Tiêu chuẩn ngành 10TCN 922:2006 về máy nông lâm nghiệp và thuỷ lợi - Đo lưu lượng nước trong kênh hở bằng đập tràn thành mỏng và máng lường venturi - Phần 1(a): Đập tràn thành mỏng do Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn ban hành

TIÊU CHUẨN NGÀNH

10TCN 922:2006

MÁY NÔNG LÂM NGHIỆP VÀ THUỶ LỢI - ĐO LƯU LƯỢNG NƯỚC TRONG KÊNH HỞ BẰNG ĐẬP TRÀN THÀNH MỎNG VÀ MÁNG LƯỜNG VENTURI PHẦN 1(a): ĐẬP TRÀN THÀNH MỎNG

1. Phạm vi áp dụng

1.1. Tiêu chuẩn này qui định phương pháp đo lưu lượng nước trong kênh hở bằng đập tràn thành mỏng khía hình tam giác (khía chữ V) và hình chữ nhật với điều kiện dòng chảy không có tổn thất cục bộ, mặt thoáng tự do và ổn định.

1.2. Hệ số xác định lưu lượng qui định trong tiêu chuẩn này chỉ áp dụng đối với nước trong dải nhiệt độ từ 5⁰C đến 30⁰C. Ngoài dải nhiệt độ quy định trên, hệ số xác định lưu lượng có sai số nhỏ không đáng kể, trừ trường hợp cột nước tràn quá nhỏ.

1.3. Hệ số xác định lưu lượng ở các công thức trong tiêu chuẩn này được qui định cụ thể cho từng loại đập tràn thành mỏng và tính chất dòng chảy.

2. Tài liệu viện dẫn

●ISO 1438-1:1980 Đo lưu lượng nước trong kênh hở sử dụng đập tràn và máng lường. Phần 1:Đập tràn thành mỏng.

● TCVN 6816:2001 Đo lưu lượng chất lỏng và chất khí trong ống dẫn kín- Phương pháp ứng dụng máy đo lưu lượng siêu âm thời gian đi qua.

● ISO 772:1996 Máy nông lâm nghiệp và thủy lợi - Các thông số thủy lực của nước dùng trong nông nghiệp và thủy lợi - Thuật ngữ, định nghĩa và ký hiệu.

● 10TCN 769-2006 Máy nông lâm nghiệp và thủy lợi - Xác định lưu lượng chất lỏng trong kênh hở và ống dẫn không đầy - Hướng dẫn sử dụng thiết bị đo siêu âm Doppler

● 10TCN 767- 2006 Máy nông lâm nghiệp và thủy lợi - Xác định lưu lượng chất lỏng trong kênh hở và ống dẫn không đầy - Nguyên tắc chung lựa chọn phương pháp đo.

●10TCN 768- 2006 Máy nông lâm nghiệp và thủy lợi - Xác định lưu lượng chất lỏng trong kênh hở và ống dẫn không đầy - Nguyên tắc chung lựa chọn cấu trúc đo lường.

3. Thuật ngữ và định nghĩaTrong tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa qui định trong ISO 772: và các thuật ngữ định nghĩa sau

4. Nguyên tắc chung

Lưu lượng nước chảy qua đập tràn thành mỏng là hàm số phụ thuộc vào cột nước tràn, kích thước, hình dạng và tiết diện dòng chảy qua đập tràn. Hệ số lưu lượng thực nghiệm phụ thuộc vào cột nước, các đặc tính hình học của đập tràn, đoạn kênh dẫn và tính chất động học của nước.

5. Lắp đặt

5.1. Khái quát chung

Yêu cầu chung về lắp đặt đập tràn được quy định trong các điều-5.2 và 5.3. Yêu cầu đối với các loại đập tràn có đặc thù riêng được quy định trong các điều 8 và 9.

5.2. Lựa chọn vị trí lắp đặt

5.2.1.Kiểu đập tràn sử dụng để đo lưu lượng nước, được xác định một phần tùy thuộc vào điều kiện tự nhiên của vị trí dự kiến lắp đặt.

5.2.2.Ở một số điều kiện thiết kế và sử dụng, đập tràn được lắp đặt trong máng lường hình chữ nhật hoặc trong hộp đập tràn, mô phỏng điều kiện dòng chảy trong máng lường hình chữ nhật.

5.2.3. Ở một số điều kiện khác, cho phép lắp đặt đập tràn trong kênh tự nhiên cũng như trong máng lường hay trong hộp đập tràn, hoàn toàn không có sự khác biệt đáng kể về cấp chính xác đo lường. Các yêu cầu liên quan đến các vị trí lắp đặt đặc thù được qui định tại điều-5.3.

5.3. Điều kiện lắp đặt

5.3.1. Khái quát chung

Lưu lượng dòng chảy qua đập tràn phụ thuộc nhiều vào đặc điểm vật lý của đập tràn và kênh đập tràn. Đập tràn thành mỏng đặc biệt phụ thuộc vào các đặc tính của hệ thống điều chỉnh phân bố vận tốc trong đoạn kênh dẫn đo lường, đặc điểm kết cấu xây dựng và phải duy trì bảo dưỡng tỷ mỉ đỉnh đập tràn để phù hợp với các đặc tính kỹ thuật của đập tràn tiêu chuẩn.

5.3.2. Đập tràn

5.3.2.1. Đập tràn thành mỏng phải được lắp đặt thẳng đứng và vuông góc với hai bờ thành kênh. Chỗ giao nhau của đập tràn với bờ thành và đáy kênh phải kín và chắc chắn. Đập tràn phải chịu được tác động của dòng chảy lớn nhất mà không bị biến dạng hay hư hỏng.

5.3.2.2. Giới hạn thực tế các trạng thái liên quan đến các công thức tính lưu lượng như chiều rộng tối thiểu, chiều cao tối thiểu của đập tràn, cột nước tràn tối thiểu, các tỷ số h/p và b/Blớn nhất (Trong đó: h - Cột nước tràn đo được, p – Độ cao đỉnh đập tràn so với đáy, b - Chiều rộng đo được của khía đập tràn và B - Chiều rộng kênh dẫn phía thượng lưu).

5.3.3. Đoạn kênh dẫn thượng lưu

5.3.3.1. Trong tiêu chuẩn này qui định, đoạn kênh dẫn thượng lưu là một phần của kênh đập tràn, kéo dài từ đập tràn về phía thượng một khoảng không ít hơn 10 lần chiều rộng ngọn nước tràn tại cột nước cực đại. Nếu đập tràn lắp đặt trong hộp đập tràn, chiều dài của hộp phải bằng chiều dài của đoạn kênh dẫn phía thượng lưu đã quy định ở trên.

5.3.3.1. Đoạn kênh dẫn phía thượng lưu phải có chiều dài đủ lớn để đảm bảo dòng chảy đồng nhất, ổn định và có vận tốc gần đúng với phân bố vận tốc dòng chảy trong kênh thẳng. Trong hình-1 cho biểu đồ phân bố vận tốc dòng chảy qua tiết diện hình chữ nhật phía thượng lưu do ảnh hưởng của đập tràn trong đoạn kênh thẳng.

Hình 1- Minh họa phân bố vận tốc trong tiết diện hình chữ nhật, đoạn kênh thẳng phía thượng lưu do ảnh hưởng của đập tràn

a)- Với (p+h)/B=1/2; b)- Với (p+h)/B=2; c)- Với (p +h)/B =3.

5.3.3.2. Các vách ngăn ổn định dòng và thiết bị nắn thẳng dòng được sử dụng để tái tạo sự phân bố chuẩn của vận tốc trong đoạn kênh dẫn thượng lưu, nhưng chúng phải được lắp đặt trước đập tràn ở khoảng cách không nhỏ hơn chiều dài tối thiểu của đoạn kênh dẫn phía thượng lưu đã quy định trong tiêu chuẩn này.

