книги из ГПНТБ / Орлова, В. В. Гидрометрия учебник

Подвесные штанги удерживаются на весу специальными штангодержателями. Вертушка закрепляется на нижнем конце штанги, и для установки ее в нужной по глубине точке перемещается по высоте вся штанга. Работа с вертушкой на подвесной штанге про­ изводится обычно на горных реках с подвесного мостика или гид­ рометрической люльки.

У к а з а т е л ь н а п р а в л е н и я т е ч е н и я (визир) — приме­ няется для установки вертушки перпендикулярно створу при опу­ скании ее на штанге. Указатель представляет собой металлическую планку с кольцом, закрепляемую на штанге выше поверхности воды параллельно оси вертушки.

Тр о с — используется для опускания вертушки в потоки с боль­ шими глубинами. Применяются стальные оцинкованные тросы диа­ метром 1—4 мм. Удобны в работе специальные тросы с сердечни­ ком в виде изолированного медного проводника. В этом случае отпадает необходимость иметь дополнительный кабель для пере­ дачи сигналов от вертушки.

В е р т л ю г — служит для крепления к вертушке троса и груза и, кроме того, облегчает установку вертушки навстречу течению. Вертлюг состоит из стержня с двумя кольцами и вращающейся части, к которой крепится вертушка. Посредством карабинов верх­

он подвешивается на расстоянии не менее 25—30 см от оси вер­ тушки.

Гру з — служит для уменьшения отклонения троса, на котором опускается вертушка, от вертикали. Изготавливаемые в настоящее время грузы рыбовидной формы имеют специальный кронштейн или штырь для крепления вертушек, что обеспечивает большую точность измерений, так как даже при относе троса течением груз, а следовательно, и вертушка занимают горизонтальное положение. Кроме того, крепление вертушки непосредственно на грузе дает возможность измерять скорости вблизи дна.

К а б е л ь — необходим для передачи электрического сигнала при замыкании электрической цепи в контактном устройстве вер­ тушки. Кабелем может служить специальный трос с изолирован­ ным медным проводником, а при его отсутствии пользуются обыч­ ным электрическим проводом.

Э л е к т р и ч е с к и й з в о н о к — подает сигнал при замыкании электрической цепи контактным устройством вертушки. Замыкание происходит через определенное число оборотов лопастного винта вертушки. Поэтому, зная количество замыканий, можно определить общее число оборотов лопастей вертушки. Вместо звонка можно использовать лампочку от карманного фонаря, зуммер, телефонные наушники, электрический счетчик оборотов. Вертушка должна быть снабжена двумя приспособлениями для электрической сигна­ лизации (например, звонком и лампочкой), чтобы в случае по­ вреждения одного из них во время работы можно было использо­ вать другое.

109

По устройству контактной камеры вертушки бывают с закры­

По способу погружения вертушки делятся на штанговые, тро­ совые и универсальные. Большинство современных вертушек явля­ ются универсальными, т. е. пригодными для работы с троса и со штанги.

Основными рабочими характеристиками, определяющими каче­ ство вертушки, являются: начальная скорость, критическая ско­ рость, чувствительность к скорости, компоиентность и постоянство тарировочной зависимости v — f(n).

Н а ч а л ь н о й с к о р о с т ь ю вертушки называется минималь­ ная скорость потока, при которой начинает вращаться лопастный винт. Величина начальной скорости зависит от трения в подшипни­ ках и контактном устройстве вертушки. Большинство современных вертушек имеет начальную скорость 0,035—0,040 м/с.

К р и т и ч е с к о й с к о р о с т ь ю называется максимальная ско­ рость, до которой тарировочный график v = f(n) прямолинеен. Зна­

чение критической скорости зависит от параметров тарировочного канала (ширина, глубина) и от соотношений параметров лопаст­ ного винта вертушки (диаметр, геометрический шаг, дисковое от­ ношение, число лопастей и т. д.). По исследованиям ГГИ, величина критической скорости для различных типов гидрометрических вер­ тушек равна: Ж-3 — 5 м/с, ВБ-61— 4 м/с. Выше указанных пре­ делов прямолинейность зависимости между числом оборотов ло­ пастного винта и скоростью нарушается.

К о м п о н е н т н о с т ь ю называется способность прибора изме­ рять проекцию скорости потока относительно оси вертушки. Вер­ тушки, снабженные компонентным винтом, называются компонент­ ными. Измерение проекции (компонента) скорости на ось прибора необходимо при работе в косоструйных потоках. Если компонент­ ную вертушку жестко закрепить на штанге перпендикулярно пло­ щади водного сечения, то она зафиксирует проекцию скорости в точке измерения, что позволяет не вводить поправку на косину струй. Поэтому, где возможно, следует пользоваться вертушками на штангах как обеспечивающими более надежные результаты. Тросовые вертушки всегда устанавливаются по направлению те­ чения, и это лишает их возможности давать нормальные составля­ ющие скоростей по отношению к гидрометрическому створу. При наличии косоструйного течения показания такой вертушки без учета направления течения могут привести к значительным ошиб­ кам в вычислении расхода воды.

Ч у в с т в и т е л ь н о с т ь ю вертушки называется ее способность реагировать на изменения величины и направления измеряемой скорости течения. Эта характеристика является очень важной, так как вследствие пульсации скорость в любой точке потока не оста­ ется постоянной, и для получения достаточно надежного значения осредненной скорости необходимо, чтобы угловая скорость вра­ щения лопастного винта вертушки менялась с такой быстротой,

111

Штепсельный штифт 10 входит в штепсельное гнездо 11, куда подается электрический ток через клемму 12, изолированную от

корпуса эбонитовой втулкой. Рядом с изолированной клеммой находится массовая неизолированная клемма 13.

