Ультразвуковий спосіб вимірювання витрати води в трубопроводах

Ультразвуковий спосіб вимірювання витрати води в трубопроводах, переважно на дюкерних переходах, що включає вимірювання швидкості потоку шляхом посилки і вимірювання часу проходження сигналів у напрямі потоку і проти потоку в межах акустичної бази, перетворення величин цих інтервалів часу в зворотні величини і визначення різниці між ними, пропорційної величині витрати води, який відрізняється тим, що створюють дві акустичні бази - основну між двома доступними протилежними ділянками досліджуваного трубопроводу і додаткову з фіксованою довжиною на доступній прямолінійній ділянці живильної або живленої мережі трубопроводу, на додатковій акустичній базі визначають швидкість розповсюджен 3 відвідними патрубками. Враховуючи, що при малих витратах рідини, при швидкостях потоку менше 1м/с, і незначній довжині акустичної бази різниця часів проходження ультразвукових коливань у напряму і проти потоку дуже мала, тому для досягнення необхідної точності швидкість потоку визначають по зсувах фаз сигналів, що випромінюють у напряму і проти потоку. До причин, перешкоджаючих досягненню вказаного нижче технічного результату при використовуванні цього способу, належить те, що його реалізація передбачає наявність доступної прямолінійної акустичної бази відомої довжини з сформованим потоком. Відомий ультразвуковий спосіб вимірювання витрати рідини, реалізуємий за допомогою ультразвукового витратоміру [6], який по сукупності суттєвих ознак є найближчим аналогом способу, що заявляється. Спосіб використовує вимірювання швидкості потоку шляхом посилки і вимірювання часу проходження сигналів у напряму і проти потоку в межах акустичної бази, перетворення інтервалів часу в зворотні величини і визначення різниці між ними, яка пропорційна величині витрати і не залежить від швидкості звуку в середовищі. До причин, перешкоджаючих досягненню вказаного нижче технічного результату при використовуванні цього способу, належить те, що його реалізація передбачає наявність доступної прямолінійної акустичної бази відомої довжини з сформованим потоком. В основу корисної моделі поставлена задача створення способу вимірювання витрати води в дюкерних переходах без проведення суттєвих будівельних робіт по перекладанню водоводів в річках і каналах з використанням стандартного ультразвукового расходомера-лічильника. Поставлена задача вирішується тим, що ультразвуковий спосіб вимірювання витрати води в трубопроводах, переважно на дюкерних переходах, включає вимірювання швидкості потоку шляхом посилки і вимірювання часу проходження сигналів у напряму потоку і проти потоку в межах акустичної бази, перетворення величин цих інтервалів часу в зворотні величини і визначення різниці між ними, пропорційній величині витрати води і, згідно корисної моделі, створюють дві акустичні бази - основну між двома доступними протилежними ділянками досліджуваного трубопроводу і додаткову з фіксованою довжиною на доступній прямолінійній ділянці живлячої або живленої мережі трубопроводу, на додатковій акустичній базі визначають швидкість розповсюдження акустичного сигналу у воді, потім зупиняють рух води в досліджуваному трубопроводі, вимірюють час проходження сигналу, збудженого в діапазоні частот 30100кГц по основній акустичній базі, і з урахуванням раніше визначеної швидкості розповсюдження сигналу у воді визначають довжину основної акустичної бази L, потім відновлюють рух води в трубопроводі, вимірюють час проходження такого ж сигналу у напряму потоку і проти потоку в основній акустичній базі Т1і Т2 і по різниці зворотних величин цих інтервалів часу і довжині основної акустичної бази L визначають швидкість потоку 45595 4 Vп = L⎛ 1 1 ⎜ ⎜T − T 2⎝ 1 2 ⎞ ⎟ ⎟ ⎠, а витрату води за певний проміжок часу Т з урахуванням площі поперечного перерізу трубопроводу S визначають по формулі Q=SVпT. Досліджуваний