SU1760A1 - Прибор дл измерени разности горизонтов воды, скоростей течени и уклонов - Google Patents

Description

Предлагаемый прибор дл  измерени  разности горизонтов, скоростей течени  и уклонов воды имеет назначение увеличить до практически допустимых пределов точность измерени  разностей горизонтов воды, применить трубку Пито :  измерени  средних и малых скоростей течени , измерение которых уже невозможно даже вертушкой , и устранить недостаточную точность прибора Амслера дл  измерени  уклонов течени  воды.

Кроме лабораторного применени  прибора дл  указанных измерений,он дает еще возможность измерить с достаточной точностью расход воды в небольших ручь х и каналах с медленным течением, где вертушка неприменима , дает возможность изучить распределение скоростей и давлений в трубах и пр.

На фиг. 1, 2 схематически изображена измерительна  часть прибора в двух положени х: в рабочем (фиг. 1) и в подготовительном (фиг. 2), в соединении с подвод щей частью прибора; на фиг. 3 изображена схема установки прибора при измерени х; на фиг. 4, 5 изображена измерительна  часть прибора в увеличенном масштабе; на фиг. 6 - продольный разрез по CD на фиг. 5; на фиг. 7, 8 - деталь устройства подвод щей части; на фиг. 9-деталь устройства крана 3; на фиг. 10 - деталь устройства подемной лебедки и на фиг. 11 -деталь устройства соединени  измерительного прибора с подвод щей частью.

Предлагаемый прибор (фиг. 1) состоит из измерительной части 3-13 и W3 подвод щей части 38-48, присоединенных при помощи резиновых трубок 7, 2, 14, 19; прибор этот изображен в применении к измерению скоростей течени .

Измерительна  часть прибора (фиг. 1. 2, 4 и 5) состоит из двух частей: J, 4, 5 и 8-13, соединенных водомерными трубками 6, 7, из коих перва  (нижн  , фиг. 1) часть 3-5 состоит из двух камер 4, 5, а верхн   часть 8-13 V13 четырех камер 8, 9, 10 и 11.

Вода из трубок 1 и 2 идет последовательно через кран 3 и камеры 4 и 5 в водомерные трубки 6 и 7, которые на конце разветвл ютс  и переход т: трубка б в камеры S и 9, а трубка 7 в камеры 10 vi 11 (см. разрез по .4В). Камеры 8,9, 10 v( 11 ъ поперечном сечении совершенно одинаковы и расположены точно симл1етрично около общей вертикальной оси симметрии 00.

Вверху BCg,камеры общим краном 12 могут соединены или разединены . Кран 3 устроен так, что вода из трубок 1 и 2, из каждой, в отдельности ,- может сообщатьс  1|змерительным прибором или через больщое отверстие , или через малое, или совершенно отдел тьс . Дл  защиты от неодинакового нагревани  прибор заключен в общий кожух, наполненный водой и состо щий из двух частей 73 и 20, соединенных трубкой 2/. Вну треннее пространство кожуха с подвод щей частью соедин етс  резиновой трубкой 14, а с внутренним пространством камер-трубкой 15 с краном 16. Это соединение сделано дл  наполнени  приборов водой. Дл  этой же цели служат и три трубки 17, которые соедин ют камеры 4, 5 н внутреннее пространство кожуха через кран /5 с трубкой 79, котора  соедин етс  с воздушным пространством подвод щей части, где имеетс  вакуум.

Наполнение водой измерительного прибора делаетс  уже после того, как подвод ща  часть водой наполнена (как наполн етс  водой подвод ща  часть, изложено ниже). Дл  этого прибор перевертываетс , как показано на фиг. 2. Кран 3 закрыт, а краны 72, 16 и 18 открыты. При таком положении прибора вода начнет наполн ть кожух и камеры. Когда в водомерных стеклах она дойдет до определенной высоты , краны 76 и 18 закрываютс , прибор ставитс  в пр мое положение (фиг. 1). чем и заканчиваетс  подготовка прибора.

