Водомеры

Водомер системы Вентури

ВОДОМЕРЫ, приборы для измерения расхода воды. Для правильного ведения как в техническом, так и в экономическом отношениях водопроводного хозяйства необходимо учитывать воду, подаваемую водоподъемными станциями, и воду, отпускаемую потребителям. Разница между количеством подаваемой воды и количеством отпускаемой потребителю составляет неучитываемый расход воды, т. н. утечку, которая определяет, с одной стороны, техническое состояние водопроводных сооружений, с другой - экономическую выгодность эксплуатации. Водомеры служат для контроля технического состояния водопроводного хозяйства и измеряют потребленную и подлежащую оплате воду; они должны иметь достаточно надежную конструкцию, работать с определенной точностью и незначительно понижать нормального напора воды в сети. Для измерения больших количеств воды, подаваемых насосными станциями в сеть труб, а также для измерения больших расходов воды в самой сети применяют водомеры двух систем - Вентури и Вольтмана.

Водомеры системы Вентури (фиг. 1) применяются для измерения расхода воды в трубах диаметром от 150 до 1200 мм и выше.

Водомер системы Вентури

Действие водомеров основано на том гидравлическом принципе, что при вводе в суженную часть трубы скорость воды в последней увеличивается, а пьезометрическое давление уменьшается по формуле Бернулли:

Пьезометрическое давление уменьшается по формуле Бернулли

где v - нормальная скорость в трубе и р - давление в ней, a v0 - скорость в суженной части трубы и р0 - давление в этом месте, γ - удельный вес воды. На основании этой формулы расход воды

Формула расход воды

где F и F0 - площади сечения трубы нормальной и суженной, определится по формуле

vodomer 4

причем k (коэффициент водомера) равен

vodomer 5

Следовательно, расход воды в такой трубе будет пропорционален корню квадратному из разности давлений в нормальной и суженной части трубы. Обычно сужение сечения в трубе Вентури делается равным 1/9 площади сечения нормальной трубы. Водомеры этой системы учитывают проходящую через них воду с точностью до 3—5%, если соотношения между максимальным и минимальным количествами воды не выходят за пределы 15:1. При малых количествах воды точность показаний значительно понижается. Конструкция водомеров представляет конически суживающуюся и затем конически расширяющуюся трубу, вставляемую на фланцах в водопроводную трубу, расход воды по которой необходимо учесть (фиг. 2).

vodomer 6

От суженной и нормальной частей трубы Вентури отводятся пьезометрические трубки к регистрирующему аппарату, показывающему на основании разности давлений в трубках расход воды в трубе Вентури. Регистрирующий аппарат с гидравлической или электрической передачей и часовым механизмом показывает обычно как секундный расход воды, так и общий и вычерчивает диаграмму расхода. Производительность водомера системы Вентури характеризуется следующими данными:

Производительность водомера системы Вентури

Водомер системы Вольтмана (фиг. 3), употребляемый также для измерения больших расходов воды, построен по принципу скоростных водомеров и состоит из короткого цилиндрического корпуса, в котором на горизонтальной оси вращается спиральное колесо.

Водомер системы Вольтмана

Число оборотов этого колеса прямо пропорционально количеству протекающей по трубе воды, по формуле Q = F∙a∙n, где F - площадь сечения трубы, а - шаг спирального колеса, n - число об/сек., Q - расход воды в сек. Вращение спирального колеса передается посредством винтового зацепления системе колес часового механизма и стрелкам циферблата, на котором и показывается количество пропущенной воды. Вода, проходящая через водомер, почти не теряет своего первоначального напора, и поэтому водомеры этой системы могут применяться и при очень малых давлениях воды. Обычно водомеры ставят меньшего диаметра, чем труба, и соединяют с последней коническими патрубками. При нормальном расходе воды точность показаний водомеров довольно высока и ошибки не превышают ±2%. Водомеры системы Вольтмана строятся диаметром от 50 до 750 мм. Размеры и пропускная способность этих водомеров показаны в табл. 1:

Размеры и пропускная водомеров

Комбинированные водомеры. При значительном колебании в расходе воды и падении его ниже минимума применяются комбинированные водомеры, представляющие соединение вольтмановского водомера с малым крыльчатым водомером; оба водомера связаны особым переключающим приспособлением. Большой и малый водомеры в разных системах работают или параллельно или последовательно. Конструкция комбинированного водомера с параллельным соединением состоит из малого водомера, соединенного с трубой вольтмановского водомера через переключающий клапан. Действие переключающего клапана заключается в следующем: при малых расходах воды качающийся клапан своим весом закрывает отверстие, сообщающее трубу с водомером Вольтмана, и вода идет через малый водомер; при увеличившемся расходе воды клапан откидывается ее струей и открывает проход водомера Вольтмана. Для учета общего количества прошедшей воды необходимо суммировать показания обоих счетчиков. В другой конструкции (фиг. 4) соединены главный и вспомогательный водомеры последовательно, и переключающий клапан помещается за основным водомером.

