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常用量水堰槽使用技术


如何选择量水堰槽
非满管状态流动的水路称作明渠(open channel),明渠流量计的应用场所有城市供水引水渠、火电厂冷却 水引水和排水渠、污水治理流入和排放渠、工矿企业废水排放以及水利工程和农业灌溉用渠道。 选择量水堰槽的种类,要考虑渠道内流量的大小,渠道内水的流态,是否能形成自由流。最大流量小于 40 升/秒建议使用直角三角堰;大于 40 升/秒建议使用巴歇尔槽;上游渠道较短,最大流量又大于 40 升/秒建 议使用矩形堰。 条件允许,最好选择巴歇尔槽。巴歇尔槽的水位-流量关系是由实验室标定出来的,而且对于上游行进渠槽 条件要求较弱。三角堰和矩形堰的水位-流量关系来源于理论计算,容易由于忽略一些使用条件,带来附加 误差。

三角堰
材料:PVC、玻璃钢、不锈钢可选。 流量越大,相应增加壁厚。 注意事项: ◇ 三角口处的尺寸准确、缘台平直、光滑。板面光滑、平整、无扭曲。; ◇ 三角堰的中心线要与渠道的中心线重合。 ◇ j 为堰板嵌入渠道墙的部分,尺寸请用户根据现场情况而定。 适应范围: ◇ 三角堰可按图 1.1 加工。注意:安装该直角三角堰的上游渠道宽是 600mm,三角顶角与上游渠底的高 度是 250mm。 ◇ 如使用图 1.1 直角三角堰,可在明渠菜单“10 堰槽种类”→“1 直角三角堰”项选择“开启”,仪表内已有该 堰板的水位-流量表,可根据水位值直接给给出流速。 最小流量 0.0136 升/秒,最大流量 45.010 升/秒(162 吨/小时)

图 1.1 直角三角堰堰板构造

图 1.2 三角堰建造效果图

图 1.3 三角堰在渠道上的安装和三角堰的水位零点 三角堰安装在渠道上如图 1.3 所示。堰板要竖直,要安在渠道的中轴线上。加工三角堰时,可以会使顶角 变成圆角,在确定水位等于零的位置时要注意,三角堰的水位零点应在三角堰的侧边的延长线的交点上。 仪表的探头要安装在上游距离堰板 0.5~1 米的位置。

二:矩形堰
材质:PVC、玻璃钢、不锈钢可选。 流量越大,相应增加壁厚。 注意事项: ◇ 矩形口处的尺寸要准确、缘台平直、光滑。板面光滑、平整、无扭曲。 ◇ 矩形堰的中心线要与渠道的中心线重合。

◇ j 为堰板嵌入渠道墙的部分,尺寸请用户根据现场情况而定。 适用范围: ◇ 矩形堰可按图 2.1 加工,注意:矩形堰的水位-流量关系主要取决于堰口宽的“b”。也与上游渠道宽“B” 和堰坎高“p”有关。 ◇ 如使用图 2.1 的矩形堰,可以在明渠菜单“10 堰槽种类”→“2 矩形堰”项选择:0.25、0.50、0.75、1.00 (注:此选项代表堰口宽 b)仪表内已有该堰板的水位-流量表,可根据水位值直接给给出流速。 1:b=0.25 米最小流量 0.4375 升/秒(1.6 吨/小时),最大流量 56.907 升/秒(205 吨/小时) 2:b=0.50 米最小流量 0.8774 升/秒(3.1 吨/小时),最大流量 153.74 升/秒(553 吨/小时) 3:b=0.75 米最小流量 3.7488 升/秒(13 吨/小时),最大流量 539.04 升/秒(1941 吨/小时) 4:b=1.00 米最小流量 4.9780 升/秒(18 吨/小时),最大流量 687.36 升/秒(2474 吨/小时)

图 2.1 矩形堰的构造图

图 2.2 矩形堰建造效果图

图 2.3 矩形堰在渠道上的安装和矩形堰的水位零点 矩形堰安装在渠道上如图 2.3 所示。堰板要竖直,要安装在渠道的中轴线上。仪表的探头安装在距离堰板 0.5~1 米的位置。

