> Техника, страница 37 > Гидрометрические приборы

Гидрометрические приборы

Гидрометрические приборы, приборы для измерения горизонтов, глубин, ско-ростей течения и расходов воды и для взятия проб воды. Для автоматическ. записи горизонтов воды применяются л и м и и г р аф ы. Они бывают двух типов. В первом особый поплавок, подвешенный на тонкой проволоке к шкиву, передает колебания горизонтов воды перу, чертящему водомерный график на вращающемся барабане; второй основам на изменении гидростатич. давления с глубиной погружения. 17 этому типу относится лимниграф Ришара, который состоит из каучукового резервуара, заключенного в металлич. цилиндрич. оправу с отверстиями для пропуска воды и соединенного очень гибкой медной проволокой с манометром или самопишущим прибором. Давление воды на каучуковый резервуар изменяется пропорционально глубине погружения последнего, а при прикреплении его к определенной точ ке—пропорционально высоте стояния над ним воды. Этот прибор особенно удобен для замерзающих рек, подмываемых берегов или при очень значительной амплитуде колебаний горизонтов, когда установить поплавковые лимниграфы затруднительно. Из поплавковых лимниграфов наиболее употребительны системы Отта (фигура 1), Альбрехта, Ганзе-ра, Гаслера, Зейбта-Фюсса, Рорданца. Все они состоят из поплавка, передаточного и пишущего приспособлений, барабана и часового механизма с заводом от 1 суток до 1 месяца. Поплавок обычно устраивают около 15—20 сантиметров в диаметре. Движется он в особой трубе или в шахте (смотрите Водомерные наблюдения), и его движения передаются постоянно натянутой противовесом проволокой шкиву и от него — через ряд передач

Фигура I. Фигура 2.

перу. Высота барабана колеблется от 14 сантиметров (лимниграф Ганзера) до 35—40 сантиметров (лимниграф Отта). В зависимости от возможной амплитуды колебаний горизонтов, передаточное отношение устраивают от 1 : 20 до 1 : 2. Лимниграфы устанавливают в особой будке.

Для водомерных наблюдений в течение непродолжительного времени и при небольших, сравнительно, колебаниях воды употребляются переносные лимниграфы. Малый переносный лимниграф системы Отта (смотрите фигура 2) состоит из вращающегося при помощи часового механизма барабана, высотою 30 см, устанавливаемого на конце стальной трубы, диаметром 20 миллиметров и длиной 1,5 .и, заостренный конец которой вгоняется в дно реки у места наблюдений. Поплавок цилиндрической формы, диам. 18 сантиметров и высотой 12 см, движется по трубе на двух роликах. К поплавку прикреплена регистрирующая штанга с карандашом. Для защиты от непогоды на барабан надевают парусиновый чехол. Переносный лимниграф Альбрехта позволяет регистрировать колебания горизонтов до 1 .и. Барабан с часовым механизмом прикрепляют па консоли к верхнему концу трубы, устанавливаемой у места наблюдения при помощи якорей. Трубу делают, для облегчения ее перевозки, сборной, и вода поступает в нее через боковые отверстия диаметром 1 е.м.

Для производства промеров употребляют лоты или особые пловучие штанги системы Келлера, изготовляемые фирмой Отта. Последние устроены так, что легко опускаются на дно, оставаясь все время в вертикальном положении. Кроме того, имеется самопишущий прибор—профнлограф Гаеша. Действие прибора основано на увеличении гидроста-тичоск. давления на предмет с глубиной его погружения. В особом решетчатом цилиндре, диаметром 0,δ м, помещен манометр, состоящий из цилиндра, пустотелого поршня и спиральной пружины, стремящейся выдвинуть поршень из цилиндра. К верху цилиндра крепко привязана мембрана из бычьего пузыря; в крышке цилиндра имеются отверстия для доступа воды. Последняя, давя на мембрану с разной, в зависимости от глубины, силой, передвигает поршень с карандашом, который и записывает профиль дна па бумаге, натянутой на находящемся рядом с манометром барабане. Барабан получает движение, пропорциональное длине периметра промеряемого профиля, при посредстве шестерни, сцепляемой с бесконечным винтом, находящимся на оси решетчатого цилиндра. Профилограф чертит профили в масштабе для длины 1: 2 000 и для глубины 1:200, что при ширине его ленты в 6,5 сантиметров позволяет зачерчивать живые сечения глубиной до 13 .и.

