacyjnych, zagrożonych podtapianiem przez wody gruntowe.

Znane są metody dokonywania pomiarów natężenia przepływu na obiektach gospodarki wodno-ściekowej. Jednym z rozwiązań jest pomiar w kanałach otwartych w oparciu o metody spiętrzeniowe, w których pomiar natężenia przepływu cieczy dokonywany jest na podstawie pomiaru aktualnego poziomu płynącej cieczy, w elemencie pomiarowym zwanym korytem pomiarowym, a następnie przeliczeniu jej na wielkość natężenia przepływu.

Pomiaru poziomu cieczy w elemencie spiętrzającym dokonuje się zwykle za pomocą czujnika ultradźwiękowego poprzez pomiar czasu przelotu wiązki ultradźwiękowej między czujnikiem, a powierzchnią cieczy, której poziom ma być mierzony. Stosowane koryta pomiarowe Parshall'a, Venturi'ego oraz UNIKLAR-77, przeznaczone są do pomiaru objętościowego natężenia przepływu w kanałach ściekowych, lecz nie nadają się do pomiarów małych ilości płynących ścieków oraz nie są odporne na zalanie koryta przez wody gruntowe, co zakłóca wynik pomiaru lub powoduje zanik mierzalności urządzenia czyniąc je nieprzydatnymi dla opomiarowania rozliczeniowego.

Do pomiaru małych ilości płynących ścieków, znane i stosowane są przelewy o przekroju prostokątnym lub trójkątnym, które stosuje się do pomiaru ilości ścieków oczyszczonych.

Z uwagi na brak możliwości samooczyszczania przelewu, nie nadają się one do ścieków kom unalnych. Urządzenia te nie nadają się do pomiarów rozliczeniowych w przypadku instalowania ich w studzienkach ściekowych, gdyż nie są szczelne a zatem wody gruntowe lub opadowe dostają się do przelewu i zakłócają wyniki pomiarów.

Znany jest czujnik pomiarowy do mierzenia objętości oraz określania gęstości przepływającej grawitacyjnie cieczy, według opisu ochronnego nr PL63318Y. Czujnik ten posiada przewód rurowy z umieszczonymi na przewodzie dwoma cewkami oraz pomiarowe elektrody umieszczone wewnątrz. Przy czym cewki usytuowane są tak, że linie sił pola elektromagnetycznego są prostopadle do osi podłużnej przewodu, natomiast w płaszczyźnie prostopadłej do osi na wewnętrznym obwodzie przewodu rozmieszczone są cztery pomiarowe elektrody usytuowane względem siebie równolegle parami, końce tych elektrod pomiarowych wyprowadzone są na zewnątrz przewodu rurowego. Czujnik ten nie ma możliwości pomiaru jeśli poziom płynących ścieków jest niższy niż 10% średnicy czujnika gdyż na tej wysokości usytuowane są najniżej położone elektrody pomiarowe, które dla zachowania mierzalności muszą być zanurzone w mierzonym medium.

Celem wynalazku jest opracowanie kompaktowego rozwiązania, które pozwoli na rozliczeniowe zastosowanie do pomiaru małych ilości płynących ścieków komunalnych lub przemysłowych, o szczelności wystarczającej do eliminacji zjawiska przedostawania się wód gruntowych do koryta pomiarowego oraz z predyspozycjami do założenia przez użytkowników plomby lub kłódki zabezpieczającej przed niekontrolowanym dostępem do elementu przetwarzającego.

Rozwiązanie według wynalazku posiada szczelny korpus wewnątrz którego w części dolnej znajduje się przestrzeń mokra z usytuowanym poziomo przelotowym kanałem cieczowym z przelewem mierniczym, z jednej strony zakończonym przewodem wlotowym usytuowanym w osi jego sym etrii oraz z drugiej strony zakończonym przewodem wylotowym usytuowanym w osi jego symetrii, natomiast część górna korpusu zakończona jest cylindrem gdzie znajduje się przestrzeń sucha w której nad przelewem mierniczym umieszczona jest ultradźwiękowa sonda pomiarowa, ponadto zewnętrzna ściana cylindra korpusu w przestrzeni suchej posiada pokrywę z uszczelką.

W pierwszej odmianie rozwiązania według wynalazku posiada kanał cieczowy z przelewem mierniczym Palmela-Bowlusa oraz okrągły przewód wlotowy i okrągły przewód wylotowy.

W drugiej odmianie rozwiązania według wynalazku posiada kanał cieczowy z przelewem mierniczym w postaci trójkątnej zwężki pomiarowej oraz okrągły przewód wlotowy i okrągły przewód wylotowy.