5.3.3.3. Nếu cột nước tràn cực đại cần đo bị giới hạn đến 2/3p đối với tất cả các loại đập tràn, có thể sử dụng thiết bị nắn dòng để giảm chiều dài hiệu lực của đoạn kênh dẫn phía thượng lưu tới B + 3h_max đối với đập tràn hình tam giác và đập tràn hình chữ nhật; và tới B + 5h_max đối với đập tràn đỉnh rộng (b=B). Giới hạn này là cần thiết do sự biến dạng của phân bố vận tốc trong đoạn kênh dẫn thượng lưu và khi dòng chảy tràn qua đỉnh các thiết bị nắn dòng và các vách ngăn ổn định dòng trong trường hợp cột nước trên đập tràn quá cao.

CHÚ THÍCH - Để đạt được mục đích trên, đặc điểm kỹ thuật của thiết bị nắn thẳng dòng phải có ít nhất 4 tấm vách ngăn phẳng, đục lỗ, có tỷ lệ diện tích các lỗ từ 40% đến 60% diện tích vách ngăn, khoảng cách giữa các tấm vách phải cách nhau tối thiểu 0,2m. Các lỗ trên các tấm vách phải phân bố đều và đồng nhất. Hướng dẫn thiết kế và lắp đặt vách ổn định dòng trình bày trong phụ lục B.

5.3.3.3. Ảnh hưởng của đoạn kênh dẫn phía thượng lưu gia tăng khi tỷ số h/p và b/B tăng. Nếu hệ thống đập tràn lệ thuộc vào sự phân bố vận tốc dòng chảy, thường là không đồng nhất, sai số tính toán lưu lượng nước phải kiểm tra lại bằng các phương pháp đo lưu lượng khác tại dải đo lưu lượng điển hình.

5.3.4. Đoạn kênh dẫn hạ lưu

Ảnh hưởng của hình dạng và kích thước đoạn kênh dẫn phía hạ lưu đập tràn là không đáng kể, nhưng mức nước trong đoạn kênh hạ lưu phải thấp đáng kể so với đỉnh đập để đảm bảo dòng chảy tự do và thoáng khí. Dòng chảy chảy tự do (không bị ngập) chỉ được đảm bảo khi dòng chảy qua đập tràn không phụ thuộc vào mức nước trong đoạn kênh dẫn phía hạ lưu. Dòng chảy thoáng khí được đảm bảo khi áp suất không khí mặt dưới ngọn nước hoàn toàn bằng áp suất khí quyển. lớp nước tràn chảy qua đập không tạo thành túi khí.

6. Đo cột nước tràn

6.1. Thiết bị đo cột nước

6.1.1.Để đạt được cấp chính xác đo lưu lượng nước theo công bố đối với đập tràn tiêu chuẩn, cột nước tràn phải được đo bằng móc đo mức với cấp chính xác phòng thí nghiệm, thiết bị đo khoảng cách điểm chính xác, hoặc các thiết bị đo khác phải có cấp chính xác tương đương. góc vát đỉnh miệng đập tràn, khoảng cách điểm đo cột nước tràn, áp kế và các thiết bị đo khác phải có độ chính xác tương đương và được hiệu chuẩn trong phòng thí nghiệm.

6.1.2.Phải sử dụng phao đo và thiết bi đo mức tự động nếu cần đo/ghi dữ liệu cột nước liên tục. Khi không có yêu cầu cấp chính xác đo cao, có thể chấp nhận sử dụng cột tiêu đo (cột thủy chí) và thước dây.

Yêu cầu chi tiết áp dụng cho thiết bị đo cột nước qui định trong ISO 4373.

6.2. Bình lắng sóng đo cột nước đập tràn

6.2.1. Trong trường hợp cá biệt, khi vận tốc bề mặt nhỏ và nhiễu loạn dòng chảy trong đoạn kênh dẫn phía thượng lưu nhỏ không đáng kể, cột nước có thể đo trực tiếp trong kênh dẫn phía thượng lưu (ví dụ, bằng giá trị trung bình của thiết bị đo khoảng cách điểm, lắp phía trên mặt nước). Tuy nhiên, để tránh ảnh hưởng của sự dao động mức nước do song đánh, dòng chảy xoáy hoặc rung động, cột nước tràn phải được đo trong bình lắng sóng.

6.2.2.Các bình lắng sóng đo cột nước phải nối với kênh dẫn phía thượng lưu bằng ống dẫn thích hợp, trong trường hợp cần thiết có thể trang bị van điều chỉnh để giảm rung động. Các ống dẫn, thiết bị nối tới từ đáy kênh hoặc vách ngăn hoặc ống tĩnh điện đặt ở vị trí đo cột nước tràn được chế tạo riêng.

6.2.3.Các yêu cầu khác chi tiết về bình lắng sóng đo cột áp qui định trong ISO 4373 hoặc các tài liệu kỹ thuật liên quan.

6.3. Vị trí đo cột nước đập tràn

6.3.1.Đặt vị trí đo cột nước ở khoảng cách đủ xa về phía thượng lưu để tránh vùng mực nước thấp gây nên do sự tạo thành ngọn nước. Mặt khác, khoảng cách từ chỗ lắp đặt bình lắng song phải đủ gần đập tràn để tổn thất về cột áp trong giữa chúng là không đáng kể. Đối với các đập tràn qui định trong tiêu chuẩn này, vị trí đo cột nước thích hợp có khoảng cách đến đập tràn bằng 4 đến 5 lần cột nước cực đại h_max trong đoạn kênh phía thượng lưu.

6.3.2.Nếu vận tốc cao xuất hiện trong đoạn kênh phía thượng lưu hoặc nhiễu loạn trên bề mặt nước, dao động cột nước tại vị trí đo do các tỷ số h/p và b/B cao, có thể phải lắp đặt thêm vài cửa vào áp suất để bảo đảm cột nước tràn đo được trong bình lắng sóng là giá trị trung bình của một số các điểm đo khác nhau.

6.4. Mặt phẳng mặt chuẩn đo cột nước đập tràn

6.4.1.Độ chính xác đo cột nước phụ thuộc nhiều vào việc xác định mặt phẳng chuẩn (mặt phẳng cơ sở), được xác định như là số đọc của thiết bị đo ứng với mức (độ cao) của đỉnh đập tràn (đập tràn hình chữ nhật) hoặc mức của đỉnh khía đập tràn (đập tràn khía hình tam giác). Khi cần thiết, mặt chuẩn phải được kiểm tra.

6.4.2.Có nhiều phương pháp xác định mặt chuẩn được chấp nhận. Phương pháp điển hình cho đập tràn hình tam giác và hình chữ nhật được trình bày trong điều-8 và điều-9.

7. Bảo trì, bảo dưỡng đập tràn

Bảo trì, bảo dưỡng đập tràn và kênh đập tràn là biện pháp cần thiết để đảm bảo các phép đo chính xác.

7.1. Đoạn kênh dẫn phải được làm sạch bùn, cát, thực vật và các vật cản khác có thể gây tác động xấu lên điều kiện dòng chảy quy định đối với hệ thống đập tràn tiêu chuẩn. Phải đảm bảo đoạn kênh phía hạ lưu sạch, không có vật cản để tránh các nguyên nhân gây hiện tượng ngập nước hoặc mất khả năng thông thoáng toàn phần của ngọn nước trong mọi điều kiện dòng chảy.

7.2. Thành (tấm chắn) đập tràn phải được giữ sạch và cố định chắc chắn. Trong quá trình làm sạch, phải thận trọng để không làm hư hỏng đỉnh hoặc khía đập tràn, đặc biệt là mặt và các cạnh thành đập phía thượng lưu đập tràn. Đặc tính kỹ thuật của các kết cấu về các vấn đề nhạy cảm này phải được soát xét trước khi tiến hành bảo trì bảo dưỡng.

