Phạm vi áp dụng Tiêu chuẩn này qui định các phương pháp đo lưu lượng chất lỏng trong các kênh hở đặc biệt là trong các kênh tưới bằng cách sử dụng máng Parshall và SANIIRI với điều kiện
Trang 1Công ty luật Minh Khuê www.luatminhkhue.vn
TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 10720:2015 ISO 9826:1992
ĐO DÒNG CHẤT LỎNG TRONG KÊNH HỞ - MÁNG PARSHALL VÀ SANIIRI
Measurement of liquid flow in open channels - Parshall and SANIIRI flumes
Lời nói dầu
TCVN 10720:2015 hoàn toàn tương đương với ISO 9826:1992;
TCVN 10720:2015 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC 30 Đo lưu lượng lưu chất trong ống
dẫn kín biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ
công bố
ĐO DÒNG CHẤT LỎNG TRONG KÊNH HỞ - MÁNG PARSHALL VÀ SANIIRI
Measurement of liquid flow in open channels - Parshall and SANIIRI flumes
1 Phạm vi áp dụng
Tiêu chuẩn này qui định các phương pháp đo lưu lượng chất lỏng trong các kênh hở (đặc biệt là trong các kênh tưới) bằng cách sử dụng máng Parshall và SANIIRI với điều kiện dòng thay đổi chậm hoặc
ổn định
Các máng này được thiết kế để có thể hoạt động trong điều kiện chảy tự do và tràn
2 Tài liệu viện dẫn
Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công
bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có)
ISO 772:1988, Hydrometric determinations - Vocabulary and symbols (Đo đạc thủy văn - Từ vựng và
kí hiệu).
3 Định nghĩa và kí hiệu
Tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa nêu trong ISO 772 và các thuật ngữ định nghĩa sau
Máng Parshall (Parshall flume)
Máng đo có đầu vào hội tụ, đáy ngang, phần cổ ngắn có đáy dốc xuống với độ dốc 3:8 và đầu ra phân
kỳ đáy chếch lên với độ dốc 1:6
3.2 Máng SANIIRI (Saniiri flume)
Máng đo có đầu vào hội tụ, đáy ngang, độ dốc phía dòng ra và các thành vuông góc để kết nối máng với kênh phía dòng ra
4 Lựa chọn kiểu máng
4.1 Việc lựa chọn sử dụng máng Parshall hay SANIIRI dựa trên một số hệ số như là phạm vi lưu
lượng cần đo, cột áp, giới hạn modul và hệ số tràn lớn nhất, các đặc tính của kênh hoặc máng, tổn hao áp cho phép qua máng, khả năng nạo vét lòng kênh và cấp nước tại đó, độ chính xác cần thiết của phép đo, dòng chảy có bùn cát hay không, điều kiện vận hành cần phải sử dụng cả máng cố định lẫn máng di động và các xem xét về mặt kinh tế
4.2 Máng Parshall có tiết diện hình chữ nhật và phạm vi độ rộng của phần cổ thay đổi từ rất nhỏ
(0,0254 m) đến lớn (15 m và lớn hơn)
Máng Parshall cỡ trung bình có độ rộng của phần cổ nằm trong khoảng từ 0,15 m đến 2,5 m, chúng thích hợp và hay được sử dụng nhất để đo dòng chảy có lưu lượng nằm trong khoảng từ 0,0015 m3/s đến 4,0 m3/s; vì thế chúng được khuyến nghị trong tiêu chuẩn này là “cấu trúc tiêu chuẩn”
Máng Parshall lớn có độ rộng của phần cổ nằm trong khoảng từ 3 m đến 15 m, thiết kế của nó thay đổi tùy theo kích thước của máng, chúng phù hợp để đo dòng chảy có lưu lượng nằm trong khoảng 0,75 m3/s đến 93 m3/s
Trang 2Công ty luật Minh Khuê www.luatminhkhue.vn