Для определения скоростей течения воды в настоящее время употребляют почти исключительно вертушки. Они состоят из легко вращающихся на оси лопастей, число оборотов которых зависит от скорости течения воды. Зависимость между скоростью течения V и числом оборотов в единицу времени п, выражаемая обычно в виде ур-ия υ=α+ +/и-fci/², должен быть определена заранее на особых тарировочных станциях. Для определения скорости течения в определенной точке устанавливают вертушку, поставив лопасти против течения, нормально к нему, и отмечают продолжительность наблюдения I и число оборотов вертушки Ν. Частное N

₍ — и, подставленное в уравнение скорости,

дает искомую скорость течения в данной точке. Вертушки делают с горизонтальной или вертикальной осью вращения лопастей: они обычно состоят из воспринимаемой части (лопасти), передаточного механизма (ось вертушки, регистрация оборотов) и установочного приспособления. Ось вертушки устраивают или на шариковом подшипнике и цилиндрическом агатовом подпятнике или на двух конических подпятниках. При чистой воде годятся оба способа укрепления оси,— в мутной нее воде шариковые подшипники засоряются скорее, чем коническ. подпятники; зато последние менее пригодны в тех водах, где проносятся листья, трава и проч.

Лопасти бывают плоские, винтовые, буравчатые или турбинные. Плоские и винтовые лопасти имеют тот недостаток, что удар воды о них происходит слишком резко и к ним пристают листья и мусор. При турбинных лопастях струя воды отклоняется от лопасти постепенно, и весь мусор скользит вдоль лопастей, не приставая к ним. Число крыльев в вертушке колеблется от 2 до 4, величина шага 10—50 сантиметров и выбирается с таким расчетом, чтобы при обычных скоростях течения не получалось слишком незначительного числа оборотов. Регистрация оборотов вертушки производится путем за-

Фпг. з. мыкания электрич. тока через определенное число оборотов вертушки. Слабая электрон роводностьчистой воды позволяет применять свободное для доступа воды контактное приспособление (фигура 3), но наличие в воде солей или кислот требует закрытой контактной камеры, т. к. в противном случае замыкание тока может происходить через воду. С этой целью контактные приспособления помещаются в небольших водолазных колоколах (вертушка Альбрехта), в масляных или магнитных камерах (вертушка Отта). Схематическое изображение закрытого контакта в масляной каморе представлено на фигуре 4. Вращение лопасти А передается червяком Б зубчатому колесу В с 4 выступающими штифтами а, срезанными с одной

стороны. В зависимости от того, какой стороной проходит штифтик а мимо рычажка б, происходит замыкание или размыкание тока. Переставлением штифтиков а можно получить замыкание тока через каждые 25, 50 пли 100 оборотов. Рычажок б насажен на ось о, входящую в закрытую масляную камеру. Па втором конце оси насажен рычажок в, повторяющий все движения рычажка б. Этот рычажок может соприкасаться у точки е с зажимом г, изолированным от корпуса вертушки резиновой кольцевой прокладкой ою, и таким образом замыкать ток.

Другой зажим соединен с корпусом вертушки. При открытых контактах рычажок соприкасается непосредственно с зажимом г. Магнитное контактное устройство системы Мензинга-Отта заключено в герметически запирающуюся коробку. К заднему концу оси наглухо прикреплен подковообразный магнит. В коробке, иод влиянием магнитной индукции, вращается вместе с магнитом якорь с выступом на валу, замыкающий ток при каждом обороте вертушки. Кроме того, при помощи червяка и зубчатки получаются контакты через каждые 20—25 оборотов. Лабораторией гидравлнческ. установок Научно-технического управления ВСНХ СССР изготовляются вертушки с контактным приспособлением инж. Грицука. Оно состоит (фигура 5) из особого эбонитового диска о. соединенного посредством зубчатого колеса о 25 зубцах с червячным винтом на оси вертушки. В теле диска имеется герметически закрытая полость б, расположенная эксцентрически, а в ней—небольшое количество ртути. При 25 оборотах вертушки эбонитовый диск делает один оборот вокруг своей оси; тогда ртуть соединяет концы железных винтов, входящих внутрь полости

контактной камеры и соединенных с полюсами электрического звонка, и производит замыкание тока. Вторая контактная камера е, расположенная на оси вблизи головки вертушки, замыкает ток при каждом обороте вертушки.

Помимо числа оборотов вертушки, приходится еще в отдельных случаях отмечать обратное течение, достижение вертушкой дна и. наконец, направление струи (отклонение от нормалей к сечению). Для регистрации обратного течения на руле вертушки устанавливают особый маятник, соприкасающийся при обратном течении с контактом и замыкающий ток. Донный контакт получается при помощи особого диска со стержнем, свободно движущимся в изолированном ннлиндрич. отверстии корпуса вертушки или подвешиваемого к пей груза. При достижении диском дна он выдвигает стержень вверх и замыкает ток. Для определения направления струй служит компас, помещаемый в корпусе вертушки, показания которого передаются при помощи очень сложного электромагнитного приспособления.

