автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Трапецеидальный измерительный лоток в канализационных круглых трубах

.МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНЖЕНЕРНО - СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ им. В. В.КУЙБШЕВА

.На правах рукописи

АЛЬ SATTAMA МАХМУД

ТРАПЕЦЕЩЛШШ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ЛОТОК В КАНАЛИЗАДИШННХ КРУГЛЫХ ТРУБАХ

05.23.04 - Водоснабжение, канализация, строительные сиетеш охраны водных ресурсов

АВТО. РЕФЕРАТ диссертация ив соискание ученой er кандидата технических наук'

Москва - 1991

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени ишеяерно-строительном институте иы.В.Б.Куйбышева

I -

Научный руководитель кандидат технических. На

профессор В.К.ШЗДЛГ

Официальные оппоненты - доктор технических наух

профессор А.В.МШДОЭ - кандидат технических не в.н.рода

Ведущая организация , - М0СВ0Д0;ШШВГ;МПР0Ш '

тддт т. в > 5 ^ "

Защита состоится 1991 г. в

часов на заседании специализированного Совета К 053.11.08 в Московском инженерно-строительном институте ил. Б. В.Куйбшевг по адресу: 113214,Москва К-П4,Шлюзовая набережная,д. 8, в аудитории

С диссертацией моано ознакомиться в библиотеке институт

Просш.: Вао принять участие в защите и направить Баш от; по адресу: 12ЭЗБ7, Москва, Ярославское шоссе, д.26, МИСИ им.В.В.Куйбышева, Ученый Совет.

Автореферат разоолан

Л9« °Ц 1991 г.

Учевий секретарь : сисцгализирогзшного Совета •: к&кдэдат' технических наук, " "'! '/доденФ

ва.орлов

I-I

I

-1-я j ¡

iI-П

Iii.

I ,

i-

/ 4 t/" -

f—4 "

y f измерительный лотой. ■

Utî-

.':i—v. i. • ■■■

.hïï '' ' ',

П-П

,",¡ i.

'Г.- h^S:

> М«Л<* мм

100

< 'Л П

Рлс-.2,иамерцтклыш11 лоток в виде порога. .

' •' i' ' > '' 1____

t

i-

go

q ¿ 5,07 ni с

40' iO 80

> V

ЮО «20 h»,мм

Fiio.,4. Грайик зависийости , е Пл

1- h,=-f(h,)j 2- fy f(h,) J 2'- lv6-fOW>

> 2ЧЬг,при<| • 3 fj,„e. пги <)

••6-к I

С|« т„'6у^д н"г н5Л, , /2/,

где:" '' - | . _... •• ; ; ;"•■ , ■ ! ,

т,- глклм.у?Т<^7 у ,..•,; /з/

тёв '^Кит,.« т-т^к^^-кь» '

, Коэффициенты расходовп^ит,. будут зависеть от условий сааткя потока и скорости подхода. Поэтому представляется Целесообразным экспериментально установить ' зависимости , агаре коэффициентов от соотношения Н/? к уклона Подводшце-,го трубопровода. ! .. •.. _ ' / '

;;; .Вывод формулы доя Определения расхода воды через лоток , • можно, выполнить, используя и иной полуэмпирический метод. •

Если пренебречь потерям^ напора,' то уравнение Еернулли мож- ' ' йо записать й следуацен виде: ■ ■ /'

;'" НМнД-'. ■•":. Д/ ;

.-Для постоянного расхода на пороге лоткё а критической' глубиной бодцсМ/УИ ко. Решение уравнения,/5/. и. последупцее • преобразование V- >, • / • •.: следует зависимость: . . (

••¿у«,»-. г^рУ.: /6/

Таким образом , . '

, Экспериментальные данные целесообразно обрабатывать такае в , виде зависимостей;: \/тка1 р /" гл*Й ^ •

' Дай измерительного лотка в виде порога получена формула для: опредеДедиа расхода: ' ' / ,..'

; ' ' с|= го,.^^ > /М/ .

■ е тч?сСо5- •<••«■. /ц/ '

Коз^фщиенг расхода вероятнее всего будет зависеть ., ' оУ, отношения Н /5" к ¡/глот, подводящего лотка.