Một trong các tính năng vượt trội của máng Parshall là làm việc hiệu quả tại các hệ số tràn cao với tổn hao áp thấp, điều này khiến máng đặc biệt thích hợp đối với các phép đo dòng trong các kênh có độ dốc đáy nhỏ Tuy nhiên thiết kế phức tạp của máng (xem Hình 1) làm giảm bớt phần nào các ưu điểm
mà nó mang lại
4.3 Máng SANIIRI có tiết diện hình chữ nhật, đáy ngang và tiết diện của đầu ra có độ rộng từ 0,3 m
đến 1,0 m Máng thích hợp đối với phép đo dòng có lưu lượng nằm trong khoảng 0,03 m3/s đến 2,0
m3/s
Máng SANIIRI có thiết kế và cấu trúc đơn giản, ngoại trừ đầu phía dòng ra của đáy máng (xem Hình 3) được qui định phải có độ dốc nhỏ
5 Lắp đặt
5.1 Lựa chọn hiện trường
5.1.1 Máng phải được đặt trong phần kênh thẳng để tránh làm tắc nghẽn cục bộ và lòng kênh bị nhấp
nhô hoặc không bằng phẳng
5.1.2 Thực hiện khảo sát sơ bộ các đặc tính vật lí và thủy lực của hiện trường dự định lắp đặt để
kiểm tra xem nó có đáp ứng (hoặc có thể xây dựng hoặc thay đổi cho phù hợp) với các yêu cầu cần thiết đối với phép đo lưu lượng bằng máng Phải xem xét đặc biệt đối với các đặc tính sau trong việc lựa chọn hiện trường:
a) sự thỏa mãn về chiều dài, tiết diện và độ dốc đáy kênh;
b) phân bố vận tốc tại đoạn kênh phải đều;
c) các điều kiện phía dòng ra (bao gồm các ảnh hưởng như thủy triều, các cấu trúc kiểm soát.v.v.); d) các điều kiện về nền: mức độ chống thấm, khả năng chịu tải để xem xét có cần phải xử lý hay không;
e) độ ổn định của bờ hoặc mái kênh và cần thực hiện việc gia cố và/hoặc kè;
f) cần có các bờ ngăn lũ, để hạn chế lưu lượng lớn nhất đến kênh và đọng nước do việc lắp đặt máng gây ra;
g) ảnh hưởng của gió lên dòng chảy trong máng, đặc biệt khi máng rộng và cột áp nhỏ và khi hướng gió thổi theo phương ngang so với hướng dòng chảy;
h) sự phát triển của cỏ dại;
i) bùn đất được cuốn theo dòng chảy
5.1.3 Nếu hiện trường không có đủ các tính chất cần thiết đối với phép đo lưu lượng thích hợp thì
không được lựa chọn trừ khi các hoạt động khắc phục được thực hiện
5.2 Điều kiện lắp đặt
5.2.1 Yêu cầu chung
Việc lắp đặt hệ thống đo hoàn chỉnh gồm có kênh vào, máng và một kênh phía dòng ra Tình trạng của mỗi thành phần này ảnh hưởng đến độ chính xác tổng thể của các phép đo Ngoài ra, các đặc tính như vật liệu phủ bề mặt của máng, hình dạng mặt cắt ngang của kênh và độ nhẵn của kênh cũng phải được xem xét
5.2.2 Kênh vào
5.2.2.1 Kênh vào phải đáp ứng được các yêu cầu sau:
a) Phải thẳng, đồng đều và có độ dốc không đổi trên chiều dài bằng 5 đến 10 lần độ rộng của mặt nước ứng với lưu lượng lớn nhất
b) Độ dốc đáy phải đảm bảo sao cho dòng cận tới hạn có số Froude (Fr) nhỏ hơn 0,5 (hoặc 0,7) khi
đó:
trong đó
Qmax là lưu lượng tối đa;
A là diện tích mặt cắt ngang của kênh;
Trang 3Công ty luật Minh Khuê www.luatminhkhue.vn
Qmax là lưu lượng tối đa;
hmax là độ sâu nước cao nhất
5.2.2.2 Các điều kiện dòng và tính đối xứng của sự phân bổ vận tốc trong kênh vào phải được kiểm
tra bằng việc kiểm tra và đo đạc sử dụng các đồng hồ đo dòng, phao, thanh đo vận tốc hoặc chất nhuộm
