Ულტრაბგერითი წყლის მეასები მუშაობს იმ პრინციპით, რომ ორი სენსორის საშუალებით ულტრაბგერითი ტალღები გადაეცემა მილში, რომლებიც ერთმანეთის საპირისპიროდ არის განლაგებული. ისინი განსაზღვრავენ როგორ სწრაფად მიედინება წყალი, რადგან ზუსტად აფიქსირებენ რამდენ ხანს ანდომებს ულტრაბგერითი იმპულსი მილში წყლის მიმდევრობით გადაადგილებისას და როგორ იცვლება ეს დრო უკუმიმდევრობით გადაადგილებისას. რატომ არის ეს მეთოდი იმდენად კარგი? დროში განსხვავების გაზომვა არ არის დამოკიდებული მილის მასალაზე ან წყალში არსებულ ნივთიერებებზე. რადგან არ არის არანაირი მოძრავი ნაწილები, ასეთ მეასებს არ აქვთ მექანიკური გარღვევები, როგორც ძველ მოდელებს. ისინი ზუსტად არიან მაშინაც კი, როდესაც წყალი მტვრანი ან ტურბულენტური ხდება, ასევე ისინი იწვევენ ბევრად ნაკლებ წნევის დაქვეითებას სისტემაში. და რადგან სენსორები მილის გარეთ არის განლაგებული, არ არსებობს კალიბრაციის პრობლემების რისკი, რომლებიც დროთა განმავლობაში იჩნდება ტრადიციული მეასების შიდა კომპონენტების დეგრადაციის გამო.
Წყლის ნაკადი მექანიკური მეტრებით იზომება, როგორიცაა ტურბინები, პისტონები ან ბრუნვადი ბორბლები, რომლებიც რეაგირებენ წყლის მოძრაობისას. პრობლემა წარმოიშვება ნაწილებს შორის ხახუნის გამო, რაც ქმნის წინაღობას და ამცირებს მეტრის მგრძნობელობას, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც საქმე გვაქვს ძალიან მცირე რაოდენობის წყლის ნაკადთან, მაგალითად, მისი მთლიანი შესაძლებლობის დაახლოებით 5%-თან. მინერალური ნადები თანდათან იკრება ამ მოწყობილობების შიგნით თვეების და წლების განმავლობაში, განსაკუთრებით მაღალი მაგნიურობის მქონე წყლის მქონე რეგიონებში. ეს ნადები ნელ-ნელა აზიანებს მათ სიზუსტეს, რის შედეგადაც ჩვენობები ყოველ წელიწადში 2-დან 4 პროცენტამდე იცვლება ასეთ რეგიონებში. ზოგიერთი მწარმოებელი ცდილობს ამ პრობლემის აღმოფხვრას შიდა სივრცის გადიდებით, რათა შეამციროს წინაღობა, თუმცა ეს მიდგომა ხშირად უარყოფითად აისახება მათზე მაშინ, როდესაც წყლის ნაკადი ძალიან მცირეა.
Იმას, რაც ამ ორ ტიპს ნამდვილად განსხვავებს, არის დინების გაზომვის მიდგომა. ულტრაბგერითი მექანიკური მოწყობილობები მუშაობს იმით, რომ აღიქვამს, რამდენ ხანს ანდომებს ბგერითი ტალღები სითხეში გავლას, ამას უშუალოდ არ ხერხდება მოძრავი ნაწილების ჩართვა. მექანიკური მეასები კი განსხვავდება – ისინი დამოკიდებული არიან ფაქტობრივ მოძრაობაზე, როდესაც სითხე აბრუნებს შიდა კომპონენტებს. ულტრაბგერითი სისტემების მყარი სტრუქტურის დიზაინი ნიშნავს, რომ ისინი არ იტანენ იმ შემწუხებელ 0.5-დან 1.5 პროცენტამდე ენერგიის დანაკარგს, რომელიც ჩვენ ვხედავთ ტრადიციულ მექანიკურ რეესტრებში გირლანგებით. და ეს მნიშვნელოვნად გავლენას ახდენს სიზუსტეზეც. უმეტეს ულტრაბგერით მეასებს აქვს დაახლოებით ±1 პროცენტი სიზუსტე, ხოლო მექანიკურები კი ხშირად 2-დან 3 პროცენტამდე არიან გადახრილი. ეს განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია მაშინ, როდესაც საქმე გვაქვს ცვალებად დინებებთან, რომლებიც საკმაოდ გავრცელებულია ქალაქის წყალმომარაგების სისტემებში და სხვა საზოგადოებრივ გამოყენებებში, სადაც პირობები მუდმივად იცვლება.
