Пьезометрическая трубка что это
Пьезометры в системе мониторинга гидротехнических сооружений
Сложные гидротехнические сооружения (ГТС), такие, как гидроэлектростанции, плотины, дамбы, объекты инфраструктуры морского порта (доки, шлюзы, причалы и проч.), по последствиям возможных аварий относятся к категории наиболее опасных объектов. В целях прогнозирования, своевременного предотвращения аварий и оценки безопасности ГТС Федеральный закон 21 июля 1997 г. N 117-ФЗ устанавливает необходимость ведения непрерывного мониторинга технического состояния этих гидротехнических сооружений.
В автоматизированных системах контроля промышленной безопасности ГТС широко используется пьезометрия как базовая методология производственного измерения гидростатического или гидродинамического давления жидкостей и деформации твердых тел.С помощью пьезометров разных типов в структуре автоматизированных систем геотехнического мониторинга ГТС решаются важнейшие контрольные задачи:
— фильтрационное давление на основания бетонных гидротехнических сооружений (плотины, дамбы), фильтрационные деформации конструкции и оснований;
— пьезометрические напоры и гидравлический режим ГТС, их оснований и береговых примыканий;
— напряжения в материалах сооружений, в точках мониторинга различных зон внутри сооружений (в том числе поровое давление);
— уровень и температурные параметры грунтовых вод, позволяющие оценивать изменения плотности и водопроницаемости грунтов ГТС в процессе длительной эксплуатации и влияния этих процессов на надежность их оснований;- вертикальные и горизонтальные смещения ГТС, осадки, взаимные смещения их элементов и оснований;- зоны, величины и размеры деформаций сооружения, протяженность и раскрытие трещин.
Классификация, устройство и принципы установки пьезометров
1). По способу установки:- закладные — устанавливаются во время строительства гидротехнического сооружения;- опускные — применяются в строящихся и построенных ГТС.
2) По местоположению водоприемника измерительного средства:- поверхностные;- глубинные;- точечные;
3) По местоположению устья датчика:- безнапорные;- напорные.
Принцип работы струнного пьезометра — зависимость частоты колебаний струны от степени ее натяжения. При изменении давления воды в конструкции, где установлен датчик, изменяется натяжение струны, которая является измерительным элементом. Частота колебаний струны датчика пропорциональна давлению воды в конструкции. Один конец струны закреплен внутри корпуса датчика, а второй — на чувствительной диафрагме. Данные пьезометра с передаются на считывающее устройство через закрепленный на датчике сигнальный кабель.
Контроль фильтрационных напоров осуществляется при помощи безнапорных пьезометров, состоящих из трубы диной до 35-40 м, фильтра, расположенного на нижнем конец трубы, и оголовка. Пьезометры устанавливаются в предварительно пробуренные в сооружении пьезометрические скважины. В процессе установки пьезометра в пьезометрическую скважину над ним (при необходимости под ним) устраивается водонепроницаемая «пробка». Фильтр сообщается с поверхностью двумя полыми трубками, в которых и ведутся измерения.
Уровень воды (мм) в безнапорных пьезометрах измеряются с помощью лота-хлопушки или лота-свистка, опускаемых в скважину на маркированном тросе. Точность измерений устройства составляет 1 см при глубине скважины до 10 м и 2 — 3 см — при глубинах более 25 м.
Количество и месторасположение пьезометров определяется в каждом конкретном проекте в зависимости от поставленных контрольных задач и проектной схемы, конструкции гидротехнического сооружения, геологических и гидрологических особенностей объекта и других условий.
Для различных вариантов конструкций грунтовых плотин, дамб и типовых вариантов инженерно-геологических условий основания разрабатываются принципиальные схемы оборудования пьезометрических наблюдательных) створов.
На плотинах или дамбах пьезометрические створы располагают на расстоянии 100-150 м в русловой части и 150-250 м в пойме. В теле ГТС и в береговых примыканиях размещают не менее трех створов. В каждом створе должно быть не менее трех пьезометров и минимум 1 в НБ гидротехнических сооружения.
Применение пьезометров для измерения порового давления в массиве грунта
В проектах геотехнического мониторинга ГТС нередко применяют автоматические пьезометры с сенсорами различного типа (электрический или вибрационный струнный пьезометр).Датчики устанавливаются в дисперсных грунтах для автоматического контроля изменения порового давления гидротехнического сооружения, а также уровня грунтовых вод (УГВ) в массиве грунтов основания ГТС. На такие устройства возможна установка фильтров с различным диаметром пор для решения комплексных измерительных задач.
