ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ
«ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЙ СЛУЖБЫ»
(ФГУП «ВНИИМС»)

РЕКОМЕНДАЦИЯ
Государственная система обеспечения единства измерений

РАСХОД И ОБЪЕМ СТОЧНОЙ ЖИДКОСТИ

Методика измерений в безнапорных водоводах по уровню заполнения с
предварительной калибровкой измерительного створа

ФР 1.29.2013.14193

МИ 2220-13

РАЗРАБОТАНА	Научно-исследовательский институт коммунального водоснабжения и очистки воды (НИИ КВОВ)
ИСПОЛНИТЕЛИ	М.А. Мордасов (НИИ КВОВ) Ю.А. Вязьмин О.Д. Лойцкер (ФГУП «НИИ ВОДГЕО») A.Д. Мастиков (МГУП «Мосводоканал») B.Н. Корнеев (РУП «ЦНИИКИВР»)
СОИСПОЛНИТЕЛИ	М.Н. Шафрановский (фирма «Сигнур») В.И. Никитин (ФГУП «ВНИИМС»)
УТВЕРЖДЕНА	Федеральным государственным унитарным предприятием «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы» (ФГУП «ВНИИМС»)
ЗАРЕГИСТРИРОВАНА	Федеральным государственным унитарным предприятием «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы» (ФГУП «ВНИИМС»)
ВЗАМЕН	МИ 2220-96

СОДЕРЖАНИЕ

1. ВВОДНАЯ ЧАСТЬ

1.1. Настоящая рекомендация устанавливает методику измерений расхода сточных вод в безнапорных водоводах (далее водоводах), а именно: трубопроводах с поперечным сечением круглой формы, лотках U-образной формы с полукруглым сечением и каналах с прямоугольным поперечным сечением по уровню заполнения с предварительной калибровкой измерительного сечения (створа).

Основоположником развития этого метода в России (СССР) был П.В. Лобачев (ВНИИ ВОДГЕО), методика калибровки разработана НИИ КВОВ.

1.2. Настоящую рекомендацию применяют для организации оперативного контроля расхода и учета, в том числе коммерческого, сточных вод в системах водоотведения, а также в системах водоснабжения.

1.3. Для обеспечения возможности автоматических измерений расхода в безнапорных водоводах путем измерений уровня заполнения без измерения скорости течения предварительно выполняется калибровка выбранного измерительного створа с целью определения однозначной зависимости расхода от уровня Q = f(H). Методика может использоваться только в режиме свободного (незатопленного) истечения жидкости, при котором изменение уровня на участках ниже измерительного створа не влияет на определяемый расход жидкости.

1.4. Калибровка измерительного створа осуществляется на основе экспериментальных данных по методу, разработанному НИИ КВОВ. Предварительная калибровка измерительного створа на строящихся и реконструируемых объектах может осуществляться расчетным методом.

1.5. Обозначения основных величин, используемые в МИ, приведены в табл. 1.

Таблица 1. Обозначения основных величин

Примечание. Редко встречающиеся обозначения указаны непосредственно в тексте соответствующих пунктов МИ.

1.6. Формы поперечного сечения водоводов показаны на рис. 1.

Рис. 1. Формы поперечного сечения водоводов:
а) - круглая; б) - U-образная с полукруглым сечением; в) - прямоугольная

2. НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ И СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ

ГОСТ Р 8.563-2009. Методики (методы) измерений.

ГОСТ 10704-91. Трубы стальные электросварные прямошовные

ГОСТ 10705-80. Трубы стальные электросварные прямошовные

ГОСТ Р 51613-2000. Трубы напорные из непластифицированного поливинилхлорида.

СНиП 2.04.03-85. Строительные нормы и правила. Канализация. Наружные сети и сооружения.

СНиП III-30-74. Строительные нормы и правила. Часть III. Правила производства и приемки работ. Глава 30. Водоснабжение, канализация и теплоснабжение. Наружные сети и сооружения (в ред. Постановления Госстроя СССР от 08.12.1983 № 316).

МИ 13-92. Расход воды в каналах. Методика выполнения измерений по средней скорости в одной точке гидрометрического створа. Центральный научно-исследовательский институт комплексного использования водных ресурсов (ЦНИИКИВР), НИИ «Водкосмос». - Минск, 1992 - 15 с.

МИ 14-92. Расход воды в каналах. Методика выполнения измерений по средней скорости в одной точке гидрометрического створа на свободной поверхности потока. Центральный научно-исследовательский институт комплексного использования водных ресурсов (ЦНИИКИВР), НПП «Водкосмос». - Минск, 1992 - 15 с.

МВИ 107-94. Методика выполнения измерений расхода воды в каналах методом «скорость-площадь» с интерполяцией измеренных скоростей на промерные вертикали. Центральный научно-исследовательский институт комплексного использования водных ресурсов (ЦНИИКИВР), НИИ «Водкосмос». - Минск, 1994 - 16 с.

МВИ ФР 1.29.2003.00894. Методика выполнения измерений расхода при независимых измерениях максимальной скорости течения и глубины жидкости. Научно-консалтинговая фирма «Волга». - Москва, 2003 - 36 с.