После того, как прибор приготовлен к работе, кран 3 открываетс  на большое отверстие и оставл етс  в таком положении некоторое врем  дл  того, чтобы горизонт воды в камерах приблизительно выровнилс . Так как внутреннее пространство прибора закрыто герметически, то вода оттуда вытечь не может, а выйдет из прибора только вполне определенное количество по закону Бойл -Мариотта в зависимости от соотношени  давлений в приборе при пр мом его положении и при перевернутом. По той же причине , если в одной трубке горизонт воды несколько поднимаетс , то в другой настолько же уменьшаетс . Когда горизонты воды в камерах приблизительно уравн ютс , то кран 3 ставитс  на малое отверстие и оставл етс  в таком положении на некоторое врем . Это делаетс  дл  устранени  вли ни  пульсации, волнени , толчков и т. п. Так как через малое отверстие за небольшой промежуток времени может проникнуть только незначительное количество воды, то в камеpax установитс  горизонт, не соответствующий данному л10Л1енту, а средний за некоторый промежуток времени. По прошествии определенного времени краны 3 и 72 закрываютс  и прибор перевертываетс  в положение фиг. 2. Если в верхних камерах оставалс  обем воздуха, равный обему камер 4 и 5 то после перевертывани  воздух из верхних камер перейдет в камеры 4 и 5, а горизонт воды установитс  на некоторой высоте в водомерных стеклах. На этих стеклах нанесены давлени  и заранее точно определено , какой высоте в верхних камерах соответствуют делени  на этих трубках . Дл  каждой трубки составлена табличка, в которой выписаны высоты горизонтов в верхних камерах, соответствующие каждому делению трубки.

В приборе каждые две сообщающиес  внизу, камеры 8 л 9, 10 и 11 представл ют одну общую камеру. А так как обе такие двойные камеры имеют общую ось си.мметрии, то их можно рассматривать, как совпадающие между собою. Поэтому при таком устройстве ошибка от невертикального положени  прибора не будет зависить от рассто ни  .между камерами, как в трубке Пито. При измерении малых разностей горизонтов воды можно считать, следовательно, что невертикальное положение прибора не влечет за собой никакой ошибки.

Так как прибор имеет целью измерение не высоты горизонта, а разности высот, то одинакова  ошибка в измерени х каждого горизонта не повлечет за собой никакой ошибки в определении разности. Но так как обе пары камер устроены почти одиниково , то эти.м вли ние перечисленных здесь причин будет уменьшатьс . От неравномерного нагревани  прибор защищен посредством омывающей его воды, наход щейс  в кожухе.

Измерительный прибор представлен отдельно на фиг. 4 и 5. Вместо одной трубки 21, как показано на схеме, здесь устроено две дл  более удобного наполнени  прибора. Эти трубки металлические и в то же врем  служат дл  скреплени  частей прибора. Резиновые трубки 1, 2, 14 VI 19 дл  удобства соединены в общий наконечник и соедин ютс  с подвод щей частью как одно целое. Отдельно этот наконечник показан на фиг. /. Резиновые трубки надеты на металлические трубки, припа нные к пластинке 23. К этой пластинке при помощи винтов 24 прит гиваетс  друга  пластинка 25, в которой сделаны отверсти , соответствующие трубкам , 2, 14 и 19. В углублении между этими пластинками помещаетс  кусок резины 26, имеющий тоже соответствующие отверсти . Этими отверсти ми наконечник свободно надеваетс  на отростки трубок измерительного прибора; затем пластинка 25 прит гиваетс  винтом 24, резина от этого сплющиваетс  и плотно прилегает к соедин ющимс  част .м.

Кран 2 показан отдельно на фиг. 6. Стержень крана прижимаетс  к втулке при помощи пружин щей шайбы 27, действие которой регулируетс  при помощи навинчивающейс  крышки 28. Кран 3 показан отдельно в продольном и поперечном разрезе на фиг. 9. Малое отверстие 29 устроено в стержне так. что оно не касаетс  стенок втулки, чтобы частицы смазки не засор ли его. Дл  установки крана на различные положени  на кожухе имеетс  индекс 35, а на кране черточки с соответствующими обозначени ми . Водомерные трубки б и 7 (фиг. 4 и 5) дл  чистки от прибора отнимаютс  и соединение устроено такого же типа, как описанное соединение с подвод щей частью. Нижнее соединение изображено в разрезе на фиг. 7-8. Трубки плотно прилегают к камерам. Если по заданию можно допустить при измерени х больших

величин и большую ошибку, то водомерные трубки делаютс  не цилиндрические , а площадь отверсти  в них имеет в сечении сплющенную форму дл  лучшего прохождени  воздуха при переливании. Камеры 4 и 5 устроены такого размера, чтобы при перевернутом положении прибора, когда горизонт в трубке б стоит вверху, в трубке 7 должен сто ть внизу и наоборот . При таком устройстве утилизируетс  дл  измерений вс  длина водомерных трубок и длина шкалы равна длине двух водомерных трубок . К телу кожуха и крана 3 (фиг. 4 и 5) прикреплены металлические части 36, которые щарнирно соедин ютс  с вилкой 37. При помощи гайки 35 прибор может закрепл тьс  в пр мом положении или в перевернутом. Вилка 37 вставл етс  в соответствующие гнезда 59 подвод щей части (фиг. 10) и закрепл етс  в них винтом 64.