CHÚ THÍCH 1: Việc đánh giá hoàn chỉnh sự phân bố vận tốc được thực hiện bằng một đồng hồ đo dòng
5.2.3 Cấu trúc máng
5.2.3.1 Máng phải bền vững, không thấm nước và có khả năng chịu được các điều kiện dòng lũ mà
không bị phá hủy bởi sự xói mòn từ bên cạnh sườn hoặc từ phía dòng ra Trục của máng phải cùng hướng với chiều dòng chảy trong kênh phía dòng vào, và hình dạng của máng phải thỏa mãn các kích thước tương ứng nêu trong Điều 8 hoặc Điều 9
5.2.3.2 Các bề mặt của máng, đặc biệt là lối vào và phần cổ phải nhẵn Máng có thể được xây dựng
bằng bê tông với bề mặt được phủ xi măng hoặc có thể trát bằng vật liệu chống ăn mòn Đối với các máng được đặt tại phòng thí nghiệm, lớp mặt phải tương đương với tấm kim loại được cán mỏng hoặc ván, phủ cát và gỗ xẻ được sơn phủ Lớp phủ bề mặt là phần đặc biệt quan trọng trong phần trụ của phần cổ nhưng các yêu cầu có thể được nới lỏng ở ngoài khoảng cách dọc theo biên dạng 0,5
hmax phía dòng vào và dòng ra của phần cổ
5.2.3.3 Để làm giảm thiểu độ không đảm bảo đo của phép đo lưu lượng, máng phải thỏa mãn các sai
lệch dưới đây:
a) trên chiều rộng đáy b của phần cổ: 0,2 % của b với sai lệch lớn nhất tuyệt đối 0,01 m;
b) trên các độ lệch điểm từ một mặt phẳng trong phần cổ: 0,1 % l;
c) trên chiều rộng giữa các bề mặt thẳng đứng trong phần cổ: 0,2 % chiều rộng với sai lệch lớn nhất 0,01 m;
d) trên các đường dốc dọc và ngang trung bình của phần cổ: 0,1 %;
e) trên đường dốc của các bề mặt nghiêng trong phần cổ: 0,1 %;
f) trên chiều dài của cổ: 1 % l;
g) trên các độ lệch điểm từ mặt phẳng trong phần chuyển tiếp đầu vào tới cổ: 0,1 % l;
h) trên các độ lệch điểm từ một bề mặt phẳng trong phần chuyển tiếp đầu ra từ phần cổ: 0,3 % l;
i) trên các độ lệch từ một mặt phẳng hoặc đường cong trên các bề mặt thẳng đứng hoặc nghiêng khác: 1 %;
j) trên độ lệch từ mặt phẳng đáy của kênh vào đã được trát: 0,1 % l.
Toàn bộ cấu trúc của công trình phải được đo đạc, các giá trị trung bình của các kích thước liên quan
và các độ lệch chuẩn của chúng ứng với độ tin cậy 95 % đều phải được tính toán Các giá trị trung bình của các kích thước phải được sử dụng để tính lưu lượng và các độ lệch chuẩn của chúng phải được sử dụng để xác định độ không đảm bảo đo tổng cộng trong việc xác định lưu lượng
5.2.4 Phía dòng ra của máng
Các điều kiện dòng phía dòng ra của máng là quan trọng việc kiểm soát mức nước cuối vì có thể làm ảnh hưởng đến vận hành của máng Vì thế máng phải được thiết kế sao cho không bị tràn trong các điều kiện vận hành bình thường ngoại trừ bị tràn một khoảng thời gian giới hạn ví dụ trong thời điểm
lũ lụt Cấu trúc của máng trên sông hoặc suối có thể làm thay đổi các điều kiện dòng chảy phía dòng vào và dòng ra của công trình Việc này có thể gây ra sự tích tụ vật chất nhiều hơn trong lòng sông phía dòng ra, dẫn đến có thể làm cho mực nước trung bình tăng lên đủ lớn để làm tràn máng, đặc biệt tại dòng chảy có lưu lượng thấp Phải loại bỏ mọi chất tích tụ