МВИ ФР 1.31.2005.01607. Методика выполнения измерений объемного расхода сточных вод посредством определения средней скорости и площади сечения потока. ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева». - Санкт-Петербург, 2005 - 24 с.

П.В. Лобачев, Ф.А. Шевелев. Измерение расхода жидкостей и газов в системах водоснабжения и канализации. М., Стройиздат, 1985.

В.Т. Чоу. Гидравлика открытых каналов. Пер. с английского. М. Стройиздат, 1969 г. - 462 с.

Д.В. Штеренлихт. Гидравлика. Учебник для вузов в 2-х книгах. М., Энергоатомиздат, 1991.

А.М. Курганов. Н.Ф. Федоров. Гидравлические расчеты систем водоснабжения и водоотведения. Справочник. Изд. 3^e. - Л. Стройиздат, 1986 г. - 440 с.

А.Д. Гиргидов. Механика жидкости и газа (гидравлика). Учебник для вузов. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2002, 545 с.

А.А. Лукиных, Н.А. Лукиных. Таблицы для гидравлического расчета канализационных сетей и дюкеров по формуле акад. Н.Н. Павловского. М., Стройиздат, 1967.

А.Я. Добромыслов. Таблицы для гидравлических расчетов безнапорных труб из полимерных материалов. М.: ТОО «Издательство ВНИИМП», 2004. - с ил.

WinFluid. Программа для гидравлических расчетов. Компания Hydreka (г. Лион, Франция).

3. ТРЕБОВАНИЯ К УСЛОВИЯМ ИЗМЕРЕНИЙ

3.1. Движение потока жидкости в водоводе должно быть или может быть принято равномерным.

3.2. Режим течения потока - спокойный (волны перемешивания отсутствуют, расход изменяется плавно; число Фруда меньше единицы).

3.3. Вышеприведенные требования к виду и режиму движения потока обеспечиваются при соблюдении следующих практических условий.

3.3.1. Длина прямолинейного (измерительного) участка водовода перед измерительным сечением (по ходу движения воды) должна быть не менее 20Н_м, где Н_м - максимальное наполнение водовода в процессе эксплуатации.

3.3.2. Длина прямолинейного участка после измерительного створа должна быть не менее 10Н_м. Эта длина может быть сокращена вдвое, если за створом находится сбросной колодец или уклон линии резко увеличивается, т.е. подпор отсутствует.

3.3.3. На измерительном участке не должно быть местных выступов, закладных деталей и других предметов, вызывающих искажение уровня за счет местных возмущений потока.

3.3.4. Уклон и поперечное сечение водовода на измерительном участке должны быть постоянными.

3.3.5. Дно водовода не должно подвергаться заилению или отложению осадка. Допускаемая толщина осадка (ила) указана в табл. 2

Если толщина осадка превышает нормативную, то возможно внесение изменений в регламент технической эксплуатации водовода, предусматривающих более частую его промывку.

Таблица 2. Значения допускаемой толщины слоя осадка

3.4. Требования к параметрам окружающей среды: температура воздуха должна быть в интервале от минус 30 °С до плюс 40 °С, относительная влажность не более 95 %.

3.5. Вышеприведенные требования соблюдают при измерениях и предварительной калибровке измерительного створа. При несоблюдении вышеприведенных требований п.п. 3.1 - 3.3 индивидуальные гидравлические характеристики потока уточняют на основе проводимых на объекте исследований. Исследования проводят, например, в соответствии с МВИ 107-94 «МВИ расхода воды в каналах методом «скорость-площадь» с интерполяцией измеренных скоростей на промерные вертикали» или МВИ 208/16-03 (ФР 1.29.2003.00894) «Методика выполнения измерения расхода при независимых измерениях максимальной скорости течения и глубины жидкости».

4. ТРЕБОВАНИЯ К ПОКАЗАТЕЛЯМ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ

4.1. Пределы допускаемой относительной погрешности измерений по данной методике в диапазоне от 10 до 100 % измеряемого расхода при экспериментальной калибровке составляют ±5 %, которые складываются из погрешности калибровки измерительного створа водовода и погрешности расходомера

где δ - погрешность автоматических измерений;

δ₁ - погрешность калибровки;

δ₂ - погрешность расходомера - счетчика.

4.2. В диапазоне от 0,03 до 10 % измеряемого расхода приведенная погрешность составляет ±5 % от верхнего значения данного диапазона измерений.

4.3. При соблюдении требований данной МИ относительная погрешность калибровки не превышает ±3 %.

5. ТРЕБОВАНИЯ К СРЕДСТВАМ ИЗМЕРЕНИЙ

5.1. При выполнении измерений применяют следующие средства, классифицированные по типу измеряемой величины.

5.1.1. Для измерения уровня, расчета расхода и объема жидкости возможно использовать акустические, радарные, гидростатические, пневматические или другие уровнемеры -расходомеры из числа зарегистрированных и разрешенных к применению в РФ.