Სიჩქარის გაზომვის ტექნოლოგია საშუალებას აძლევს ულტრაბგერით მეტრებს გამოავლინონ დიდი დაბალი დინება, როგორიცაა 0.02 ლიტრი წუთში — რაც შეესაბამება ნელ წვეთიან დინებას. რადგან ისინი პირდაპირ ზომავენ სიჩქარეს, ხოლო არა ასახავენ მოძრავი ნაწილებიდან, ეს მეტრები ინარჩუნებენ 98,5%-იან სიზუსტეს, მათი მაქსიმალური დინების მოცულობის 1/100-ზე უცვლელად (საერთაშორისო წყლის ასოციაცია, 2023).
Მექანიკურ იმპელერებს სჭირდებათ წყლის სიჩქარე 0.5–1 მ/წმ შიდა წინაღობის გასა преодолებლად, რაც ნიშნავს, რომ პატარა წაივლები ხშირად რჩება გამოვლენილი. სახლებში მონტაჟირებულ მეტრებში, რომლებიც აღემატებიან შვიდ წელს, დაბალი დინების 18–34% ხდება გამოვლენილი. ეს ინერცია საშუალოდ 74 დღით გრძელდება წაივლების არსებობა, რაც ყოველწლიურად თითო სახლისთვის 9,000 ლიტრის დანაკარგს იწვევს.
14-თვიანი გამოცდა 2,300 სახლში აჩვენა, რომ ულტრაბგერითი მეტრები შეამცირეს ანგარიშგების გარეშე წყლის დანაკარგი 42% მექანიკურ მეტრებთან შედარებით. წყლის წყაროები 22 დღით ადრე გამოივლინებოდა, რაც დადასტურებს უმჯობესი დაბალი დინების თვალთვალის პრაქტიკულ უპირატესობას რეალურ პირობებში.
Მექანიკურ მეტრებში დღიური ექსპლუატაცია იწვევს პროგრესიულ ცვეთას, სადაც ხახუნი წლიურად 0.03–0.12 მმ-ით ამონაწებს იმპელერებს და გებებს საზოგადო სისტემებში (Water Infrastructure Journal, 2022). ნალექები აჩქარებს ამ დაზიანებას, ხოლო მინერალური ნალექები არყვნის დინების მიმართულებებს. ეს ფაქტორები წლიურად იწვევს 2–5%-იან გადამატებით გაზომვის შეცდომებს, რომლებიც ჩვეულებრივ გაუსწორებლად რჩება კალიბრებამდე.
Ულტრაბგერითი მეასოები იყენებენ კონტაქტის გარეშე გაზომვას, რომელიც დაფუძნებულია ბგერითი ტალღების გავლის დროზე, რაც აღმოფხვრის გირებს, პოდშიბებს და სანათურებს. ციფრული სიგნალების დამუშავება აკომპენსირებს მილებში მინერალიზაციის მსგავს ცვლილებებს და ინარჩუნებს ±1%-იან სიზუსტეს გრძელვადიანი სერვისული ვადის განმავლობაში. სამუშაო შესწავლები აჩვენებს მუდმივ შედეგებს 15 წელზე მეტი ხნის განმავლობაში (გონიერი წყალსადენი კონსორციუმი, 2023).
Ამსტერდამში 12,000 ულტრაბგერითი მეტრის აუდიტმა გამოავლინა, რომ 98% მათგანი რჩებოდა ქსელის კალიბრაციაში რვა წლის განმავლობაში. მხოლოდ 0,7%-ს მოეთხოვა კორექტირება 2%-ზე მეტი გადახრით — ეს მნიშვნელოვნად უკეთესია მექანიკურ მეტრებთან შედარებით იმავე ქსელში, რომლებსაც დამაგრებული ნაწილაკების გამო ყოველწლიურად 3–8% ზუსტი გაზომვის დაკარგვა აღენიშნებოდათ.