Комбинированный водомер

Оба водомера, кроме своих контрольных счетчиков, имеют общий счетчик, соединенный с водомером по принципу свободного колеса, так что на нем отсчитываются показания только работающего в данное время водомера. При малых расходах воды последняя, не приводя в движение счетчика главного водомера при закрытом шаровом клапане, изменяет свое направление и проходит через вспомогательный водомер, отсчитывающий показания на главном счетчике. При больших расходах воды, при открытом клапане, вся вода проходит через главный водомер.

Водомеры для учета обычных количеств потребляемой воды в пределах от 40 до 20000 л в 1 час изготовляются самых разнородных конструкций. Основными группами этих водомеров являются водомеры объемные и водомеры скоростные. Объемные водомеры конструируются как поршневые, так и дисковые. Скоростные водомеры, основаны на том же принципе, что и водомеры системы Вольтмана, т. е. на принципе вращения протекающей водой крыльчатых колес, турбин и винтовых лопастей.

Поршневой водомер системы Фраже (фиг. 5) состоит из двух вертикальных цилиндров, в которых ходят поршни, и распределительной коробки; сверху все закрывается крышкой, со входным и выходным отверстиями для воды и счетным механизмом.

Поршневой водомер системы Фраже

Таким образом, оба поршня, работая последовательно, проталкивают всю учитываемую воду. Один из золотниковых штоков соединен собачкой и храповым колесом с механизмом счетчика, отмечая, таким образом, на циферблате последнего объем четырех ходов поршня. Водомеры этой системы учитывают малейшие расходы воды и являются очень точными и долговечными механизмами. Недостатками их являются: большой вес и громоздкость, сложность механизма, требующего дорогого ремонта, большая цена, возможные случаи самопроизвольного запирания воды при остановке поршней в мертвом положении и большие потери напора в них. Пропускная нормальная способность водомера системы Фраже при давлении в 3 atm характеризуется следующими данными:

Пропускная нормальная способность водомера системы Фраже

Дисковые водомеры (фиг. 6), относящиеся к типу объемных, состоят из сферической камеры, разделенной пополам подвижным плоским диском, качающимся на шаровой опоре и скользящим своими краями по поверхностям двух усеченных конусов.

Дисковый водомер

Вода, проходя через водомер, поворачивает диск, заполняя освобожденный им объем в камере; каждый поворот диска передается посредством стержня, укрепленного в шаровой опоре, счетному механизму, отсчитывающему посредством системы шестерен на циферблате количество пропущенной воды. Этот тип объемных водомеров отличается простотой конструкции, но подвергается быстрому износу, так как плотно пригнанный к гнезду шарик диска и плоскости его при попадании песчинок стираются и начинают пропускать воду в образовавшиеся зазоры. Производительность дисковых водомеров характеризуется следующими данными:

Производительность дисковых водомеров

Степень точности показаний прибора ±2%.

Самыми распространенными водомерами как за границей, так и в СССР являются скоростные водомеры. Скоростные водомеры изготовляются разнообразных систем, но конструкция всех их в общем однородна. Водомер (фиг. 7) состоит из бронзового корпуса, имеющего входной и выходной патрубки с резьбой, посредством которых он включается в водопроводную сеть.

Скоростной водомер

Входной патрубок снабжен сеткой, имеющей назначение задерживать твердые частицы, попадающиеся в воде; эта сетка может выниматься для чистки. В корпусе водомера в особой медной коробке помещается крыльчатое колесо, сделанное обычно из целлулоида, с несколькими лопастями. Это колесо вращается на вертикальной оси, опирающейся для уменьшения трения на подпятник из агата или эбонита. Ось соединена шестеренной передачей со счетным механизмом, который сконструирован по типу обыкновенного часового механизма и состоит из системы шестерен, со стрелками на конечных шестернях, показывающими на эмалевом циферблате единицы, десятки, сотни, тысячи, десятки тысяч, сотни тысяч м3. Во избежание ржавления шестерни и оси делаются из никеля и вращаются в агатовых подпятниках и эбонитовых втулках. Скоростные водомеры, изготовляемые в Германии, стандартизированы в деталях, и каждый размер водомера имеет определенную длину патрубков, чем упрощается перестановка водомеров на водопроводной сети. Скоростные водомеры обладают большой точностью показаний; ошибки нормально не более ±2%. Потеря напора в них минимальная; она почти в 2 раза меньше, чем в объемных водомерах. Пропускная способность водомера характеризуется количеством пропускаемой водомером воды в м3 в 1 час при потере напора в 10 м; по этому характерному расходу водомеры и классифицируются. В табл. 2 приведены данные для скоростных водомеров.