5.1.2. Для измерения линейных размеров измерительного сечения при калибровке и положения измерительного оборудования в измерительном створе применяются:

- линейка - 1000 ГОСТ 427-75, длина 1000 мм, цена деления 1 мм;

- штангенциркуль ШЦ-Ш-630-0,05 ГОСТ 166-89, диапазон измерений 630 мм, пределы допускаемой абсолютной погрешности ±0,05 мм;

- рулетка измерительная Р543П ГОСТ 7502-98, длина 5 м, ц. д. 1 мм;

- линейка телескопическая механическая STAYER 3420-05, диапазон измерений 5 м, ц. д. 1 мм;

- нивелир высокоточный Н-05 ГОСТ 10528-90, допускаемая среднеквадратическая погрешность измерения превышения на 1 км двойного хода ±0,5 мм;

- нивелирная рейка РН-05 ГОСТ 10528-90, длина 5 м, длина деления шкалы 5 мм, допускаемое отклонение длины деления шкалы ±0,05 мм.

5.1.3. Для измерения уровня жидкости при калибровке используют:

- мерные иглы, крючковые рейки, пьезометрические трубки, водомерные трубки.

5.1.4. Для измерения скорости потока в точке поперечного сечения водовода при калибровке применяют:

- гидрометрические вертушки Х-6М, ГР-55, М-11, ГР-96 (при глубине потока до 0,3 м);

- гидрометрические вертушки ГР-21М, ГР-99, ИСТ (при глубине потока более 0,3 м);

- микрокомпьютерный расходомер-скоростемер МКРС с гидрометрической вертушкой;

- электромагнитный измеритель скорости потока жидкости Flo-Mate;

- мерные штанги для размещения на них гидрометрических вертушек.

5.2. Применяемые средства измерений должны иметь действующие свидетельства о поверке.

5.3. Допускается применение других средств измерений, в том числе скоростемеров: ультразвуковых (времяимпульсных, доплеровских, кросс-корреляционных), радарных, термоанемометров, напорных трубок и т.п. с метрологическими характеристиками не хуже лопастных и электромагнитных скоростемеров.

6. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ

6.1. Измерение расхода жидкости в безнапорных водоводах по уровню заполнения выполняют методом «уровень - расход» с предварительной калибровкой измерительного сечения (створа).

6.2. Равномерное течение жидкости в прямолинейном призматическом водоводе описывается формулой Шези

где ω = f₁(Н) - площадь поперечного сечения потока жидкости в водоводе;

R = f₂(Н) - гидравлический радиус;

С = f₃(n, Re, R) - коэффициент Шези;

I - гидравлический уклон.

В случае равномерного движения гидравлический уклон I, уклон дна I₀ и уклон поверхности жидкости I_п равны.

При допущении, что для данного водовода n = const при любом наполнении, зависимость Q = f(Н) может быть представлена в виде

Теоретически это соотношение не зависит от коэффициента шероховатости n (или коэффициента гидравлического трения λ) и гидравлического уклона I и является лишь функцией формы поперечного сечения. Для каналов с прямоугольным поперечным сечением соотношение Q_отн = f(H_отн) зависит, кроме того, от относительной ширины канала β = В/Н_maх.

6.3. Для перехода от относительных зависимостей Q_отн = f(H_отн) к искомой зависимости Q = f(H) для рассматриваемого реального измерительного створа, проводят его калибровку, экспериментально определяя расход Q_к при некотором наполнении H_к.

Представляя выражение (6.1) в виде

где A - множитель, объединяющий постоянные величины для данного измерительного сечения, находят этот множитель по формуле

где ω_к и R_к - соответственно площадь живого сечения и гидравлический радиус при калибровке.

Подставляя значение А в выражение (6.3) при значениях ω и R, для случаев:

- максимального наполнения Н_maх в лотках U-образной формы с полукруглым сечением и каналах с прямоугольным поперечным сечением;

- наполнения 0,941Н_maх в водоводах с поперечным сечением круглой формы, находят Q_max для рассматриваемого створа.

6.4. Используя соответствующие графики или таблицы (приложения А и Б), по известным величинам Н_maх и Q_maх находят значения Q при различных наполнениях, т.е. получают искомую градуировочную характеристику

6.5. Предварительную калибровку водоводов допускается осуществлять расчетным методом с использованием формулы Шези (6.1). Основной исходной информацией для такого расчета являются проектные данные о форме и размерах сечения водовода, строительном уклоне и коэффициенте шероховатости стенок.

7. КАЛИБРОВКА ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО СТВОРА

7.1. Выбор способа экспериментальной калибровки

Для калибровки створа водовода используется метод определения расхода жидкости, основанный на известной зависимости распределения скоростей в измерительном сечении от его основных параметров: геометрических размеров и уровня заполнения.

7.1.1. Уровень заполнения водовода при калибровке должен быть не менее минимального уровня, указанного в технических характеристиках применяемого скоростемера.

7.1.2. Методику определения расхода сточной жидкости при калибровке реализуют одним из двух способов:

- по измерениям средней скорости потока V_cp и расчете расхода по формуле

- по измерениям максимальной скорости V_max (только для круглых и U-образных лотков) и расчете расхода по формуле

7.1.3. При выборе способа калибровки следует иметь в виду, что способ калибровки по средней скорости является более простым, так как в этом случае нет необходимости определять значение коэффициента N, который зависит от уровня заполнения водовода, расстояния от входа потока в водовод до измерительного сечения L и шероховатости стенок водовода Δ.