6 Bảo trì - Các yêu cầu chung
6.1 Bảo trì công trình đo và kênh vào đóng vai trò quan trọng để bảo đảm cho các phép đo chính xác.
Kênh vào đến các máng phải được giữ sạch ở mức có thể và ở cách xa bùn đất và cây cối với các khoảng cách nhỏ nhất được qui định trong 5.2.2.1
6.2 Giếng nổi, ống nối và lối vào từ kênh vào phải được giữ sạch và tránh để lắng cặn Phần cổ và
đường cong vào máng phải được giữ sạch và tránh sự phát triển của tảo
Trang 4Công ty luật Minh Khuê www.luatminhkhue.vn
7 Đo cột áp
Các phương pháp và thiết bị thường dùng để đo cột áp, chi tiết của thiết kế và các yêu cầu chức năng của các giếng tiêu năng và chi tiết đặt điểm “không” của thiết bị đo mức nước được qui định trong ISO
4373 Các yêu cầu về đo cột áp đối với các kiểu máng cụ thể liên quan đến Điều 8 và 9
8 Máng Parshall
8.1 Mô tả
Máng Parshall có mặt cắt ngang hình chữ nhật bao gồm phần đầu vào hội tụ, phần cổ và phần đầu ra phân kỳ (xem Hình 1)
Đáy của lối vào phải thực sự phẳng theo cả chiều dọc và chiều ngang Các vách bên phải thẳng đứng
và tạo thành một góc hội tụ không đổi 11° 19' hoặc phải thu hẹp tỉ lệ 1:5 trên mặt bằng so với trục của máng
Các vách bên của phần cổ phải nằm song song trên mặt phẳng Đáy phải được nghiêng về phía dòng
ra với gradient bằng 3:8; điều này áp dụng đối với mọi cỡ máng Giao tuyến giữa đáy của lối vào với đáy của phần cổ được gọi là đỉnh máng Chiều cao của đỉnh trên đáy võng của phần cổ được coi là
chiều cao của đỉnh máng, hp1
Các vách bên của phần lối ra phải thẳng đứng và tạo thành một góc phân kì không đổi bằng 9° 28' hoặc phải có tỉ lệ phóng đại 1:6 trên mặt phẳng so với trục của máng Đáy phải được nghiêng về phía dòng vào với gradient nghịch đảo 1:6; điều này được áp dụng đối với mọi cỡ máng
Để đảm bảo dòng vào máng bằng phẳng để tránh rối bề mặt tại đầu ra của máng, mặt cắt ngang của lối vào và ra phải được nối với các bờ kênh tự nhiên hoặc các đường dốc cạnh của kênh nhân tạo bằng các vách ngăn phụ thẳng đứng tạo góc 45° với trục của máng hoặc được uốn cong với bán kính
R ≥ 2hmax (xem Hình 1) Đối với các máng có kích cỡ nhỏ hơn, có chiều rộng phần cổ nhỏ hơn 0,5 m, các vách ngăn phải được đặt vuông góc với trục của máng
Máng Parshall có thể được làm bằng gỗ, đá, bê tông, bê tông cốt thép hoặc bất kì loại vật liệu khác tùy thuộc vào các điều kiện đang có Các máng Parshall nhỏ có thể được chế tạo bằng các tấm kim loại và được sử dụng làm các máng di động Các máng được tạo bằng bê tông cốt thép có thể phải được đúc sẵn thành một tổ hợp tại hiện trường
a) Hình chiếu ngang
Trang 5Công ty luật Minh Khuê www.luatminhkhue.vn
b) Mặt cắt Hình 1 - Máng Parshall Bảng 1 - Các kích thước đối với các máng Parshall tiêu chuẩn
Kích thước tính bằng mét
Máng
Parshall
số
Chiều cao của vách bên
b l X Y hp1 b1 l1 le la b2 l2 hp2 hc
1 0,152 0,305 0,05 0,075 0,115 0,40 0,610 0,622 0,415 0,39 0,61 0,012 0,60
2 0,250 0,600 0,05 0,075 0,230 0,78 1,325 1,325 0,900 0,55 0,92 0,072 0,80
3 0,300 0,600 0,05 0,075 0,230 0,84 1,350 1,377 0,920 0,60 0,92 0,072 0,95
4 0,450 0,600 0,05 0,075 0,230 1,02 1,425 1,454 0,967 0,75 0,92 0,072 0,95
5 0,600 0,600 0,05 0,075 0,230 1,20 1,500 1,530 1,020 0,90 0,92 0,072 0,95