Данные для скоростных водомеров

Для проверки расхода воды в домах в течение суток с целью установления правильного калибра водомера или проверки правильности показаний существующего, а также для проверки исправности водопроводной сети и определения утечки воды в ней употребляются контрольные саморегистрирующие водомеры. Эти водомеры такой же конструкции, как и водомеры системы Вольтмана, комбинированные и другие, но снабжены кроме обычного счетчика саморегистрирующим аппаратом в виде барабана, приводимого в движение часовым механизмом и стержнем с пишущим пером, которое передвигается параллельно оси барабана пропорционально проходу воды через водомер. Расход воды в течение суток вычерчивается автоматически на бумаге барабана. Водомеры для учета потребляемой в доме воды ставят на подводящей водопроводной трубе в отапливаемом помещении за первой же со стороны входа стеной здания или в специальном колодце. В. считается работающим правильно, если ошибка в показаниях не превышает ±3% действительно израсходованной воды. Периодически через 2—3 года водомер поверяют контрольным водомером или на месте или в мастерской, для чего водомер снимают, с заменой его другим. Показания счетчика водомера служат основанием для оплаты потребленной воды. Снимаемые в случае порчи или для периодической поверки водомеры поступают в ремонтную мастерскую, где разбираются и очищаются от грязи, как механическим способом, так и разными химическими составами (едкий натр, соляная кислота). Эбонитовые и целлулоидные части, а также счетный механизм моют только в тепловатой содовой воде. Очищенные части тщательно просматривают, изношенные заменяют новыми или ремонтируют, корпуса испытывают гидравлическим давлением в 15 atm на прочность и непроницаемость. После ремонта и сборки водомер подвергают поверке на контрольных станциях. Контрольный аппарат (фиг. 8) состоит из мерного железного бака с поверочным столом и трубопроводом.

Контрольный аппарат состоит из мерного железного бака с поверочным столом и трубопроводом

Мерный бак снабжен указательным водомерным стеклом со шкалой, деления которой показывают объемы воды в баке; к баку же прикреплены ртутный и водяной манометры, показывающие давление воды и потери напора. На поверочном столе устроено приспособление для быстрого закрепления испытуемого водомера посредством нажимного винта. Через части этого приспособления водомер соединяется трубопроводами с мерным баком, причем подводящая труба идет от дна бака, а отводящая поднимается на верх бака, и т. о. за водомером имеется всегда известное противодавление, что необходимо для получения правильных результатов испытания. Так как водомер должен испытываться на переменные расходы воды, то в отводящую трубу включают особые калиберные шайбы с отверстиями, дающими определенный расход при постоянном давлении. Вместо калиберных шайб можно применять особый кран. Поверка водомера обычно сводится к следующим операциям: а) определение пропускной способности водомера при потере напора в 10 м водяного столба; б) установление точности измерений при разных количествах протекающей воды при полной нагрузке, 50%, 25% и 10% от нее; в) определение предела точности показаний водомера, т. е. при каком минимальном количестве воды водомер показывает с предельной точностью (±2%); г) определение предела чувствительности, т. е. при каком минимальном количестве воды водомер начинает работать; д) установление постоянства показаний водомера, т. е. невосприимчивость его к быстрому изменению давления и расхода воды. Для наглядности результаты поверки водомера наносят на диаграмму (фиг. 9), по оси абсцисс которой откладывают количества проходящей воды в час в м3, а по оси ординат - потери напора в водомере и процент неточности, соответствующие каждому количеству воды.

Результаты поверки водомера наносят на диаграмму

Применение водомеров на водопроводной сети для расчетов между потребителями и поставщиками воды регулируется особыми правилами, принятыми Главной палатой мер и весов, а также постановлениями водопроводных и санитарно-технических съездов.

 

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 3 - 1928 г.