Автоматические пьезометры позволяют:• наблюдать за изменением гидростатического давления и градиента в процессе и эксплуатации ГТС;• оценивать эффективность противофильтрационных мероприятий;• составлять гидрогеодинамические модели.
Применение пьезометров для контроля изменения уровня грунтовых вод (УГВ)
Пьезометры могут быть использованы для наблюдения за изменением гидрогеологических параметров (динамика уровня грунтовых вод) в изолированных водоносных горизонтах.С помощью этого датчика удобно проводить замеры уровня воды в любое время, поскольку устройство опускается в специально установленную пьезометрическую трубку со смонтированным на ней насосом погружного типа, а не напрямую на собственном кабеле в водозаборную скважину. Пьезометрические измерения могут проводиться как в ручном, так и в автоматическом режиме.
Разработка систем контроля технического состояния ГТС с использованием пьезометрии
Компания «СМИС Эксперт» специализируется на создании программно-технических комплексов непрерывного контроля технического состояния гидротехнических сооружений с применением пьезометров и других высокоточных средств измерений и специального программного обеспечения.
Внедрение автоматизированной системы дает возможность в режиме реального времени получать исчерпывающую достоверную информацию о состоянии гидротехнического объекта, а значит минимизировать риски возникновения аварий, ЧС, исключить материальные и человеческие потери.
В рамках проекта специалисты «СМИС Эксперт» готовы выполнить полный цикл работ:• проектирование системы, включая экспертизу гидротехнического сооружения;• разработку рабочей документации;• проведение строительно-монтажных и пуско-наладочных работ на объекте;• приемочные испытания системы;• сопровождение опытной эксплуатации и обучение персонала объекта.
СМИС Эксперт» в качестве подрядчика — это гарантия высокого качества и ответственный подход к каждому этапу работы. Лучшее тому доказательство — наш опыт и реализованные проекты безопасной эксплуатации гидротехнических объектов.
Пьезометрические уровнемеры
В пьезометрических системах измерения уровня для продувания через трубку помещённую в жидкость, дозированного расхода воздуха наиболее часто применяют регуляторы расхода воздуха типа РРВ-1. Принцип действия этого регулятора основан на автоматическом поддержании постоянного перепада давления на дросселе, в результате че-го обеспечивается постоянный расход воздуха через этот дроссель.
Принципиальная пьезометрическая схема измерения уровня в открытом резервуаре представлена на рис. а, б, в, г.
На рис д показана принципиальная пьезометрическая схема измерения уровня жидкости в резервуаре, находящемся под давлением. Для исключения влияния давления в резервуаре на показания прибора, измеряющего уровень жидкости, применяется дифференциальный метод измерения с двумя регуляторами расхода. От одного регулятора расхода воздух подаётся в пьезометрическую трубку, от другого в верхнюю часть резервуара над жидкостью. Разность давлений в трубках, пропорциональная уровню жидкости, измеряется дифманометром.
В системах измерения нижний конец пьезотрубки должен находится на нижнем контролируемом уровне жидкости, но не ниже 80 мм от дна резервуара.
Расход воздуха устанавливается минимальным, чтобы перепад давления на пьезотрубке был возможно меньшим, так как это определяет погрешность измерения пьезометрическим методом.
Минимальный расход воздуха обеспечивается постоянным, без запаздывания, выходом воздуха из пьезометрической трубки при изменениях уровня.
Обычно расход воздуха принимается равным 0.1 – 0.2 м3/ч. Если пренебречь перепадом давления на пьезометрической трубке, то уровень в резервуаре
где Р – давление на манометре М или перепад давления на дифманометре; ρ – плотность жидкости; g – ускорение свободного падения.
В случае, когда измеряется уровень в резервуаре, находящемся под избыточным давлением, давление питания регулятора расхода воздуха, подающего воздух в пьезотруб-ку, должно быть:
где Ризб – избыточное давление, кПа; Нмаксρg – максимальное гидростатическое давление столба жидкости, кПа.
На рис. е показан пример обвязки и монтажа пьезометрического уровнемера с подачей промывочной воды в защитную трубу. В этом случае защищается от «обраста-ния» нижний конец пьезотрубки, который оказывается в зоне промывочной воды и не контактирует с измеряемой жидкостью.
