НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ КОММУНАЛЬНОГО
ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ОЧИСТКИ ВОДЫ
НИИ КВОВ

РЕКОМЕНДАЦИЯ
ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА
ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ
РАСХОД СТОЧНОЙ ЖИДКОСТИ
В БЕЗНАПОРНЫХ ТРУБОПРОВОДАХ
МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ
ИЗМЕРЕНИЙ
МИ 2220-96
Срок введения
с 1.10.96 г.
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ
РАЗРАБОТАНА Научно-исследовательским институтом коммунального водоснабжения и
очистки воды
ИСПОЛНИТЕЛИ:
канд. техн. наук Т.М. Колискор,
канд. техн. наук В.М. Трескунов
СОИСПОЛНИТЕЛИ:
канд. техн. наук Л.И. Чесаков,
канд. техн. наук М.Н. Шафрановский
УТВЕРЖДЕНА И ЗАРЕГИСТРИРОВАНА во ВНИИМС 1 октября 1996
г.
Настоящая рекомендация
устанавливает методику выполнения измерений расхода сточных вод в безнапорных
трубопроводах диаметром от 0,1 до 3,0 м с поперечным сечением круглой формы и в
лотках U-образной формы с полукруглым сечением.
Настоящую рекомендацию
применяют для организации учета, в том числе коммерческого, сточных вод в
системах канализации и водоснабжения.
1. Общие положения
Метод измерений расхода
сточных вод в безнапорных канализационных коллекторах основан на зависимости
расхода воды от уровня заполнения трубопровода или измерительного лотка.
Для обеспечения возможности
автоматических измерений расхода в безнапорных трубопроводах и лотках выполняют
их калибровку по методу, разработанному НИИ КВОВ.
Суть метода состоит в
измерениях скорости движения потока, уровня заполнения трубопровода или лотка,
при котором выполнялись измерения скорости, и расчете на основе полученных
результатов градуировочной характеристики водовода.
Погрешность автоматических
измерений расхода складывается из погрешности калибровки трубопровода или лотка
и погрешности расходомера
,
где d - погрешность
автоматических измерений;
d1 - погрешность калибровки;
d2 - погрешность
расходомера-счетчика.
Допускается осуществлять
калибровку трубопроводов и лотков расчетным методом с использованием известной
формулы Шези. Основными исходными данными для такого
расчета являются строительный уклон трубопровода и коэффициент шероховатости
стенок. Однако уклон, указанный в строительной документации, очень часто не
совпадает с реальным, а коэффициент шероховатости
стенок изменяется в процессе эксплуатации. Поэтому калибровка трубопроводов и
лотков расчетным методом дает менее точные результаты, чем экспериментальным
методом НИИ КВОВ.
2. Калибровка трубопровода и лотка
2.1. Рекомендация составлена применительно к безнапорным трубопроводам с
замкнутым поперечным сечением круглой формы или полукруглым сечением (лоток U-образной формы), транспортирующим сточную жидкость, и позволяет
выполнять калибровку с погрешностью, не превышающей 2,5 %.
2.2. Условия выполнения измерений, при которых достигается необходимая
погрешность измерений (не более 4,0 %):
а) дно трубопровода не
должно подвергаться заилению или отложению осадка (допускаемая толщина слоя
осадка (ила), указана в табл. 1);
Таблица 1
Диаметр
трубы, м
|
0,1
|
0,2
|
0,3
|
0,4
|
0,5
|
0,6
|
0,7
|
0,8
|
0,9
|
1,0
|
1,1 - 1,5
|
1,6 - 2,0
|
2,1 - 2,5
|
2,6 - 3,0
|
Допускаемая толщина слоя осадка, мм
|
1
|
2
|
2
|
5
|
5
|
8
|
8
|
10
|
10
|
12
|
15
|
20
|
25
|
30
|
б) поток должен
быть, установившимся для чего длина прямого участка трубопровода, имеющего
постоянный уклон и диаметр без боковых присоединений перед измерительным
сечением, должна быть не менее 20H, а после него - не менее 10H (H -
максимальный уровень заполнения).