W trzeciej odmianie rozwiązania według wynalazku szczelna pokrywa zamykana jest od strony zewnętrznej na klucz lub łańcuch z kłódką.

W czwartej odmianie rozwiązania według wynalazku zewnętrzna ściana korpusu od dołu zakończona jest stopą dla osadzenia na dnie studzienki lub na fundamencie.

PL 224 917 B1

Zespół pomiarowy przepływomierza według wynalazku umożliwia pomiar przepływu ścieków już od bardzo małych, bliskich zeru wartości przepływu, który dotąd był nieosiągalny przy pomocy obecnie stosowanych przepływomierzy, mierzących grawitacyjnie płynące ścieki komunalne lub przemysłowe. Pomiar z uwagi na szczelną konstrukcję, jest pozbawiony błędów i odchyleń od wartości mierzonych spowodowanych przedostawaniem się wód infiltracyjnych do wnętrza zespołu pomiarowego. Szczelna konstrukcja korpusu zabezpiecza przed niepożądanym dostępem do sondy poziomu, która uniemożliwia tym samym wpływanie na wynik pomiaru.

Dzięki wynalazkowi główne elementy takie jak: kanał cieczowy z przelewem pomiarowym, przewód wlotowy, przewód wylotowy cieczy, oraz przestrzeń sucha w cylindrze korpusu w której umieszczona jest ultradźwiękowa sonda pomiarowa, stanowią monolityczny szczelny korpus co pozwala na dotrzymanie właściwości metrologicznych uzyskanych podczas wzorcowania u producenta, które nie ulegają zmianom podczas transportu, montażu i eksploatacji w normalnych warunkach użytkowania. Wyposażenie korpusu w dolnej części środkowej w stopę stwarza korzystne warunki dla wypoziomowania koryta pomiarowego oraz odpowiedniego ustawienia przewodu doprowadzającego i przewodu odprowadzającego ciecz podczas instalowania. Korzystnym rozwiązaniem jest to, że przewód wlotowy cieczy, przelew mierniczy Palmera-Bowlusa oraz przewód wylotowy cieczy usytuowane są w pionowej i poziomej osi symetrii względem siebie.

W rozwiązaniu według wynalazku szczelna pokrywa w cylindrze korpusu pozwala na serwisowanie i konserwacje suchej i mokrej przestrzeni zespołu pomiarowego, ponadto zaopatrzenie pokrywy zamykanej na klucz, eliminuje oddziaływania osób postronnych mogących mieć wpływ na działanie i wskazania urządzenia pomiarowego, bez wiedzy strony przekazującej i strony odbierającej ścieki. Ponadto szczelne zamknięcie cylindra korpusu nie dopuszcza wód z podtopień studzienki pomiarowej do koryta pomiarowego podczas zalania studzienki pomiarowej, a zatem nie zakłóca wyniku pomiaru ilości ścieków przepływających przez urządzenie pod sondą poziomu.

Doposażenie urządzenia w elementy transmisji bezprzewodowej oraz w czujnik podtopienia studzienki, zazwyczaj losowym niekontrolowanym napływem, pozwala na szybkie przekazanie informacji alarmowej do służb zabezpieczenia ruchu urządzenia pomiarowego albo ochrony środowiska naturalnego.

Wynalazek w przykładzie wykonania uwidoczniono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia zespół pomiarowy w widoku z przodu, fig. 2 - zespół pomiarowy w widoku z góry przy założonej pokrywie, fig. 3 - zespół pomiarowy w widoku z góry przy zdjętej pokrywie, fig. 4 - zespół pomiarowy w widoku z boku od strony przewodu doprowadzającego, fig. 5 - zespół pomiarowy w przekroju w miejscu A-A pokazanym na fig. 3, fig. 6 - zespół pomiarowy w przekroju w miejscu B-B pokazanym na fig. 3, fig. 7 - schemat blokowy układu do pomiaru objętości przepływu ścieków z wykorzystaniem zespołu pomiarowego.

Zespół pomiarowy posiada monolityczny korpus w którym znajdują się: przewód wlotowy 1, przestrzeń sucha w postaci pionowego cylindra 2, kanał cieczowy z przelewem mierniczym 3, przykładowo Palmera-Bowlusa, przewód wylotowy 4, ultradźwiękowa sonda pomiarowa 5, wspornik ultradźwiękowej sondy pomiarowej 6, pokrywa 7, uszczelka 17, łańcuszek 8 blokujący możliwość zdjęcia pokrywy, obejma 9 do mocowania łańcuszka, kłódka 10 łącząca łańcuszek, stopa 11 korpusu.