7.3. Thiết bị đo cột nước kiểu áp kế, ống nối, bình lắng sóng phải được làm sạch và kiểm tra để đảm bảo độ kín khít. Móc đo mức nước hay thước đo điểm, áp kế, phao đo hay các thiết bị đo khác được sử dụng để đo cột nước phải được kiểm tra định kỳ để đảm bảo độ chính xác.

7.4. Phải giữ gìn sạch sẽ các lỗ đột trên tấm ngăn cách, sao cho tỷ lệ diện tích mở (mặt thoáng) luôn lớn hơn 40%, nếu sử dụng thiết bị nắn thẳng dòng.

8. Đập tràn thành mỏng hình chữ nhật

8.1. Phân loại đập tràn

Đập tràn thành mỏng hình chữ nhật là nhóm lớn, Trong đó gồm có hai kiểu chính:

a) Đập tràn thành mỏng khía hình chữ nhật, là loại hình cơ bản (tiêu chuẩn).

b) Đập tràn thành mỏng đỉnh rộng (full-width), ít khi sử dụng.

Trong hình-2 minh họa hình dáng đập tràn cơ bản, có giá trị tỷ lệ b/B và h/p trung bình. Nếu b/B=1, tức là chiều rộng của đập tràn bằng chiều rộng kênh dẫn đo lường, khi đó đập tràn thành mỏng thuộc loại đỉnh rộng (full-width) hay còn xem là đập tràn “không phổ biến” vì không có sự co hẹp bên sườn ngọn nước đập tràn.

8.2. Yêu cầu kỹ thuật đập tràn tiêu chuẩn

8.2.1 Đập tràn tiêu chuẩn bao gồm khía hình chữ nhật phải thẳng đứng, thành mỏng. Thành đập phải phẳng, cứng vững và vuông góc với các bờ thành đập và đáy đoạn kênh dẫn phía thượng lưu. Bề mặt thành mỏng phía thượng lưu phải nhẵn (vùng lân cận khía thành đập, bề mặt phải đạt được gia công đạt độ bóng tương đương với độ bóng của bề mặt cuộn thép gia công cán).

8.2.2. Đường tâm đối xứng của khía đập tràn phải cách đều hai thành bờ kênh. Bề mặt đỉnh miệng đập tràn phải phẳng, nằm trong mặt phẳng ngang, tạo thành góc nhọn tại chỗ giao nhau với mặt thành đập phía thượng lưu. Chiều rộng của bề mặt đỉnh đập, đo vuông góc với mặt thành đập, phải nằm trong khoảng từ 1 đến 2mm. Mặt bên của khía đập tràn phải “thẳng đứng”, bề mặt phải tạo thành góc nhọn với mặt phía thượng lưu của tấm chắn thành đập. Trong số ít trường hợp đối với đập tràn đỉnh rộng, đỉnh đập tràn kéo dài tới thành bờ kênh, vùng lân cận đỉnh đập tràn phải phẳng và nhẵn (xem thêm điều-8.3).

8.2.3. Để đảm bảo góc phía thượng lưu của đỉnh với thành bên của khía đập tràn nhọn, chúng phải được chế tạo hoặc mài dũa vuông góc với mặt phía thượng lưu của tấm chắn thành đập, không có gờ ráp, vết xước và chịu được mài mòn đối với vải hoặc giấy ráp.

8.2.4. Phải cắt vát gờ phía hạ lưu của khía đập tràn, nếu thành đập dầy hơn bề rộng lớn nhất cho phép của bề dày mặt khía đập. Mặt vát phải tạo thành góc không nhỏ hơn p/4 radian (45⁰) với đỉnh và các mặt bên của khía đập tràn (xem hình-2). Tấm thành đập tràn tại vùng lân cận khía đập tràn nên được chế tạo bằng kim loại chống rỉ. Nếu không, các bề mặt đòi hỏi nhẵn và các góc nhọn phải được bảo vệ bằng màng hoặc lớp phủ thích hợp (ví dụ dầu, sáp, silicon…), bôi lên bằng vải mềm.

8.3. Quy cách kỹ thuật lắp đặt

8.3.1.Tuân thủ các điều kiện lắp đặt qui định trong điều-5. Nhìn chung, đập tràn phải được lắp đặt trong đoạn kênh tiết diện hình chữ nhật thẳng, nằm ngang đến mức có thể. Tuy nhiên, nếu độ mở hiệu lực của khía đập tràn đủ nhỏ so với mặt cắt ngang của đoạn kênh thượng lưu dẫn đến vận tốc dòng chảy trong đoạn kênh đo lường cũng rất nhỏ, khi đó hình dáng biên dạng kênh đo lường có ảnh hưởng không đáng kể.

8.3.2.Trong mọi trường hợp, dòng chảy trong đoạn kênh đo lường phải đồng nhất và ổn định. theo qui định tại điều-5.3.3.

8.3.3.Nếu chiều rộng của đập tràn bằng chiều rộng của đoạn kênh dẫn phía thượng lưu (đập tràn đỉnh rộng), các mặt thành bờ kênh phía thượng lưu tính từ thành đập tràn phải thẳng đứng, bằng phẳng, song song và nhẵn (đạt độ bóng tương đương với độ bóng của bề mặt cuộn thép gia công cán). Các mặt thành bờ kênh bên trên độ cao của đỉnh đập tràn đỉnh rộng phải kéo dài ít nhất bằng 0,3h_max về phía hạ lưu tính từ mặt phẳng đập tràn. Dòng chảy thoáng qua đập tràn (ngọn nước không có lồng khí do) chỉ được đảm bảo khi thỏa mãn các điều kiện qui định tại điều-5.3.4.

8.3.4.Đáy đoạn kênh đo lường phía thượng lưu phải nhẵn, phẳng và nằm ngang khi độ cao đỉnh đập tràn (p) so với đáy kênh nhỏ và/hoặc tỷ số h/p lớn. Đối với đập tràn hình chữ nhật, đáy phải nhẵn, phẳng, nằm ngang, đặc biệt khi p < 0,1m và/hoặc tỷ số h_max/p > 1. Các điều kiện bổ sung khác được quy định cho từng công thức tính lưu lượng cụ thể được qui định trong các điều-8.6 và điều-8.7.

8.4. Quy cách kỹ thuật đo cột nước tràn

8.4.1.Quy định chung

Phải tuân thủ nghiêm ngặt các điều kiện qui định trong các điều-6.1, điều-6.2 và điều-6.3, không có trường hợp ngoại lệ.

8.4.2. Xác định mặt phẳng chuẩn

Mặt phẳng chuẩn đo cột nước tràn phải được xác định một cách cẩn trọng, và phải được kiểm tra khi cần thiết. Phương pháp điển hình được thừ nhận để xác định mặt chuẩn đối với đập tràn thành mỏng hình chữ nhật được mô tả dưới đây:

a) Mực nước tĩnh trong đoạn kênh dẫn phía thượng lưu được tháo bớt đến mức sát bên dưới đỉnh đập tràn;

b) Lắp đặt móc đo di động phía trên đoạn kênh dẫn thượng lưu tại vị trí gần đỉnh đập tràn;

c) Đặt trục thiết bị đo chính xác theo phương nằm ngang, với một điểm nằm trên đỉnh đập tràn và điểm kia nằm trên móc đo của máy đo di động (thiết bị đo mức đã được căn chỉnh để giữ mức ở vị trí xác định), đọc và ghi dữ liệu đo;

d) Hạ thấp thiết bị đo mức di động tới mặt nước trong đoạn kênh dẫn phía thượng lưu, đọc và ghi lại số liệu đo. Dò chỉnh thiết bị đo mức cố định, đọc và ghi dữ liệu tại bình lắng sóng đo cột nước;

e) Hiệu của hai số đọc trên thiết bị đo mức di động, cộng vào kết quả đo đọc trên thiết bị đo cố định cho trị số mức đo chuẩn (cơ sở) đối với thiết bị đo cố định.

f) Trong hình-3 minh họa cách sử dụng quy trình xác định mặt phẳng chuẩn để đo cột nước bằng thiết bị đo mức di động, lắp đặt thuận lợi trên thành đập.