При несоблюдении этих
требований метрологические характеристики уточняют на основе проводимых
на объекте исследований;
в) измерительное сечение,
т.е. сечение, в котором располагают приборы для измерений скорости и уровня,
выбирают в середине трубопровода или лотка;
г) в измерительном сечении и
вблизи него не должно быть местных выступов, закладных деталей и других
предметов, вызывающих искажение уровня за счет местных возмущений потока.
2.3. Для калибровки трубопровода и измерительного лотка используют одноточечный
метод определения расхода сточной жидкости. Этот метод основан на известной
зависимости распределения скоростей в сечении
трубопровода от основных параметров: диаметра и уровня заполнения.
2.4. Методику определения расхода сточной
жидкости реализуют двумя способами:
-
по измерениям средней скорости потока (Vср)
и расчете расхода по формуле
Q = wVср, (1)
где w - площадь сечения потока
(определяется по формулам (5) и (7) соответственно для лотков
круглого и U-образного сечения);
- по измерениям максимальной
скорости потока (Vmax) и расчете расхода по
формуле
Q = wNVmax. (2)
Значения N
определяют по табл. 2.
Выбор способа зависит от
диаметра трубопровода и его наполнения. Первый способ используют, когда
расстояние максимальной скорости от поверхности жидкости меньше, чем 1,5
диаметра гидрометрической вертушки. В остальных случаях целесообразно применять
второй способ, так как измерения максимальной скорости проводят более точно,
чем любой другой скорости в сечении потока и, кроме того, при измерениях на
большем расстоянии от дна лотка существует меньшая вероятность налипания
загрязнений на вертушку.
Для практического
использования метода составлены табл. 2 и 3, позволяющие определить
необходимые гидравлические параметры потока по результатам измерений диаметра
трубопровода и наполнения лотка.
2.5. Требования к измерительному
оборудованию:
для измерений уровня
допускается применять следующие средства: мерные иглы, крючковые рейки, пьезометрические
трубки, водомерные трубки, водомерные рейки и т.п.;
скорость потока измеряют при
помощи гидрометрических вертушек: для потоков глубиной менее 0,3 м - вертушки
типа Х-6М, ГР-55, М-И, ГР-96, для потоков глубиной более 0,3 м -
вертушки ГР-21М, ГР-99, ИСТ.
2.6. Порядок выполнения измерений и расчетов
2.6.1. Мерной штангой или стальной рулеткой измеряют горизонтальный диаметр
трубы или лотка не менее, чем в трех сечениях. По среднеарифметическому из этих значений принимают значение D.
2.6.2. Измеряют уровень заполнения. Для этого с помощью мерной иглы или
другого устройства измеряют расстояние от выбранной неподвижной базы до дна
лотка, а затем до поверхности жидкости. Уровень жидкости в лотке Н
определяют, как разность этих измерений.
При небольших скоростях
течения (менее 0,3 м/с) допускаются прямые измерения уровня путем погружения
измерительных средств, предварительно натертых мелом, в жидкость.
2.6.3. По табл. 2 находят ординату максимальной скорости h, соответствующую фактическим величинам D и H/D.
2.6.4. Определяют (H - h).
2.6.5. При (Н - h) £ 1,5 диаметра гидрометрической вертушки, расход определяют по средней
скорости.
Для этого:
вычисляют ординату средней
скорости потока Yср по формуле
Yср = 0,414R, (3)
где R - гидравлический радиус
сечения водовода, м.
Для водоводов круглого
сечения и лотков U-образной формы при H/D
£
0,5
, (4)
где
- относительный
гидравлический радиус, определяемый по табл. 3,
вычисляют площадь живого
сечения w по формуле
, (5)
где
- относительная
площадь живого сечения, определяемая по табл. 3.
