摘要：針對(duì)大口徑流(liú)量(liàng)計 的現(xiàn)場量(liàng)值溯源，結(jié)合實(shí)例，設計了(le)一套指導(dǎo)換能(néng)器現場安(ān)裝的(de)輔尺，較好地解決了直徑測量(liàng)不(bú)準、換能器定(dìng)位問(wèn)題;提出了(le)針對(duì)檢(jiǎn)測井、流(liú)量計上(shàng)遊處理(lǐ)、管道安裝(zhuāng)等三(sān)個方面的設計(jì)建議，可(kě)爲(wèi)污水(shuǐ)處理工藝(yì)設計和大口(kǒu)徑流量計量(liàng)值溯源提(tí)供有益的指導(dǎo)與幫(bāng)助。
0引言
　　大(dà)口徑流(liú)量(liàng)計在(zài)水資源計量場(chǎng)合應(yīng)用非(fēi)常多， 電磁(cí)流量計 因(yīn)其無壓力損(sǔn)失且不(bú)受管(guǎn)道内(nèi)流體密(mì)度(dù)、溫度等因(yīn)素的影響(xiǎng)，成爲污水處理(lǐ)企業的首選”。用(yòng)于污水計(jì)量的電磁流量計口徑多爲1000mm以上口(kǒu)，貿易(yì)結算(suàn)量和(hé)涉及金額(é)巨大田由于大(dà)口徑(jìng)流量(liàng)計安(ān)裝後(hòu)一般無備用管(guǎn)路“,無法拆(chāi)卸送檢，多(duō)數(shù)情況(kuàng)下(xià)隻能(néng)采用(yòng)外夾(jiá)式超(chāo)聲流量計(jì)進行(háng)現場校準。
　　在校準過程中(zhōng)，難免會遇(yù)到現(xiàn)場檢測條(tiáo)件不(bú)足的(de)情(qíng)況(kuàng)，包括(kuò)檢測井空間或(huò)前後直管(guǎn)段不(bú)足，換能器定位(wèi)不準，流量計不(bú)滿管和介質氣(qì)泡多(duō)等問(wèn)題。本(běn)文将針對.上述(shù)問題進行(háng)研究并提出(chū)設(shè)計建(jiàn)議。
1現場(chǎng)校準方法
1.1 外夾式超聲流(liú)量計(jì) 工(gōng)作原(yuán)理
　　超(chāo)聲(shēng)波流(liú)量(liàng)計 以測(cè)量聲波(bō)在流動介質中(zhōng)傳播的時間與(yǔ)流速的關系爲(wèi)原理。如(rú)圖(tú)1所示(shì)，a和b爲(wèi)換能器,l爲(wèi)聲道長度,d爲管(guǎn)道外徑,h爲管壁(bì)厚度.`?爲(wèi)超聲流(liú)量計測(cè)得的管(guǎn)道平均(jun1)流(liú)速。通(tōng)過d與h可得(dé)到管(guǎn)道過流(liú)面積s,其(qí)計算公(gōng)式如式(shì)(1)，體積(jī)流量qv如式(2)


1.2标準(zhǔn)器
　　用作标準器的外夾式(shì)超聲(shēng)流量計精(jīng)度等級較高,多(duō)爲0.5級(jí)，一般需送(sòng)至權威檢(jiǎn)定機(jī)構(gòu)在實(shí)驗室條(tiáo)件下進行标定。
2換能器定位方(fāng)法的研究(jiū)