-7- ; ,

Как ц для трапецеидального лотка,для измерительного ! лотка.в ввде пброга формулу для определения'расхода мссшо ' получите, используя и иной додузширический метод. Введя обозначения ^¿рг * ">а > u)f vt,r и h* hw ' и учитывая, что для постоянного расхода на пороге 'Лртка о. критической глубп-ной воды -jpt =0,: решение уравнения /5/ приводит, к слет дуздей зависишсти: • ' " . ' • - 1

, " ' Д2/

Пз этого уравнения вытекает зависимость:

■ В соответствии о этими зависимостями шш зависимостями

-Щ)У Аз/

следует шполнять обобщение экспериментальных данных,. .

; В третьей главе опясиваатоя экспераиенталышз установка и методики исследошний, обработки и обобщения опытных ; данных. ■ \ : , . . '

; - Дня проведения исследований били созданы две экспериментальные уотановки,отличие которых состояло лишь в дашет-'.'-рах самотечных трубопроводов с измерительными лотками. Первая из них имела- самотечный трубопровод диаметром 127 мм,' а вто- > . :рая - 2Ö0 щ.' Экспериментальные установки представляли собой , .циркуляционные систеш и состояли из самотечных трубопроводов о исследуемыми измерительншш лотками, основного резервуара, циркуляционного насоса. • приемного Сака. Измерение расхода. производилось с помощью треугольных водосливов. В первой установке он бкл установлен в праешом баке /перед самотечным • трубопроводом/, а во второй - g основном баке/после самотечного трубопровода/. '

Задача исследований заключалась а установлении коэффициентов расходов в полученных вше фор,гулах /(¡J и /10/.

Оценка точности измерений показала, что принятые оборудование и. .методики исследований обеспечивали измерение пе-

■ речислеышос, вшае величия' о прёдедьпшй относительны)®. ошцй-. каш от + 0,24 до ± 4,8$.' /•' у; « /,,/ ;

Га первой- экспериментальной установке/с саяютечным.^рубо-^ проводои/Ц* 127 мм/ било проведено 7 серий с измерительным' у лотком, тралецэвдального сечений различных разыеров и 2-о$$т

■ о! измерительным лотком в вц^ё порога /рис.з/. ,Иа второй экспериментальной установке /с/ самотечным трубопроводом оГе^' ,/■

. ^00 ш/быяо щшедено 2 серии опытов /рис.З/.Одна серия ,с кзмерителкжш лоткОЫ трапецеидального сечейик и одна сорил /отлов - с измерительным ротком в'виде порога. Опнтк'.проведен-■;вие на второй экснершентаяьной установке, проводились для *' проверки; зависимостей и выводов, получений на первой Остановке.

г. В четвертой главе из-яожены результаты иоследбш&ий в их

...Опыты первых.трех сбрий,проведенных при рЬзинк, уклонах;, 'трубопровода.'.л расходах,были налравдены на лойбк Оптимальных,' размеров измерительного трапецеидального лотйа.при которых бы ' ' исклзчалиоь подтошёнве лотка снизу и под^ойаение самотечного .трубопровода перед лотком при'возмошпс расходах, а также ис-;юшчалось бы засорение трубопровода перед/ложои; Первые два . .условия проверялись"ао'итогам анализа графиков'зависимостей ¡И^-КЬ}) , Ь** и а {,/Которые отроились

в результате: проведения нсаздого . опыта /рис. 4/. Изменение глубина'/ достигалось.за счет прикрытия'заслонки в конце тру- , фпровода. Йа графики наносились также критическая глубина на ¿ороГэ измерительного лотка и нормальная глубина Ь3 при равномерном даикейш. воды в трубе при соответотвущеы уклоне тру-'брпроврда;И расходе'.- Об'отсутствий:подтопления .лотка свиде- . ! тель'ствовкяо '¿о,, что .^изменение глубин Но^и Ьг.* ? происходи-!■ ¡ю рф.НзГ1 Я» Пропуск возможного расхода без подто-„уплёния трубопровода перед лотком устанавливайся путем сравне- ', 7 нет/возможного расхода о макоимальнш расходом, обеспечивавиим-; ся ® спытех, Б опытах отроились faic.ce профили свободной повер-, х'ности воды,которые позволяли анализировать эти яе вопроси.Во всех помеяуадж. сериях такге прскзводнлась проверка возможности упоггянутых подтоше1ша.'

