Гидрометрические вертушки

Существует много конструктивных разновидностей вертушек. Основным отличительным признаком вертушек является расположение оси вращения лопастей: с горизонтальной или вертикальной осью вращения. Наибольшее применение получили вертушки с горизонтальной осью ГР-21М, ГР-55 и др.

Гидрометрическая вертушка ГР-21М (pис.13.3) состоит из следующих основных частей: корпуса 14, хвостового оперения (стабилизатора) 13, ходовой части с контактным механизмом и лопастным винтом 3, а также сигнального устройства.

Рис.13.3. Устройство гидрометрической вертушки ГР-21М.

Корпус 14 служит для сочленения частей вертушки, крепления ее на штанге или вертлюге 10 и для подключения сигнальной цепи. Корпус в передней части имеет полость, в которую вставляется ось собранной ходовой части 5 и крепится в ней стопорным винтом 6. Две клеммы 8 (изолированная) и 9 (соединенная с корпусом) служат для подключения проводов сигнальной цепи. В тыльной части корпуса есть втулка для крепления вертушки на штанге или подвеске-вертлюге (в случае работы с троса) зажимными винтами 11. К тыльной части корпуса винтом 12 крепится стабилизатор 13, служащий для установления оси вертушки по течению. Сбоку втулка имеет фигурную прорезь с указателем для снятия отсчета положения оси вертушки на штанге.

Ходовая часть вертушки состоит из неподвижной оси 5 с контактным механизмом (червячная шестерня, контактный штифт, пружина, винт и электропроводный стержень, соединяющий контактную пружину с гнездом штепселя 7), двух радиально-упорных подшипников 2, внутренней распорной втулки 16, наружной втулки 15 и осевой гайки 1. Ходовая часть входит в цилиндрическую полость лопасти 3 и крепится в ней зажимной муфтой 4.

Сигнальное устройство, состоящее из клеммной панели, звонка (лампочки), переключателя и сигнальных проводов, служит для преобразования электрического импульса в звуковой (световой) сигнал. Питание электрической цепи осуществляется от источника постоянного тока напряжением 3 В.

П р и н ц и п д е й с т в и я гидрометрических вертушек основан на закономерной связи между скоростью вращения лопастного винта вертушки и скоростью набегающего потока. Вместе с лопастью вращается втулка, которая передает вращение лопасти на червячную шестерню. Контактный механизм вертушки замыкает электрическую сигнальную цепь через каждый полный оборот червячной шестерни, что соответствует 20 оборотам лопасти вертушки. В момент замыкания цепи вспыхивает лампочка или звенит звонок, что дает возможность фиксировать число оборотов лопастного винта вертушки. С помощью секундомера определяют время с начала работы вертушки (сигнал) до каждого последующего сигнала. Подсчитав общее число оборотов лопасти вертушки и разделив их на время ее работы, определяют скорость вращения лопастного винта (число оборотов в секунду).

Для перехода от скорости вращения лопасти вертушки n к скорости течения воды u_i используют т а р и р о в о ч н у ю к р и в у ю – график зависимости между скоростью течения и числом оборотов лопастного винта в секунду: u = f(n), официальный документ каждой гидрометрической вертушки, прошедшей тарировку в специальном тарировочном бассейне.

Вертушка ГР-21М снабжается двумя лопастными винтами: винт № 1 (основной) компонентный, диаметром 120 мм с геометрическим шагом 200 мм, применяется при работе со штанги, при скоростях течения до 2 м/с, и винт № 2 некомпонентный, диаметром 120 мм с геометрическим шагом 500 мм, применяется во время работы с троса при скоростях течения более 2 м/с.

Малые скорости течения не приводят лопастный винт во вращение. Наименьшая скорость u₀, при которой силовое воздействие потока на лопастный винт равно величине сопротивлений, а лопастный винт вращается неравномерно, называется н а ч а л ь н о й с к о р о с т ь ю в е р т у ш к и. Для вертушки ГР-21М начальная скорость составляет 0,04 м/с, а верхняя – 5 м/с.

Гидрометрическая вертушка ГР-55 – малогабаритная, отличается от ГР-21М размерами лопастного винта. Винт № 1 диаметром 70 мм с геометрическим шагом 110 мм применяется при скоростях течения 0,1–2,5 м/с, погрешность измерения при этом не превышает ± 1,5%; винт № 2 диаметром 70 мм с геометрическим шагом 250 мм применяется при скоростях течения 2–5 м/с (погрешность ± 1,5%). При скоростях менее 0,2 м/с погрешность измерения возрастает до 10%.

