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                      超声波流量计在大型低扬程泵站测试模型试验
                      发布时间2019-05-08

                      摘要针对大型低扬程泵站进水流道断面形状及流态变化复杂难以选择时差式超声波流量计测流断面的实际情况提出可通过对进水流道进行数值模拟来确定并优化超声波流量计换能器的安装位置并对换能器的安装对数进行优化.结合南水北调东线工程宝应泵站水泵装置模型试验对两款时差式超声波流量计与高精度水力机械试验台流量测试设备进行了对比测试.结果表明两款流量计最大相对误差分别为1.60和0.39均具有较高的测试精度稳定性也较好能满足泵站现场测试的精度要求.
                      大型低扬程泵站在我国的平原地区应用广泛在农田灌溉排水城市防洪跨流域调水?#30830;?#38754;发挥了重要作用.由于这类泵站?#35805;?#24102;有形状较为复杂的进出水流道不同运行工况下流道内的水流流动情况也很复杂因此利用泵装置自身条件布置测流设备来进行泵流量测量往往难以满足测试设备所要求的断面流速分布均匀或渐变流的条件从而影响到测试精度.目前泵站测流常用的方法有流速仪法盐水浓?#30830;?#20116;孔探针法差压计法等15.这些方法在测试精度安装的繁简程度测试工作量大小?#30830;?#38754;各有特色但?#20004;?#23578;没有一种公认的既简便可靠又具有较高精度的测试方法.这一现状在一定程度上影响了大型低扬程泵站的?#38469;?#36827;步和科学管理.
                      近年来时差式超声波流量计测流?#38469;?#26377;了很大的发展并在水电站行业的现场测试中有了较好的应用.这是由于水电站?#35805;?#26377;较长的直段输水管道断面形状较为规则因此其流态条件较好相对容易满足换能器的安装要求.但是大型低扬程泵站的情况则不相同.虽然超声波流量计近年来在泵站现场测试中有一些应用1ݣ取得了一些成果但是?#21248;?#22788;于起?#20132;?#25506;索阶段.其中的难点主要是难以选择到流速分布较为均匀的测流断面.如果能在保证较高精度的前提下?#19994;?#21512;适的换能器布设位置和布设方式如果能有效地减少换能器安装对数以降低现场测试的工作量和测试成本则将有力地推动该?#38469;?#22312;泵站行业的应用并将有效地促进我国大型低扬程泵站的建设和管理水平.
                      笔者采用两款超声波流量计与高精度水力机械试验台流量测试设备来进行对比测试研究得到其模型测试误差从而为提高大型低扬程泵站流量的测流精度?#19994;?#26377;效的方法.
                      1时差式超声波流量计测流?#38469;?br /> 应用超声波流量计常用的测量方法为传播速度差法多普勒法等.传播速度差法又包括直接时差法相差法和频差法6.时差式超声波流量计的工作原理如图1所示.它利用超声波换能器?#37038;?#21457;射超声波通过测量超声波在介质中的顺流和逆流传播时间差来间接测量流体的流速再通过流速及断面情况来计算流量78.
                      时差法超声波测量原理示意图
                      2流量对比测试
                      2.1试验台与测试设备
                      对比测试在扬州大学江苏省水利动力工程重点实验室高精度水力机械试验台上进行.试验台为一个立式封闭循环?#20302;常?#22914;图2所示效率测试?#20302;?#32508;合误差为0.39.该试验台于2001年9月通过由江苏省科技厅组织的鉴定并于200年通过国家计量论证评审.试验台流量测试设备为?#27169;Σ?0型电磁流量计标定精度为0.197.

                      2.2换能器安装位置
                      结合南水北调东线工程宝应泵站910水泵装置模型试验模型比ˣ19.833对两款时差式超声波流量计与试验台流量测试设备进行了对比测试.流量计1采用10对换能器流量计2采用8对换能器安装位置示意见图3.两款流量计的厂商在试验前均进行了进水流道三维紊流数值模拟通过计算确定在流态相对较好的进水流道内安装换能器并对安装位置进行了优化.

                      2.3对比测试结果
                      试验时以试验台?#27169;Σ?0型电磁流量计的测试值作为标准值测试?#27573;?#20026;0.7951.163Q壨Q为试验泵装置在水泵叶片角度为0时的最高效?#23454;?#27969;量.对比测试时对每个流量点均进行了3次重复测量.表1为流量计1和流量计2单点测试数据记录.

                      表2和表3分别为流量计1和流量计2与试验台流量计对比测试的误差计算其中绝对误差为流量计测试值与试验台测试值之差相对误差为绝对误差与试验台测试值之比表中流量测试值均为3次测量的平均值.


                      由表1表3可知与试验台流量计实测值相比流量计1和流量计2的误差?#27573;?#20998;别为1.600.59及0.390.18最大相对误差分别为1.60和0.39.两款流量计均具有较高的精度但流量计2的流量测量精度更高稳定性更好.
                      3结论
                      近年来在国内开始应用的时差式超声波流量计其流速测量保证精度?#35805;?#20026;0.5规则断面.如果将其应用于大型低扬程泵站并在进水流道内布置换能器通过进一步的优化还可以达到更高的精度7.即使考虑到换能器安装过流断面积测量?#30830;?#38754;的因素现场测试精度仍可望控制在1.5以内可以满足泵站现场测试的需要.笔者的其他研究还表明采用三维紊流数值模拟方法模拟泵站进水流道内的流场不仅可?#26434;?#21270;超声波流量计换能器的安装位置提高测试精度还可对换能器的安装对数进行优化从而达到减少测试用换能器的数量减小安装工作量和测试费用的目?#27169;?.
                      时差式超声波流量计具有安装简单抗干扰能力强阻力损失小等优点可实现流量的在线测量.研究表明通过对大型低扬程泵站进水流道进行三维紊流数值模拟来确定换能器的安装方式能有效地提高流量测试精度从而为大型低扬程泵站提供一种简便可靠且具有较高精度的流量测试新方法.

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