摘(zhāi)　要：針(zhēn)對大(dà)型低(dī)揚程泵站(zhàn)進水(shuǐ)流道(dào)斷面形狀(zhuàng)及流(liú)态(tài)變(biàn)化複雜，難以選(xuǎn)擇時(shí)差式超聲(shēng)波流(liú)量計(jì) 測(cè)流斷面(miàn)的實際情況，提(tí)出可通過對進(jìn)水流道進行數(shù)值模拟來(lái)确定(dìng)并優(yōu)化(huà)超(chāo)聲波(bō)流量計換能器(qì)的安裝位(wèi)置，并(bìng)對換能(néng)器(qì)的安裝對(duì)數進行優(yōu)化.結(jié)合南(nán)水北調(diào)東(dōng)線工(gōng)程寶(bǎo)應泵站水泵裝置模型試(shì)驗，對(duì)兩款時差式超(chāo)聲波(bō)流量(liàng)計 與高(gāo)精度水(shuǐ)力機(jī)械試(shì)驗(yàn)台流量測試設備進行(háng)了對(duì)比(bǐ)測試.結果表明(míng)，兩款流(liú)量計最大相對(duì)誤差分别爲1.60％和(hé)0.39％，均具有較(jiào)高的(de)測試精(jīng)度(dù)，穩定性也較好(hǎo)，能滿(mǎn)足泵站(zhàn)現場測(cè)試的精度要(yào)求(qiú).
　　大型低(dī)揚(yáng)程泵站在我(wǒ)國的平原地區應用廣(guǎng)泛，在(zài)農田灌溉(gài)排水、城市防洪、跨流(liú)域調(diào)水等(děng)方面發揮(huī)了重(zhòng)要作用.由于這(zhè)類泵站一(yī)般帶有形狀(zhuàng)較(jiào)爲複(fú)雜的進出水流(liú)道，不同(tóng)運行工(gōng)況下流道内的(de)水流流(liú)動情況(kuàng)也很複(fú)雜，因此，利用泵裝(zhuāng)置自(zì)身條(tiáo)件布(bù)置測(cè)流設(shè)備來進行(háng)泵(bèng)流量測(cè)量，往(wǎng)往難(nán)以滿足測(cè)試設(shè)備所(suǒ)要求(qiú)的斷(duàn)面流(liú)速分布均勻(yún)或漸變流的條件，從而(ér)影響到測(cè)試精(jīng)度.目前(qián)，泵站測(cè)流常(cháng)用(yòng)的方法(fǎ)有流速儀法、鹽(yán)水濃(nóng)度法、五孔(kǒng)探針法、差壓計(jì)法等(děng)［1－5］.這些(xiē)方法(fǎ)在測試精度、安(ān)裝的(de)繁(fán)簡程度、測試(shì)工作量大(dà)小等方面各有(yǒu)特色(sè)，但(dàn)至今尚(shàng)沒有一(yī)種公認(rèn)的既(jì)簡便可靠(kào)，又具(jù)有較(jiào)高精度的測試方(fāng)法(fǎ).這一現(xiàn)狀(zhuàng)在一(yī)定程(chéng)度上影響(xiǎng)了大型低(dī)揚程(chéng)泵(bèng)站的技術進(jìn)步和(hé)科學(xué)管理.
　　近年來，時(shí)差式(shì)超聲波(bō)流量計測流(liú)技術有了(le)很大的發展，并(bìng)在水(shuǐ)電站行業(yè)的現場測試中(zhōng)有了較好的應(yīng)用.這(zhè)是由(yóu)于水電站(zhàn)一般(bān)有較(jiào)長的直段輸水(shuǐ)管道(dào)，斷面形狀(zhuàng)較爲規(guī)則，因此(cǐ)其流(liú)态條件較(jiào)好，相對容易滿足換能器的安(ān)裝要求.但(dàn)是大型低(dī)揚程(chéng)泵站(zhàn)的情(qíng)況則不相(xiàng)同(tóng).雖然(rán)超聲波(bō)流量(liàng)計近年來(lái)在泵(bèng)站現(xiàn)場測(cè)試中(zhōng)有一些應(yīng)用［1］，取得了一些(xiē)成果，但是(shì)仍然(rán)處于起步或探(tàn)索階段.其中的(de)難點主(zhǔ)要是難以選(xuǎn)擇到流速(sù)分(fèn)布(bù)較爲均勻(yún)的測流斷(duàn)面.如(rú)果能在(zài)保(bǎo)證較(jiào)高精度(dù)的(de)前提(tí)下找到合(hé)适的(de)換能器(qì)布(bù)設位(wèi)置和(hé)布設方式，如果能有(yǒu)效地減少換(huàn)能(néng)器安(ān)裝對數(shù)以(yǐ)降低(dī)現(xiàn)場測試的工(gōng)作量和(hé)測(cè)試成(chéng)本，則(zé)将(jiāng)有力地(dì)推動該技(jì)術在(zài)泵站(zhàn)行業的應(yīng)用，并将有效地(dì)促進我(wǒ)國(guó)大型(xíng)低揚程泵站的(de)建設(shè)和管理水平.
　　采用兩(liǎng)款超聲波(bō)流量計與(yǔ)精度佳水(shuǐ)力機械試(shì)驗台(tái)流量(liàng)測試設備(bèi)來進行對(duì)比測試，得到其模型測試(shì)誤差，從而爲提(tí)高大型低揚程(chéng)泵站流量(liàng)的測流精(jīng)度，找到有(yǒu)效的(de)方法.
1　時差(chà)式超聲波(bō)流量(liàng)計測(cè)流技術
　　應(yīng)用超聲波流量(liàng)計常用的測量(liàng)方法(fǎ)爲傳播速(sù)度差法、多普勒(lè)法等.傳播(bō)速度(dù)差法(fǎ)又(yòu)包括直接時差法(fǎ)、相差(chà)法和頻(pín)差(chà)法［6］.時(shí)差式超(chāo)聲波流(liú)量計的工(gōng)作原(yuán)理如圖1所示.它(tā)利用超聲(shēng)波換(huàn)能器接收、發射(shè)超聲波，通過測(cè)量超(chāo)聲波(bō)在介(jiè)質中(zhōng)的(de)順流和(hé)逆流(liú)傳播(bō)時間(jiān)差來間接測量(liàng)流體(tǐ)的流(liú)速，再通過(guò)流速及斷(duàn)面情況來(lái)計算流量［7，8］.