三:巴歇尔槽
材质:PVC、玻璃钢、不锈钢可选。 流量越大,相应增加壁厚。 注意事项: ◇ j 的尺寸与渠道安装有关,请用户根据现场情况而定。 ◇ 巴歇尔槽的中心线要与渠道的中心线重合,使水流进入巴歇尔槽不出现偏流。 ◇ 巴歇尔槽通水后,水的流态要自由流。巴歇尔槽的淹没度要小于规定的临界淹没度。 ◇ 巴歇尔槽的上游应有大于 5 倍渠道宽的平直段,使水流能平稳进入巴歇尔槽。即没有左右偏流,也没有 渠道坡降形成的冲力。(参见下图) ◇ 巴歇尔槽安装在渠道上要牢固。与渠道侧壁、渠底连结要紧密,不能漏水。使水流全部流经巴歇尔槽的 计量部位。巴歇尔槽的计量部位是槽内喉道段。 适应范围: ◇ 巴歇尔槽构造如图 3.1。巴歇尔槽的标示尺寸是喉道宽度“b”。首先根据应用需要的最大流量,从“附录 一 巴歇尔槽水位-流量公式”中查出合适的巴歇尔槽的喉道宽“b”。再从“附录二 巴歇尔槽构造尺寸”中查出 对应喉道宽等于“b”的巴歇槽的其他尺寸。按图 3.1 加工成形,安装在渠道上如图 2.4 所示。 ◇ 使用巴歇尔槽, 可以在菜单“10 堰槽种类”→“3 巴歇尔槽”项选择“开启”。 根据喉道宽“b”, 从“附录三 常 用型号巴歇尔槽对应 b 值 c 值与 n 值,长宽高与最大流量”中查出修工系数 c 和指数 n,输入到菜单“9 设 置常数”→“1 修工系数 c”和“指数 n”,仪表就可以自动算出水位对应的流量值。

图 3.1 巴歇尔槽构造尺寸图

图 3.2 巴歇尔槽在渠道上的安装效果图

附表三:常用型号巴歇尔槽对应 b 值 c 值与 n 值,长宽高与最大流量

5 5.1

水堰 水堰的结构 水堰由堰板和堰槽构成。 堰板的结构如图 3 和图 4 所示(图 4 为装配式结构)。

5.1.1

5.1.1.1

堰口与内侧面成直角,唇厚为 2mm。向外侧倒 45° 倾斜面,毛刺应清除干净。

5.1.2 5.1.2.1 5.1.2.2

堰槽由导入部分、整流装置部分及整流部分构成。 堰槽(包括支承板)要坚固不易变形,可用钢板或者混凝土制成。 在堰槽上游应设置整流装置(4~5 道整流栅板),以减少水面的波动,推荐的栅孔尺寸如图 6 所

示。整流部分的宽度等于导入部分的宽度。

图6 5.1.2.3 5.1.2.4

栅孔尺寸

堰槽的底面和两侧面应平坦,侧面和底面应垂直。 全宽堰槽的两侧面应向外延长,如图 5 所示。延长壁应和两侧面一样平坦,与堰口边缘垂直,直

角允差± 延长壁上应设置通气孔, 5'。 通气孔应靠近堰口并在水头的下面, 以保证测量时水头内侧空气畅通, 通气孔的面积。 A≥Bhmax/140 堰)的垂直距离,m。 5.1.2.5 导入部分的容量应可能大此,这部分的宽度和深度不应小于整流装置下游的宽度和深度,导水管 应埋没在水中。 (8) 式中:hmax——最大堰水头,即水流的最高水面至堰口底点(直角三角堰)或堰口下边缘(矩形堰、全宽

5.1.2.6

堰槽的长度如图 7 所示,尺寸列于表 6。

5.2.2

小孔的位置距堰口(4~5)hmax,距堰口的下边缘及堰槽底面的尺寸不得小于 50mm,小孔不应有毛 堰的水头测定方法 应当在越过堰口流下来的水流与堰板不附着的情况下进行测量。 水堰的堰口至堰口外水池水面的高度不得少于 100mm。

刺,小孔的轴心线应和堰槽壁垂直。 5.3 5.3.1 5.3.2

5.3.3

可以采用钩针水位计或浮筒水位计(如图 9 所示)来测量水位,但水位不稳定时不能使用钩针水位

时,应将针先沉入水内再提上对准水平面,以消除表面张力的影响。除上述水位计外,也可采用水位测量 精度不低于这两种水位计的其他水位计。

5.3.4 5.3.4.1

水头测量的水位计零点的确定,其误差应在 0.2mm 以内。 矩形堰、全宽堰的确定方法(如图 10 所示):

a.先将临时测量用的特制的带钩针的水位测量仪卡固在堰口上, 并用水平仪找平, 读出图中“G”数值; b.将水放入堰槽中,并使水面低于堰口; c.再将特制的带钩针的水位测量仪的钩针下降并浸入水中,然后将钩针慢慢提起使针尖和水面一平, 如图 10(b)所示, 并读出图中“F”数值, 读数 G、 数值之差(“G-F”)即是堰口至堰槽中水面之间的距离; F d.将预先安装在至堰口(4~5)hmax 的测量截面处或小水桶内的永久性的测量水头的水位计的钩针下降, 使针尖和水面一平,并读出刻度数值。该读数值减去“G-F”数值,得到的数值即是测量水头的永久性水位

计的零点数值。

5.3.4.2

直角三角堰的确定方法

a.在堰口上放置和堰槽长轴平行的特制的直径 D 的圆棒,如图 11 所示,并用水平仪找平;