При реализации способа калибровки по средней скорости, в случае применения измерителя местной скорости, его устанавливают на ординату средней скорости Y_ср. Для водоводов круглой формы и U-образных лотков она располагается на вертикальной оси симметрии водовода, для прямоугольных лотков - на вертикали, отстоящей на 1/3B от стенки канала. Для водоводов и каналов любой формы ордината средней скорости Y_ср вычисляется по формуле:

и отсчитывается от минимальной отметки дна.

В случае применения измерителя местной скорости (гидрометрические вертушки, электромагнитные измерители скорости) измерения средней скорости выполняют с соблюдением рекомендаций МИ 13-92.

В случае применения измерителя средней скорости по всей площади сечения потока (доплеровские измерители скорости) измерения средней скорости выполняют с соблюдением рекомендаций МВИ ФР 1.31.2005.01607.

Однако точка средней скорости в случае применения измерителя местной скорости зачастую оказывается достаточно близко от дна при малом наполнении водоводов и даже небольшие отложения и взвеси могут повлиять на работу измерителя скорости. Кроме того, на ординате средней скорости градиент эпюры скоростей велик, и даже незначительное смещение при установке скоростемера может привести к существенной дополнительной погрешности измерений.

При реализации способа калибровки по максимальной скорости в значительной степени устраняются недостатки первого способа, связанные с размещением измерителя местной скорости вблизи дна канала. Однако возникает необходимость определения коэффициента N, который зависит, как отмечалось выше, от уровня заполнения водовода, расстояния от входа потока в водовод до измерительного сечения L и шероховатости стенок водовода Δ.

При реализации способа калибровки по максимальной скорости в случае применения измерителя местной скорости:

для водоводов круглой формы и U-образных лотков ордината максимальной скорости располагается на вертикальной оси симметрии измерительного створа и определяется по таблицам приложения В;

для водоводов прямоугольной формы калибровка производится по скорости, измеренной на поверхности потока, при этом ордината измерения скорости устанавливается вблизи поверхности потока на вертикали, отстоящей на 1/3В от стенки канала; измерения скорости вблизи поверхности потока выполняют с соблюдением рекомендаций МИ 14-92.

Следует отметить также, что точка максимальной скорости располагается вблизи поверхности потока и поэтому размеры скоростемера должны быть достаточно малыми и не вносить дополнительную погрешность в измерения. Так, например, при использовании в качестве измерителя скорости гидрометрической вертушки, необходимо соблюдать условие

где Н_к - наполнение канала при калибровке;

Y_max - ордината максимальной скорости;

d - диаметр гидрометрической вертушки.

В случае применения измерителя максимальной скорости по всей площади сечения потока ((доплеровский измеритель скорости типа ADS3600/5600) измерения максимальной скорости выполняют с соблюдением рекомендаций МВИ ФР 1.29.2003.00894.

7.1.4. При любом способе калибровке требуется определить значения величин по таблицам и (или) графикам. В данной методике принято, что промежуточные значения величин определяются линейной интерполяцией по формуле

7.1.5. При несоблюдении требований п.п. 6.2. и выявлении индивидуальных гидравлических характеристик потока, при которых для разных уровней наполнения значения определяемых Q_max ≠ const, для калибровки возможно использование многоточечного метода определения расхода жидкости с повторением операций, предусмотренных п.п. 7.1.1 - 7.1.3 на малых, средних и больших уровнях наполнения измерительного створа. Расходная характеристика Q = f(H) при многоточечном методе строится плавным сопряжением нескольких расходных характеристик, полученных для разных уровней наполнения водовода.

7.1.6. При наличии в трубопроводе круглой формы твердого, не размывающегося и не изменяющегося во времени осадка, имеющего форму сегмента с горизонтальной верхней поверхностью, или постоянного начального ненулевого уровня воды при нулевом расходе, возможна калибровка измерительного сечения по той же процедуре, что и для трубопровода без осадка, с определением основных необходимых для калибровки величин R_отн = R/D, ω_отн = ω/D², Q_отн = Q/Q_max в соответствии с приложением Е. В этом случае уровень наполнения водовода при калибровке вычисляется с учетом толщины осадка, или постоянного начального ненулевого уровня воды при нулевом расходе

7.2. Калибровка по средней скорости

7.2.1. Определяют диаметр водовода (лотка) или ширину прямоугольного сечения канала.

Диаметр трубы (лотка) в выбранном измерительном сечении измеряют средством измерений линейных размеров не менее чем в трех направлениях (под 120°) и за значение диаметра D принимают среднее арифметическое этих измерений.

Ширину прямоугольного канала в измерительном створе (В) определяют телескопической линейкой или рулеткой на трех уровнях сечения: у дна канала, на уровне, соответствующем максимальному наполнению, и посередине между ними. На каждом уровне выполняют три измерения, находя средние арифметические В₁, В₂ и В₃. За действительное значение ширины канала В принимают среднее арифметическое значений В₁, В₂ и В₃.

Эти измерения следует проводить в подготовительный период при опорожненном канале или минимальном его наполнении.