Მიუხედავად ცნობილი შეცდომებისა, ჩრდილოეთ ამერიკის 43%-ს მექანიკური მეტრების გამოყენება განუაგრდა, რადგან მათი ჩანაცვლების ღირებულება 180–400 დოლარია ერთეულზე (AWWA-ს ფინანსური გამოკვლევა, 2023). ბევრი მოწყობილობის რეკალიბრაციის ინტერვალი 10 წელზე მეტია, რაც ზუსტად 60–70%-ით აღდგენს დაკარგულ სიზუსტეს. ასეთი ხარჯთაღნობის მიდგომა საშუალო ზომის ქალაქებში 10 000 მილენაზე წლიურად მიაღწევს 240 000 დოლარის ოდენობის შემოსავლის დაკარგვას.
Განვითარებული სიგნალის დამუშავება საშუალებას აძლევს ულტრაბგერითი მეტრების ±1,5% სიზუსტის შენარჩუნებას ფართო დიაპაზონში — 0,05 მ³/სთ-დან 15 მ³/სთ-მდე, მიუხედავად 100 მ³ სიმულირებული გამოყენებისა და 200 მკვეთრი ჩართვა-გამორთვის ციკლისა. ეს ლინეარულობა აღმოფხვრის "შემცირებული თანაფარდობის" შეზღუდვებს, რომლებიც დამახასიათებელია მექანიკური კონსტრუქციებისთვის, და უზრუნველყოფს საიმედო გაზომვას დინების ცვალებადობის მიუხედავად.
Საერთაშორისო წყლის ასოციაციის სტანდარტების მიხედვით, მექანიკური მეტრები შეიძლება გადახრილი იყოს 8–12% ზე ტურბულენტური დინების პირობებში. მილების, ნაწილობრივ დახურული კლაპანების ან ნაღავის გამო გამოწვეული არარეგულარული დინების პროფილები ზღუდავს იმპელერების ერთგვაროვან ბრუნვას, რაც იწვევს დაბალ რეგისტრაციას ცვალებადი დინების დროს და ზედმეტ დათვლას მაღალი დინების სტაბილური პერიოდების განმავლობაში.
Სინგაპურის ეროვნულმა წყლის სააგენტომ შეაფასა მეტრების მუშაობა მაღალი სიმაღლის კომერციულ შენობებში, სადაც ცვალებადი იყო პომპების განრიგი. ულტრაბგერითი მეტრები მექანიკურებზე 4,7%-ით აღემატებოდა ზოგადი სიზუსტით და აღმოაჩინა მცირე წაილების 92% (2 ლიტრზე ნაკლები/საათში). მექანიკური მეტრების შემთხვევაში ამ შემთხვევების 63% გამოუშვეს ბრუნვითი ინერციის გამო.
Ულტრაბგერითი მეორეები უწყვეტ ციფრულ იმპულსებს გადასცემენ, რომლებიც კარგად ითანხმება სმარტ ინფრასტრუქტურულ სისტემებთან, რაც საშუალებას აძლევს მონაცემებს დამსაქმებლის დაფებზე დაუყოვნებლივ მიაღწიონ. ამ შესაძლებლობას თან ერთვის დაუყოვნებელი წყლის დეფიციტის გამოვლენა და მოხმარების დეტალური თვითმფრინავი, რაც შეიძლება მნიშვნელოვნად შეამციროს ექსპლუატაციის ხარჯები. ზოგიერთი კვლევის მიხედვით, 2023 წელს საერთაშორისო წყლის ასოციაციის მიერ ჩატარებული კვლევის მიხედვით, ტრადიციულ ხელით ჩაკეტვაზე დაყრდნობით მეთოდებთან შედარებით დანაზოგი შეადგენს დაახლოებით 23%-ს. ეს მეორეები გამოირჩევიან ძველი მექანიკური მეორეებისგან მათი მყარი მდგრადობით. ისინი არ განიცდიან სიგნალის პრობლემებს, რომლებიც გამოწვეულია გამოყენებით, რადგან არ აქვთ მოძრავი ნაწილები, რომლებიც დროთა განმავლობაში იმსხვერპლება.
