涂小強(qiáng)

（中國(guó)灌溉排水發(fā)展中心水機(jī)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)站，山西 運(yùn)城 044000）

交叉多聲路超聲波法在泵站測(cè)流中的應(yīng)用

涂小強(qiáng)

（中國(guó)灌溉排水發(fā)展中心水機(jī)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)站，山西 運(yùn)城 044000）

為提高測(cè)量精準(zhǔn)度，避免因渠道敞開(kāi)、過(guò)流量大的影響，提出采用多點(diǎn)多線布置的流速儀法測(cè)量。簡(jiǎn)述了交叉多聲路超聲波法在泵站現(xiàn)場(chǎng)明渠流量測(cè)量中的應(yīng)用過(guò)程，得出該方法在明渠測(cè)流方面具有精度高、操作性及可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。該試驗(yàn)結(jié)果對(duì)研究明渠測(cè)流方法具有一定的參考價(jià)值。

交叉多聲路；超聲波法；現(xiàn)場(chǎng)測(cè)流；泵站

目前在泵站現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中，泵站機(jī)組流量的精確測(cè)量難度很大，大斷面明渠流量測(cè)量因受渠道敞開(kāi)、過(guò)流量大特點(diǎn)的影響，一般都采用多點(diǎn)多線布置的流速儀法測(cè)量。在我國(guó)諸多泵站測(cè)流中，超聲波測(cè)流往往應(yīng)用在封閉式的管道測(cè)流條件中，而在大斷面明渠流量測(cè)量中的運(yùn)用較少。此次現(xiàn)場(chǎng)明渠測(cè)流結(jié)合實(shí)際情況，選用交叉多聲路超聲波法測(cè)流，具有精度高、操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可為明渠測(cè)流提供參考。

1 泵站現(xiàn)場(chǎng)測(cè)流意義

泵站現(xiàn)場(chǎng)流量測(cè)試可為泵站提供最為重要的基礎(chǔ)技術(shù)支撐，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量流量等技術(shù)參數(shù)，獲取該機(jī)組的實(shí)際流量與揚(yáng)程、功率及水泵效率等性能參數(shù)方面的各類關(guān)系曲線，檢驗(yàn)該機(jī)組性能是否滿足實(shí)際需求和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，這既是新建泵站機(jī)組驗(yàn)收的重要依據(jù)，也是評(píng)價(jià)泵站在節(jié)能降耗、優(yōu)化經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方面的可靠依據(jù)。

2 流量測(cè)量原理

液體的流動(dòng)速度與超聲波在液體中的傳播速度存在一定關(guān)系。當(dāng)液體的流動(dòng)速度不同時(shí)，順液體流向和逆液體流向發(fā)射的超聲波速度也會(huì)相應(yīng)不同，運(yùn)用這種變化關(guān)系研究液體流速。

在渠道兩側(cè)內(nèi)壁水面以下某位置，水平相對(duì)斜向安裝一對(duì)AB超聲波探頭換能器，其聲路長(zhǎng)為L(zhǎng)，水流方向與換能器聲路之間的夾角為β，超聲波在靜止?fàn)顟B(tài)水中的傳播速度為V，水流平均速度為ν，順流和逆流的傳播時(shí)間S1，S2分別為：整理得L和β由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)測(cè)得，因此只要求得S1，S2，即可算出液體流速，運(yùn)用速度面積法最終求出通過(guò)整個(gè)斷面的液體流量。

3 交叉多聲路超聲波法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)流

改造新建的?？谝潘谜疚挥诜鹕绞卸U城區(qū)西側(cè)，是集防洪、排澇與引水等為一體的中型水利工程。該工程共安裝機(jī)組4臺(tái)，其中安裝1 400 kWZLB5.4-5.8型軸流泵2臺(tái)，配套2臺(tái)500 kW同步電動(dòng)機(jī)，設(shè)計(jì)排澇流量10.58m3/s，安裝潛水軸流泵2臺(tái)。

根據(jù)泵站現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，采用美國(guó)Accusonic技術(shù)公司的7510－P8型明渠超聲波流量計(jì)在泵站進(jìn)水流道測(cè)量水泵流量，儀器精度0.21級(jí)。進(jìn)水流道為矩形流道，渠寬11.8m。根據(jù)泵站實(shí)際可能運(yùn)行水位，并最大限度消除橫流對(duì)流量測(cè)量的影響，采用交叉四聲路布置測(cè)量水泵流量。