7.2.2. Измеряют уровень заполнения H_к.

Для этого с помощью выбранного средства измерения линейных размеров измеряют расстояние от выбранной неподвижной базы до дна водовода, а затем - до поверхности жидкости. Уровень жидкости H_к вычисляют как разность этих измерений. Измерение проводят по центральной вертикали.

При небольших скоростях течения (менее 0,3 м/с) допускаются прямые измерения уровня путем погружения измерительных средств, предварительно натертых мелом, в жидкость.

7.2.3. Определяют площадь живого сечения со и гидравлический радиус R при измеренном наполнении.

- Для водоводов круглой формы

где ω_отн - относительная площадь живого сечения, определяемая в соответствии с приложением А или приложением Е;

где R_отн - относительный гидравлический радиус, определяемый в соответствии с приложением А или приложением Е.

- Для лотков U - образной формы при H/D < 0,5

а гидравлический радиус

где χ_u - смоченный периметр лотка:

- Для каналов прямоугольного сечения

а гидравлический радиус

Значения ω_отн и R_отн для лотков U-образной формы и для каналов прямоугольного сечения определяют в соответствии с приложением А.

7.2.4. Находят ординату средней скорости потока Y_ср в соответствии с приложением В или, для водоводов круглой формы, вычисляют по формуле (7.4).

7.2.5. На штанге с мерными делениями закрепляют вертушку или другой измеритель местной скорости на расстоянии Y_cp от конца и измеряют скорость V_cp в соответствии с нормативными документами на скоростемер.

В случае применения измерителя средней скорости по всей площади сечения потока (доплеровские измерители скорости типа Teledyne ISCO, Mainstream, Sigma), измеритель в водоводах любой формы устанавливают в соответствии с рекомендациями МВИ ФР 1.31.2005.01607 и руководствами по эксплуатации применяемых измерителей;

7.2.6. Расход Q_к вычисляют по формуле (7.1).

7.2.7. Вычисляют относительное наполнение Н_к/Н_maх, где Н_maх = D для водоводов круглой и U-образной формы сечения. Далее, в соответствии с приложением А или приложением Е для относительного наполнения Н_к/Н_maх находят соответствующий ему относительный расход Q_отн = Q_к/Q_max откуда определяют

7.2.8. Зная значения (Q_mах и Н_maх, по таблицам приложения А или приложения Е по соответствующим графикам приложения Б или приложения Е определяют значения расходов Q при различных наполнениях Н, т.е. получают градуировочную характеристику сечения в виде таблицы или графической зависимости Q = f(H).

7.2.9. Полученную градуировочную характеристику вводят в вычислительное устройство расходомера-уровнемера.

7.3. Калибровка по максимальной скорости

Калибровку по максимальной скорости, как с применением измерителя местной скорости, так и с применением измерителя максимальной скорости по всей площади сечения потока, выполняют в той же последовательности, что и калибровку по средней скорости, согласно п.п. 7.1 и 7.2, но с учетом необходимости определения коэффициента N:

- определяют диаметр водовода (лотка) или ширину прямоугольного сечения канала (п. 7.2.1);

- измеряют уровень (наполнение) Н_к (п. 7.2.2);

- определяют площадь живого сечения ω и гидравлический радиус водовода R (п. 7.2.3);

- измеряют максимальную скорость потока:

в случае применения измерителя местной скорости:

для круглых водоводов и U-образных лотков с наполнением до 0,5D определяют ординату максимальной скорости Y_mах в соответствии с приложением В;

для прямоугольных лотков проводят измерения скорости вблизи поверхности потока;

устанавливают измеритель местной скорости на штанге на найденной ординате и измеряют скорость движения потока V_mах. Измерение скорости целесообразно проводить неоднократно, незначительно (до 5 %) меняя ординату размещения скоростемера с тем, чтобы проверить правильность нахождения точки максимальной скорости;

в случае применения измерителя максимальной скорости по всей площади сечения потока, измеритель в водоводах любой формы устанавливают в соответствии с рекомендациями МВИ ФР 1.29.2003.00894;

- определяют значение N по приложению Г, значение N зависит от шероховатости стенок водовода, которой (шероховатостью) задаются согласно приложению Д:

для водоводов круглой и U-образной формы сечения значения N по таблицам ПГ.1 - ПГ.21 как с применением измерителя местной скорости, так и с применением измерителя максимальной скорости по всей площади сечения потока;

для водоводов прямоугольной формы:

в случае применения измерителя местной скорости значения N по таблице ПГ.22 или с использованием рисунка ПГ.1;

в случае применения измерителя максимальной скорости по всей площади сечения потока значения N в соответствии с рекомендациями МВИ ФР 1.29.2003.00894;

- вычисляют расход по формуле (7.2);

- определяют градуировочную характеристику измерительного сечения, используя таблицы приложения А, и вводят ее в вычислительное устройство расходомера-уровнемера (п.п. 7.2.7 - 7.2.9).

7.4. По результатам калибровки составляют протокол произвольной формы, например, по форме, представленной в приложении Ж.