6 0,750 0,600 0,05 0,075 0,230 1,38 1,575 1,607 1,074 1,05 0,92 0,072 0,95
7 0,900 0,600 0,05 0,075 0,230 1,56 1,650 1,683 1,121 1,20 0,92 0,072 0,95
8 1,000 0,600 0,05 0,075 0,230 1,68 1,700 1,734 1,616 1,30 0,92 0,072 1,00
9 1,200 0,600 0,05 0,075 0,230 1,92 1,800 1,836 1,227 1,50 0,92 0,072 1,00
10 1,500 0,600 0,05 0,075 0,230 2,28 1,950 1,989 1,329 1,80 0,92 0,072 1,00
11 1,800 0,600 0,05 0,075 0,230 2,64 2,100 2,142 1,427 2,10 0,92 0,072 1,00
12 2,100 0,600 0,05 0,075 0,230 3,00 2,250 2,295 1,534 2,40 0,92 0,072 1,00
13 2,400 0,600 0,05 0,075 0,230 3,36 2,400 2,448 1,632 2,70 0,92 0,072 1,00
8.2 Kích thước
Máng Parshall có một tính chất đặc biệt đó là các máng không có mô hình hình học giống nhau Chiều dài phần cổ, chiều cao đỉnh và chiều dài lối ra là hằng số đối với một loạt các máng trong khi các kích thước khác thay đổi theo hàm số của chiều rộng phần cổ; các kích thước khác này có thể được xác định bằng cách phân tích
Vì thế cần phải sử dụng các máng đã được hiệu chuẩn được xây dựng theo các kích thước được qui định lần lượt trong Bảng 1 và Bảng 2 đối với các máng Parshall tiêu chuẩn và cỡ lớn
8.2.1 Máng Parshall tiêu chuẩn
Kích thước của một máng Parshall tiêu chuẩn cụ thể được kí hiệu bằng chiều rộng phần cổ b (xem
Bảng 1, cột 2)
Đối với loạt máng Parshall tiêu chuẩn có độ rộng cổ b từ 0,250 m đến 2,400 m (xem Bảng 1, số 2 đến
Trang 6Công ty luật Minh Khuê www.luatminhkhue.vn
13), các kích thước quan trọng phải đồng nhất, ví dụ chiều dài phần cổ l (cột 3), chiều cao đỉnh hp1
(cột 6), các tọa độ X, Y của mặt cắt ngang của phần cổ tại đường ống giếng tiêu năng được sử dụng
để đo cột áp hb (cột 4 và 5), chiều dài đường trục của đầu ra l2 (cột 12), chiều cao hp2 (cột 13), độ dốc của đáy phần cổ (3:8) và nghịch đảo của đáy phần lối ra (1:6)
Các kích thước khác của các máng này (số 2 đến 13) được tính bằng cách sử dụng các phương trình sau:
a) Chiều rộng của mặt cắt ngang lối vào của máng, tính bằng mét
b) Chiều dài trục của lối vào, tính bằng mét
c) Chiều dài vách phân kì, tính bằng mét
d) Chiều dài vách giữa đỉnh và phần đo cột áp ha
(4)
e) Chiều rộng mặt cắt ngang lối ra, tính bằng mét
f) Chiều cao vách bên lối đầu vào, tính bằng mét
Chiều cao các vách bên được khuyến nghị cho phép tăng thêm 1 m để đề phòng tràn đỉnh khi các dòng qua máng vượt quá lưu lượng thiết kế lớn nhất
Các chiều dài l3 và l4 của các vách ngăn thay đổi theo chiều rộng của các kênh tự nhiên hoặc nhân tạo (xem Hình 1) Để đảm bảo các đầu nối đúng qui cách với các bờ kênh hoặc các đường dốc bên của kênh tự nhiên, các vách ngăn phải được mở rộng ra ít nhất một một khoảng bằng 0,4 m đến 0,5 m vào sâu trong các bờ kênh
8.2.2 Máng Parshall cỡ lớn
Ngược lại với các máng Parshall tiêu chuẩn, kích thước của các máng Parshall cỡ lớn phải được xác định độc lập đối với từng thiết kế cụ thể là một hàm của chiều rộng phần cổ Không có phương trình phân tích nào sẵn có dùng để xác định các kích thước của các máng Parshall cỡ lớn; áp dụng các giá trị được qui định trong Bảng 2 Các giá trị này không được thay đổi hay làm tròn mà không đi kèm với việc hiệu chuẩn máng
Bảng 2 đưa ra các kích thước quan trọng của các máng Parshall cỡ lớn có chiều rộng phần cổ trong phạm vi 3,05 m và 15,24 m dùng để đo lưu lượng trong phạm vi từ 0,16 m3/s đến 93 m3/s Có thể thấy
