Hidrológiai Közlöny 1963 (43. évfolyam)

2. szám - Haszpra Ottó: A felületi mérőfej. Hidraulikus rendszerű vízhozammérés csövekben gyakorlatilag energiaveszteség nélkül

144 Hidrológiai Közlöny 1963. 2. sz. Haszpra O.: A felületi mérőfej alakba írjuk, ahol Vk a csőbeli középsebesség, megállapíthatjuk, hogy — a 90 mm-es csőbe épített 15x26 mm-es torlasztólap kivételével — valamennyi mérőfej k mérőmagasság-tényezője 0,67 és 1,0 között van, vagyis közel áll a Pitot-csőéhez, amely tudvalevőleg 1,0 körül van. (Természetesen akkor, ha a Pitot csövet a középsebesség helyére tennők be. A fal mellett a Pitot cső kevesebbet mutatna.) Megállapítható, hogy nagyobb méretű mérőfej mérőmagasság tényezője nagyobb, s a „markánsabb" idomok (torlasztólap) is nagyobb niérőmagasságot hoznak létre, mint az „áramvonalasabbak" (henger, gömb). A különbségek azonban nem túlságosan nagyok, az eredmények szerint tehát elvileg bármelyik mérőfej jól használható mérésre. Az ábrákból az is látható, hogy vizsgáltuk a szerelési eltérésekből adódó mérőmagasság módosulásokat is. A 7- —10. ábrán két 25 mm-es félgömbfej két-két hitelesítési vonala látható. Az első méréssorozat után ugyanis a fejeket egymás között kicseréltük, s újra hitelesítettük. Az eltérések nem jelentősek, de jól kimutathatók. Végül megvizsgáltuk, hogy a mérőfej előtti egyenes csőszakasz hossza mekkora legyen. Ezt a vizsgálatot 250 mm átmérőjű csővel végeztük. 90°-os könyök után 4 m hosszú cső távolabbi végéhez közel, a könyöktől 380 cm-re, egymással szemben, a könyök tengelyvonalának síkjában két 15 X 26-os torlasztólapot helyeztünk el. A szokásos méréssorozat elvégzése után a 4 m-es csövet, anélkül, hogy a fejekhez hozzányúltunk volna, hossztengelye körül 180°-kal elforgattuk, s újra elvégeztük a méréseket. Befejezésül a csövet eredeti helyezetébe újra visszaforgattuk, s mégegyszer elvégeztük a hitelesítést. Az eredmények a 13. és 14. ábrán láthatók. A három méréssorozat pontjai között a szokásos szórást alig észrevehetően felülmúló eltérés van. Ez is inkább csak a 14. ábrán észlelhető. A mérések eredményei alapján azt mondhatjuk tehát, hogy 4 m egyenes csőhossz elegendő. Megjegyezzük azonban, ha nem is túlzottan nagy ez az eltérés, de észrevehető, s ezért a 4 m-es szakaszt szükségesnek is tekinthetjük. Kétségtelen, hogy megadott hibahatár esetén további vizsgálatokkal kisebb szükséges csőhosszat is meghatározhatunk. A végzett vizsgálatok alapján azonban megnyugatóan csak annyi állapítható meg, hogy (az átmérőhöz viszonyítva) az átmérő 15-szörösével egyenlő csőhossz a mérőfejre már kielégítően egyenletes rááramlást biztosít. Fölmerült az az elképzelés, hogy a szükséges egyenes csődarab hosszát két mérőfej alkalmazásával csökkentsük. Elvi meggondolásból ettől a vizsgálattól elálltunk. A módszer az lett volna, hogy a két mérőfejet ugyanazon csőkeresztmetszetben, egymással átellenben helyezzük el, s a vízhozamot a két fej által adott mérőmagasság átlagával hozzuk kapcsolatba. Valóban, ha az egyenlőtlen sebességeloszlás úgy nyilvánul meg, hogy az egyik fejet nagyobb, a másikat kisebb sebességű áramlás támadja, mint amilyen kiegyenlített sebességeloszlás esetén érvényesül, a két mórőmagasság átlaga kevéssé tér el a kiegyenlített áramlásba helyezett fej mérőmagasságától. A zavaró elem (pl. könyök, tolózár) hatása azonban a sebessógeloszlásban nem csak ilyen egyszerű aszimmetriát okoz. Előfordulhat, hogy a csőfal mentén mindenütt kisebb a sebesség, mint kiegyenlített áramlásban, mert a cső közepén van éppen erős sebességnövekedés. Ilyen esetben a mórőmagasságok átlaga sem adhat helyes eredményt. Célszerű ezért a mérőfejet (s ekkor már elég egyet) kiegyenlített áramlású szakaszra helyezni. Össze kell még hasonlítanunk a mérőfejes mérést egy olyan mérési módszerrel, amely elvileg sem okoz semmiféle külön mérési esésveszteséget. Ez a módszer : egy bizonyos hosszúságú csőszakasz súrlódási veszteségének mérése. Itt a vízszállítást az adott szakasz súrlódási veszteségéből határozzuk meg. A két módszer közötti lényeges különbség azonban az, hogy a csősúrlódás az érdességtől, a mérőfej mérőmagassága pedig lényegében a fej alakjától függ. Az érdesség változó, a fej alakja állandó. Ebből következik, hogy a súrlódásos mérést csak sűrű hitelesítés esetén lehet alkalmazni, míg a felületi mérőfej egyszeri hitelesítéssel hosszú ideig használható. Gyakorlati alkalmazások Az előbbiekben ismertetett vizsgálatok elegendő alapot nyújtottak a felületi mérőfej használhatóságának elbírálásához. A következőkben ezeket az eredményeket kiegészítjük néhány olyan megjegyzéssel, amelyek elsősorban a gyakorlati alkalmazás szempontjából érdekesek. A felületi mérőfej méretei elvben tetszőlegesek. Mindenesetre az átfolyási szelvényhez képest jelentéktelen méretek is kielégítő mérési pontosságot biztosítanak. Az alkalmazott fejek közül például a 450 mm-es csőbe helyezett 25 mm-es félgömbfej a csőkeresztmetszet 1,5%