8.5. Công thức tổng quát tính lưu lượng

Công thức tính lưu lượng nước chảy qua đập tràn thành mỏng hình chữ nhật được trình bày cho hai loại đập tràn:

a) Đập tràn thành mỏng hình chữ nhật tiêu chuẩn (cho mọi giá trị của b/B).

b) Đập tràn mỏng hình chữ nhật đỉnh rộng (chob/B = 1,0).

Các ký hiệu sử dụng trong biểu thức được qui định như sau:

Q - Lưu lượng dòng chảy, m³/s;

C - Hệ số lưu lượng (không thứ nguyên);

g - Gia tốc trọng trường, m/s²;

b - Chiều rộng khía đập tràn đo được, m;

B - Chiều rộng đoạn kênh dẫn, m;

h – Độ cao cột nước đo được, m;

p – Độ cao của đỉnh đập tràn so với đáy, m;

8.6. Công thức tính lưu lượng nước qua đập tràn thành mỏng hình chữ nhật tiêu chuẩn cho mọi giá trị b/B)

8.6.1. Biểu thức Kindsvater-Carter

Biểu thức Kindsvater-Carter áp dụng cho loại đập tràn thành mỏng hình chữ nhật tiêu chuẩn:

Trong đó:

C_e - Hệ số lưu lượng;

b_e - Chiều rộng hiệu lực, m;

h_e - Cột nước tràn hiệu lực, m.

Trong hình-4 giới thiệu C_e xác định bằng thực nghiệm, phụ thuộc vào tỷ số h/p ứng với các giá trị b/B khác nhau. Các giá trị C_e tương ứng với các giá trị trung gian b/B được xác định bằng phương pháp nội suy.

Hệ số lưu lượng C_e thực nghiệm là hàm số của hai biến số, được tính theo công thức:

Trong đó: Chiều rộng b_evà cột nước h_ehiệu lựcđược xác định theo công thức

b_e=b + k_b(3)

h_e = h + k_h(4)

Trong đó k_bvà k_h là các hệ số bù thực nghiệm, biểu thị bằng m, đối với các ảnh hưởng của tổ hợp hiệu ứng của độ nhớt và áp suất trên mặt nước thoáng.

Trên hình-5 cho đường cong quan hệ của các giá trị k_b, xác định bằng thực nghiệm phụ thuộc vào tỷ số b/B.

Kết quả thực nghiệm cho thấy hằng số k_h có trị số bằng 0,001m khi đập tràn được xây dựng tuân thủ nghiêm ngặt các yêu cầu kỹ thuật qui định trong tiêu chuẩn này.

Với các giá trị trung gian b/B trong hình-4, C_e có thể xác định đượcbằng phương pháp nội suy như sau:

Đối với các trị số trung gian b/B, công thức C_e có thể xác định được bằng nội suy.

8.6.3 Giới hạn thực tế của h/p, h, b và p

Giới hạn thực tế được đặt ra cho tỷ số h/p vì những khó khăn khi đo cột áp và sai số gây nên bởi sóng trào đột ngột trong đoạn kênh thượng lưu khi mà tỷ số h/p lín hơn trị số giới hạn.

Giới hạn đặt ra cho h nhằm tránh ảnh hưởng của hiện tượng “bó” ngọn nước xuất hiện khi cột nước quáthấp.

Giới hạn đặt ra cho b vì độ không đảm bảo đo của tổ hợp hiệu ứng độ nhớt và sức căng bề mặt, phản ánh qua hệ số k_btại các trị số rất nhỏ của b. Giới hạn đặt ra cho p và (B- b) nhằm tránh ảnh hưởng không ổn định của xoáy nước trên bề mặt, hình thành trong các góc giữa thành bờ kênh và đập tràn khi p và (B – b) có trị số nhỏ.

Trong thực tế, một cách thận trọng chọn đặt các trị số giới hạn cho công thức Kindsvater-Carter như sau:

a) h/p ≤ 2,5;

b) h ≥ 0,03m;

c) b ≥ 0,15m;

d) p ≥ 0,10m;

e) hoặc là (B - b)/2 =0 (cho đập tràn đỉnh rộng), hoặc là (B - b)/2 ≥ 0,10m (chođập tràn co hẹp).

Các giới hạn thực tế áp dụng chobiểu thức SIA là:

a) h/p ≤ 1,0;

b) b/B ≥ 0,3;

c) 0,025 B/b ≤ h ≤ 0,80m;

d) p ≥ 0,30m.

Đối với đập tràn đỉnh rộng, công thức (14) có dạng rút gọn:

Trong đó:

C_e = 0,602 + 0,083 h/p  (17)

h_e=h + 0,001 2              (18)

Giới hạn thực tế áp dụng chocông thức Rehbock như sau:

a) h/p ≤ 1,0;

b) 0,03 m≤ h ≤ 0,75m;

c) b ≥ 0,30m;

d) p≥0,10m.

V_a - Vận tốc trung bình trong đoạn kênh dẫn phía thượng lưu, V_a = Q/A_a;

A_a - Diện tích tiết diện dòng chảy tại vị trí đo cột nước, m².

VìV_a là hàm số của Q, phải được tính bằng phương pháp xấp xỉ kế tiếp

Giá trị thực tế áp dụng cho công thức IMFT là:

a) h/p≤ 2,5;

b) h ≥ 0,03m;

c) b ≥ 0,20m;

d) p ≥ 0,10m.

8.7.3. Công thức JIS

Công thức JIS có dạng làsau:

Q = C.b.h^3/2

Trong đó:

e= 0 khi p £ 1 m

e= 0,55 (p -1) khip>1m

Giới hạn thực tế áp công thức JIS là như sau:

a) h/p ≤ 0,667;

b) 0,03m < h < 0,80m và h≤ b/4;

c) b ≥ 0,50m;

d) 2,50m < p < 0,30m.

Công thức tính lưu lượng nước của JIS được khuyến cáo sử dụng trong trường hợp chiều dài hiệu lực của đoạn kênh thượng lưu đã được rút gọn do sử dụng thiết bị nắn dòng.

8.8. Độ chính xác của hệ số lưu lượng

Độ chính xác đo lưu lượng nước trong trường hợp sử dụng đập tràn thành mỏng hình chữ nhật, trước tiên phụ thuộc vào độ chính xác đo cột nước và kết quả đo chiều rộng đập tràn áp dụng cho các công thức tính lưu lượng và các hệ số sử dụng. Phải thận trọng thực hiện và kiểm tra từng bước các khâu xây dựng, lắp đặt theo các điều kiện qui định trong tiêu chuẩn này nhằm đạt được độ không đảm bảo đo (độ KĐBĐ) xác định lưu lượng (với độ tin cậy 95%), độ KĐBĐ hệ số lưu lượng: không lớn hơn 1,5% đối với tỷ số h/p nhỏ hơn 1,0, không lớn hơn 2% đối với h/p trong khoảng từ 1,0 đến 1,5 và không lớn hơn 3% - đối với tỷ số h/p từ 1,5 đến 2,5. Độ tin cậy chỉ được đảm bảo khi các giá trị h, b, p, h/p và (B -b)/2 thỏa mãn các qui định trong các điều-8.6 và 8.7.

9. Đập tràn thành mỏng khía hình tam giác

9.1. Đặc tínhkỹ thuật của đậpؠtràn tiêu chuẩn

9.1.1. Đập tràn thành mỏng khía hình tam giác bao gồm: KhíQ đậpؠtràn hìnhؠtam giác thẳngؠđứng, tấmؠchắn (thànhؠđập) mỏng. Sơ đồ minh hoạ đập tràn thànhؠmỏngؠkhíaؠhình tam giác cho trong hình-6. Thành đập phải phẳng, cứng vững, vuông góc với hai thành bờ và đáy kênh. Mặt đập tràn phía thượng lưu phải nhẵn (vùng lân cận khía thành đập, bề mặt phải đạt được gia công đạt độ bóng tương đương với độ bóng của bề mặt cuộn thép gia công cán).