Таким образом бшш- установлс-.л следуэдие оптимальные размеры измерительного лотка,которое '<$аод; принята в четверг' той--серии опытов: Б1 6,1 сГ; ( =0,5'с1; тг = 1/3; "С а ' , ; 350 ш.;>' 8Н, При большей ширине по 'низу и меньшей залоае-'¡ш откосоа.чеу в первой серии изыерятеяышц, лоток ас1ладает, " ,большей пропускной способностью. Наличие >пандуса перед' лиг-, ■ ком существенно-уменьшав® вероятность'засорения трубопровода ' перед 'лотвдл. ■ ' '■

■ Опыты четвертой серии проведены при трех уклонах С = 0.р0;"0,005 и 0,008 и при ка-здом уклоне яри 20*30.разных расходах води от 0,й5 до £,2 л/сек.По итогам исследованай были построены грагши зависимости: ггц* -^С^0^ ) > т^К^зЦ').

' Из графиков следует,что коэ^|ициентыШ1 йгп^зазисят от отно-' шенияН/Б".-рдк зависимостей на обнаруживается. Результаты ;

опытов хорошо овдсываззтсяэшщшчеакшк защеишетаии* \ .' ' ".'..■р + ' /15/

' т2 >о,015-и?,07?{од| . '- • . /17/

■ ;. По итогам пселедоханяй - были достроены такке графика .. .'зависимости гпг.1-/^-^) ,в итого обработки-

■ которых подучены эмпирические зависимости: . , ".«.; ; . -• / ' '¡п^о.ш^-о.о?* ' Л8/

^пы* 0,242^-0,0$ 4. . !1М:.

• V., " Меаду опытными данными значенийтгц вычисленными знача-' .ниями П}г по формуле Дэ/ при значениях Ь^а <;" 0,5 кайлю-.

. дается-существенное расховдение.-Поэтому уравнение /10/ оле-:дуэт рассматривать как. приближенное. ' ' , ,",'.."■''

- ": В опытах пятой серии измерительный лоток шел укорочен. нуа' длину - о! и не шел пандуса. Опыты проведены при трех .. уклонах, я при каждом уклоне" при 2030 разных расходах. До ,

• итогам исследований били построены графики,аналогичные тем,| -которые были построены по опытам четвертой оерии,и полнены

следующие формулы для коэффициентов расходов: .'.'•■

+ • /21/ ' ^рагТ.шш зависимости * пЧ^^Ь^) ^ , I

. достаточно удовлетворительно описшзазтся уравнениями /18/ и '.. /19/. Однако уравнение /19/ в данйом случав следует рассмат-ришть как пргйшгаешое. . - '• ■ ' ; '

!' :В опытах' тестой серии измерительный лоток имел такав ае размеры,как и в опытах пятой серии,до был снабяен павдуоом. Состав и объем исследования были такими ;ке,как и в оштах пятой серии. В итоге построения по опытным данным графиков /рис,о/и их обработки били получены следующие формулы для . коэффициентов расходов: ■ "'.■'.• \

. , СП1* о,17б + о,г}8<од^- > /22/ '

• тг~о, + . ' . /23/

Графики зависимости т>\ <= 4 и гпг.--/^-^) достаточно удовлетворительно описываются уравненшет Дб/и . ; /19/. Однако уравнение /Е9/и,в данном случае следует рассматривать как прийлшвнное.' ' ' , » . '

- Результата экспериментальная исследований бита обработа- .-,ны также в виде графиков зависимостей /8/и /9/ /рис,о/.В итоге обработки графических зависимостей бйЛа получена формула для определения расхода:/ - ) ;

^о.з^зЭГ7 Н* . , /24/,

Последующий анализ показал,что формула/24/дает пракда-чеоки такие же результаты,как и формула /2/,/22/м /23/. ' '.''*

В итоге обработки опытных данных установлены вз'аимо-; связь мекяу коэффициентами расходов: ' ,., • . . , *"

тц,- ¿>,415<У11Г-0,ООВ /25/

В опатах седьмой серии приняты такие яе размеры измери-. тельного лотка, как л в шестой серии,но .подвод воды к измерительному лотка производился не по трубопроводу, а го'лотку . и -образной (¿ормьи Гакии образом воспроизводились условия устройства измерительного лотка после смотрового колодца. ., . В итоге иоследоЕшшН .аналогичных те!,I,которые выполнены 6 пре.дшгутчпй серил,получены с 1 еду про £-ормулй для коэ$- . фшшентов расходов: ' г • -.