2　流(liú)量(liàng)對(duì)比測(cè)試
2.1　試(shì)驗台(tái)與測試設備
　　如圖2所示，效率測(cè)試系統綜合誤(wù)差爲±0.39％.該試驗台于2001年(nián)9月通(tōng)過由(yóu)江蘇省科技廳(tīng)組織(zhī)的鑒(jiàn)定，并(bìng)于200４年通過(guò)國家(jiā)計量論證(zhèng)評審(shěn).試驗(yàn)台流(liú)量測試設備(bèi)爲ＤＮ４00型電(diàn)磁流(liú)量計，标定(dìng)精度爲±0.197％.

2.2　換能器(qì)安裝(zhuāng)位置
　　結合南水北調東線(xiàn)工程寶(bǎo)應泵站［9，10］水泵裝置模型(xíng)試(shì)驗(yàn)，模型比λ＝1∶9.833，對(duì)兩款時差式(shì)超聲波流量計與(yǔ)試驗台(tái)流量測(cè)試設(shè)備進行了(le)對比測試.流量(liàng)計1采(cǎi)用(yòng)10對換能(néng)器，流量計2采用8對換能器，安裝(zhuāng)位置示意見圖(tú)3.兩款流量(liàng)計的(de)廠商(shāng)在試驗前(qián)均進行了(le)進水(shuǐ)流道(dào)三維紊流數值模拟(nǐ)，通過(guò)計算(suàn)，确定在流(liú)态相對(duì)較好的進水(shuǐ)流(liú)道内安裝換能器，并對(duì)安裝(zhuāng)位(wèi)置(zhì)進行(háng)了優化.