l, X, Y, hp1 và hp2 trong Bảng 2 là hằng số đối với một loạt các máng Ngoài ra, các độ dốc của đáy phần cổ và đáy phần đầu ra lần lượt là 3:8 và 1:6, các góc hội tụ (11° 19') và phân kì (9° 28') của các vách bên của phần lối vào và lối ra cũng được giữ không đổi đối với tất cả các máng Parshall Kích thước duy nhất được xác định bằng cách phân tích là chiều dài của vách nắm giữa đỉnh và của
đường ống giếng tiêu năng được sử dụng để đo ha
Chiều dài này được tính bằng mét, theo phương trình sau
(7)
Chiều rộng phần cổ b được khuyến nghị bằng từ 1/3 đến 1/2 lần chiều rộng đáy bc của kênh tự nhiên hoặc nhân tạo (xem Hình 1)
Bảng 2 - Các kích thước đối với các máng Parshall cỡ lớn
Kích thước tính bằng mét
Trang 7Công ty luật Minh Khuê www.luatminhkhue.vn
Máng
Parshall
số
Chiều cao của vách bên
b l X Y hp1 b1 l1 le la b2 l2 hp2
14 3,05 0,91 0,305 0,23 0,343 4,76 4,27 1,83 3,66 1,83 0,152 1,22
15 3,66 0,91 0,305 0,23 0,343 5,61 4,88 2,03 4,47 2,44 0,152 1,52
16 4,57 1,22 0,305 0,23 0,457 7,62 7,62 2,34 5,59 3,05 0,203 1,83
17 6,10 1,83 0,305 0,23 0,686 9,14 7,62 2,84 7,32 3,66 0,305 2,13
18 7,62 1,83 0,305 0,23 0,686 10,67 7,62 3,35 8,94 3,96 0,305 2,13
19 9,14 1,83 0,305 0,23 0,686 12,31 7,93 3,86 10,57 4,27 0,305 2,13
20 12,19 1,83 0,305 0,23 0,686 15,48 8,23 4,88 13,82 4,88 0,305 2,13
21 15,24 1,83 0,305 0,23 0,686 18,53 8,23 5,89 17,27 6,10 0,305 2,13
8.3 Phép đo cột áp và các giới hạn áp dụng
Lưu lượng qua máng Parshall được xác định bằng cách đo các giá trị cột áp ở phần đầu vào (cột áp
phía dòng vào, ha) và tại phần cổ (cột áp phía dòng ra, hb) Phải đo một hay hai cột áp tùy thuộc vào các điều kiện dòng trong máng
Đối với các điều kiện dòng chảy tự do, chỉ cần đo cột áp ha Vị trí đo cột áp ha phải được đặt tại
khoảng cách la đo dọc theo vách nghiêng phía dòng vào từ đỉnh máng [la có thể được tính bằng cách
sử dụng công thức (4) và công thức (7)] Phạm vi khuyến nghị của các cột áp ha được qui định trong Bảng 3 và 4
Trường hợp không cần độ chính xác cao, có thể sử dụng dụng cụ đo mức nước để xác định cột áp ha
bằng cách đặt thẳng đứng chúng tại vị trí thực hiện phép đo áp trên mặt trong của vách đầu vào hội
tụ Dụng cụ đo mức nước chắc chắn phải được đưa về “không” so với độ cao của đỉnh máng, tức là chiều cao của đáy máng nằm ngang tại điểm cuối của lối vào
Bảng 3 - Các đặc trưng lưu lượng của các máng Parshall tiêu chuẩn
Máng
Parshall số
Chiều
dài phần
cổ
b
Phương trình tính lưu lượng 1)
m3/s
Phạm vi cột áp
ha
m
Phạm vi lưu lượng 2)
Q
x 10-3 m3/s
Giới hạn
mô đun
σc
(thực nghiệm)
Tỉ số số tràn
σ (khuyến nghị)
9 1,20 2,904 0,06 0,80 35,0 2000 -0,70 0,7
Trang 8Công ty luật Minh Khuê www.luatminhkhue.vn
Máng
Parshall số
Chiều
dài phần
cổ
b
Phương trình tính lưu lượng 1)
m3/s
Phạm vi cột áp
ha
m
Phạm vi lưu lượng 2)
Q
x 10-3 m3/s
Giới hạn
mô đun
σc
(thực nghiệm)
Tỉ số số tràn
σ (khuyến nghị)
10 1,50 3,668 0,06 0,80 45,0 2500 0,72 0,7
11 1,80 4,440 0,08 0,80 80,0 3000 0,74 0,7
12 2,10 5,222 0,08 0,80 95,0 3600 0,76 0,7
13 2,40 6,004 0,08 0,80 100,0 4000 0,78 0,7
1) C = CDb x 3,279 n
trong đó:
CD là hệ số lưu lượng;
n là số mũ phụ thuộc vào b.
