靜態(tài)質(zhì)量法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的節(jié)能設(shè)計(jì)

何成躍（大慶油田技術(shù)監(jiān)督中心油氣水計(jì)量檢定站）

隨著計(jì)量科學(xué)的不斷進(jìn)步，流量計(jì)量技術(shù)在冶金、煤炭、電力、石油、化工、食品、交通等各種領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，社會(huì)對(duì)流量計(jì)量技術(shù)的要求也越來越高，在這種大環(huán)境下，流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的研究就顯得十分重要。

1 裝置的工作原理

圖1 靜態(tài)質(zhì)量法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的工作原理示意圖

靜態(tài)質(zhì)量法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的工作原理如圖1所示。首先水泵將水打入穩(wěn)壓容器中，接著打開截止閥，水先后流過被檢表、調(diào)節(jié)閥、換向器，通過換向器改變液體流動(dòng)方向，流入標(biāo)準(zhǔn)器中或經(jīng)過旁通管流回水池。換向器的換向動(dòng)作會(huì)同時(shí)觸發(fā)計(jì)數(shù)器、計(jì)時(shí)器的啟動(dòng)或停止，從而保證檢定過程中各數(shù)值的同步累積。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，換向器先至于旁通管一側(cè)，待流量穩(wěn)定后，換向器換至標(biāo)準(zhǔn)器一側(cè)開始注水，同時(shí)啟動(dòng)計(jì)數(shù)器、計(jì)時(shí)器，當(dāng)注入設(shè)定水量后，換向器換回旁通管一側(cè)，計(jì)數(shù)器、計(jì)時(shí)器停止，流程結(jié)束。

2 裝置的整體設(shè)計(jì)

靜態(tài)質(zhì)量法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置通常由水循環(huán)系統(tǒng)、流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)器組、控制系統(tǒng)等構(gòu)成。

2.1 水循環(huán)系統(tǒng)

根據(jù)裝置整體規(guī)模，多臺(tái)水泵組合使用，能夠覆蓋裝置的流量范圍即可。

可根據(jù)需要，采用變頻調(diào)速系統(tǒng)單獨(dú)控制各個(gè)水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，以達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。多臺(tái)不同功率水泵組合使用可以避免大功率水泵長(zhǎng)時(shí)間工作在低效區(qū)。水泵抽水應(yīng)使用正壓法，避免水中夾帶空氣，進(jìn)水口要加過濾網(wǎng)。

穩(wěn)壓容器容積應(yīng)滿足最大流量設(shè)計(jì)下的穩(wěn)壓要求，輸出流體壓力波動(dòng)值穩(wěn)定在0.1%以內(nèi)。

水池首先要滿足實(shí)驗(yàn)用水量，其次為了保證水質(zhì)和保護(hù)水泵，應(yīng)定期換水或在水池內(nèi)設(shè)置有效的過濾裝置。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)器組

容器應(yīng)滿足檢定最大流量和最小流量時(shí)的用水量，外形要方便搬離電子秤平臺(tái)。

根據(jù)裝置設(shè)計(jì)的最大流量和最小流量所需時(shí)間，以及被檢表的準(zhǔn)確等級(jí)，合理選擇不同量程、不同分辨率的電子秤。

換向器應(yīng)滿足JJG164—2000《液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定規(guī)程》[1]的有關(guān)要求，換向時(shí)不應(yīng)出現(xiàn)濺水現(xiàn)象。

2.3 控制系統(tǒng)

一套完整的控制系統(tǒng)應(yīng)包括系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)的通信、采集、顯示、處理等功能。系統(tǒng)控制體現(xiàn)在對(duì)各個(gè)閥門的動(dòng)作、水泵的啟停、換向器的動(dòng)作等的控制。數(shù)據(jù)通信體現(xiàn)為和各個(gè)設(shè)備之間的信號(hào)傳遞；數(shù)據(jù)采集包含對(duì)被檢表輸出信號(hào)、計(jì)數(shù)器/計(jì)時(shí)器累積量、溫度、壓力的采集；數(shù)據(jù)顯示是將采集到的需要操作者明確看到的數(shù)據(jù)在上位機(jī)顯示出來；數(shù)據(jù)處理包括將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、保存、打印等功能。

3 裝置整體的節(jié)能降耗效果

系統(tǒng)使用變頻調(diào)速來實(shí)現(xiàn)恒壓供水，與用調(diào)節(jié)閥門來實(shí)現(xiàn)恒壓供水相比，節(jié)能效果十分顯著：

1）優(yōu)化的節(jié)能控制軟件，使水泵實(shí)現(xiàn)最大限度的節(jié)能運(yùn)行。

2）根據(jù)實(shí)際用水情況設(shè)定壓力，調(diào)整水泵的電源頻率，泵的平均轉(zhuǎn)速降低，輸出功率也會(huì)下降，達(dá)到自動(dòng)控制水泵出水量的目的。

3）由變頻器實(shí)現(xiàn)泵的軟啟動(dòng)，使水泵實(shí)現(xiàn)由工頻到變頻的無沖擊切換。

恒壓供水系統(tǒng)除了具有顯著的節(jié)能效果外，還有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

1）恒壓供水系統(tǒng)采用變頻器改變電動(dòng)機(jī)電源頻率，可以調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，改變水泵出口壓力，有效降低管道阻力，大大減少截流損失。

2）由于泵工作在變頻工況，其出口流量小于額定流量，泵轉(zhuǎn)速降低，減少了軸承的磨損和發(fā)熱，可延長(zhǎng)泵和電動(dòng)機(jī)的機(jī)械使用壽命。

3）采用軟啟動(dòng)方式，按設(shè)定的加速時(shí)間加速，避免了電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流沖擊對(duì)電網(wǎng)電壓造成波動(dòng)的影響，同時(shí)也避免了電動(dòng)機(jī)突然加速造成泵系統(tǒng)的喘振，徹底消除水錘現(xiàn)象。

4）實(shí)現(xiàn)恒壓自動(dòng)控制，不需要頻繁操作，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了人力。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于電子秤能直接輸出信號(hào)，因此靜態(tài)質(zhì)量法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置更容易實(shí)現(xiàn)檢定過程的自動(dòng)化，加上變頻調(diào)速系統(tǒng)的配合，提高了工作效率，降低了工作能耗；但在檢定大口徑流量計(jì)上成本較高，制約了其在大口徑流量計(jì)檢定領(lǐng)域的發(fā)展。

[1]段慧明,翟秀貞.JJG164—2000液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定規(guī)程.北京:國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,2000.