Для лотков U-образной
формы при H/D > 0,5 гидравлический радиус определяют по формуле
RU = wU/cU, (6)
где wU
- площадь живого сечения лотка, определяемая по формуле
wU = 0,3927D2 + D(H
- D/2), (7)
cU - смоченный периметр лотка -
cU = 1,571D + 2(H - D/2); (8)
на штанге с мерными
делениями закрепляют вертушку на расстоянии Yср
от конца и измеряют скорость Vср.
Расход Q вычисляют по формуле (1).
2.6.6. При (H - h) > 1,5 диаметра гидрометрической вертушки расход определяют также
по максимальной скорости.
Примечание. Для лотков U-образной
формы определение расхода по максимальной скорости выполняют только при
соотношении H/D £ 0,5.
Для этого:
на штанге с мерными
делениями закрепляют вертушку на расстоянии h от
конца;
измеряют Vmax на высоте h от дна
лотка;
по табл. 2 находят
значение N;
по формуле (5) определяют
площадь живого сечения w;
вычисляют расход Q по формуле (2);
Измерения скоростей в каждой
из указанных точек вводят не менее трех раз, затем вычисляют среднее значение.
2.7. Градуировочную
характеристику водовода - зависимость расхода от уровня определяют по графикам
(рис. 1,
2) соответственно для водоводов
круглого и U-образного
сечения. Определяют коэффициент Aо, соответствующий измеренному
наполнению,
Aо
= Qо/Qп,
где Qо - расход, вычисленный на
основании измерений, при данном наполнении;
Qп
- расход при полном наполнении.
По величине Qо, установленной для данного коллектора, и величине Aо, определенной по графику в
зависимости от наполнения, можно установить расход при любом наполнении.
На основании полученной
характеристики градуируют расходомер, который будет использоваться для
автоматического учета.
Зависимость расхода жидкости
от ее уровня в водоводе круглого сечения

Рис. 1
Зависимость расхода жидкости
от ее уровня в лотке U-образной формы

Рис. 2
3. Аппаратурное
оформление метода
3.1. Для автоматических измерений
расхода и объема сточных вод наиболее целесообразно использовать акустические
бесконтактные расходомеры типа «ЭХО-Р».
Принцип действия заключается
в бесконтактных измерениях уровня жидкости, протекающей в водоводе, и пересчете
его в мгновенное значение расхода с последующим интегрированием.
Расходомер включает
электронный блок ППИ-Р и акустический преобразователь АП-11 или АП-13.
АП-11 предназначен для работы в
диапазонах изменения уровня жидкости до 2 м, АП-13 -
до 0,3 м.
Акустический преобразователь
устанавливают над лотком и соединяют кабелем длиной до 100 м с электронным блоком.
Электронный блок устанавливают в отапливаемом помещении. Для измерения расхода
в безнапорных трубопроводах акустический преобразователь помещают в специальный звуковод.
Расходомер поверяют по МИ
2251-93 один раз в год.
Основные технические характеристики
расходомера следующие:
основная погрешность, % ±3;
выходной сигнал:
при измерениях объемного
расхода, мА 0 - 5;
при измерениях количества -
показания счетчика, м3
напряжение питания, В 220;
температура окружающего
воздуха, °С:
для акустического
преобразователя -30... +50;
для электронного блока 5 -
50.
Расходомер зарегистрирован в
Государственном реестре средств измерений под № 13874-94.
4. Техника безопасности
Производство работ по
определению расходов сточной жидкости в системах канализации осуществляют в
соответствии с действующими «Правилами техники безопасности по эксплуатации
систем водоснабжения
и водоотведения населенных мест». М., Стройиздат,
1990.
Перед спуском людей в
колодец, где проводят измерения, поверяют его загазованность лампой ЛБВК.
