73

ФЕДЕРАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ВОДНЫХ КОММУНИКАЦИЙ

Гладков г.Л.

Журавлев М.В.

ВОДНЫЕ ИЗЫСКАНИЯ

Учебно-методическое пособие по выполнению

лабораторных и расчетно-графических работ

Санкт-Петербург

2009

Рецензент:

Кандидат технических наук, доцент Санкт-Петербургского

государственного университета –

Зернов А.В.

Гладков Г.Л., Журавлев М.В.

Водные изыскания: Учебно-методическое пособие по выполнению лабораторных и практических работ – СПб, СПГУВК, 2009. – 66 с.

Содержат описание гидрометрических приборов, используемых при проведении водных изысканий, а также методику и порядок выполнения лабораторных и практических работ по дисциплине “Водные изыскания” и “Водные исследования”.

Предназначены для студентов II и III курса очного отделения, обучающихся на гидротехническом факультете по специальности 270104.65 “Гидротехническое строительство” и 280302.65 “Комплексное использование и охрана водных ресурсов”.

 «Санкт-Петербургский государственный

университет водных коммуникаций», 2009

 Журавлев М.В., 2009

ВВЕДЕНИЕ

В учебно-методическом пособии описываются устройства, приемы и условия эксплуатации гидрометрических приборов и вспомогательного оборудования. Излагается содержание и порядок выполнения лабораторных и практических работ по дисциплине “Водные изыскания” и “Водные исследования”.

Целью выполнения лабораторных работ является изучение гидрометрических приборов и приобретение первичных навыков работы с ними. Полученные навыки работы с приборами и гидрометрическим оборудованием студенты закрепляют во время прохождения учебной практики на геобазе СПГУВК.

Практические работы включают выполнение расчетно-графических работ. В пособии приведен состав исходных данных и последовательность их выполнения. Исходные данные выдаются каждому студенту индивидуально. Каждая расчетно-графическая работа оформляется в виде пояснительной записки в соответствии с требованиями ЕСКД и должна содержать необходимые расчеты и графические материалы.

Текст записки должен быть написан на листах бумаги формата 210×297 мм. При выполнении расчетов выписываются все формулы, приводится расшифровка использующихся в них символов с указанием размерности и даются необходимые пояснения.

Все чертежи и графики должны выполняться карандашом на миллиметровой бумаге форматов 210×297 или 420×297 мм с соблюдением требований ЕСКД, указанием названия, масштаба и всех необходимых размеров и обозначений.

1. Гидрометрические вертушки

1.1. Классификация гидрометрических вертушек

Гидрометрические вертушки предназначены для измерения скоростей течения в отдельных точках потока. Принцип работы вертушек основан на вращении лопастного винта под действием набегающего потока.

Вертушки классифицируются по способу погружения в воду и по способу регистрации числа оборотов лопастного винта. По способу опускания в воду вертушки делятся на штанговые, тросовые и штанго-тросовые, а по способу регистрации числа выходных сигналов на механические, электрические и магнитоэлектрические.

Для опускания вертушек в точки измерения их закрепляют на штанге или тросе (рис. 1).

Рис. 1. Схемы опускания вертушки в поток:

а – жесткое крепление на штанге; б – подвес на тросе с вертлюгом

1 – вертушка; 2 – штанга; 3 – указатель направления течения; 4 – вертлюг;

5 – трос; 6 – карабин; 7 – гидрометрический груз)

Гидрометрическая штанга представляет собой металлическую трубу диаметром 25-28 мм. Для удобства перевозки штанги делают составными, из отдельных звеньев длиной 0,5-2,0 м. На поверхности штанги нанесены деления, по которым вертушка устанавливается на требуемой глубине. При работе штанга опирается нижним концом в дно реки, а верхний конец удерживается рабочим (рис. 2а). Внизу штанга снабжается поддоном, а на верхний конец ее надевается указатель направления течения (визир), который входит в комплект вертушки. Указатель применяется для установки вертушки перпендикулярно створу. Визир крепится на штанге так, чтобы его продольная ось совпадала с продольной осью вертушки. Он применяется при измерении скоростей на большой глубине и в мутной воде, когда вертушка сверху не видна. Погружение вертушки в воду на штанге применяют при глубине потока до 3 м.

Рис. 2. Измерение скоростей течения с гидрометрического судна (лодки):

а) погружение вертушки в точку измерения на штанге; б) погружение вертушки на тросе

1 – вертушка; 2 – штанга; 3 – гидрометрическая лебедка; 4 – гидрометрический груз;

5 – трос

При глубинах потока более 3 м используется тросовый подвес с грузом (рис. 1б). В этом случае вертушка крепится на вертлюге и погружается в воду при помощи гидрометрической лебедки (рис. 2б). Для уменьшения отклонения троса от вертикали применяется гидрометрический груз обтекаемой формы.

Вертлюг служит для подвеса вертушки и груза на тросе так, чтобы они были обращены навстречу течению. Вертлюг состоит из стержня с двумя кольцами и вращающейся части, к которой крепится вертушка. Посредством карабинов верхнее кольцо (серьга) вертлюга соединяется с тросом гидрометрической лебедки, а нижнее кольцо – с грузом.

Гидрометрические лебедки независимо от конструкции включают четыре основные части: станину, грузовую стрелу, барабан для троса, счетчик глубин для определения длины вытравленного троса.

Гидрометрические грузы имеют обтекаемую форму, обычно рыбовидную. Масса грузов составляет от 3-5 до 50-70 кг, в зависимости от скорости течения.

При измерении скоростей течения на средних и больших реках, гидрометрическое судно (лодка), с которого ведутся измерения, устанавливается на скоростных вертикалях на двух якорях.

Скорость течения в точке измерения определяется по зависимости скорости течения от числа оборотов лопастного винта, которая называется градуировочной (тарировочной) кривой (рис. 3).

Рис. 3. Зависимость между числом оборотов лопастного винта и скоростью течения

Эта кривая позволяет указать ряд характерных значений скорости. Величина ₀ называется начальной скоростью вертушки – это скорость, при которой вертушка еще не проявляет своих метрологических свойств. Значения скорости _н.п и _в.п, соответственно, нижняя и верхняя границы диапазона измеряемых значений скорости. Скорость _к называется критической и определяется, как то показание вертушки, при котором и выше которого влияние механических сопротивлений на вращение лопастного винта становится незаметным.

Стабильность метрологических свойств вертушки снижается в области малых скоростей . На ее показания начинает влиять износ подшипников, засорение механизма, малейшие повреждения оси и лопастей. Влияет и температура воды, от которой зависит вязкость смазки.

График зависимости (n) устанавливается на заводе-изготовителе в результате градуировочных испытаний, которые проводятся в специальных бассейнах или установках. Рассеяние градуировочной зависимости оценивается в 0,5-2%. Оно определяет случайную инструментальную погрешность измерения скорости течения в точке.