Вертушки на вертикальной осп (шведская Арвидсона и американская Прайса) вместо лопастей имеют полукруглые или конические чашечки. В акустическом измерителе скоростей Прайса, весящем всего 400 г и потому очень портативном, на вертикальную ось надето крепкое колесико о шести спицах с насаженными на них коиичеек. чашечками. отверстия которых обращены в одну сторону. Верхняя часть осп снабжена червяком, приводящим в движение зубчатое колесо. К зубьям прикреплены иголки, задевающие

Фиг. за молоточек, ударяющий по корпусу воздушной камеры, в которой помещена зубчатка. Звук от ударов передается через гуттаперчевую трубку наблюдателю. Отсчитывая по секундомеру время между ударами, соответствующими (в зависимости от числа зубцов, снабженных иголками) каждому пли определенному числу оборотов вертушки, можно определить скорость течения.

Все регистрируемые явления (обороты вертушки, достижение дна, обратное течение. глубина опускания вертушки) передаются электрическим током сигнальным приспособлениям— обычно электрнч. звонку. При сложных и точных гпдрометрическ. работах все сигнальные приборы монтируются на особой доске. В Германии, например, принято следующее сигнальное устройство (фигура G); А—часы с автоматичеек. выключением электрнч. тока через 100 и 200 ос.;

В—счетчик оборотов вертушки; В—счетчик глубины погру-жени я вертушки ; Г-секундомер; Д—звонок для сигнализации каждых 25 оборотов вертушки; Е— звонок для донного контакта; Ж—звонок, отмечающ. прекращение тока часами А; 3—гальваноскоп для проверки электрической проводки; К—переключатель тока. Иногда включают в сеть самопишущий ленточный хронограф, отмечающий время, число оборотов и глубину погружения вертушки.

При гидрометрия, работах вертушки устанавливают: 1) на стоячей штанге, опирающейся на дно реки (фигура 7), 2) на подвесной штанге, удерживаемой особым штангодержа-телем (фигура 8), п 3) на тросе, опускаемом особой лебедкой (фигура 9). При определении

1&

Г. .9. т. V.

только одних поверхностных скоростей вертушку подвешивают к особому поплавку или же употребляют электрический лаг. Вертушки новейших систем устраивают таким образом. что они м. б. или прикреплены к штанге или подвешены к тросу.

Вертушка со всем необходимым оборудованием и штангой, длиной 3 -it, весит 27 килограмм и стоит 1 240 германских марок. Ею мол-сно измерять скорости от 0,03 до 6 м/ск. Все другие приборы, раньше употреблявшиеся для измерения скорости и основанные на измерении высоты подъема воды в коленчатом сосуде, направленном против течения

(Л=”^ ), так называемым трубки Пито, Дорси и др.,

в настоящее время совершенно вытеснены вертушками. Из новейших попыток конструирования приборов для определения скоростей, основанных на совершенно новых принципах, заслун-сивает упоминания складной батометр-тахиметр Глушкова. Прибор состоит из гибкого резинового складывающегося баллона емкостью в 900 см³ с трубкой-носком для

Фигура 8.

Фигура 9.

втекания жидкостей, диаметром 6 миллиметров и длиной 20 см, с небольшой перекладиной для привязывания к штанге. Количество воды, натекающей в прибор, прямо пропорционально времени; количество, натекающее в

1 секунду, зависит от скорости течения. Зная продоллштельность наполнения прибора t и количество натекшей за это время воды А, определяют секундный приток

q — ^ и из него, по тарировочному уравнению прибора,—скорость v. Прибор прикрепляют к штанге, которую опускают в воду так, чтобы носок прибора составлял с направлением течения угол в 30—60°, затем быстро поворачивают носок против течения и нансимают секундомер. Продержав определенное время (при скорости 1 м/ск— около 50 ск.), поворачивают штангу на 120° и останавливают секундомер. Приборы для взятия проб воды см. Батометр, приборы для непосредственного измерения расходов воды—см. Гидрометрия.

Лит.: Влады чане к ий В. И., Гидрометрия,

2 над., Ташкент, 1924; К о л л у п ай л о С. И., Гидрометрия, М., 1918 (литогр. лекции); Эссен А. М. Приборы и инструменты для гидрометрических работ.

Отчет гидрометрической части при йодном упраплениа на е за 1910—12 гг., Тифлис, 1913—14; Коронин А. Е., Приборы для определения величины и направления скоростей водных струй па гидрометрических станциях р. Волги, Казань, 1915; Г л у ш к о в В. Г., Складной батометр-тахиметр, П., 1916; К о л-лупайло С. И., Материалы для курса гидрометрии (указ, литер.), вып. 2, М., 1921 (литогр. лекции); Ott L. A., Moderne Instrumente der Hydrometrie, Berlin, 1925. А. Эссен.