§ 53. Гидрометрические вертушки

Из современных гидрометрических приборов вертушки явля­ются пока лучшими приборами для измерения скорости тече­ния.

В настоящее время имеется очень много различных типов и конструкций гидрометрических вертушек. Они различаются по ря­ду признаков.

По положению оси различают два типа вертушек: с горизон­тальной осью вращения и с вертикальной осью вращения. По спо­собу установки или погружения вертушки разделяют на тросо­вые, штанговые и штанго-тросовые. По способу регистрации ча­стоты вращения вертушек можно выделить механические и элек­трические вертушки.

Независимо от типа вертушки имеют следующие основные уз­лы: ходовую часть с лопастным винтом и контактным механиз­мом, корпус, стабилизатор направления и сигнальное устрой­ство.

Ходовая часть является основной частью вертушки. Она состо­ит из лопастного винта, оси и контактного механизма. Лопастной винт, воспринимая гидродинамическое давление набегающей на него воды, вращается. При этом происходит замыкание контак­тов через определенное число оборотов.

Корпус вертушки служит для соединения частей и крепления ее на тросе или штанге. Ходовая часть в собранном виде ук­репляется в передней части корпуса с помощью стопорного винта. В задней части корпуса крепится стабилизатор направ­ления.

Стабилизатор направления служит для установки прибора в потоке по направлению течения. Он в основном применяется при подвеске вертушки на тросе.

Сигнальное устройство, состоящее из панели выводов, звонка (лампочки), переключателя и сигнальных проводов, служит для преобразования электрического импульса в звуковой или в све­товой сигнал.

Рис. 66. Гидрометрическая вертушка ГР-55:

/ — ось с контактным механизмом; 2 — червячная шестерня с двадцатью зубцами и штифтом; 3— стопорный винт; 4 —вывод массы; 5 — изолированный вывод (—);6— зажимные винты; 7 — корпус; 8— штепсельное гнездо; 9 —токопроводящпй стержень, изолированный от массы; 10— зажимная муфта; 11 —радиальные ша­рикоподшипники; 12— упорная втулка; 13— осевая гайка; 14— лопастной винт;15— стабилизатор направления

В нашей стране находят применение речные и морские вер­тушки нескольких типов. Описание некоторых из них приводит­ся ниже.

Вертушка малогабаритная ГР-55 (рис. 66) рекомен­дуется к применению на сети Госкомгндромета и в проектно-изы- скательских организациях.

Корпус гидрометрической вертушки 7 литой, цилиндрической формы. На нем имеются два вывода 4 и 5 для подключения сиг­нальной цепи. Передняя часть корпуса имеет полость, в которую вставляется ходовая часть вертушки. Она крепится к корпусу сто­порным винтом 3.

Ходовая часть вертушки состоит из лопастного винта 14, оси 1 с контактным механизмом, двух радиальных шарикоподшипни­ков 11, внутренней упорной втулки 12, осевой гайки 13 и зажим­ной муфты 10. При вращении винта ось вертушки остается не­подвижной.

Контактный механизм состоит из червячной шестерни 2 с двадцатью зубцами и штифтом, контактной пружины и винта, кре­пящего пружину к токоподводящему стержню 9, изолированному от массы корпуса. Этот стержень соединяет контактную пружину с гнездом штепселя 8. Замыкание контакта происходит через 20 оборотов лопастного винта. Камера контактного механизма запол­няется трансформаторным маслом.

133

Вертушка снабжается двумя лопастными винтами. Лопастной винт № 1 применяется при скорости течения от 0,05 до 2,5 м/с; погрешность измерения при этом лежит в пределах 2%. Ошибка от влияния косоструйности течения при угле оси прибора с потен ком до 40° не превышает 5%.

1 /,5-1545

19 8

Рис. 67. Измеритель течений ГР-42:

/ — ходовая часть с контактным механизмом; 2— лагометр — указатель ПДК-3; 3 — изолированный вывод; 4 — поплавок; 5 — стабилизатор направ­ления; 6 — датчик ПДК-3; 7 — рама; S — корпус; 9 — защитное кольцо

Лопастной винт № 2 применяют при скоростях течения от 2,5 до 5,0 м/с. Он предназначен для работы с троса.