Hình 6- Đập tràn thành mỏng khía hình tam giác

9.1.2. Đường tâm đối xứng của khía đập tràn phải cách đều hai thành bờ kênh. Bề mặt đỉnh miệng đập tràn phải phẳng, nằm trong mặt phẳng ngang, tạo thành góc nhọn tại chỗ giao nhau với mặt thành đập phía thượng lưu. Chiều rộng của bề mặt khía đập tràn, đo vuông góc với mặt thành đập, phải nằm trong khoảng từ 1 đến 2mm.

9.1.3. Để đảm bảo góc phía thượng lưu của đỉnh với thành bên của khía đập tràn nhọn, chúng phải được chế tạo hoặc mài dũa vuông góc với mặt phía thượng lưu của tấm chắn thành đập, không có gờ ráp, vết xước và chịu được mài mòn đối với vải hoặc giấy ráp.

9.1.4. Phải cắt vát gờ phía hạ lưu của khía đập tràn, nếu thành đập dầy hơn bề rộng lớn nhất cho phép của bề dày mặt khía đập,. Mặt vát phải tạo thành góc không nhỏ hơn p/4 radian (45⁰) với đỉnh và các mặt bên của khía đập tràn (xem hình 6). Tấm thành đập tràn tại vùng lân cận khía đập tràn nên được chế tạo bằng kim loại chống rỉ. Nếu không, các bề mặt đòi hỏi nhẵn và các góc nhọn phải được bảo vệ bằng màng hoặc lớp phủ thích hợp (ví dụ dầu, sáp, silicon…), bôi lên bằng vải mềm.

9.2. Quy cách kỹ thuật lắp đặt

9.2.1. Tuân thủ các điều kiện lắp đặt qui định trong điều 5.3. Nhìn chung, đập tràn phải được lắp đặt trong đoạn kênh tiết diện hình chữ nhật thẳng, nằm ngang đến mức có thể. Tuy nhiên, nếu độ mở hiệu lực của khía đập tràn đủ nhỏ so với mặt cắt ngang của đoạn kênh thượng lưu dẫn đến vận tốc dòng chảy trong đoạn kênh đo lường cũng rất nhỏ, khi đó hình dáng biên dạng kênh đo lường có ảnh hưởng không đáng kể.

9.2.2.Trong mọi trường hợp, dòng chảy trong đoạn kênh đo lường phải đồng nhất và ổn định theo qui định tại điều 5.3.3.

9.2.3.Nếu chiều rộng đỉnh ngọn nước tại cột nước cực đại lớn hơn so với chiều rộng của đoạn kênh dẫn phía thượng lưu, thành đập tràn phải thẳng đứng, bằng phẳng, song song và nhẵn.

Các mặt thành bờ kênh bên trên độ cao của đỉnh đập tràn đỉnh rộng phải kéo dài ít nhất bằng 0,3h_max về phía hạ lưu tính từ mặt phẳng đập tràn. Dòng chảy thoáng qua đập tràn (ngọn nước không tạo lồng khí do) chỉ được đảm bảo khi thỏa mãn các điều kiện qui định tại điều 5.3.4.

9.2.3.Nếu chiều cao từ đỉnh tam giác tới đáy kênh nhỏ không đáng kể so với cột nước cực đại, đáy kênh phải nhẵn, phẳng và nằm ngang. Nhìn chung, đoạn kênh dẫn thượng lưu phải nhẵn, thẳng và có biên dạng hình chữ nhật khi B/b_max< 3 và/hoặc tỷ số h_max/p>1. Các điều kiện bổ sung khác được quy định cho từng công thức tính lưu lượng cụ thể.

9.3. Đặc điểm kỹ thuật đo cột nước tràn

9.3.1. Điều kiện chung

Phải tuân thủ nghiêm ngặt các điều kiện qui định trong các điều 6.1, điều 6.2 và điều 6.3, không có trường hợp ngoại lệ.

9.3.2. Xác định góc khíađập tràn

Để xác định chính xác cột nước đối với đập tràn khía hình tam giác đòi hỏi phải xác định chính xác góc khía đập tràn. Một trong các phương pháp xác định góc khía đập tràn được mô tả dưới đây:

a) Hai đĩa riêng biệt giống hệt nhau, đo kiểm tra kích thước đường kính bằng dụng cụ đo vi lượng, được đặt bên trong sao cho tiếp tuyến với các cạnh bên khía tam giác;

b) Khoảng cách theo phương thẳng đứng giữa các tâm của hai đĩa (hoặc hai cạnh viền tương ứng khía tam giác), được đo bằng thước compa kỹ thuật (micromet);

c) Góc khía đập tràn a (hình 6) được tính bằng hai lần góc mà sin của nó là tỷ số giữa hiệu giữa hai bán kính của các đĩa, chia cho khoảng cách giữa hai tâm các đường tròn tương ứng.

Mặt phẳng chuẩn đo cột nước phải được xác định cẩn trọng, theo yêu cầu kỹ thuật và phải kiểm tra khi cần thiết. Phương pháp điển hình được chấp nhận để xác định mặt phẳng chuẩn đối với đập tràn thành mỏng khía hình tam giác được mô tả như sau:

c) Mực nước tĩnh trong đoạn kênh dẫn phía thượng lưu được tháo bớt tại mức sát bên dưới đỉnh đập tràn;

d) Lắp đặt móc đo di động phía trên đoạn kênh dẫn thượng lưu tại vị trí gần đỉnh đập tràn;

e) Đặt trục của đường kính trụ của thiết bị đo có móc đã biết trước đường kính theo phương nằm ngang, với một điểm đặt tại đỉnh khía đập tràn hình tam giác và điểm kia nằm trên điểm cân bằng của máy thiết bị đo có móc di động. Mức đo đặt trên đỉnh trụ, điều chỉnh thiết bị đo có móc di động xác định vị trí thăng bằng ngang một cách chính xác, đọc và ghi lại số liệu đo.

Hình 7 - Hệ số lưu lượng C_e (a = 90⁰)

Hình 7 - Hệ số lưu lượng C_e (a = 90⁰)

9.5.1. Ước lượng trị số C_e và k_h

Đối với đập tràn thành mỏng hình tam giác có góc khía tràn a = p/2 rad (90°), trên hình-7 cho các trị số thực nghiệm C_e ứng với khoảng rộng các tỷ số h/p và p/B.

Tại góc a = p/2 rad (90°), k_h là hằng số bằng 0,00085m với dải trị số h/p và p/B tương ứng. Đối với góc khía đập tràn khác p/2 rad (90°), các dữ liệu thực nghiệm không đủ để xác định C_e như hàm số của h/p và p/B. Tuy nhiên, đối với các khía đập tràn đủ nhỏ so với diện tích tiết diện đoạn kênh dẫn phía thượng lưu, khi đó vận tốc dòng chảy trong đoạn kênh thượng lưu nhỏ không đáng kể và có thể bỏ qua tác động của h/p và p/B. Ở điều kiện này (gọi là “co hẹp toàn phần”), trên hình-8 cho các trị số C_e thực nghiệm như là một hàm độc lập. Các trị số k_htương ứng cho trong hình-9.