Устройство подвод щей части показано на схематическом чертеже 1. Если прибор предназначен дл  измерени  скорости течени , то подвод ща  часть представл ет устройство, сходное с трубкой Пито.

Вода от исследуемой точки к прибору подводитс  по двум трубкам 38 и 39 (фиг. 1), назначение которых такое же, как в приборе Пито. Но так как здесь измерительный прибор остаетс  посто нно на одинаковой высоте над поверхностью реки, .то дл  того, чтобы можно было измерить скорость в различных точках вертикали , трубка 39 движетс  внутри трубки 40, котора  остаетс  неподвижной . У поверхности воды трубки 39 и 40 плотно соедин ютс  между собой после того, как трубка 39 установлена на нужной глубине. Трубка 3S остаетс  неподвижной, так как уровень в ней не зависит от глубины, на которую она опущена. Дл  защиты от неравномерного нагревани  обе трубки окружены общим кожухом 47, наполненным водой. Вверху кожух переходит в резервуар 42, имеющий обем несколько больший, чем обем кожуха подвод щей части и измерительного прибора. В кожухе устроен

кран 43 дл  наполнени  подвод щей части.

Трубки 38 и 40 доход т почти до верху сосуда 42 и вверху открыты. От вершины сосуда 42 отдел етс  узка  трубка 44, котора  соедин етс  (через общий наконечник) с резиновой трубкой 79 измерительного прибора. От трубок 40 и 4J отдел ютс  в бок металлические отростки 45 и 46, которые идут к измерительному прибору . От кожуха отдел етс  металлический отросток 47, который соедин етс  с резиновой трубкой 14 измерительного прибора.

Перед наполнениел1 водой к подвод щей части прикрепл етс  измерительный прибор. Затем кран 43 открываетс , подвод ща  часть перевертываетс  и резервуар 42 опускаетс  в воду. Когда вода через кран 43 наполнит резервуар 42, то кран 43 закрываетс  и подвод ща  часть поворачиваетс  и ставитс  пр мо (фиг. 1). при чем концы трубок и кожуха должны находитьс  в воде. Тогда воздух из трубок и кожуха устремл етс  вверх и заполн ет часть резервуара 42, а его лтесто заполн етс  водой, котора  частью выльетс  наружу. Так как весь прибор закрыт герметически, то вверху резервуара 42 образуетс  вакуум и вода в резервуаре установитс  на некоторой высоте. После наполнени  измерительного прибора (описано выше), часть воздуха из измерительного прибора по трубке 44 перейдет в резервуар 42, вода в нем понизитс  к установитс  на такой высоте, что концы трубок 38 и 40 окажутс  выше поверхности воды в резервуаре 42. Дл  наблюдени  за горизонтом воды в этом резервуаре трубка 44 соединена с ртутным манометром простейшей конструкции 48. Если все соединени  достаточно плотны и после наполнени  в прибор не может проникать воздух, то манометр не об зателен , так как горизонт воды в сосуде 42 будет оставатьс  на расчетной высоте . После наполнени  подвод щей части, прибор готов к работе. В таком виде его можно по окончании одного измерени  перенести в другое место и вновь там его наполн ть не потребуетс , если концы трубок во врем  переноски были все врем  в воде.

При таком устройстве все части подвод щих трубок остаютс  все врем  пр мыми и расположены вертикально. Если они достаточно щироки, то пузырек воздуха в них не может держатьс  так, чтобы заполнить в каком-нибудь месте все. сечени . А такой пузырек, который не нарушает непрерывности вод ного столбика трубки, никакого вли ни  на высоту горизонта в трубках оказать не может. Так как отростки к измерительному прибору идут в бок, то пузырек воздуха, случайно попавший в подвод щую часть, не может проникнуть в измерительный прибор, а пройдет в сосуд 42 и вызовет только большее или меньшее, но одинаковое понижение горизонта в сосуде 42 и в трубках 38 и 40, а на измерительном приборе это не отразитс , так как он при помощи крана 75 отделен от резервуара 42.

Общий вид прибора, установленного дл  измерени  скоростей течени  воды, показан на фиг. 3. Подвод ща  часть вместе с прикрепленным к ней измерительным прибором при помощи хомутов 50 надета на штангу 49. На штанге устроена зубчата  рейка 63, по которой прибор и может передвигатьс  при помощи лебедки 57, прикрепленной к телу подвод щей части. Лебедка отдельно показана на фиг. 10. На этой же фигуре видны гнезда 59, в которые вставл етс  вилка дл  удерживани  измерительного прибора и ответвлени  44, 45, 46 и 47 от трубок к измерительному прибору.