2) Được phép làm tròn đến giá trị gần nhất
Bảng 4 - Các đặc trưng lưu lượng của các máng Parshall cỡ lớn
Máng
Parshall số
Chiều
cao phần cổ
b
Phương trình 1)
tính lưu lượng
Phạm vi cột áp
ha
m
Phạm vi lưu lượng
Q
m3/s
Hệ số tràn
σc
(khuyến nghị)
Hệ số tràn (hệ số điều chỉnh)
Ca
m3/s min max min max
15 3,66 8,859 0,09 1,37 0,19 14,68 0,80 1,2
16 4,57 10,96 0,09 1,67 0,23 25,04 0,80 1,5
17 6,10 14,45 0,09 1,83 0,31 37,97 0,80 2,0
18 7,62 17,94 0,09 1,83 0,38 47,16 0,80 2,5
19 9,14 21,44 0,09 1,83 0,46 56,33 0,80 3,0
20 12,19 28,43 0,09 1,83 0,60 74,70 0,80 4,0
21 15,24 35,41 0,09 1,83 0,75 93,04 0,80 5,0
1) C1 = CDb, trong đó CD là hệ số lưu lượng
Trường hợp yêu cầu độ chính xác cao hơn hoặc trường hợp các thiết bị đo ghi liên tục hoặc sử dụng
cơ cấu nhận biết hành trình, thì phải cung cấp một giếng tiêu năng Để kết nối giếng tiêu năng với dòng chảy trong máng, sử dụng một đoạn ống có đầu vào được đặt tại vị trí được khuyến nghị đối với phép đo cột áp ở gần với đáy phần lối vào (xem Hình 1)
Máng Parshall phải được làm việc dưới điều kiện dòng tràn nên phải đo cả cột áp ha và hb Vị trí để đo
cột áp hb phải được đặt trong phần cổ, cách đáy võng một khoảng X Khi dòng trong phần cổ tương
đối rối, nó sẽ làm cho mặt nước rung động đáng kể, không thích hợp cho việc dùng dụng cụ đo mức
nước để đo hb Vì vậy cần phải có một giếng tiêu năng
Bảng 1 và Bảng 2 đưa ra giá trị X và Y là các vị trí tọa độ của mặt cắt ngang lối vào của đoạn ống nối
với các kích cỡ máng khác nhau Giếng tiêu năng thích hợp đối với dụng cụ đo mức, cơ cấu nhận biết hành trình hoặc thiết bị ghi liên tục đều phải được đưa về “không” so với chiều cao đỉnh máng một cách chính xác
Trang 9Công ty luật Minh Khuê www.luatminhkhue.vn
Thiết kế của các giếng tiêu năng và các đoạn ống nối phải phù hợp với các yêu cầu được qui định trong Điều 7
Các giếng tiêu năng dùng cho phép đo cột áp ha và hb phải đặt kề nhau vì thế việc lắp đặt hoàn thiện được đặt trên một mặt phẳng (trong nhà hoặc ngoài trời)
Phạm vi cột áp được khuyến nghị có thể đo được bởi các máng Parshall có kích cỡ khác nhau là từ 0,03 m đến 0,8 m đối với các máng tiêu chuẩn và từ 0,09 m đến 1,83 m đối với các máng cỡ lớn (xem lần lượt trong Bảng 3 và 4)
8.4 Các điều kiện dòng tự do và dòng tràn
Lưu lượng đi qua máng Parshall được coi là dòng tự do khi nó độc lập với sự thay đổi mức nước hạ lưu Khi máng Parshall hoạt động dưới các điều kiện dòng tự do, dòng tại phần đầu vào dưới giới hạn, với các chiều sâu giảm dần theo hướng dòng chảy cho đến khi chiều sâu tới hạn đạt được ở gần đỉnh máng Ngoài đỉnh, trong phần cổ, các chiều sâu dưới giới hạn (xem Hình 1) Các điều kiện dòng
tự do sẽ tồn tại cho đến khi cột áp phía dòng ra tăng đến điểm mà ở đó hệ số tràn ( ) bằng với giới hạn module σc, nghĩa là
(8)
Khi điều này xảy ra dòng chảy trong phần đầu ra và phần cổ lớn hơn sẽ bị tràn (xem Hình 1)
Khi cột áp phía dòng ra lớn hơn, các điều kiện dòng tràn sẽ được mở rộng ra ngoài phía dòng vào đến phần đầu vào và vì thế sẽ làm giảm lưu lượng qua máng Khi máng hoạt động dưới các điều kiện dòng tràn, lưu lượng được đo phụ thuộc vào hệ số tràn σ
Các phép hiệu chuẩn chỉ ra giới hạn module đối với các máng Parshall tiêu chuẩn trong khoảng từ 0,55 đến 0,78 (xem Bảng 3, cột 8) Giá trị trung bình khuyến nghị của hệ số tràn là 0,6 đến 0,7 đối với các máng Parshall tiêu chuẩn (xem Bảng 3, cột 9) và 0,8 đối với máng Parshall cỡ lớn là 8 (xem Bảng
4, cột 8)
Việc xác định lưu lượng dưới điều kiện dòng tràn có thể thực hiện được miễn là hệ số tràn không vượt quá 0,95
Khi các hệ số tràn cao hơn thì máng không còn hoạt động như một cấu trúc đo lưu lượng
Cần lưu ý rằng máng hoạt động dưới các điều kiện dòng tràn thường có tổn thất cột áp thấp nhất Tuy nhiên các điều kiện dòng tràn làm cho phép đo lưu lượng ít chính xác hơn các phép đo đo lưu lượng được thực hiện dưới các điều kiện dòng tự do Vì thế nên lựa chọn các kích thước của máng sao cho
nó chỉ hoạt động dưới các điều kiện dòng tràn trong một khoảng thời gian giới hạn, ví dụ trong các thời điểm lũ
8.5 Xác định lưu lượng
8.5.1 Xác định lưu lượng trong điều kiện dòng tự do
Lưu lượng qua máng Parshall hoạt động trong điều kiện dòng tự do (nghĩa là σ < σc) được tính theo phương trình sau:
(9) trong đó
Q là lưu lượng, tính bằng mét khối trên giây;
b là chiều rộng của cổ máng, tính bằng mét;
ha là cột áp ở phần đầu vào, tính bằng mét;
CD là hệ số lưu lượng;
n là số mũ phụ thuộc thuộc vào b.