По своей конструкции близки к вертушке ГР-55, но отлича­ются от нее большими размерами лопасти (а значит и корпуса), вертушки типов ГР-21 и ГР-21 М. Обе они созданы путем усовер­шенствования вертушки типа Ж-3, разработанного конструктором Н. Е. Жестовским. Вследствие относительно большой массы, а от­сюда и большого момента инерции лопасти вертушек ГР-21 и ГР-21М не могут применяться в потоках с большой интенсивностью турбулентности. Вертушка ГР-55 в этом отношении более универ­сальна.

Измеритель течений ГР-42 (рис. 67) предназначен для измерения скоростей и направлений течений. Он состоит из двух самостоятельных приборов; первый служит для определения ско­рости течения, второй — для измерения направления течения. Для определения скорости применяется специальная гидрометри­ческая вертушка (ОВБ-62) с диапазоном измерения скоростей 0,02—0,70 м/с. При работе на скоростях более 0,5 м/с используют вертушку типа ГР-55.

Специальная вертушка состоит из корпуса 8 с защитным коль­цом 9, ходовой части 1 с контактным механизмом. Корпус кре­пится к раме 7 измерителя течений. На корпусе имеется изоли­рованный вывод 3 для соединения сигнальной цепи. Контактный механизм вертушки дает одно замыкание за каждый оборот ло­пастного винта.

Узел направления течения разработан на базе потенциометри- ческого дистанционного компаса ПДК-3. Его датчик установлен на раме с вертлюгом, к раме прикреплен стабилизатор направ­ления с поплавком. В качестве отсчетного устройства для изме­рения направления применен трехкатушечный магнитоэлектриче­ский лагометр-указатель ПДК-8. Указатель совместно с датчи­ком образует следящую систему, позволяющую измерять угол между осью прибора и магнитным меридианом, т. е. направление течения.

Морская вертушка ВММ (рис. 68) служит для измере­ния скорости и направления течения воды в водоемах на любых глубинах. Лопастной винт состоит из трубчатой оси, в которую впаяны четыре спицы с лопастями, расположенные под углом 45° к оси. Лопасти вертушки защищены латунным кольцом 1. Часто­та вращения лопастного винта регистрируется механическим счет­чиком оборотов 8, представляющим собой коробку с тремя шесте­ренками и механизмом подачи шариков. Концы оси шестеренок выведены на лицевую сторону счетчика с тремя циферблатами. Счетчик связывается с осью лопастного винта посредством червя­ка и верхней шестеренки при помощи подключающего механизма. Этот механизм предварительно заводится на два зубца с помо­щью ручки 4. Выключение и включение счетчика производится ударами посыльных грузов по головке на верхнем конце верти­кальной оси корпуса вертушки.

Компасная коробка 7 закрепляется на горизонтальном стерж­не под счетчиком винтом 6. Она состоит из латунной коробки с крышкой. Коробка разделена на 36 секторов перегородками. Все секторы коробки пронумерованы против часовой стрелки, начиная от нулевого, обращенного к стабилизатору 3. В центре коробки имеется игла, на которой вращается объемная магнитная стрел­ка. Стрелка сверху имеет чашечку с выходом в желобок на верх­нем конце магнитной стрелки.

Направление течения определяется по бронзовым шарикам, падающим в коробку из трубки 2, укрепленной над счетным

Рис. 68. Морская вертушка ВММ:

1— защитное кольцо; 2— трубка; 3— стабилизатор направления; 4—завод­ная ручка; 5— корпус; в— зажимный винт; 7— компасная коробка; 8 — счетный механизм; 9— лопастное устройство

1/„5*

Механизмом. В трубку помещается до 23 шариков. При работе вертушки через каждые 33 1/3 оборота один шарик проскакивает из трубки через счетчик и попадает через отверстие крышки ком­пасной коробки в чашечку магнитной стрелки. По желобку север­ного конца ее он скатывается в один из секторов коробки. Так как положение магнитной стрелки неизменно, а компасная коробка по­ворачивается вместе с вертушкой по направлению течения, номер сектора, в котором находится шарик, укажет магнитный азимут направления течения с точностью до 10°. Азимут направления от- считывается от сектора, в который попали шарики, до нулевого сектора.