Трубке 38 придана дл  удобства сплющенна  форма. Соединение трубки 39 и 40 показано в разрезе на фиг. 8. К стержню 53 прикреплена чашечка 54, в которую вложено резиновое кольцо 56. Стержень 53 .можно прит гивать вверх винтом 54 (фиг. 3) и таким образом резиновое кольцо сдавливать между чашечкой 54 и пластинкой 55 (фиг. 10), припа нной к трубке 40. Когда винт 54 отвинчен, то трубка 39 совершенно свободно движетс  в трубке 40. После же завинчивани  винта резина сплющитс  и плотно соединит трубки 39 и 40. На фиг. 7 показан

вид этого соединени  сбоку и также видно соединение трубки 39 со штангой . К концу трубки 39 прикреплен хомут 55, который обхватывает штангу. При помощи струны 57 и воротка 5. (фиг. 3) трубку можно поднимать вверх, а вниз она опускаетс  свинцовым грузом 60 (фиг. 7).

Дл  измерени  уклонов можно воспользоватьс  тем же прибором, если трубку 39 вынуть, а вместо нее вставить трубку 67 (на фиг. 1 показана пунктиром). Трубка 67 имеет в длину около 4-х метров и удерживаетс  в горизонтальном положении поплавком 62. Диаметр ее около 15-20 мм, поэтому, если ее перед измерением вместе с прибором немного наклонить, то воздух из нее выйдет в сосуд 42. Принцип измерени  уклона тот же, что в приборе Амслера, но только самое устройство изменено сообразно с особой точностью измерительного прибора.

Дл  надежности измерени  необходимо , чтобы непрерывность столбика жидкости от исследуемой точки вертикали до поверхности воды в измерительном приборе нигде не была нарушена пузырьком воздуха. Дл  достижени  этого необходимо, чтобы трубки были достаточно широки, если же в каком-нибудь месте площадь поперечного сечени  трубки нельз  сделать большою, то ее поперечное сечение в этом месте следует сделать в виде узкой щели. Там, где трубки идут не вертикально, необходимо,, чтобы они не были слишком наклонены. Трубки 74, 75, 77, 79 и 27 могут быть и узкие, так как они служат только дл  наполнени  прибора и не вли ют на точность измерени .

После того, как сделано измерение по водомерным трубкам, из таблиц выписываютс  горизонты, соответствующие отчетам по трубкам, и вычисл етс  разность горизонтов. .Если измер етс  уклон, то эту разность нужно разделить на длину трубки 67. Если же определ етс  скорость течени , то эта разность высот вставл етс  в формулу: v k } 2gh.

Тппо-лвтографи  «Красный Печатник, Ленинград, лГоах-дуичродный, V5.

Коэффициент (k) зависит только от формы наконечника трубки 39 и определ етс  тарированием этого наконечника .

Дл  точного определени  разности высот, необходимо заранее точно составить таблицы дл  перевода показаний водомерных стекол на высоту горизонтов в камерах прибора. Если есть другой, уже тарированный прибор , то тарирование производитс  сравниванием показаний приборов при изменении уровн  воды в сосуде.

ПРЕДМЕТ ПАТЕНТА.

1.Прибор дл  измерени  разности горизонтов воды, скоростей течени  и уклонов, отличающийс  применением камер 8. 9, 10 и 77, заключенных в кожухи 20 и 13, соединенные трубками 27, симметрично расположенных вокруг общей оси, снабженных общим соединительным краном 72 и попарно соединенных с водомерными трубками

6и 7, в свою очередь соединенными с камерами 4 и 5, которые снабжены распределительным краном 3, отростки коего при посредстве гибких трубок

7и 2 соединены с трубками 38 и 40 Пито, из коих трубка 40 - составна  с внутренней выдвижной трубкой 39, каковые трубки Пито заключены в закрытый сверху резервуар 42 с верхней частью, соединенной при помощи трубки 44, несущей на боковом отростке ртутный манометр 48, и гибкой трубки 79, с краном 18, соедин ющим между собой при посредстве канала 31 - камеры 4 и 5, при помощи канала 30 - кожух 20 с трубкой 79 и, наконец, при посредстве канала 32- оба конца 30 vi 31 между собой, а кроме того, средн   часть резервуара 42 при посредстве отростка 47 и гибкой трубки 14 соединена с резервуаром 20.

2.При указанном в п. 1 приборе, в случае применени  его в качестве прибора дл  измерени  уклонов, применение вместо трубки 39 длинной трубки 67, удерживаемой в горизонтальном положении при помощи поплавка 62.

т- .-f

j-ii

4u

:M iiViiR

iiHiм| и 17Л) .1

Ч,- lit -i

1 I;Of) . AI

5 Д,

H. : - И

Ц lifi

50 r1- n :

/7

.J,N У

/ W Г i

/h It

фиг.

50

4Р 5Q