Korpus na jednym końcu zaopatrzony jest w okrągły przewód wlotowy 1, a na drugim końcu zaopatrzony jest w okrągły przewód wylotowy 4 usytuowany w przedłużeniu linii osiowej przewodu wlotowego 1. Pomiędzy tymi przewodami 1 i 4 w części środkowej korpusu znajduje się kanał cieczowy z przelewem mierniczym 3 Palmera-Bowlusa widoczny od wewnątrz pionowego cylindra 2 po zdjęciu pokrywy 7, blokowanej przed zdjęciem łańcuszkiem 8, mocowanym do obejmy 9 i chronionym przed rozłączeniem kłódką 10. Korpus w części środkowej od dołu zakończony jest stopą 11 dla osadzenia zespołu pomiarowego w pozycji poziomej na dnie studzienki lub na fundamencie. W górnej części korpusu w postaci cylindra 2 umieszczona jest ultradźwiękowa sonda pomiarowa 5 zamontowana na wsporniku 6. Ponadto w ścianie cylindra 2 znajduje się szczelny przepust 18 dla doprowadzenia elektrycznych przewodów do zasilania i transmisji danych.

Przewód wylotowy 4 usytuowany jest w pionowej osi symetrii względem przewodu wlotowego 1, natomiast pozioma i pionowa oś symetrii kanału cieczowego z przelewem mierniczym 3 jest usytuowana w pionowej i poziomej osi symetrii: przewodów 1 i 4.

Układ do pomiaru objętości przepływu cieczy z wykorzystania zespołu pomiarowego, obejmuje dodatkowo: inteligentne liczydło 12, nieulotne liczydło elektromechaniczne 13, moduł kontroli zasilania

PL 224 917 B1

14, moduł GSM do bezprzewodowej transmisji danych na serwer 15 oraz moduł podtrzymania zasilania 16.

Ważnym elementem urządzenia do pomiaru przepływu warunkującym osiągalną dokładność pomiaru przy użyciu przelewu mierniczego, przykładowo Palmera-Bowlusa jest zastosowana sonda ultradźwiękowa. Jej zadaniem jest precyzyjne określenie wysokości lustra płynącej cieczy. Z oferowanych parametrów dostępnych sond ultradźwiękowych wynika, że rozsądna granica osiągalnej dokładności pomiaru wysokości słupa płynącej cieczy wynosi ±1 mm. Jeśli by pominąć inne czynniki błęd otwórcze to charakterystyka błędu pomiaru, rozumianego jako błąd graniczny, w zależności od wartości przepływu przykładowo dla zwężki koryta Palmera-Bowlusa o średnicy DN 160 przedstawia zamieszczona poniżej tabela:

Przepływ	Błąd pomiaru przy wzorcowaniu na mokro	Błąd pomiaru Graniczny
[m3/godz.]	[%]	[%]
od 0,3 do 0,5	+/- 10%	+/- 20%
powyżej 0,5 do 1,0	+/- 5%	+/-10%
powyżej 1,0 do 3,0	+/- 3%	+/- 5%
powyżej 3,0 do 30,0	+/- 2%	+/- 3%

Powyższa ocena dokładności pomiarów jest do przyjęcia, ponieważ ścieki nieczyszczone są cieczą płynącą szczególnie trudną do pomiaru, zwłaszcza w postaci przelewem mierniczym. Urządzenie według wynalazku ogranicza znacznie lub usuwa takie czynniki błędotwórcze jak: usterki w montażu, uskoki średnicy, niejednorodność ścianek rur, niewystarczające odcinki napływu, podtopienie, pływające elementy lub piana na drodze między sondą ultradźwiękową a powierzchnią cieczy płynącej, zwłaszcza gdy studnia pomiarowa była instalowana w terenie podmokłym, gdzie mogła występować infiltracja wód przez dno i ścianki studni lub na terenie zalewowym, gdzie mogły mieć miejsce napływy wody przez właz.

Z oceny dokładności pomiaru zwężki pomiarowej Palmera-Bowlusa o średnicy DN 160 wynika, że dla prawidłowo mierzonych wartości przepływu początek skali to minimum 1 m /godz. Przepływ poniżej tego minimum należy zaliczyć do jeszcze mierzalnych. Przepływ bez szczegółowego wnikania w dokładność pomiaru, jest dla rozliczeń bardzo istotny. Przepływomierz z zespołem pomiarowym mierzy od wartości bliskich 0 m /godz., aby w sposób naturalny uniemożliwić - nieinwazyjne wpływanie na wynik pomiaru. Rozumie się przez to stan czyli przepływ cieczy poniżej którego urządzenie nie mierzy, czyli nie zlicza na liczydle przepływu, mimo że ciecz płynie. Zostało spełnione oczekiwanie rozliczających się stron, to znaczy że urządzenie pomiarowe mierzy i zlicza nawet bardzo małą ilość cieczy płynącej.