图 11 b.将临时测量用的特制的带钩针的水位测量仪放置在圆棒上面,钩针针尖和圆棒轴线切面的底线相接 触,然后按照矩形堰、全宽堰测量方法中的 b、c、d 进行。把永久性的水位计的读数值减去“G-F”的数值, 再减去 0.2071D 值,得到的数值即是永久性水位计的零点值。 5.4 5.4.1 水堰测量流量的计算公式 直角三角堰如图 12 所示。

图 12 流量的计算公式为:

直角三角堰

式中:a——流量系数,可查表 7,其不确定度 δ a/a=±1.0%; he——有效堰水头,m; he=h+Kh 式中:h——测量堰水头,m; Kh——补偿粘度和表张力影响的修正值,对直角三角堰 Kh=0.00085m。 表7 流量系数 a (10)

注:(1)可用内插法计算表中的中间数值; (2)E——堰口高度,即堰口底点至堰槽底面的高度,m。 适用范围: a.h/E≤0.4; b.h/B≤0.2; c.h=0.05~0.38m; d.E≥0.45m; e.B≥1.0m。 5.4.2 矩形堰和全宽堰(b/B=1)如图 13 所示。

图 13 流量的计算公式为:

矩形堰、全宽堰(b/B=1)

式中:a——流量系数,用下列公式计算: b/B=1(全宽堰),a=0.602+0.75h/E; b/B=0.9(矩形堰),a=0.598+0.064h/E; b/B=0.8(矩形堰),a=0.596+0.045h/E; b/B=0.7(矩形堰),a=0.594+0.030h/E; b/B=0.6(矩形堰),a=0.593+0.018h/E; b/B=0.5(矩形堰),a=0.592+0.010h/E; b/B=0.4(矩形堰),a=0.591+0.0058h/E; b/B=0.2(矩形堰),a=0.589-0.0018h/E; a 的不确定度 δ a/a=±1.5%; he——有效堰水头,m; he=h+Kh (12)

式中:h——测量堰水头,m; Kh——补偿粘度和表面张力的影响的修正值,对矩形堰、全宽堰 Kh=0.001m; he——堰口有效宽度,m; be=b+Kb 式中:b——测量堰口宽度,m; Kb——补偿粘度和表面张力的影响的修正值,从表 8 中查得。 (13)

注:用内插法计算表中的中间数值。 适用范围: a.h/E≤2.5; b.h≥0.03m; c.b≥0.15m(矩形堰); d.E≥0.10m; e.B-b/2≥0.10m(矩形堰)。 5.5 5.5.1 水堰流量测量不确定度的估算 直角三角堰: δ Q/Q=±[(δ a/a) +(δ δ
2 tg·φ /2

/tg·φ /2) +2.5 (δ he/h) ]

2

2

2

?

(14)

式中:δ a——流量系数的不确定度,δ a/a=±1.0%;
tgφ /2

——堰口开口角引起的不确定度; tg·φ /2=±100[(φ ht/ht) +(φ bt/bt) ] %
2 2 ?

δ

tg·φ /2/

(15)

式中:ht——三角堰底点到上口的高度; bt——三角堰上口的宽度; φ ht——三角堰底点至上口的高度测量不确定度; φ bt——三角堰上口宽度测量的不确定度; φ he——堰水头测量的不确定度; δ he=±[φ δ
he/ 2 h +

δ

2 ho + 2 h +

δ

2 kh + 2 ho +

(2sh) ]
2 kh +

2 ? 2 ? ]

(16) /h% (17)

h=±100[φ

δ

δ

(2sh)

式中:δ h——堰水头实测不确定度; δ ho——零点实测不确定度; δ kh——补偿粘度和表面张力影响的水头测量修正值的不确定度; sh——堰水头 n 次测量的标准偏差。 一般情况下,直角三角堰的流量测量不确定度 δ Q/Q=±(1~2)%左右。 5.5.2 矩形堰、全宽堰: δ Q/Q=±[(δ a/a) +(δ be/b) +1.5 (δ he/h) ] 式中:δ a——流量系数的不确定度,δ a/a=1.5%; δ be——堰口宽度测量不确定度; δ be=±[φ
2 b + 2 2 2 2 ?

(18)

δ

2 ? kb ] 2 b +

(19) δ
2 ? kb ]

δ be/b=±100[φ

/b%

(20)

式中:δ b——堰口宽度实测不确定度;

δ kb——补偿粘度和表面张力影响的堰口宽度测量修正值的不确定度; δ he——堰水头测量的不确定度; δ he=±[φ δ
he/ 2 h +

δ

2 ho + 2 h +

δ

2 kh + 2 ho +

(2sh) ]
2 kh +

2 ? 2 ? ]

(21) /h% (22)

h=±100[φ

δ

δ

(2sh)

一般情况下,矩形堰和全宽堰流量测量不确定度 δ Q/Q=±(1~4)%左右。


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