Значения N и h для трубопроводов круглого
сечения
Таблица
2
D, мм
|
200
|
300
|
400
|
500
|
H/D
|
N
|
h
|
N
|
h
|
N
|
h
|
N
|
h
|
0,1
|
0,8537
|
18
|
0,8967
|
19
|
0,8563
|
36
|
0,8513
|
45
|
0,15
|
0,8440
|
25
|
0,8571
|
39
|
0,8545
|
52
|
0,8609
|
65
|
0,2
|
0,8501
|
35
|
0,8549
|
49
|
0,8608
|
66
|
0,8658
|
84
|
0,25
|
0,8632
|
39
|
0,8611
|
59
|
0,8658
|
80
|
0,8672
|
101
|
0,3
|
0,8575
|
45
|
0,8632
|
68
|
0,8675
|
92
|
0,8698
|
116
|
0,35
|
0,8673
|
50
|
0,8658
|
77
|
0,8700
|
104
|
0,8718
|
131
|
0,4
|
0,8603
|
57
|
0,8709
|
84
|
0,8721
|
114
|
0,8739
|
144
|
0,45
|
0,8680
|
59
|
0,8720
|
91
|
0,8741
|
123
|
0,8740
|
156
|
0,5
|
0,8721
|
63
|
0,8715
|
97
|
0,8742
|
132
|
0,8749
|
167
|
0,55
|
0,8701
|
66
|
0,8737
|
103
|
0,8743
|
140
|
0,8757
|
178
|
0,6
|
0,8740
|
69
|
0,8740
|
108
|
0,8753
|
147
|
0,8756
|
187
|
0,65
|
0,8742
|
72
|
0,8738
|
112
|
0,8755
|
153
|
0,8756
|
195
|
0,7
|
0,8727
|
75
|
0,8742
|
116
|
0,8749
|
159
|
0,8726
|
202
|
0,75
|
0,8742
|
76
|
0,8739
|
120
|
0,8743
|
164
|
0,8747
|
209
|
0,8
|
0,8723
|
78
|
0,8726
|
122
|
0,8720
|
168
|
0,8729
|
215
|
Продолжение табл. 2
D, мм
|
600
|
700
|
800
|
900
|
1000
|
H/D
|
N
|
h
|
N
|
h
|
N
|
h
|
N
|
h
|
N
|
h
|
0,1
|
0,8571
|
54
|
0,856
|
64
|
0,8600
|
73
|
0,8608
|
82
|
0,8610
|
91
|
0,15
|
0,8609
|
79
|
0,8646
|
92
|
0,8651
|
105
|
0,8656
|
119
|
0,8663
|
132
|
0,2
|
0,8671
|
101
|
0,8668
|
118
|
0,8679
|
135
|
0,8690
|
153
|
0,8730
|
170
|
0,25
|
0,8698
|
121
|
0,8703
|
142
|
0,8718
|
163
|
0,8723
|
184
|
0,8703
|
206
|
0,3
|
0,8718
|
141
|
0,8723
|
165
|
0,8730
|
189
|
0,8741
|
214
|
0,8749
|
238
|
0,35
|
0,8730
|
158
|
0,8742
|
186
|
0,8750
|
213
|
0,8761
|
241
|
0,8767
|
269
|
0,4
|
0,8722
|
179
|
0,8754
|
205
|
0,8764
|
236
|
0,8751
|
266
|
0,8776
|
297
|
0,45
|
0,8752
|
189
|
0,8762
|
223
|
0,8774
|
256
|
0,8779
|
290
|
0,8786
|
323
|
0,5
|
0,8752
|
203
|
0,8773
|
239
|
0,8778
|
275
|
0,8783
|
311
|
0,8790
|
348
|
0,55
|
0,8770
|
216
|
0,8773
|
254
|
0,8780
|
292
|
0,8787
|
331
|
0,8791
|
370
|
0,6
|
0,8769
|
227
|
0,8773
|
267
|
0,8781
|
308
|
0,8778
|
352
|
0,8791
|
390
|
0,65
|
0,8766
|
237
|
0,8773
|
280
|
0,8777
|
323
|
0,8782
|
366