Что такое пьезометрическая трубка? Как изготовить пьезометрическую трубку. Пример установки пьезометрической трубки.
Что такое пьезометрическая трубка? Как изготовить пьезометрическую трубку. Пример установки пьезометрической трубки.
Основные проблемы, которые приходится решать при измерении уровня в скважинах с установленным водоподъемным оборудованием
Проще всего эти проблемы решаются установкой в скважину измерительной, пьезометрической трубки. Чаще всего это труба из полиэтилена, ПВХ или металлопластиковая, реже – цельнометаллическая. Диаметр пьезометрической трубки зависит от габаритов спускаемого датчика и минимального зазора между эксплуатационной колонной (обсадкой) и водоподъемным оборудованием (насос, водоподъемная колонна, питающий кабель). Обычно это труба диаметром ¾ дюйма (около 20 мм).
Для предотвращения проскакивания датчика электроконтактного уровнемера ниже нижнего края трубы и зацепа при обратном ходе, трубу снизу заглушают пробкой. А для сообщения с водой в скважине нижняя часть трубы перфорируется отверстиями диаметром 3 – 4 мм, по кругу, на высоту 200 – 300 мм.
Нижняя часть трубки должна располагаться ниже динамического уровня воды в скважине.
Крепится пьезометрическая трубка к водоподъемной колонне с помощью пластиковых стяжек.
Верх трубки выводится на дневную поверхность и закрепляется на устье скважины.
При измерении уровня воды периодически с помощью электроконтактного уровнемера, «дневное» отверстие трубки снабжают крышкой. При измерении уровня воды непрерывно с помощью акустического уровнемера, трубка выводится в удобное место и оборудуется уровнемером.
Пьезометрическую трубку можно также использовать для установки датчика «сухого хода» погружного насоса.
Как правильно оборудовать водозаборную скважину?
Рис. 1. Схема оборудования оголовка скважины и размещения оборудования в насосной станции
1. Эксплуатационная колонна
2. Диаметр устьевого патрубка, больше
3. Водоподъемный трубопровод
4. Фланец
5. Опорная плита
6. Отвод
7. Пьезометрическая трубка
8. Кран трехходовой Т-типа
9. Манометр
диаметра эксплуатационной колонны
10. Задвижка
11. Счетчик воды
12. Обратный клапан
13. Напорный трубопровод
14. Бетонный блок фундамента
При обследовании водозаборных скважин наши специалисты часто сталкиваются с нарушением правил оборудования водозаборных скважин.
Самые частые нарушения:
1. Скважина не оборудована водоизмерительными приборами.
2. Счетчик установлен с нарушением правил установки: в зависимости от модели водоизмерительного прибора прямолинейный участок до и после счетчика должен быть равен 3-5 Ду (диаметр условного прохода), соблюдение этого условия влияет на корректность работы прибора.
3. Счетчик установлен после отвода сбросного трубопровода или по схеме «байпас».
Потери при добыче подземных вод происходят при повреждении водопроводных сетей и емкостных сооружений, а также за счет естественной убыли при хранении воды в накопительных резервуарах и при транспортировке по трубопроводам.
Объем добытой подземной воды при исчислении водного налога не уменьшается на потери при заборе и транспортировке воды, они относятся к собственным нуждам предприятий и оплачиваются по общеустановленной ставке налогообложения, т.е. счетчик должен быть установлен на самом водоотводящем трубопроводе от скважины.
4. Скважина не оборудована пьезометрической трубкой.
Погружные насосы в скважинах крепятся на водоподъемных трубах, которые имеют фланцевое или муфтовое соединение, кроме того, к погружным насосам с поверхности идут три электрических кабеля и страховочный трос. Наличие в скважине водоподъемных труб и питающего кабеля существенно усложняет процесс замера уровня подземных вод: очень часто провод электроуровнемера цепляется за фланцы или кабель, что приводит к его обрыву. Поэтому для удобства проведения измерений статических и динамических уровней подземных вод владельцу лицензии рекомендуется установить в скважинах пьезометрические трубки.
Трубки могут быть металлическими или пластмассовыми. Монтаж – спуск пьезометрической трубки в скважину осуществляется вручную. Операции по монтажу удобнее всего проводить одновременно при спуске электропогружного насоса. Пьезометрическая трубка крепится к каждой секции водоподъёмной колонны мягкой проволокой. Верхняя часть трубки выводится над устьем скважины и оборудуется съемной заглушкой.