7.5. Предварительная калибровка измерительного створа в строящихся и реконструируемых водоводах расчетным методом

При калибровке измерительного створа расчетным методом считают, что расчетный расход сточных вод поступает на вход измерительного участка, а режим движения жидкости на измерительном участке - равномерный.

При принятом допущении, что течение жидкости имеет установившийся и равномерный характер гидравлический уклон приравнивается к строительному.

Для калибровки створа расчетным методом используется формула Шези (6.1). Коэффициент Шези С рассчитывается по формуле Павловского

где у - показатель степени, зависящий от значения коэффициента шероховатости и гидравлического радиуса:

Допускается для упрощения принимать показатель степени у = 1/6 и выполнять расчеты коэффициента С по формуле Маннинга:

Расчет выполняется в следующей последовательности.

Задаются форма (круглый, прямоугольный), размеры сечения водовода (диаметр D или ширина В и высота H_max) уклон заложения I.

В зависимости от материала водовода в соответствии с приложением 6 выбирается коэффициент шероховатости n.

С помощью приложения А или приложения Е задаются значения относительного гидравлического радиуса R_отн = R/D при H/D = 0,940961 для круглых водоводов или R_отн = R/H_max при H/H_max = 1 для некруглых водоводов и относительной площади живого сечения ω_отн = ω/D² при H/D = 0,940961 для круглых водоводов или ω_отн = ω_отн/B⋅H_max при Н/H_max = 1 для некруглых водоводов.

Для заданных значений R_отн и ω_отн вычисляются значения гидравлического радиуса R = R_отн⋅D и ω = ω_отн⋅D².

Рассчитывается показатель степени у по формуле (7.17) и определяется коэффициент Шези С по формуле (7.16) или коэффициент Шези определяют по формуле (7.18).

Q_max для рассматриваемого створа рассчитывают по формуле (6.1).

Расчет калибровочной характеристики, т.е. нахождение зависимости Q = f(H) для требуемого количества значений уровня наполнения проводится по приложению А или приложению Е.

Точность калибровки расчетным методом не превышает ±20 %. Это обусловлено следующими факторами:

а) в соответствии с ГОСТ 10704-91, ГОСТ 10705-80 и ГОСТ 51613-2000 допуск на диаметр (D) труб не превышает 1 %;

б) в соответствии со СНиП 2.04.03-85 и СНиП III-30-74 фактический строительный уклон (I) может отличаться от проектного на ±20 %;

в) фактический коэффициент шероховатости (n) для разных материалов трубопроводов может отличаться от табличного на ±10 %.

В связи с низкой точностью этого метода его результаты не могут быть использованы при организации коммерческого учета, а только для предварительных расчетов.

8. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ И ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

8.1. Производство работ по определению расходов сточной жидкости в системах канализации осуществляют в соответствии с действующими «Межотраслевыми правилами по охране труда при эксплуатации водопроводно-канализационного хозяйства» ПОТ Р М-025-2002. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002.

8.2. Перед спуском людей в колодец, где проводят измерения, проверяют его загазованность аттестованными средствами, предусмотренными ПОТ Р М-025-2002.

9. ТРЕБОВАНИЯ К КВАЛИФИКАЦИИ ОПЕРАТОРОВ

9.1. К выполнению измерений допускаются лица, достигшие 18 лет, имеющие квалификацию оператора не ниже 4-го разряда, прошедшие обучение и проверку знаний требований охраны труда в соответствии с ГОСТ 12.0.004, годные по состоянию здоровья и изучившие настоящий документ.

9.2. К обработке результатов измерений допускаются лица с образованием не ниже среднего, изучившие настоящий документ.

10. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

10.1. При подготовке к измерениям проводят работы согласно требованиям, излагаемым в соответствующих разделах технической документации на средства измерений.

10.2. Составляют программу вычислений, используя полученную в результате калибровки зависимость Q = f(H).

10.3. Инсталлируют программу в вычислительное устройство расходомера-уровнемера.

10.4. При измерениях расхода и объема выполняют операции согласно технической документации на используемые средства измерений.

10.5. Измерение расхода водных потоков проводится в автоматическом режиме. На дисплее расходомера в режиме реального времени отображаются значения текущего расхода и объем воды, прошедшей с начала работы расходомера.

10.6. Если требуется суточный учет объема и расходомер подключен к автоматизированной системе контроля и управления, то программой обработки данных должно быть предусмотрено обнуление в 00-00-00 часов-минут-секунд каждых суток значения объема воды. Значение объема, полученное на момент суточного времени 24-00-00, является суточным объемом, которое используется, например, для учетно-расчетных операций и заносится в архив.

11. ОБРАБОТКА И ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

11.1. Результаты измерений обрабатывают в соответствии с технической документацией на расходомер и при необходимости, специально подготовленными инструкциями для решения конкретных задач контроля, учета и управления.

11.2. Результаты измерений хранят в памяти расходомера и (или) компьютера автоматизированной системы контроля и управления.

12. КОНТРОЛЬ ТОЧНОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

12.1. Контроль точности обеспечивается своевременной поверкой используемого расходомера-уровнемера и калибровкой измерительного створа.