т,

<ш

^М-кГТО ^ 1 ■""Г

"¡11 - . ;1

1 1 " 1 : ! 1 - ' - ; - I >

*! ] -' ! 1 ! • » - | ,

^ И в ..... г<

<р

с 1*

/ I?-г

/ ;

— . I

*" 5ис.о. Результа'ш опытов прн разных -.Ь .и-- •

I - по формуле /.'¿"Х/, т, .-' 2'-'го фордае./О-З/,. .

4.- по формуле / /'при равных: уклонах ¡- 0,00; 0,005:0,008

го

I

т^ 0,16 + 0,244'Свд ~ ^ /23/

тг - о,оВ +• 0,064^094 - /27/

и расхода ,-„

с) = 0,258 «дЗ Н2 • /2с/

Последулда анализ псказзд.что Цормула /23/ дает практически такие яе результата,как и формула /2/,/'¿¿>/ п /27/.

Сравнение формул /23/ и/24/ показывает,что при одном и том ;;;е напоре II расход в измерительном лотке,установленном после и -образного самотечного лотка,ыеньие,чем в измерительном лотке,установленном в круглой трубе. Это объясняется" баиьшш сопротивлением при входе воды в лоток в первом случае.

Таким образок для измерения расхода с успехом могут применяться укороченные трапецеидальные лотки с 4 =с! .установленные в круглой трубе и после О -образного лотка /после смотрового колодца/.

Проведены две серии опытов измерительного лотка в виде порога. Отличие второй серии опытов заключается линь в том, что измерительный логок был установлен после V -образного лотка. В обеих сериях измерительные лотки имели следу.э-дие размеры: Б =0,Го( -I ~ а . В обоих случаях лотки имели входные пандусы под углом 30° к горизонту.

Б обеих сериях била выполнена проверка на подтопление лотка снизу и трубопровода перед лотком при возможных расходах /кок описано выше/.

Результаты исследований измерительных лотков были обработаны графически /рис.5/.Со ним были получены расчетные *ор-мули. Ггчп лотка, установленного в круглой трубе /первая со-

рш/: • ; н .Г

т^Чо.о/б-^^Х-^У . /29/

т.м. 0,789(^)^0, ООкЬ /30/ ^ - (о,52 + 101') М* • /31/

Результаты расчетов по гТорнулам /31//?Ал/30/ получается практически раюшми, '

Дяя лотка, установленного в круглой трубе после У -абрадного ложа / вторая серия/:

т,«.* ¿«».ода ♦¿•Хт^'; /32/

+ /зз/

Результате расчетов по формулам /33/, /Ю/ и /С2/ получаются практически рагншп.

На второй экспериментальной установке с самотечный трубопроводом ^ =200 мм были проведены две серии опытов. В первой серии трапецеидальный лоток тлел такие относительные разлерц, и; и в шестой серии / эти измерительные дотки бшш геометрически подобны/. Во второй серии измерительной лоток в виде порога имел такие да относительные размеры, как п в • первой серии /эти измерительные лотки были геометрически подобны/, , ■

Сравнение подученных обширных данных в ранее выведенными формулами / на .основании опытных данных в измерительных лотках па, трубе о! =127 ш/ подтвердило справедливость (горлул , /22/, /28/ и /2-1/, а такав йорыул '/2Э/ и /31/.

Изложенное подтверждает справедливость ранее подученных, зависимостей для труб больших диаметров п различны:: размеров.

. В пятой главе описываются рекомендации по устройству . измерительных лотков и оборудованию их измерительной аппаратурой. * '.'..'■

Измерительные лотки трапецеидальной формы и в виде порога могут проектироваться па вновь строящихся канализационных- трубопроводах. Они могут успешно, устанавливаться- к на' де^ствуоцих трубопроводах. Выполнять измерительные лотки метано металлическими и аелезобетонныш.

- -.Измерительные лотки могут оборудоваться специальными автоматическими приборами для измерения напора с самопишущими УСТРОЙСТВОМ!!. ■ .

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДУ

. В результате пооведенных исследований получены следукь щие выводы и результаты.