換能器位置確定：依據(jù)流量計(jì)銷售公司提供的資料，按照換能器聲路高程布置原則進(jìn)行，先取底層（path1，path5）和頂層聲路（path4，path8）位置，其余聲路（path2，path3和path6，path7）均勻布置，以所有聲路全部位于水下工作時(shí)精度最高。

明渠底層換能器高程與頂層換能器高程確定：底層聲路距離渠底（或頂層聲路距離明渠液面）的最近安裝距離有一定限制。當(dāng)聲路離底層反射面（或頂層反射面）足夠近時(shí)，檢波器無(wú)法識(shí)別信號(hào)。底層聲路距離渠底反射面（或頂層聲路距離明渠液面反射面）最小間距h與工作頻率f和聲路長(zhǎng)L存在以下關(guān)系：h≌其中Vs為流體中的聲速。此次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試換能器工作頻率f為500kHz，水中聲速Vs為1400m/s，由此得出最小間距h不小于，即h≥0.155m。

綜合考慮泵站現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組最低可能運(yùn)行水位，換能器安裝技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 換能器安裝技術(shù)參數(shù)

流量測(cè)量計(jì)算所需水位值通過(guò)在過(guò)流斷面對(duì)稱布置2臺(tái)MPM426W型液位變送器測(cè)得，并在液位傳感器測(cè)點(diǎn)安裝穩(wěn)壓筒以消除水面波動(dòng)對(duì)測(cè)量精度的影響，精度0.1級(jí)，斷面尺寸由鋼卷尺測(cè)量所得。

4 流量測(cè)試成果

根據(jù)泵站生產(chǎn)運(yùn)行條件和外江水位情況，本次對(duì)每臺(tái)機(jī)組均采取不同運(yùn)行工況點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，并使工況點(diǎn)分布間隔均勻，盡可能覆蓋機(jī)組可能運(yùn)行的范圍。其中對(duì)2號(hào)排水機(jī)組測(cè)取了8個(gè)不同運(yùn)行工況點(diǎn)，2號(hào)機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)部分檢測(cè)數(shù)據(jù)及結(jié)果見(jiàn)表2。

5 成果分析

第一，本次各參數(shù)測(cè)試均在水泵工況調(diào)節(jié)穩(wěn)定后同步進(jìn)行，并根據(jù)測(cè)試規(guī)程要求進(jìn)行多次同精度重復(fù)測(cè)量，測(cè)試中流量計(jì)的穩(wěn)定性和測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性較好，8個(gè)工況的流量測(cè)量不確定度均保持在1.3%左右，符合《泵站現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與安全檢測(cè)規(guī)程》中流量測(cè)量的不確定度不應(yīng)大于3.5%的規(guī)定。

第二，超聲波流量計(jì)測(cè)試安裝方法優(yōu)于多點(diǎn)多線布置的流速儀法，對(duì)水泵測(cè)流斷面水流流態(tài)基本無(wú)影響，測(cè)試可靠性高。

第三，通過(guò)此次測(cè)試，全面了解了該泵站機(jī)組的運(yùn)行性能，為泵站在今后的運(yùn)行管理方面提供了重要的技術(shù)支持。

表2 2號(hào)機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)部分檢測(cè)數(shù)據(jù)及結(jié)果

6 結(jié)語(yǔ)

自2006年全國(guó)大型泵站更新改造項(xiàng)目開(kāi)展以來(lái)，發(fā)現(xiàn)了泵站在灌溉排水方面存在效能低下等諸多亟待解決的問(wèn)題。作為機(jī)電灌溉排水行業(yè)，必須增強(qiáng)全民節(jié)能降耗意識(shí)，大力普及宣傳節(jié)能降耗知識(shí)，定期分批次開(kāi)展泵站現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，為我國(guó)泵站降低運(yùn)行成本、優(yōu)化運(yùn)行結(jié)構(gòu)及節(jié)能降耗提供可靠依據(jù)，不斷提高泵站運(yùn)行效益。

TV675

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1004-7042（2016）03-0048-02

涂小強(qiáng)（1986-），男，2009年畢業(yè)于西安理工大學(xué)測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)，助理工程師。

2016-01-16；

2016-02-19