Მიუხედავად იმისა, რომ საწყისი ღირებულება მაღალია, ულტრაბგერით მეორეებს 5–7 წლის განმავლობაში უფრო დაბალი სრული ფასი აქვთ შემცირებული შესანახადობის და გაუმჯობესებული გადახდის სიზუსტის გამო.
Ხარჯის ფაქტორი | Ულტრასინდროვან მეტრი | Მექანიკური მეორე |
---|---|---|
Საწყისი ყიდვა | $220–$290 | $90–$150 |
Წლიური მართვა | $12–$18 | $45–$60 |
Სიზუსტის დაკარგვა (5-ე წელი) | < ±1% | ±4–7% |
10 წელზე სულ | $340–$470 | $600–$900 |
Მყარი სტრუქტურა თავიდან აცილებს ნილადის ან კოროზიის გამო წინადადებულ გამოსვლას, რაც საზოგადო გამოცდებში ხარჯების 38–42% -ით შემცირებას უზრუნველყოფს.
Როდესაც ფილადელფიამ 2020 წელს დაიწყო ულტრაბგერითი მექანიკის მონტაჟი მთელ ქალაქში, მათ მოახერხეს დაკარგული წყლის შემცირება თითქმის 18%-ით მომდევნო სამი წლის განმავლობაში. რა გახადა ამ მექანიკებს იმდენად ეფექტურებს? ისინი შეძლებდნენ აღმოჩენილიყვნენ ძალიან პატარა წყალგაჟღენები, რომლებიც ჩვეულებრივი მოწყობილობისთვის შეუმჩნეველი იყო – ნახევარ ლიტრზე ნაკლები წუთში. ეს დაეხმარა აღმოეჩინათ სხვადასხვა დამალული პრობლემები უძველეს მილებში მთელი მიკრორაიონების მასშტაბით, რის შედეგადაც წელიწადში დაზოგა დაახლოებით 2,7 მილიონი დოლარი იმის შესწორებით, რაც უჩინარად იქცეოდა. მიღებულმა შედეგებმა აჩვენა, თუ რატომ არის ფინანსურად გამართლებული უკეთესი გაზომვის ტექნოლოგიებში ინვესტიციების შეტანა. ქალაქები შეძლებენ დროულად დაზოგონ თანხები, ვიდრე მასშტაბური შეკეთებები გახდება გადაუდებელი, ხოლო წყალმომარაგების სისტემები იქნება ეფექტურად ფუნქციონირებადი.
Ულტრაბგერითი წყლის მეასები გაზომვისთვის იყენებენ ბგერით ტალღებს, რაც აღმოფხვრის მოძრავ ნაწილებს. ეს უზრუნველყოფს უფრო ზუსტ მაჩვენებლებს, ნაკლებ შემსახსელებას და გრძელ სიცოცხლეს მექანიკური მეასების შედარებით.
Ულტრაბგერითი მეასები შეუძლიათ ძალიან დაბალი წყლის დინების გამოვლენა მაღალი სიზუსტის გამო, რაც ხდის მათ იდეალურ არჩევანს იმ დატენვების აღმოჩენისთვის, რომლებიც ხშირად არ გამოივლინება მექანიკური მეასებით.
Მექანიკური მეასები იყენებენ მოძრავ კომპონენტებს, როგორიცაა ტურბინები. დროთა განმავლობაში ამ ნაწილებს ექნება ცვეთა, დაგროვდება მინერალური ნარჩენები და შეხვდება ხახუნს, რაც ყველა ერთად ამცირებს სიზუსტეს.
Დიახ, 5-7 წლის განმავლობაში ულტრაბგერითი მეასები უფრო ხელსაყრელი აღმოჩნდება შემსახსელების დაბალი ხარჯების და გაუმჯობესებული დანაზოგის სიზუსტის გამო.