1. Водомерные лотки на еаюэтечяых открытых/без пере-крцты:/ руелги: /лотгл: Вентурп, Шршдя, с критической глубинок, СЛШТК а'др./ дста1ьно исследокхнн, стандартизированы

и обеспечив&от высокую точность измерения расходов. Однако применение их в канализационных трубах' невозможно по ряду причин: особенности круглой форми трубц,возможности подтопления труб перед измерительным устройством,возмсшюстд засорения и др.

2. Известны конструкций измеригельшк устройств в трубопроводах замкнутого сечения:"лоток-дилиадр",лоток Палыле-ра-Боулуса н др. Применение их в каначкзрционнше трубах ограничено или практически невозможно вследствие противоречивости или отсутствия указаний о формулах и методике одреде-ленил расходов,возможности засорения труб и др..

S. Теоретически выведены формулы /2/,/5/и/Э/ для определения расхода в измерительном лотке трапецеидальной £орглы.

4. Теоретически. для измерительного лотка трапецеидальной £ормы получено уравнение /*3/, устанавливающее взаимосвязь меэду расходом и другим вллящиш '¿акторами /кроме гидра-шических сопротивлении/.

5. Теоретически выведены £орыулн /10/ и /II/ для определения расхода з измерительном лотке в йвде порога.

3. Теоретически для измерительного лотка в виде порога получено уравнение /12/,устанавливающее взаимосвязь ыезду расходш,ui и друга.® влияющими •¿акторами /кроме • гидравлических сопротивлений/.

' 7. Експериментальло определены оптимальная C'úpm и размеры ¡трапецеидального измерительного лотка, которые оказа-. лись следг^плто: Ь -0,5ol ; Б" =o,Id ; = 1/3. 'Дайна лотка 1,юз;ет быть равной либо -0 -g76d, либо i = d . Такой лоток обеспечивает измерение всех возмогших расходов без подто-плепия снизу и без подтопления трубопровода перед лотком. В _целях исключения выпаигния осадка поток мо^ет оборудоваться входным гаидуссм под утлом 30° К горизонту.

8. Дда измерительного лотка трапецеидальной §ор:.ш по— лученн эмпирические формулы /18/ и /17/¿а тают /18/ и/19/ для определения коаф^нциенгов'расходов п^иГП^ в формуле

расхода Л7.

I. Для цшарктедьиого трапецеидального лотка укороченной ддшш /при =с1/для' коэффициентов расходов получени формулы /20/И/21/.Длл этого лотка справедливы таксе горцаи /13/ п /1С/.

1С. Для измерительного трапецеидального летка укороченной длшщ с входннм пандусом для коэффициентов расходов получени формулц /22/ и./23/.'Для этого лотка справедлива тшаге формулы /18/ и /19/.

Для этого лотка получены такие формулы /24/ для непосредственного определение расхода и /25/,устанавливающая взашо-сеязь между коэффициентами яцигти .

II.Для аналогичного измерительного лотка,но установленного после смотрового колодца /после К-образного лотка/ получени соответствует аналогичные формулы /20/,/27/,а токе ■

г ормула: /23/.

12.Для измерительного лотка з виде пороха/при I = с1/ с вкоднш паннусом получены фор^улц /22/ и /50/ для определения коэффициента расходат«., в основной формуле /10/.'Для этого же лотка получена формула /31/ для непосредственного опреде-' ления расхода.

13.Для аналогичного измерительного лотка,но уотаиовлен-ного после смотрового колодца /после I) -образного лотка/ полу-

'чена соответствующая аналогичная формула /32/,- а также фор-цула /33/, ' •

14,Экспериментально, 'путем исследования трапецеидального измерительного лотка и измерительного лотка в зшдз порога на. самотечном, трубопроводе баяьиего диаметра «I =200 мм /геометрически подобных лотков/ была подтверздет справедливость формул /22/, /23/ а/24/,а такиеформуй/23/ и /31/.

•. ■ Таким образом оказываются справедливыми все полученные формулы для труб больших к разни:: диаметров.

15.Разработами рекомендации но устройству и оборудованию приборам» измерительных лотков п круглее .канализационных труба::.

Подписано а печать 23.04.91 Формат 60x84^/16 Печ. офс.

И-165 Объем I уч.-изд.л. Т.100 Заказ¿й' Бесплатно

Ротапринт ШСИ им.В,В.Куйбышева