трубопровід - дюкерний перехід (дюкер), прокладений по дну річки або каналу, має викривлені ділянки і сполучаючі дюкер з ділянками трубопроводу в берегових зонах, які, у свою чергу, сполучені відповідно з живлячою і живленою мережею. На протилежних кінцях дюкера встановлено один проти одного два оборотні ультразвукові електроакустичні перетворювачі і ультразвуковий витратомір-лічильник. Аналогічні перетворювачі встановлені також на заданій відстані один від одного на доступній прямолінійній ділянці, наприклад живленої мережі. Обидві пари електроакустичних перетворювачів утворюють відповідно основну і додаткову акустичні бази. Ультразвуковий спосіб вимірювання витрати води на дюкерних переходах, що заявляється, реалізується таким чином. На додатковій акустичній базі відомої довжини 1 в живленій мережі, заповненою водою з такою ж температурою і хімічним складом, як і в дюкері вимірюють час τ1 і τ2 проходження сигналу між електроакустичними перетворювачами у напряму і проти потоку води, і, використовуючи відому довжину 1 додаткової акустичної бази, визначають швидкість v розповсюдження сигналу у воді розповсюдження сигналу у воді 1(τ + τ ) v= 1 2 2τ1τ2 . Далі зупиняють рух води в дюкері і, враховуючи, що швидкість розповсюдження по металу більше, ніж по воді, пропускають сигнал, що прийшов по металу, починають вимірювати час Тнв проходження сигналу по основній акустичній базі у воді і визначають довжину основної акустичної бази L=vTнв з урахуванням раніше визначеної швидкості v розповсюдження сигналу у воді. Потім відновлюють рух води в дюкері, вимірюють час проходження сигналу T1 і Т2 відповідно, у напряму і проти потоку води в основній акустичній базі. При проходженні сигналу в середовищі у напряму потоку його швидкість в акустичній базі завдовжки L збільшується на швидкість Vп потоку, а при проходженні сигналу проти потоку його швидкість, відповідно, на швидкість потоку зменшується. L L L T1 = T2 = v + vп = v + vп v − vп T1 ; ; ; L L L v − vп = v + vп − v + vп = − T2 T1 T2 ; ; ⎛ 1 ⎞ 1 ⎟ 2v п = L ⎜ ⎜T − T ⎟ 2 ⎠ ⎝ 1 . Таким чином, по різниці зворотних величин 1 1 T1 і T2 і раніше визначеній довжині L основної акустичної бази визначають швидкість потоку: 5 Vп = L⎛ 1 1 ⎜ ⎜T − T 2⎝ 1 2 45595 ⎞ ⎟ ⎟ ⎠. Витрату води Q в дюкерному переході за певний проміжок часу Т з урахуванням площі поперечного перерізу трубопроводу S визначають за формулою Q=SVпT. Діапазон частот ультразвукових коливань ультразвукових витратомірів складає 30кГц - 10мГц, що відповідає довжині хвилі у воді 50-0,15мм. Ультразвукові хвилі у воді на частоті вище 100кГц є направленими і розповсюджуються прямолінійно, тому в дюкерному переході затримуватимуться на його викривлених ділянках. Ультразвукові хвилі у воді на частоті 30100кГц мають сферичну форму і розповсюджуватимуться відповідно до профілю водоводу по всьому дюкерному переходу з одного берега на іншій, що дозволить зміряти середню швидкість потоку по всьому водоводу. Як пристрій для вимірювання витрати води на дюкерних переходах може бути використаний - на Комп’ютерна верстка Л. Купенко 6 основній акустичній базі серійний ультразвуковий витратомір-лічильник для вимірювання швидкості потоку в річках і каналах, що має робочу частоту 30-100кГц, наприклад [4], а на додатковій - стандартний ультразвуковий витратомір імпульсночасового принципу дії [7] для вимірювання швидкості звуку у воді. Джерела інформації. 1. Политехнический словарь. М.: «Советская энциклопедия», 1976, с.155. 2. Микрокомпьютерный расходомерскоростемер. Паспорт МКРС ЮАКС №407262.001 ПС. 3. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. «Машиностроение», 1989, с.348. 4. SU 1224586, кл. G 01 F 1/66, 15.03.86. 5. SU 918790, кл. G 01 F 1/66, 07.04.82. 6. DE 2431346, кл. G 01 F 1/66, 1976. 7. Расходомер-счетчик ультразвуковой «Взлет PC» (УРСВ-010М). В35.30-00.00 ТУ. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601