При применении:

- расходомера ЭХО-Р-02 поверку проводят в соответствии с методикой поверки руководства по эксплуатации АЦПР.407154.012 РЭ;

- расходомера ВЗЛЕТ РСЛ поверку проводят в соответствии с методикой поверки руководства по эксплуатации В 18.00-00.00 РЭ.

В случае применения других типов расходомеров - согласно методикам поверки этих приборов.

12.2. В состав операций контроля точности результатов измерений должна входить калибровка измерительного створа, оформляемая, как правило, в виде отдельного документа (протокола калибровки). Форма протокола калибровки устанавливается организацией, выполняющей калибровку. Калибровку следует проводить при изменениях гидравлического режима в измерительном створе, вызываемых подключением дополнительных трубопроводов выше или ниже по течению, при выявлении нарушения однозначности зависимости Q = f(H) при каких-либо режимах водопропуска. Проверку соответствия фактической расходной характеристики Q = f(H), ранее введенной и записанной в паспорте расходомера, следует проводить не реже одного раза в два года.

Приложение А

Значения относительной площади живого сечения, относительного гидравлического радиуса и относительного расхода

Таблица ПА.1. Значения относительной площади живого сечения ω_отн, относительного гидравлического радиуса R_отн и относительного расхода Q_отн для водовода круглого сечения и U-образного лотка при H_mах = D

Примечания

1. Табличные значения рассчитаны с помощью специальной программы для гидравлических расчетов WinFluid компании Hydreka (Франция) с применением стандартных средств Microsoft Office Excel.

2. Для водовода круглого сечения функция R_отн = f(H/D) имеет точку перегиба при значении H/D = 0,817197, функция Q_отн = f(H/D) имеет точку перегиба при значении Н/D = 0,940961

3. При выполнении линейной интерполяции точка перегиба не должна находиться внутри интервала интерполяции.

Таблица ПА.2. Значения относительной площади живого сечения ω_отн, относительного гидравлического радиуса R_отн и относительного расхода Q_отн для водоводов прямоугольного сечения при соотношениях ширины и высоты В/Н_max = 0,25 и В/Н_max = 0,5

Примечание 1. Табличные значения рассчитаны с помощью специальной программы для гидравлических расчетов WinFluid компании Hydreka (Франция) с применением стандартных средств Microsoft Office Excel.

Таблица ПА.3. Значения относительной площади живого сечения ω_отн, относительного гидравлического радиуса R_отн и относительного расхода Q_отн для водоводов прямоугольного сечения при соотношениях ширины и высоты B/H_max = 0,75 и B/H_max = 1,0

Примечание 1. Табличные значения рассчитаны с помощью специальной программы для гидравлических расчетов WinFluid компании Hydreka (Франция) с применением стандартных средств Microsoft Office Excel.

Таблица ПА.4. Значения относительной площади живого сечения ω_отн, относительного гидравлического радиуса R_отн и относительного расхода Q_отн для водоводов прямоугольного сечения при соотношениях ширины и высоты B/H = 1,25 и В/Н_max = 1,5

Примечание 1. Табличные значения рассчитаны с помощью специальной программы для гидравлических расчетов WinFluid компании Hydreka (Франция) с применением стандартных средств Microsoft Office Excel.

Таблица ПА.5. Значения относительной площади живого сечения ω_отн, относительного гидравлического радиуса R_отн и относительного расхода Q_отн для водоводов прямоугольного сечения при соотношениях ширины и высоты B/H_max = 1,75 и B/H_max = 2,0

Примечание 1. Табличные значения рассчитаны с помощью специальной программы для гидравлических расчетов WinFluid компании Hydreka (Франция) с применением стандартных средств Microsoft Office Excel.

Приложение Б

Графики зависимостей расхода жидкости от уровня в водоводах различного профиля

Рис. ПБ.1. Зависимость расхода жидкости от ее уровня в водоводе круглого сечения

Рис. ПБ.2. Зависимость расхода жидкости от ее уровня в водоводе U-образного сечения

Рис. ПБ.3. Зависимость расхода жидкости от ее уровня в канале прямоугольного поперечного сечения

Примечания

1. Графики построены по табличным значениям, рассчитанным с помощью специальной программы для гидравлических расчетов WinFluid компании Hydreka (Франция) с применением стандартных средств Microsoft Office Excel.

2. Значения относительного расхода для водовода круглой формы рассчитаны нормированием относительно максимального значения при относительном наполнении H/D = 0,940961.

Приложение В

Значения относительных ординат средних и максимальных скоростей

Таблица ПВ.1. Значения относительных ординат для измерения средней скорости Y_ср/D и максимальной скорости Y_max/D для водоводов круглого сечения и для лотков U-образной формы при H_max = D

Примечания

1. Табличные значения Y_cp/D рассчитаны с помощью специальной программы для гидравлических расчетов микрокомпьютерного расходомера-скоростемера МКРС компании НПП «Водкосмос» (республика Беларусь) и соответствующей МИ 13-92 Расход воды в каналах. Методика выполнения измерений по средней скорости в одной точке гидрометрического створа, с применением стандартных средств Microsoft Office Excel.