　　換能器安(ān)裝位(wèi)置的(de)正确與否直接關系到(dào)測量結(jié)果,難點有(yǒu)兩個(gè):一是兩個換能(néng)器之間的連線應與管道(dào)中心(xīn)軸線(xiàn)平行;二是(shì)确定平均管徑(jìng)位置。如圖2所示(shì),管道(dào)口徑(jìng)爲dn1800.以(yǐ)2聲(shēng)程v法(fǎ)測量爲(wèi)例。ab爲超聲流量計給出的(de)兩個(gè)換能器(qì)之(zhī)間的(de)安裝(zhuāng)距離(lí)(1325mm)。在實(shí)際安(ān)裝過程中(zhōng)，如果沒有(yǒu)其它的輔(fǔ)助手(shǒu)段，難以做到ab連線與管道中心軸線(xiàn)平行。假若(ruò)偏離(lí)角α爲1°,右側換能(néng)器的偏離距離(lí)近似等于弧長(zhǎng)b′b,b′b=11.5mm。若管(guǎn)道(dào)口徑爲(wèi)dn2000，以表(biǎo)1中(zhōng)最(zuì)長換(huàn)能器安(ān)裝(zhuāng)間距計算，ab=2984mm,則b′b=26mm,對(duì)測量(liàng)結果将(jiāng)帶來不可忽略(luè)的影響(xiǎng)。

　　由(yóu)于(yú)待測管徑巨大(dà)，管道截面(miàn)爲非标準圓形(xíng)。以dn1800管(guǎn)道(dào)爲例，不同位置的(de)外徑(jìng)最(zuì)大可(kě)差35mm,極限(xiàn)情況下,若傳感(gǎn)器安裝位置的(de)直徑與平(píng)均直徑的差值(zhí)恰好(hǎo)爲外徑最(zuì)大差(chà)即35mm,僅截面面(miàn)積(jī)一項帶來(lái)的誤(wù)差就(jiù)達(dá)3.8%。，傳統的(de)圍尺(chǐ)測量直徑的方(fāng)法(fǎ)獲得的(de)是平(píng)均管(guǎn)徑，但(dàn)無法(fǎ)指導檢測人員将(jiāng)換能器(qì)安裝(zhuāng)在(zài)平均管(guǎn)徑(jìng)位置;即使在(zài)換能器之(zhī)間增(zēng)加滑軌(guǐ)，也(yě)隻能(néng)保證(zhèng)換(huàn)能(néng)器安(ān)裝間(jiān)距準(zhǔn)确，不(bú)能保證(zhèng)換能器(qì)連線的投影與軸線平行(háng)。因此,本文設(shè)計了一套便于攜帶、易(yì)于現場組(zǔ)裝的(de)輔助設(shè)備即(jí)輔尺,用于定位、安裝換能(néng)器，基本結構如圖3、圖4所示。輔尺測量管(guǎn)徑範圍(wéi):800~2200mm,其主尺(chǐ)測.量不(bú)确(què)定度u=0.5mm(k=2)。能夠測量(liàng)管道(dào)截面(miàn)任意位置(zhì)的外(wài)徑,保證換(huàn)能器(qì)連線平(píng)行(háng)于管道軸(zhóu)心，較(jiào)好地解決換能(néng)器安(ān)裝位(wèi)置不精準帶來的問(wèn)題,盡可能地(dì)降低測(cè)量(liàng)過程中的人(rén)爲影響,實用性強(qiáng)。


3排水設施的設計
3.1檢測(cè)井的(de)設計
　　一(yī)般(bān)情況下,污(wū)水排(pái)放管道(dào)及用于(yú)計量(liàng)的大(dà)口徑(jìng)流量計均置于(yú)地下。現(xiàn)場校準(zhǔn)需有檢測(cè)井才(cái)能正(zhèng)常進(jìn)行。由(yóu)于外夾式超聲(shēng)流量計不(bú)能獲(huò)得流(liú)體剖面的信息，并受(shòu)流速不對(duì)稱(chēng)和流态(tài)變化影(yǐng)響，易産生測量誤差121。