9.5.2. Giới hạn thực tế của , h/p, p/B, h và p

Để tránh nguy cơ phạm sai số đo lường và thiếu dữ liệu thực nghiệm, các giới hạn thực tế dưới đây được áp dụng cho công thức Kindsvater-Shen (hình-7):

a)  phải nằm trong khoảng giữa p/9 đến 5p/9 rad (20° đến 100°);

b) h/p phải nằm trong giới hạn giới thiệu trong hình-7 ứng với  = p/2 rad (90°); h/p – phải không lớn hơn 0,35 đối với các giá trị khác của a;

c) p/B phải nằm trong giới hạn giới thiệu trong hình-7 ứng với  = p/2 rad (90°); p/B– phải nằm trong khoảng giữa 0,10 và 1,5 đối với các giá trị khác của a;

d) h - phải không nhỏ hơn 0,06m;

e) p - phải không nhỏ hơn 0,09m.

và các giá trị C và Q xác định bằng thực nghiệm ở điều kiện “co hẹp toàn phần” cho trong bảng 1, 2 và 3 (phụ lục-C).

Các giới hạn thực tiễn cho công thức (24):

a) h/p – phải không lớn hơn 0,4;

b) h/B - phải không lớn hơn 0,2;

c) h - phải nằm trong khoảng giữa từ 0,05m và 0,38m;

d) p - phải không nhỏ hơn 0,45m;

e) B - phải không nhỏ hơn 1,0m.

Hình 9- Gía trị k_h phụ thuộc vào góc khía đập tràn a

9.7. Độ chính xác của hệ số lưu lượng đập tràn khía hình tam giác

Độ chính xác đo lưu lượng nước chảy qua đập tràn thành mỏng khía hình tam giác, trước hết phụ thuộc vào sai số xác định chiều cao cột nước, góc khía tam giác đập tràn và các hệ số sử dụng trong biểu thức tính lưu lượng. Phải thận trọng thực hiện và kiểm tra từng bước các khâu xây dựng, lắp đặt theo các điều kiệnqui định trong tiêu chuẩn này nhằm đạt được độ không đảm bảo đo (độ KĐBĐ) xác định lưu lượng (với độ tin cậy 95%) không lớn hơn 1,0%. Độ KĐBĐ liên hợp quy cho độ KĐBĐ lưu lượng trình bày tại điều 10. Ví dụ tính độ KĐBĐ cho tại điều-11.

10. Độ chính xác đo lưu lượng

10.1. Khái quát chung

Cấp chính xác đo lưu lượng được đánh giá tốt nhất thông qua độ KĐBĐ xác định bằng toán xác suất thống kê. Thực chất lưu lượng đo được được tính bằng công thức cụ thể, áp dụng cho từng loại đập tràn, giá trị thật của lưu lượng kỳ vọng 95% nằm trong khoảng xác định (95% độ tin cậy).

Độ KĐBĐ lưu lượng được ước lượng thông qua độ KĐBĐ liên hợp, tổ hợp các nguồn sai số khác nhau. Do vậy, có thể đánh giá mức độ ảnh hưởng của mỗi nguồn sai số liên quan để chủ động quyết định sử dụng thiết bị kỹ thuật và phương pháp đo hiện có nào, nhằm đo lưu lượng với độ chính xác theo mục đích yêu cầu.

10.2. Nguồn gốc sai số

Nguồn gốc sai số trong quá trình đo lưu lượng có thể xác định được nhờ cách phân tích các thành phần trong biểu thức tính lưu lượng. Ví dụ, từ biểu thức (1) và (21), có thể dễ dàng nhận được công thức tính lưu lượng cho đập tràn thành mỏng hình chữ nhật:

Nếu số lần đo đủ lớn, độ lệch chuẩn của giá trị trung bình tiệm cận tới phân bố chuẩn, khi đó độ KĐBĐ của giá trị trung bình bằng 2với độ tin cậy 95%. Theo đó, khoảng xác định của giá trị đo được biểu diễn bằng biểu thức . Từ biểu thức (27) và (28) thấy rõ khoảng xác định của độ KĐBĐ do sai số có thể giảm thiểu bằng cách tăng số lần đo (số quan sát).

Sai số hệ thống do các sai số thành phần phân bố trong thiết bị và điều kiện đo gây nên, do vậy không thể giảm sai số hệ thống bằng cách tăng số lần đo. Độ KĐBĐ hệ thống phải được ước lượng một cách khách quan trên cơ sở hiểu biết tốt về kỹ thuật và trang thiết bị đo lường.

10.4. Sai số do các hệ số tính toán

Các giá trị C_e, C, k_b, k_h sử dụng trong các công thức tính lưu lượng qui định trong tiêu chuẩn này đều dựa trên kết quả thực nghiệm ở các điều kiện khác nhau, để thỏa mãn các đặc tính kỹ thuật trong sử dụng hệ thống đập tràn tiêu chuẩn. Sai số ước lượng các đại lượng này dựa trên sự đánh giá thực nghiệm và so sánh các kết quả thu được từ các công thức tính toán. Như vậy, các sai số của C_e, C, k_b, k_h về bản chất là các sai số hệ thống.

Các giá trị của độ KĐBĐ của C_e và C được sử dụng ở các điều kiện đo khác nhau qui định trong điều-10.7 cho đập tràn thành mỏng hình chữ nhật và đập tràn thành mỏng hình tam giác tương ứng. Nhìn chung, các hệ số lưu lượng đưa vào độ KĐBĐ thành phần lớn hơn các nguồn sai số hệ thống khác.

Đối với tất cả các ứng dụng trong tiêu chuẩn này, độ KĐBĐ của các hệ số k_b và k_h có thể nhận trị số bằng 0,3mm. Ảnh hưởng của hai yếu tố trên lên độ KĐBĐ đo lưu lượng là không đáng kể, ngoại trừ tại các giá trị nhỏ của b và h.

10.5. Sai số chủ quan đo do người vận hành

Các đại lượng đo do người thực hiện bao gồm b, h và ađều chứa các thành phần sai số ngẫu nhiên và hệ thống. Ví dụ, khi đo b và a đòi hỏi thực hiện các phép đo kích thước định sẵn/khoảng cách, bao hàm các sai số phụ thuộc vào phương pháp đo và thiết bị đo. Quan tâm đến điều kiện đo, cho phép ước lượng độ KĐBĐ của các đại lượng này. Kết quả đo h không chỉ phụ thuộc vào thiết bị và kỹ thuật đo mà còn phụ thuộc vào dao động của mực nước (ví dụ, ở bình lắng sóng và áp kế). Do vậy, độ KĐBĐ h phụ thuộc một phần vào độ KĐBĐ ngẫu nhiên của giá trị trung bình từ các lần đo, được ước lượng bằng khai phương của tổng bình phương các độ KĐBĐ thành phần riêng rẽ.

Khi độ KĐBĐ hệ thống có thể đánh giá qua thực nghiệm, giá trị độ KĐBĐ phải được tính toán theo phương pháp qui định ở điều-10.3 như đối với sai số ngẫu nhiên.

Khi độ KĐBĐ bắt buộc phải được ước lượng từ sai số hệ thống của một đối tượng đo đơn lẻ, độ KĐBĐ hệ thống phải được tính bằng một nửa khoảng xác định Trong đó sai số được ước lượng.

10.6. Độ không đảm bảo đo liên hợp

Ở các điều-10.3, điều-10.5 sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên được phân biệt rõ ràng. Tuy nhiên, dấu hiệu sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên không biết trước và hai loại sai số này liên kết với nhau khó tách biệt, chúng phải được xử lý như sai số ngẫu nhiên khi xác định độ KĐBĐ liên hợp.

Sử dụng phương pháp tính sau đây để tổ hợp các độ KĐBĐ hợp thành độ KĐBĐ toàn phần bộ sai số trong khi đo lường lưu lượng (với độ tin cậy 95%).

Đối với đập tràn thành mỏng hình chữ nhật, đơn giản hóa các công thức tính lưu lượng trong điều 10.2, được:

Đối với các công thức xác định sai số lưu lượng này không đòi hỏi xác định sai số đo cột nước tràn thực và khái niệm chiều rộng thực, e_kh và e_kh bắt buộc bằng 0 như trong các công thức trước.