Трубки должны устанавливаться на глубину 5-10 м под динамический уровень и с учетом глубины установки насоса. В нижней части трубки через каждые 0,5 м в интервале колебания уровней просверливаются отверстия диаметром 5 мм, на нижний торец трубки устанавливается «решетка», чтобы исключить выход датчика уровнемера из трубки и его заклинивание и обрыв. Пьезометрические трубки должны иметь внутренний диаметр не менее 20-25 мм.
Рис. 2. Головка устьевая исполнения ГУ
В соответствии с требованиями пункта 8.7 СП 31.13330.2010 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения» в зависимости от местных условий и оборудования устье водозаборной скважины следует располагать в наземном павильоне или подземной камере, высота которой не должна быть менее 2,4 м. Габариты насосной станции в плане должны позволять разместить в ней электрооборудование и контрольно-измерительные приборы (КИП). При необходимости монтажа или демонтажа скважинного насоса бетонные плиты крыши павильона снимаются.
Оборудование скважины должно соответствовать обязательным требованиям, установленным СП 31.13330.2010 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения». В пунктах 8.5, 8.10, 10.9, 10.22, 14.11, 14.12 и 14.14 указанного свода правил установлено следующее:
— устье скважины должно быть оборудовано специальным оголовком. Конструкция оголовка скважины должна обеспечивать полную герметизацию, исключающую проникновение в межтрубное и затрубное пространства скважины поверхностной воды и загрязнений;
— в конструкции скважины необходимо предусматривать возможность проведения замера уровня и отбора проб воды, а также производство ремонтно-восстановительных работ в скважине;
— напорный трубопровод должен быть оборудован запорной арматурой и обратным клапаном;
— в насосных станциях должна быть предусмотрена установка контрольно-измерительной аппаратуры (счетчик воды, манометр для измерения давления на напорном патрубке насоса, система автоматического управления насосными агрегатами по датчикам уровней воды или по давлению).
Схема оборудования оголовка скважины и размещения оборудования на напорном трубопроводе в насосной станции представлена на рисунке1.
Автор статьи: Юлия Еремина, эксперт в области гидрогеологии
Установка пьезометра, пьезометрической трубки
Пьезометрическая трубка, или пьезометр Касагранде – простое в конструкции приспособление для измерения уровня грунтовых вод в вертикально пробуренных скважинах на насыщенных грунтах. Имеет вид трубы из ПВХ с перфорацией у концевой части. Устройства обладают большей чувствительность к давлению, менее подвержены иловым засорам, заливанию, чем обычная наблюдательная скважина. Дают точные сведения о текущем уровне скважинной воды, а также о динамике этого параметра.
Принцип работы пьезометрической трубки
Приспособление оснащено наконечником с фильтром из алундума, карборунда или других синтетических материалов. Снаружи его оборачивают геотекстильным волокном. Наконечник соединен с трубкой, которую выводят наружу. Фильтр с трубкой опускают в скважину ниже динамического уровня воды, но не выше 15 м от статичного водного зеркала и не более чем в 1 м от верхней части погружного насоса. Скважинная вода попадает в трубку через перфорированные отверстия внизу. Чтобы уровнемер не опускался ниже края трубки и не цеплялся при изъятии, на ее конец устанавливают заглушку.
Преимущества пьезометрической трубки
Обычно в работающей скважине установлена труба для подъема воды со смонтированным на ней насосом погружного типа. Он работает от электричества, и для его питания в скважину протягивают кабель. Наличие насоса и кабеля осложняют замеры электронными уровнемерами. Их опускают в скважину на собственном кабеле, который часто цепляется за фланцы насоса и провода, что может привести к ремонту скважины. Пьезометр Касагранде просто статично опущен в скважину. Через него и опускают электронный пьезометрический уровнемер для замеров уровня воды.
Порядок установки пьезометра с трубой
Пьезометрическую трубку устанавливают по следующей схеме:
Закажите установку пьезометрической трубки
Компания «Гидротех» установит пьезометрические трубки в Самаре Самарской области на работающих водозаборных скважинах и еще не введенных в эксплуатацию. Благодаря этому приспособлению легко проводить замеры уровня воды в любое время. Пьезометрические уровнемеры не будут цепляться и обрываться о фланцы насоса. Прибор опускается в предназначенную для него пьезометрическую трубку, а не в водозаборную колонну.