2. Табличные значения Y_max/D рассчитаны исходя из соответствующих таблиц предыдущих методик НИИ КВОВ АКХ им. К.Д. Памфилова и ВНИИ ВОДГЕО 1987 г. и МИ 2220-96, полученных на основе экспериментальных исследований, с исправлением отдельных значений для придания закономерного монотонного характера искомой функции Y_max/D = f(H/D), с применением стандартных средств Microsoft Office Excel.

Таблица ПВ.2. Значения относительных ординат для измерения средней скорости Y_max/H_max для лотков прямоугольной формы с высотой H_max равной ширине В и различных значениях коэффициента шероховатости стенок канала n.

Примечание 1. Табличные значения Y_ср/H_mах рассчитаны с помощью специальной программы для гидравлических расчетов микрокомпьютерного расходомера-скоростемера МКРС компании НИИ «Водкосмос» (республика Беларусь) и соответствующей МИ 13-92 Расход воды в каналах. Методика выполнения измерений по средней скорости в одной точке гидрометрического створа, с применением стандартных средств Microsoft Office Excel.

Приложение Г

Значения ТУ для водоводов с различной шероховатостью стенок

Таблица ПГ.1

Таблица ПГ.2

Таблица ПГ.3

Таблица ПГ.4

Таблица ПГ.5

Таблица ПГ.6

Таблица ПГ.7

Таблица ПГ.8

Таблица ПГ.9

Таблица ПГ.10

Таблица ПГ.11

Таблица ПГ.12

Таблица ПГ.13

Таблица ПГ.14

Таблица ПГ.15

Таблица ПГ.16

Таблица ПГ.17

Таблица ПГ.18

Таблица ПГ.19

Таблица ПГ.20

Таблица ПГ.21

Примечание 1. Табличные значения N = f(H/H_mах) в таблицах ПГ.1 - ПГ.21 рассчитаны с помощью специальной программы для гидравлических расчетов компании «НКФ Волга» (Россия) и соответствующей МВИ ФР 1.29.2003.00894. Методика выполнения измерений расхода при независимых измерениях максимальной скорости течения и глубины жидкости, с применением стандартных средств Microsoft Office Excel.

Таблица ПГ.22. Значения коэффициентов N = V_ср/V_пов для пересчета измеренной скорости вблизи поверхности потока в среднюю скорость для лотков прямоугольной формы с высотой Н_max равной ширине В и различных значениях коэффициента шероховатости стенок канала n.

Примечание 1. Табличные значения Y_cp/H_max рассчитаны с использованием МИ 14-92 Расход воды в каналах. Методика выполнения измерений по средней скорости в одной точке гидрометрического створа на свободной поверхности потока с применением стандартных средств Microsoft Office Excel.

Зависимость V_пов/V_ср для лотков прямоугольной формы

Рис. ПГ.1. Зависимость коэффициента для пересчета измеренной вблизи поверхности скорости в среднюю скорость потока для лотков прямоугольной формы

Приложение Д

Значения эквивалентной шероховатости стенок водоводов

Таблица ПД.1

Примечание 1. Табличные значения заимствованы из:

А.Д. Гиргидов. Механика жидкости и газа (гидравлика). Учебник для вузов. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2002, 545 с.

А.Я. Добромыслов. Таблицы для гидравлических расчетов безнапорных труб из полимерных материалов. М: ТОО «Издательство ВНИИМП», 2004. - с ил.

МВИ ФР 1.29.2003.00894. Методика выполнения измерений расхода при независимых измерениях максимальной скорости течения и глубины жидкости

Приложение Е

Зависимости относительной площади живого сечения, относительного
гидравлического радиуса и относительного расхода от относительного наполнения для
водоводов круглого сечения при наличии в водоводе неизменяющегося во времени осадка
или постоянного ненулевого начального уровня наполнения при нулевом расходе

Значения величин R_отн = R/D, ω_отн = ω/D², и Q_отн = Q/Q_mах определяются в соответствии с таблицами ПЕ.1, ПЕ.3, ПЕ.5 и рисунками ПЕ.2, ПЕ.4, ПЕ.6. Уровень наполнения водовода вычисляется с учетом толщины осадка или постоянного ненулевого начального уровня при нулевом расходе, т.е.

Таблица ПЕ.1. Значения относительного гидравлического радиуса

Рис. ПЕ.2. Зависимость относительного гидравлического радиуса  для водовода круглого сечения при различных значениях осадка или ненулевого начального уровня.

Таблица ПЕ.3. Значения относительной площади живого сечения

Рис. ПЕ.4. Зависимость относительной площади живого сечения со для водовода круглого сечения при различных значениях осадка или ненулевого начального уровня.

Таблица ПЕ.5. Значения относительного расхода

Рис. ПЕ.6. Зависимость относительного расхода Q_отн = Q/Q_mах для водовода круглого сечения при различных значениях осадка или ненулевого начального уровня.

Примечание 1. Табличные значения рассчитаны с помощью специальной программы для гидравлических расчетов WinFluid компании Hydreka (Франция) с применением стандартных средств Microsoft Office Excel, графики построены с применением стандартных средств Microsoft Office Excel.

Приложение Ж

Пример оформления Протокола калибровки по одной точке с измерением максимальной скорости гидрометрической вертушкой