Sai sô đo lưu lượng không phải là giá trị đơn lẻ trong việc lắp đặt đế xác định sai số lưu lượng khi biến đổi tốc độ dòng chảy. Vì vậy những qui định này thường không được áp dụng để tính toán sai số xác định lưu lượng thấp hơn dải do yêu cầu.

Ví dụ xác định sai số đo lưu lượng được qui định trong phụ lục C của tiêu chuẩn này.

 

PHỤ LỤC A

(Tham khảo)

HƯỚNG DẪN LỰA CHỌN ĐẬP TRÀN VÀ MÁNG LƯỜNG ĐO LƯU LƯỢNG NƯỚC TRONG KÊNH HỞ

A.1. PHẠM VI VÀ LĨNH VỰC ÁP DỤNG

Phụ lục này đưa ra hướng dẫn để lựa chọn đập tràn và máng lường đo lưu lượng chất lỏng trong kênh hở áp dụng giới hạn cho dòng (nước) chảy ổn định, đồng nhất ở nhiệt độ bình thường (xấp xỉ 5⁰C đến 30⁰C).

Mặc dù chủng loại/kiểu đập tràn và máng lường khá lớn, một số Trong đó có ưu điểm cho mục đích cá biệt, chỉ các kiểu/loại sau đây được tiêu chuẩn hóa. Chuẩn cứ lựa chọn trong số kiểu/loại được tiêu chuẩn hóa cho trong điều-A.3.

A.2. MỘT SỐ LOẠI ĐẬP TRÀN VÀ MÁNG TRÀN TIÊU CHUẨN

A.2.1. Đập tràn thành mỏng

Đập tràn được xây dựng thẳng đứng, hình dạng sắc nét sao cho ngọn nước vọt lên rõ ràng khỏi đỉnh đập, lưu lượng có thể xác định được thông qua cột nước và chiều rộng đỉnh đập (hoặc góc khía đập tràn a).

Các kiểu đập tràn bao gồm:

- Đập tràn thành mỏng đỉnh dầy hình chữ nhật;

- Đập tràn thành mỏng có khía hình chữ nhật;

- Đập tràn thành mỏng có khía hình tam giác.

A.2.2. Đập tràn đỉnh dày

Đập tràn có kích thước đỉnh đập tràn dầy đáng kể theo hướng dòng chảy, sao cho tạo thành dòng chảy tới hạn trên đỉnh đập tràn trong khuôn khổ chiều rộng, lưu lượng nước chảy qua được xác định bằng cột nước và chiều rộng đỉnh đập.

Các kiểu đập tràn bao gồm:

- Đập tràn biên dạng hình chữ nhật, với cạnh đỉnh phía thượng lưu nhọn;

- Đập tràn biên dạng hình chữ nhật, với cạnh đỉnh phía thượng lưu được vê tròn.

A.2.3. Đập tràn biên dạng hình tam giác

Đập tràn có biên dạng hình tam giác theo hướng dòng chảy phía thượng lưu, lưu lượng nước qua đập tràn được xác định bằng cột nước và chiều rộng đỉnh đập.

Các kiểu đập tràn bao gồm: Đập tràn mặt biên dạng hình tam giác có độ dốc phía thượng lưu 1: 2 và độ dốc phía hạ lưu 1: 5.

A.2.4. Máng lường sóng đứng (dòng chảy tự do)

Máng lường có thành bên co hẹp, với đáy co hẹp hoặc không co hẹp, Trong đó dòng chảy thay đổi từ trạng thái dưới giới hạn đến trạng thái trên tới hạn, lưu lượng nước chảy qua được xác định thông qua diện tích mặt cắt ngang và vận tốc dòng chảy tại độ sâu tới hạn bên trong cổ máng lường.

Các kiểu máng lường bao gồm:

- Máng lường cổ hình chữ nhật;

- Máng lường cổ hình thang;

- Máng lường cổ hình chữ U.

A.2.5. Đập tràn thác đổ tự do

Đập tràn, đáy có độ dốc đứng trong kênh hình chữ nhật, lưu lượng nước được xác định bằng độ sâu và chiều rộng tại miệng vực.

A.3. LỰA CHỌN ĐẬP TRÀN HOẶC MÁNG LƯỜNG TIÊU CHUẨN

Chuẩn cứ chính để lựa chọn từ đập tràn và máng lường cơ bản như sau

A.3.1. Giải pháp có sẵn cho các mức nước

Đập tràn thành mỏng và đập tràn thác đổ tự do đòi hỏi sự chênh lệch đáng kể giữa mực nước thượng lưu và mực nước hạ lưu, để bảo đảm cho dòng chảy tự do, hoàn toàn thoáng ở điều kiện lưu lượng dòng chảy cực đại.

Đập tràn đỉnh rộng có thể sử dụng được khi chênh lệch mức nước thượng lưu và hạ lưu nhỏ hơn.

Đập tràn biên dạng hình tam giác và máng lường sóng đứng có thể sử dụng khi chênh lệch mực nước thượng lưu và hạ lưu còn nhỏ hơn.

A.3.2. Độ chính xác của phép đo

Độ chính xác của phép đo lưu lượng độc lập phụ thuộc vào khả năng ước lượng độ KĐBĐ các thành phần liên quan, nhưng gần đúng khoảng giá trị độ KĐBĐ đối với đập tràn và máng lường với độ tin cậy 95% cho dưới đây:

- Đập tràn thành mỏng hình chữ nhật (đỉnh rộng và có khía): 1 - 4%;

- Đập tràn thành mỏng có khía hình tam giác (góc khía tam giác từ π/9 đên5 π /9 rad hoặc 20⁰ và 100⁰): 1 - 2%;

- Đập tràn đỉnh rộng: 3 - 5%;

- Đập tràn biên dạng hình tam giác: 2 - 5%;

- Máng lường sóng đứng: 2 - 5%;

- Đập tràn thác đổ tự do: 5 - 10%.

Sai lỗi do, lắp đặt hoặc trong sử dụng so với đập tràn hay máng lường tiêu chuẩn có thể dẫn đến sai số đo lường lớn. Giá trị giới hạn lớn nhất các độ KĐBĐ cho trên, áp dụng với sự cẩn trọng ở điều kiện tuân thủ nghiêm ngặt các đặc tính kỹ thuật tiêu chuẩn. Giá trị giới hạn nhỏ nhất, chỉ có thể đạt được khi giám sát nghiêm ngặt quá trình xây dựng và lắp đặt các trang thiết bị đo tốt như cho phòng thí nghiệm. Ở điều kiện hiện trường, đập tràn thành mỏng dễ bị sai số do các hiện tượng tự nhiên gây nên.

A.3.3. Kích thước và hình dạng đoạn kênh hở

Đập tràn thành mỏng đỉnh rộng hình chữ nhật và có khía (cả hình chữ nhật và tam giác), có kích thước lớn so với kích thước đoạn kênh dẫn thượng lưu phải nằm trong đoạn kênh hình chữ nhật, có đáy bằng phẳng và bờ kênh thẳng đứng, hay trong các đập tràn hình hộp có tiết diện hình chữ nhật với chiều dài đoạn kênh phía thượng lưu không nhỏ hơn 10 lần chiều rộng của ngọn nước tại cột nước cực đại. Đối với đập tràn thành mỏng có kích thước nhỏ hơn kích thước đoạn kênh dẫn phía thượng lưu, nếu vận tốc dòng chảy trong đoạn kênh thượng lưu nhỏ không đáng kể, kích thước và hình dạng kênh không có ảnh hưởng lớn trong việc xác định lưu lượng.

Sử dụng đập tràn đỉnh rộng hình chữ nhật có thể đạt được độ chính xác cao nhất ở các đoạn kênh không có tiết diện hình chữ nhật, nếu kênh dẫn nhẵn, chiều dài đoạn kênh phía thượng lưu khi đó cũng chỉ cần không nhỏ hơn hai lần cột nước cực đại.