Вращение лопастного винта передается шестерне при помощи гильзы с червячной втулкой 14. Для уменьшения трения при вра­

щении лопастного винта на переднюю часть оси надеваются два шарикоподшипника 15 и 16, заключенные в обоймы 17 и 18, раз­ деленные внутренней упорной втулкой 19 и наружной упорной трубкой 20. Подшипники, упорные втулка и трубка закрепляются на оси гайкой 21. Ось с надетыми на нее шарикоподшипниками

Рис. 58. Внутреннее устройство вертушки Жестовского Ж-3.

с легким трением входит во внутреннюю полость расширенной части червячной втулки. В полость лопастного винта на 5—6 мм выше уступа, находящегося в глубине полости винта, наливается масло, благодаря чему создается масляная камера. Собранная ось с червячной втулкой вставляется в полость лопастного винта и закрепляется зажимной муфтой 22. Вставляя ось в полость ло­

пасти, необходимо ввести штифтик, укрепленный на конце гильзы, в гнездо уступа полости лопастного винта. Контактный механизм вертущки замыкает электрическую сигнальную цепь через 20 обо­ ротов лопастного винта.

Вертушка снабжена двумя лопастными винтами параболиче­ ского очертания. Лопастный винт № 1 имеет диаметр 120 мм и геометрический шаг 250 мм, применяется при скорости течения до 2,5—3,0 м/с. Лопастный винт № 2 с геометрическим шагом 500 мм служит для измерения больших скоростей.

Г и д р о м е т р и ч е с к а я в е р т у ш к а ВЖМ-3 (ГР-21М) по конструкции однотипна с вертушкой Ж-3, но в результате внесен­ ных изменений модернизированная вертушка имеет следующие от­ личия:

Ходовая часть расположена в передней части корпуса 1 и со­ стоит из трехлопастного винта 2 (диаметром 80 мм и с геометри­ ческим шагом 130 мм), установленного на оси 3 и закрепленного гайкой 4, двух шарикоподшипников 5, распорной втулки 6, гильзы 7 и гайки 8. Ходовая часть вертушки крепится с корпусом винтом 9.

Контактное устройство магнитное. Оно состоит из постоянного магнита 10. закрепленного в обойме 11 на оси ходовой части, и магнитоуправляемого контакта 12 типа КЭМ-2Б, размещенного в изоляционной втулке 13, закрепленной в корпусе вертушки при­ жимной планкой 14 и винтами 15 и 16. Постоянный магнит служит

для управления работой магнитоуправляемого контакта; выпол­ нен он по форме таким образом (скошенный торец), что при каж­

дом обороте лопастного винта вызывает одно замыкание магнито-

изолированной клеммой 17. Другой вывод соединен со штекером,

находящимся в штепсельном гнезде, куда входит изолированная клемма 18.

Крепление вертушки к штанге осуществляется с помощью двух винтов 19. Для работы на тросе вертушка снабжена вертлюгом и

стабилизатором.

Контактное устройство работает следующим образом. При вра­ щении лопастного винта вместе с муфтой вращается постоянный магнит. Через один оборот лопастного винта магнит входит в зону расположения магнитоуправляемого контакта, последний под воз­ действием магнитного поля срабатывает, замыкая цепь вертушки. По выходе магнита из этой зоны магнитоуправляемый контакт раз­ мыкается.

Счетно-импульсный механизм служит для суммирования элект­ рических импульсов, поступающих от контактного устройства вер­ тушки, и регистрации выдержки времени. Состоит он из электро­

116

магнитного счетчика импульсов типа СБ-1М/100, секундомера и

клеммы для подключения вертушки, питания контактного устрой­ ства и электромагнитного счетчика импульсов.

Питание счетно-импульсного механизма производится двумя источниками постоянного тока напряжением 30 В для цепи счет­ чика и 1,6 В для цепи вертушки.

водстве специальных работ (определение расходов воды в ороси­ тельных системах, дренажных каналах и т. д.). Малые размеры вертушки позволяют использо­ вать ее также в лабораторных условиях.

Микровертушка состоит из двух узлов: 1) собственно вер­ тушки и 2) счетно-импульсного механизма.

Собственно вертушка состоит из корпуса, лопастного винта,оси и преобразователя. На рис. 62 изображен разрез микровертушкн.

Корпус 1 вертушки плоский,

обтекаемой формы. Лопастный винт 2 компонентный (при ко­

сине струй до 30° ошибка изме­ рения скорости не превышает 5%), диаметр 30 мм, геометри­ ческий шаг 45 мм. Ось 3 гори­

зонтальная, подвижная, удерживается в корпусе вместе с ло­ пастным винтом с помощью двух цапф 4. Преобразователь

служит для преобразования числа оборотов лопастного винта в электрические сигналы. Принцип его действия основан на исполь­ зовании электропроводных свойств воды. Преобразователь состоит из изолированного электрода 5, закрепленного в корпусе с по­ мощью контргайки 7, и диска 6 с дугообразной прорезью, выпол­

ненного из изоляционного материала н неподвижно закрепленного на оси 3. При вращении лопастного винта в момент совпадения

прорези диска с электродом меняется электрическое сопротивление промежуточной жидкой среды. Изменение напряжения усиливается полупроводниковым усилителем и регистрируется электромагнит­ ным счетчиком импульсов типа СБ-1М/100. Передаточное отноше­ ние контактной группы 1 : 1 (за один оборот лопастного винта — один сигнал). Источником питания служит батарея гальваниче­ ских элементов общим напряжением 30 В.

При глубине до 1,2 м вертушка крепится на специальной штанге диаметром 8 мм, входящей в комплект; при глубине 1,2—2,5 м — к стандартной штанге на специальном выносе.

117