Lưu lượng qua máng Parshall tiêu chuẩn số 2 đến 13, hoạt động dưới các điều kiện dòng tự do được tính theo phương trình sau:
(10)
Trang 10Công ty luật Minh Khuê www.luatminhkhue.vn
(nghĩa là CD = 0,372 và n = 1,569b0,026 đối với máng Parshall tiêu chuẩn số 1, CD = 0,384 và n có cùng
giá trị như trên)
Các phương trình tính lưu lượng đối với từng máng Parshall tiêu chuẩn được qui định trong Bảng 3,
cột 3, trong đó C = CDb (3,279) n
Lưu lượng qua các máng Parshall cỡ lớn (xem Bảng 4, cột 1, số 14 đến 21) hoạt động dưới các điều kiện dòng tự do (nghĩa là σ < σc) được tính theo phương trình sau:
Q
(11)
(nghĩa là và n = 1,6)
Các phương trình tính lưu lượng đối với từng máng Parshall cỡ lớn được qui định trong Bảng 4, cột 3,
với C1 = CD b.
Bảng 3 và 4 cũng đưa ra các giá trị phạm vi của lưu lượng tự do [được tính từ công thức (10) và (11)]
có thể áp dụng đối với tất cả các cỡ máng
8.5.2 Xác định lưu lượng trong điều kiện dòng tràn
Lưu lượng đi qua máng Parshall hoạt động trong điều kiện dòng tràn bị ảnh hưởng bởi cột áp phía dòng ra và được tính bằng cách điều chỉnh lưu lượng tự do:
trong đó
Qdr là lưu lượng dòng tràn;
Qdr là lưu lượng tự do thu được từ công thức (10) hoặc (11);
QE là sự sụt giảm lưu lượng do hiện tượng tràn gây ra
Để đánh giá QE cho các máng Parshall tiêu chuẩn (nghĩa là số 1 đến 13), sử dụng phương trình thực nghiệm sau:
(13)
Đối với các máng Parshall cỡ lớn, qui trình xác định QE như sau:
Từ Hình 2, lựa chọn giá trị QE,3 (đối với chiều rộng phần cổ b = 3,05 m) tương ứng với hệ số tràn σ và cột áp phía dòng vào ha của máng
Đối với các độ rộng phần cổ b lớn hơn 3,05 m, nhân giá trị của QE,3 thu được từ Hình 3 với hệ số tràn
Cs tương ứng với chiều rộng cổ thực tế (xem Bảng 4, cột 9), nghĩa là
QE = QE,3Cs (14)
Thay thế giá trị QE tính được vào công thức (12) để xác định giá trị của lưu lượng tràn Qdr
9 Máng SANIIRI
9.1 Mô tả
Máng SANIIRI có tiết diện hình chữ nhật và gồm có phần đầu vào hội tụ với đáy ngang, dốc tại đầu phía dòng vào Sau đó có phần mở rộng đột ngột tiết diện của máng (trong mặt phẳng) để kết nối với kênh phía dòng ra (xem Hình 3)
Do cổ và phần đầu ra không phân kỳ nên các máng SANIIRI có thiết kế đơn giản hơn các máng Parshall
Các vách bên thẳng đứng và hội tụ (trong mặt phẳng) với góc hội tụ 11°; điều này được áp dụng đối với tất cả các cỡ máng