Máng lường có thể sử dụng trong các kênh hở mọi hình dạng khác nhau, nếu điều kiện dòng chảy trong đoạn kênh dẫn phía thượng lưu có độ đồng nhất và ổn định vừa phải.

Đối với mọi loại đập tràn và máng lường, kích thước và hình dạng đoạn kênh phía hạ lưu có ảnh hưởng không đáng kể, nhưng dòng chảy phải đảm bảo tự do, hoàn toàn thoáng ở mọi điều kiện sử dụng.

A.3.4. Điều kiện dòng chảy trong đoạn kênh dẫn thượng lưu

Đối với tất cả các kiểu đập tràn, dòng chảy trong đoạn kênh dẫn phía thượng lưu phải ở trạng thái dưới tới hạn, ổn định và đồng nhất. Trong trường hợp lý tưởng, đặc biệt là đối với vận tốc dòng chảy tương đối cao, phân loại vận tốc phải gần giống như trong đoạn kênh có chiều dài đủ lớn để phát triển dòng chảy bình thường như ở kênh thẳng và nhẵn. Đối với vận tốc dòng chảy tương đối thấp trong đoạn kênh thượng lưu và cho máng lường, điều kiện dòng chảy trong đoạn kênh dẫn không có ảnh hưởng lớn. Ở đoạn kênh ngắn và các hộp đập tràn hình chữ nhật, phải sử dụng vách ngăn thiết bị nắn thẳng dòng để tái tạo lại vận tốc tiêu chuẩn. Phải bảo trì bảo dưỡng định kỳ để bảo đảm sự xói mòn và lắng đọng phía thượng lưu đập tràn hoặc máng lường là không đáng kể, không làm biến đổi vận tốc dòng chảy trong đoạn kênh thượng lưu hay phân bố vận tốc đối với kết cấu đo lường.

Trong đó: - vận tốc trung bình trong kênh dẫn thượng lưu, m/s;

 g - gia tốc trọng trường, m/s²;

 A - diện tích mặt cắt ngang của kênh thượng lưu, m²;

 B_s - chiều rộng đoạn kênh dẫn thượng lưu tại mặt nước, m.

A.3.5. Dòng chảy có bùn cát

Đối với dòng chảy có bùn cát lơ lửng, sử dụng đập tràn thành mỏng không được khuyến cáo trong tiêu chuẩn này do đỉnh đập tràn có thể bị hư hại hoặc bị vật liệu lơ lửng mài mòn. Ở dòng chảy có lượng bùn cát lớn dưới đáy, sử dụng kết cấu đo lường sẽ làm giảm đáng kể vận tốc dòng chảy cũng không được khuyến cáo, vì có thể dẫn đến xói mòn và lắng đọng làm thay đổi chế độ dòng chảy. Nhìn chung, sử dụng máng lường sẽ tốt hơn các đập tràn ở sông, ngòi và đoạn kênh dẫn có lượng bùn cát lớn.

A.3.6. Dòng chảy có chất thải nổi

Đập tràn đỉnh rộng, đập tràn biên dạng hình tam giác, máng lường sóng đứng và cấu trúc đập thác đổ tràn tự thường cho phép các chất thải nổi chảy qua dễ dàng hơn đập tràn thành mỏng. Nên tránh sử dụng đập tràn khía hình tam giác (khía chữ V), ngoại trừ có lắp đặt lưới vớt chất thải nổi phía thượng lưu.

A.3.7. Độ lớn lưu lượng và cấu trúc đo lường

Vì các lý do liên quan đến độ chính xác đo lưu lượng và kết cấu xây dựng, đập tràn thành mỏng được sử dụng tốt nhất để đo lưu lượng dòng chảy tương đối nhỏ.

 Đập tràn đỉnh rộng, đập tràn biên dạng hình tam giác và máng lường được sử dụng để đo lưu lượng lớn tốt nhất.

A.3.8. Dải đo lưu lượng

Để có độ chính xác đo lưu lượng tốt nhất trên toàn bộ dải đo đối với lưu lượng dòng chảy thấp, có thể sử dụng đập tràn thành mỏng khía hìnhؠtam giác (khía chữ V) để đo hơn là đập tràn thành mỏng khía hìnhؠchữ nhật hoặc đập tràn thành mỏng đỉnh rộng hình chữ nhật. Đối vớiؠdải đoؠrộngؠvà lưu lượng lớn, phải ưu tiênؠsử dụng máng lường cổ hình thang hoặc hình chữؠU trướcؠđập tràn đỉnh rộng, đập tràn thác đổ tự do, máng lường hình chữ nhật hoặc đập tràn biên dạng hình tam giác.

A.3.9. Xây dựng đập tràn

Đập tràn thành mỏng phải được xây dựng bằng các công cụ chính xác ở điều kiện công nghiệp. Các máng lường, đập tràn đỉnh rộng, đập tràn biên dạng hình tam giác và đập tràn thác đổ tự do có thể dễ dàng xây dựng và đáp ứng được các qui định kỹ thuật của tiêu chuẩn này tại hiện trường. Trong nhiều trường hợp, phải cẩn trọng kiểm tra giám sát kết cấu đo lường để phù hợp với các đặc tính kỹ thuật tiêu chuẩn.

Đập tràn đỉnh rộng, đập tràn biên dạng hình tam giác, đập tràn thác đổ tự do và các máng lường có kết cấu vững chắc và dễ duy trì bảo dưỡng hơn trong điều kiện cột nước cao và kênh dẫn rộng.

 

PHỤ LỤC B

(Tham khảo)

HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ VÀ LẮP ĐẶT THIẾT BỊ NẮN THẲNG DÒNG

Thiết bị nắn thẳng dòng chảy được sử dụng để làm giảm chiều dài đoạn kênh dẫn phía thượng lưu.

Mục đích của thiết bị nắn thẳng dòng chảy là biến đổi dòng chảy trong đoạn kênh dẫn phía thượng lưu rút gọn, tái tạo phân bố vận tốc dòng chảy tiêu chuẩn và ổn định (chỉ cần đoạn kênh thượng lưu không dài). Trong điều-5.3.3 và hình- B1 chỉ rõ phân bố vận tốc chuẩn.

Thiết bị nắn thẳng dòng có thể bao gồm vài vách ngăn (tấm kim loại) được đột lỗ (ít nhất là 04 tấm), lắp đặt thẳng đứng và vuông góc với chiều dòng chảy trong đoạn kênh phía thượng lưu với khoảng cách tối thiểu 0,2m giữa các vách kề nhau. Tỷ lệ giữa tổng diện tích các lỗ trên mỗi tấm phải đạt 40% - 60% diện tích toàn bộ vách ngăn. Hình B.1 chỉ rõ mẫu đột lỗ. Các lỗ được phân bổ sắp xếp so le nhau, khoảng cách giữa tâm của hai lỗ kề nhau là 30mm; đường kính lỗ là 20mm. Theo cách bố trí này, tỷ lệ diện tích các lỗ thoáng trên tổng diện tích sẽ là 40,31%.

Các vách ngăn phải mỏng và chắc chắn đủ để duy trì ổn định và chịu được lực áp lực của dòng chảy trong đoạn kênh dẫn phía thượng lưu. Kích thước các lỗ có thể thay đổi theo chiều rộng của đoạn kênh phía thương lưu, đảm bảo khoảng cách giữa các tấm được điều chỉnh theo tỷ lệ kích thước lỗ.

Thiết bị nắn thẳng dòng có thể lắp đặt cố định trong kênh dẫn, hoặc các vách kim loại có đột lỗ khác nhau khi lắp thẳng hàng theo hướng dòng chảy (hình- B.2) hoặc bố trí so le nhau và khoảng cách giữa các vách ngăn kim loại kề nhau phải đủ lớn so với đường kính các lỗ (xem hình B.3).