爲(wèi)盡量(liàng)減小(xiǎo)流(liú)體(tǐ)擾動(dòng)帶來(lái)的影(yǐng)響，現場測量時應選(xuǎn)取(qǔ)較長的(de)前後直管(guǎn)段進(jìn)行檢測，因此，檢(jiǎn)測井(jǐng)的(de)位置選(xuǎn)取十分(fèn)重(zhòng)要，一(yī)般靠(kào)近流量計的.上遊位置.直(zhí)管段(duàn)盡量(liàng)保證(zhèng)至少前10d後5d(d爲管(guǎn)道公稱通徑),若上遊存在泵或(huò)彎頭、閥(fá)門時,應(yīng)盡可(kě)能(néng)地延長直管段的距離13,控制(zhì)在(zài)20d以，上。
　　通(tōng)常井(jǐng)底(dǐ)離管底不(bú)少于0.2m,兩側井(jǐng)壁距管(guǎn)壁(bì)不少(shǎo)于1m。對于檢(jiǎn)測井(jǐng)的長(zhǎng)度(dù)，當管徑(jìng)範圍(wéi)爲dn1000~dn2000時(shí)，以flexim601超聲流(liú)量(liàng)計爲例(lì)，配套(tào)cdk型換能(néng)器(qì)，分别采用(yòng)v法和(hé)z法以(yǐ)及(jí)不同的(de)聲程測量時,換(huàn)能器的(de)安裝間(jiān)距如表1所示，其(qí)範圍對應管道(dào)内徑約爲0.27d~1.5d.考慮現場(chǎng)檢測的人(rén)員活動空(kōng)間，因(yīn)此檢測井長度以2d爲宜(yí)。
3.2流量計.上遊(yóu)處理設計(jì)
　　在排(pái)水管(guǎn)道中(zhōng)由于管道落差(chà)較大，按(àn)正常管道坡(pō)度(dù)無(wú)法滿(mǎn)足設計(jì)要(yào)求時(shí)，會采取(qǔ)建設跌(diē)水(shuǐ)井來滿足設(shè)計方(fāng)案,同(tóng)時還(hái)起到穩流和排氣的作用(yòng)。但若(ruò)設計(jì)考慮(lǜ)不周，水流(liú)經(jīng)過跌水(shuǐ)井後(hòu).上遊(yóu)帶來(lái)的大(dà)量氣泡依(yī)然會存在甚至增加(jiā)，導緻流量(liàng)計無法(fǎ)正常工作。以(yǐ)長沙(shā)嶽(yuè)麓(lù)某污水處理廠(chǎng)爲例(lì)，如(rú)圖5所示，該跌(diē)水(shuǐ)井尺寸(cùn)爲4m×3m×5m,流量計爲dn1800電(diàn)磁流量計(jì)。.上遊水源含有(yǒu)大量氣泡,流(liú)速約1.2m/s,水流方(fāng)向如箭頭(tóu)所示，從入口處(chù)直沖下(xià)遊管道(dào)入口,夾帶大量(liàng)新産生(shēng)的氣泡(pào)進入測量管道(dào),導緻電磁流量(liàng)計數據極不穩定，外(wài)夾式(shì)超聲(shēng)流量(liàng)計無論采(cǎi)用v法還是z法,均(jun1)無法獲取(qǔ)測量(liàng)信号(hào)，無法進行(háng)校準工作。

　　檢測人員建議污水(shuǐ)處理(lǐ)廠(chǎng)對跌水井進行(háng)改造，如(rú)圖6所示，在(zài)井中(zhōng)部增加一道鋼(gāng)制擋水闆，厚度(dù)爲5mm,鋼闆采(cǎi)用q235c鋼(gāng)材,槽鋼采用熱(rè)軋普通槽鋼(型(xíng)号6.3),井壁(bì)預埋件施工(gōng)采用植筋(jīn)處理(lǐ),鋼筋采用hrb400。擋闆底(dǐ)部(bù)在下(xià)遊入口(kǒu)中心線(xiàn)位置，擋闆(pǎn)距離(lí)右壁約1.5m。改造後，上遊(yóu)水(shuǐ)流沖擊(jī)在擋闆處，起到了良(liáng)好的排氣和穩流作(zuò)用。再次測量(liàng)時,超聲流量計(jì)信号正(zhèng)常，被測電磁流(liú)量計示值(zhí)穩(wěn)定,較好地(dì)解決了(le)現場(chǎng)污水(shuǐ)的計量和(hé)流量(liàng)計的(de)量值溯源問題(tí)。