0- ét foglalta el, de 90 mm-es csőbe helyezve sem érte el a keresztmetszetcsökkenés a 4%-ot. A fej a hordalék és az úszadék mozgását sem akadályozza, s ha a cső a vízszintessel nem túl nagy szöget zár be — a cső oldalán helyezhető el (mert így nincs kitéve sem az alul haladó durvább szemcsés hordalék, sem a felül sodródó kis fajsúlyú úszadék vagy levegő hatásának). Egyszerű piezometrikus vagy differenciál manométeres észleléssel alsó mérési határa 15—20 cm/s csőbeli középsebesség körül van. Mérési pontossága hasonló más szokásos mérőberendezésekéhez (pl. Venturi-cső, Pitot-cső). Kivétel a kb. 30 és 55 cm/s közti átmeneti tartomány, ahol a hitelesítési sáv középvonalához képest kb. ^7%-os hiba mutatkozhat. Megjegyezzük, hogy a laboratóriumi vizsgálatok során csak a fejek hidraulikus elemeivel foglalkoztunk. így a fölerősítés módja csak kísérleti célokra megfelelő. A fejek gyakorlati alkalmazása esetén megfelelőbb fölerősítési módot kell tervezni: olyat, amely lehetővé teszi a fej föl- és leszerelését a csővezeték szétszedése nélkül, továbbá biztosítja, hogy a fej mindig azonos helyzetbe kerül vissza. Ez nagyon egyszerű feladat. A mérőfej előtt szükséges egyenes csőhossz a csőátmérő 15-szöröse. Célszerű a mérőfejet egy hosszabb (2—4 m-es) egyenes csődarabbal egyszersmindenkorra összeszerelni. A fej a cső alvízi végének közelébe kerül. Ekkor a peremek excentrikus összeszereléséből származó kisebb áramlás-