|
0,8787
|
409
|
0,7
|
0,8761
|
246
|
0,8766
|
291
|
0,8771
|
335
|
0,8775
|
380
|
0,8779
|
426
|
0,75
|
0,8752
|
255
|
0,8755
|
301
|
0,8761
|
347
|
0,8765
|
394
|
0,8769
|
441
|
0,8
|
0,8734
|
262
|
0,8739
|
309
|
0,8761
|
357
|
0,8748
|
405
|
0,8753
|
454
|
Продолжение табл. 2
D, мм
|
1200
|
1400
|
1500
|
1600
|
2000
|
H/D
|
N
|
h
|
N
|
h
|
N
|
h
|
N
|
h
|
N
|
h
|
0,1
|
0,8629
|
110
|
0,8650
|
129
|
0,866
|
138
|
0,8663
|
147
|
0,8685
|
185
|
0,15
|
0,8685
|
159
|
0,8702
|
186
|
0,8706
|
200
|
0,8715
|
213
|
0,8732
|
258
|
0,2
|
0,8720
|
205
|
0,8731
|
240
|
0,8740
|
258
|
0,8746
|
275
|
0,8763
|
346
|
0,25
|
0,8743
|
248
|
0,8758
|
290
|
0,8762
|
312
|
0,8767
|
333
|
0,8784
|
419
|
0,3
|
0,8763
|
288
|
0,8775
|
337
|
0,8780
|
362
|
0,8784
|
286
|
0,8801
|
487
|
0,35
|
0,8778
|
325
|
0,8777
|
381
|
0,8794
|
409
|
0,8798
|
437
|
0,8812
|
550
|
0,4
|
0,8788
|
359
|
0,8798
|
422
|
0,8803
|
453
|
0,8806
|
484
|
0,8820
|
610
|
0,45
|
0,8797
|
391
|
0,8805
|
459
|
0,8809
|
494
|
0,8810
|
529
|
0,8825
|
666
|
0,5
|
0,8799
|
421
|
0,8809
|
494
|
0,8812
|
531
|
0,8815
|
568
|
0,8827
|
717
|
0,55
|
0,8801
|
448
|
0,8809
|
527
|
0,8812
|
566
|
0,8816
|
606
|
0,8827
|
765
|
0,6
|
0,8799
|
473
|
0,8806
|
557
|
0,8810
|
598
|
0,8813
|
640
|
0,8824
|
809
|
0,65
|
0,8797
|
494
|
0,8802
|
584
|
0,8805
|
628
|
0,8808
|
672
|
0,8818
|
850
|
0,7
|
0,8787
|
517
|
0,8793
|
609
|
0,8799
|
655
|
0,8799
|
701
|
0,8809
|
887
|
0,75
|
0,8776
|
535
|
0,8782
|
631
|
0,8784
|
679
|
0,8787
|
727
|
0,8796
|
921
|
0,8
|
0,8759
|
552
|
0,8765
|
651
|
0,8767
|
701
|
0,877
|
751
|
0,8779
|
952
|
Относительные значения
и
для водовода круглого сечения
Таблица
3
H/D
|

|

|
0,10
|
0,04088
|
0,0635
|
0,15
|
0,07388
|
0,0929
|
0,20
|
0,1118
|
0,1206
|
0,25
|
0,1536
|
0,1466
|
0,30
|
0,1982
|
0,1709
|
0,35
|
0,2450
|
0,1935
|
0,40
|
0,2934
|
0,2142
|
0,45
|
0,3428
|
0,2331
|
0,50
|
0,3927
|
0,2500
|
0,55
|
0,4426
|
0,2649
|
0,60
|
0,4920
|
0,2776
|
0,65
|
0,5404
|
0,2881
|
0,70
|
0,5872
|
0,2962
|
0,75
|
0,6319
|
0,3017
|
0,80
|
0,6736
|
0,3042
|
0,85
|
0,7115
|
0,3033
|
0,90
|
0,7445
|
0,2980
|
0,95
|
0,7707
|
0,2865
|
1,00
|
0,7854
|
0,2500
|
СОДЕРЖАНИЕ