Zakres pomiarowy uzyskany w urządzeniu według wynalazku przykładowo dla przelewu mierni₃ czego Palmera-Bowlusa o średnicy DN 160 wyniósł od minimum 0,3 m /godz. do maximum, to jest około 30 m³/godz.

Obszar zastosowań zespołu pomiarowego obejmuje: pomiary przepływu ścieków socjalnych i technologicznych oraz wody w zakładach przemysłowych, pomiary przepływu ścieków surowych i oczyszczonych na wlocie i wylocie oczyszczalni ścieków, pomiary przepływu deszczówki z placów, dróg i autostrad, pomiary przepływu odcieków ze składowisk odpadów i wysypisk śmieci.

Przy tak szerokim obszarze zastosowań rozwiązania według wynalazku dla zachowania deklarowanych parametrów jakościowych i ilościowych pomiarów mierzonych mediów, w celu uniknięcia możliwych zakłóceń spowodowanych wystąpieniem znacznych zanieczyszczeń ścieków, można zastosować alternatywnie: podczyszczanie ścieków, kratę ograniczającą możliwość przedostania się większych zanieczyszczeń do odcinka pomiarowego, osadnik lub separator lub dodatkową studzienkę.

Rozwiązanie według wynalazku znajduje zastosowanie w pomiarach małych, dotychczas nie dających się zmierzyć, ilości płynących ścieków w sieciach kanalizacyjnych i może być instalowane w studzienkach kanalizacyjnych poniżej poziomu gruntu.

PL 224 917 B1

Spis oznaczeń

1. - przewód doprowadzający ciecz

2. - pionowy cylinder

3. - przelew Palmera-Bowlusa

4. - przewód odprowadzający ciecz

5. - czujnik do pomiaru poziomu cieczy

6. - wspornik czujnika do pomiaru poziomu cieczy

7. - pokrywa czujnika

8. - łańcuszek blokujący pokrywę

9. - obejma do mocowania łańcuszka

10. - kłódka łącząca łańcuszek

11. - podstawa korpusu

12. - inteligentne liczydło

13. - liczydło elektromechaniczne

14. - moduł kontroli zasilania

15. - zdalny przekaz danych

16. - moduł podtrzymania zasilania

17. - uszczelka

18. - przepust

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Zespół pomiarowy przepływomierza grawitacyjnie płynącej cieczy, zwłaszcza ścieków kom unalnych i ścieków przemysłowych zawierający przewód wlotowy, kanał cieczowy z przelewem mierniczym, przewód wylotowy i ultradźwiękową sondę poziomu cieczy, znamienny tym, że posiada szczelny korpus wewnątrz którego w części dolnej znajduje się przestrzeń mokra z usytuowanym poziomo przelotowym kanałem cieczowym z przelewem mierniczym (3), z jednej strony zakończonym usytuowanym wzdłuż osi symetrii kanału przewodem wlotowym (1) oraz z drugiej strony zakończonym usytuowanym wzdłuż osi symetrii kanału przewodem wylotowym (4), natomiast w części górnej korpusu znajduje się przestrzeń sucha w której nad przelewem mierniczym umieszczona jest ultradźwiękowa sonda pomiarowa (5), ponadto zewnętrzna ściana korpusu w przestrzeni suchej wyposażona jest w pokrywę (7) z uszczelką (17).
2. 2. Zespół pomiarowy przepływomierza według zastrz. 1, znamienny tym, że posiada kanał cieczowy z przelewem mierniczym (3) Palmera-Bowlusa oraz okrągły przewód wlotowy (1) i okrągły przewód wylotowy (4).
3. 3. Zespół pomiarowy przepływomierza według zastrz. 1, znamienny tym, że posiada kanał cieczowy z przelewem mierniczym (3) w postaci trójkątnej zwężki pomiarowej oraz okrągły przewód wlotowy (1) i okrągły przewód wylotowy (4).
4. 4. Zespół pomiarowy przepływomierza według zastrz. 1, znamienny tym, że szczelna pokrywa (7) zamykana jest od strony zewnętrznej na klucz (12) lub łańcuch z kłódką.
5. 5. Zespół pomiarowy przepływomierza według zastrz. 1, znamienny tym, że zewnętrzna ściana korpusu od dołu zakończona jest stopą (11) dla osadzenia na dnie studzienki lub na fundamencie.