2.3　對比測(cè)試結(jié)果
　　試驗時(shí)以試驗台ＤＮ４00型 電磁流量計(jì) 的測(cè)試值作爲(wèi)标準(zhǔn)值，測試範圍爲(wèi)（0.795～1.163）qｅ（qｅ爲試驗泵裝置在水泵葉片角度爲0°時的最高(gāo)效率(lǜ)點流量）.對(duì)比測(cè)試時(shí)，對每(měi)個流量(liàng)點均進(jìn)行了3次重複測(cè)量.表(biǎo)1爲(wèi)流量計(jì)1和流(liú)量計2單點(diǎn)測(cè)試數據記錄(lù).

　　表2和表3分别爲(wèi)流量計1和(hé)流量(liàng)計2與試驗(yàn)台流(liú)量計對(duì)比測試(shì)的誤差(chà)計算，其(qí)中絕對誤(wù)差爲(wèi)流量計(jì)測(cè)試值(zhí)與試驗台測試(shì)值之差(chà)，相(xiàng)對誤差(chà)爲絕(jué)對誤差(chà)與試驗台(tái)測試值之(zhī)比(bǐ)，表中流(liú)量測試值均爲3次測(cè)量(liàng)的(de)平均值(zhí).


　　由表1～表(biǎo)3可知(zhī)，與試驗台流量(liàng)計實測(cè)值(zhí)相比(bǐ)，流量計1和流量計2的誤差範圍分别(bié)爲－1.60％～－0.59％及－0.39％～0.18％，最大(dà)相對誤(wù)差(chà)分(fèn)别爲1.60％和0.39％.兩(liǎng)款流量(liàng)計均具(jù)有較高(gāo)的精(jīng)度，但流量(liàng)計(jì)2的流(liú)量測量(liàng)精度更高(gāo)，穩定(dìng)性更好(hǎo).
3　結　論
　　近(jìn)年來(lái)，在(zài)國内開(kāi)始應用的時差式超(chāo)聲波流量(liàng)計，其流速(sù)測量保證(zhèng)精度一般(bān)爲±0.5％（規則斷面）.如(rú)果将(jiāng)其應用于(yú)大(dà)型低揚程泵(bèng)站，并在進水流(liú)道内(nèi)布置(zhì)換能(néng)器，通(tōng)過進一步(bù)的優(yōu)化(huà)，還可以(yǐ)達(dá)到更高的精(jīng)度［7］.即使考(kǎo)慮(lǜ)到(dào)換能器安裝、過(guò)流斷面積測量等方面的因素(sù)，現場測試精度仍可望控制(zhì)在(zài)±1.5％以内，可(kě)以滿足泵站現場測試(shì)的需(xū)要(yào)，采用三(sān)維紊流數值模(mó)拟方法模拟(nǐ)泵站進水流道内(nèi)的流場(chǎng)，不僅可(kě)以優(yōu)化超(chāo)聲波(bō)流量計換(huàn)能器(qì)的安(ān)裝(zhuāng)位置，提(tí)高測試精度，還可對換能(néng)器的(de)安裝對數進行優化(huà)，從而(ér)達到(dào)減少測(cè)試(shì)用換能器(qì)的數(shù)量、減小安裝工(gōng)作量(liàng)和測試費用的(de)目的［7］.
　　時(shí)差式超(chāo)聲波流量(liàng)計具(jù)有安裝簡(jiǎn)單、抗(kàng)幹擾能力強、阻(zǔ)力損(sǔn)失(shī)小等優(yōu)點，可(kě)實現流量(liàng)的在(zài)線測量，通(tōng)過對大型低揚程泵站進(jìn)水流(liú)道進行三(sān)維紊(wěn)流數值模拟來(lái)确定換能器的(de)安裝方式(shì)，能有效地提高流量(liàng)測試(shì)精度，從而爲大型(xíng)低揚程(chéng)泵站提(tí)供(gòng)一種簡便(biàn)可靠(kào)，且具(jù)有較高精度的流量(liàng)測試(shì)新方(fāng)法(fǎ).

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