3.3管道設計
　　爲保(bǎo)證大口徑(jìng)流量(liàng)計正(zhèng)常(cháng)計(jì)量，其(qí)前後(hòu)直管段、介質(zhì)滿(mǎn)管、不能存(cún)氣等要求是需要滿足的。但現(xiàn)場安裝條件各(gè)不相(xiàng)同，針對不同情況，從正确(què)計量(liàng)的角度出(chū)發,本文(wén)提(tí)出了兩種管(guǎn)道鋪設及流量(liàng)計安裝(zhuāng)的建議,分别如(rú)圖7和圖8所(suǒ)示。管道直(zhí)徑爲d,跌水(shuǐ)井長(zhǎng)度爲l，配置擋水(shuǐ)牆，擋水牆(qiáng)底(dǐ)部距井底約0.5d,牆體距離右壁(bì)約0.4l,;排(pái)污排氣井(jǐng)爲正方(fāng)形,尺寸爲1.5d×1.5d.即(jí)圖示(shì)l2=1.5d.内置(zhì)擋水牆,擋(dǎng)水牆(qiáng)頂與.上遊(yóu)管頂(dǐng)平齊，牆(qiáng)體距離(lí)右壁約0.4l2。
　　圖(tú)7爲場(chǎng)地空(kōng)間較充裕(yù)時，流量(liàng)計所在(zài)的管道(dào)較(jiào)長,管(guǎn)道的水平夾角較小(xiǎo)，約爲(wèi)5°。圖8則(zé)爲場地(dì)空(kōng)間較(jiào)小時的類u型設(shè)計，流(liú)量計在底(dǐ)部，所在管道的(de)水平夾(jiá)角(jiǎo)約8°~10°,出(chū)口夾角爲120°~135°。
4總結(jié)
1)本文設(shè)計(jì)的用(yòng)于換能(néng)器(qì)安(ān)裝的輔(fǔ)尺，結(jié)構簡(jiǎn)單,便于攜帶，能(néng)幫助(zhù)檢測(cè)人員(yuán)提升(shēng)管(guǎn)徑測量(liàng)和換(huàn)能器(qì)定位水平(píng)，提高了測(cè)量工作效率，并(bìng)通過(guò)現場實驗(yàn)驗證了該方法(fǎ)良好的使用效(xiào)果。該工裝的主(zhǔ)尺爲全(quán)鋼材質(zhì)，重量較大(dà),可進一(yī)步(bù)研究精簡(jiǎn)結構和重量的(de)方法。
2)大口(kǒu)徑流(liú)量計的正(zhèng)常工作和(hé)現場(chǎng)量值(zhí)溯源會受(shòu)到安(ān)裝位置和上(shàng)、下(xià)遊工(gōng)況(kuàng)條(tiáo)件的影響(xiǎng).這些問題(tí)需要在(zài)設計階(jiē)段(duàn)就進行考慮(lǜ)并解決,一旦施工完成再(zài)改進(jìn)則成本(běn)巨大且(qiě)不一(yī)定(dìng)能達到預(yù)期的效(xiào)果。本(běn)文針(zhēn)對檢測井(jǐng)、流量計(jì)上(shàng)遊處(chù)理、管(guǎn)道安裝等三個方(fāng)面提出的(de)設計建議，可(kě)爲污水處(chù)理及(jí)水資(zī)源計(jì)量提(tí)供一定的(de)參考(kǎo)。

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