Микровертушки. К недостаткам описанных выше гидрометрических вертушек можно отнести: винт сравнительно большого диаметра обладает определенной инерционностью, что снижает его чувствительность; наличие червячной передачи и обычных шарикоподшипников увеличивает механические сопротивления вращению винта, что приводит к неустойчивой работе его и к увеличению погрешности измерений при малых скоростях течений.

Ввиду этого в микровертушках применяются винты малых диаметров (4–40 мм), изготовленные из материалов, близких по плотности к воде; для уменьшения сопротивлений они вращаются в агатовых или рубиновых подшипниках; корпуса микровертушек имеют значительно меньшие размеры и массу; в электрической цепи применяется бесконтактная схема.

Одной из таких конструкций является гидрометрическая микровертушка цифровая модернизированная ГМЦМ–1, разработанная в ЦНИИКИВР и изготавливаемая НТК «Комплекс» (г. Минск). Она состоит из датчика скорости и блока обработки измерительной информации.

Датчик (рис. 13.4) предназначен для формирования электрических импульсов, частота которых характеризует измеренную скорость потока. Он состоит из лопастного винта 4, держателя его (корпуса) 1, электрода 3, регулировочного винта 2, муфты 7 для крепления на штанге с помощью винта 5. Лопастный винт 4 является первичным преобразователем скорости течения воды в электрической сигнал.

Рис. 13.4. Датчик скорости микровертушки ГМЦМ-1.

При прохождении лопасти винта 4 перед оголенным торцом электрода 3 изменяется проводимость в электрической цепи «электрод 3 – корпус держателя 1», что приводит к прерыванию тока в цепи. Амплитуда формируемых импульсов зависит от величины зазора между полюсом электрода и торцом лопасти винта. Оптимальная величина зазора 0,2–0,3 мм устанавливается с помощью регулировочного винта 2. Импульсы по кабелю 6 поступают на вход блока обработки измерительной информации (на рис. 13.4 не показан). Последний включает следующие электронные блоки: 1) формирования импульсов; 2) задания коэффициентов градуировочного уравнения лопастного винта (например, u = 0,0391 n + 0,0024); тактового генератора; 4) управления и вычисления; 5) счета и дешифрации; 6) индикации. Результат измерения выводится на табло в численном виде в м/с.

Пределы измерения 0,05–4,0 м/с; погрешность ± 2,0%. Время одного измерения скорости при использовании лопастного винта диаметром 15 мм составляет 35–45 с, винта 25 мм – 50–80 с. Питание микровертушки постоянным током напряжением 1,5–9 В, потребляемый ток не более 6 мА.

Вертушка хранится в ящике вместе с батареей питания, сигнальным устройством, проводниками и принадлежностями для ухода за ней.

Для погружения вертушек в воду и установки их в нужных точках живого сечения потока применяют различное установочное оборудование, к которому относятся: штанги, тросы, лебедки, уравновешивающие грузы и др.

При глубинах до 3 м вертушки погружают в воду при помощи упорных или подвесных штанг, которые представляют собой металлический трубы, размеченные по высоте через каждые 5–10 см. Первые упирают нижним концом в грунт, вторые укрепляют на неподвижной опоре, например на мостике.

При глубинах более 3 м, когда работать со штангой трудно, вертушки опускают в воду при помощи тонких тросиков диаметром 2–4 мм. Глубину погружения вертушки определяют по меткам на тросике или при помощи специального счетчика глубины. К вертушкам прикрепляют чугунный или свинцовый груз весом от 10 до 80 кг, в зависимости от скорости течения. Трос соединяют с вертушкой и грузом специальным устройством, называемым в е р т л ю г о м. Опускают и поднимают вертушки ручной лебедкой.

При каждой вертушке должно всегда храниться тарировочное свидетельство, в котором указывают: тип и номер вертушки; дату последней тарировки; организацию, проводившую тарировку; график тарировки или уравнение тарировочной кривой.

Вертушки являются точными приборами, требующими бережного отношения и внимательного ухода. Перед сборкой вертушки необходимо тщательно проверить состояние ее частей, обращая особое внимание на состояние винта, оси прибора, подшипников, контактного устройства и электропроводки. После работы вертушку разбирают на основные части, которые очищают, промывают бензином и протирают сначала насухо, а затем тряпкой, слегка смоченной в масле.

При работе зимой вертушка может покрыться льдом, который нельзя удалять ударами или соскабливанием. Для удаления льда вертушку следует опустить в теплую воду. При перевозке вертушку необходимо оберегать от сотрясений.

Дата добавления: 2014-01-20