交叉多聲路超聲波法在泵站測流中的應(yīng)用

涂小強

（中國灌溉排水發(fā)展中心水機現(xiàn)場檢測站，山西 運城 044000）

交叉多聲路超聲波法在泵站測流中的應(yīng)用

涂小強

（中國灌溉排水發(fā)展中心水機現(xiàn)場檢測站，山西 運城 044000）

為提高測量精準度，避免因渠道敞開、過流量大的影響，提出采用多點多線布置的流速儀法測量。簡述了交叉多聲路超聲波法在泵站現(xiàn)場明渠流量測量中的應(yīng)用過程，得出該方法在明渠測流方面具有精度高、操作性及可靠性強等優(yōu)點。該試驗結(jié)果對研究明渠測流方法具有一定的參考價值。

交叉多聲路；超聲波法；現(xiàn)場測流；泵站

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

1 泵站現(xiàn)場測流意義

泵站現(xiàn)場流量測試可為泵站提供最為重要的基礎(chǔ)技術(shù)支撐，通過現(xiàn)場測量流量等技術(shù)參數(shù)，獲取該機組的實際流量與揚程、功率及水泵效率等性能參數(shù)方面的各類關(guān)系曲線，檢驗該機組性能是否滿足實際需求和設(shè)計標準，這既是新建泵站機組驗收的重要依據(jù)，也是評價泵站在節(jié)能降耗、優(yōu)化經(jīng)濟運行方面的可靠依據(jù)。

2 流量測量原理

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

在渠道兩側(cè)內(nèi)壁水面以下某位置，水平相對斜向安裝一對AB超聲波探頭換能器，其聲路長為L，水流方向與換能器聲路之間的夾角為β，超聲波在靜止狀態(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間S1，S2分別為：整理得L和β由現(xiàn)場實測測得，因此只要求得S1，S2，即可算出液體流速，運用速度面積法最終求出通過整個斷面的液體流量。

3 交叉多聲路超聲波法現(xiàn)場測流

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。該工程共安裝機組4臺，其中安裝1 400 kWZLB5.4-5.8型軸流泵2臺，配套2臺500 kW同步電動機，設(shè)計排澇流量10.58m3/s，安裝潛水軸流泵2臺。

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

換能器位置確定：依據(jù)流量計銷售公司提供的資料，按照換能器聲路高程布置原則進行，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。當聲路離底層反射面（或頂層反射面）足夠近時，檢波器無法識別信號。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L存在以下關(guān)系：h≌其中Vs為流體中的聲速。此次現(xiàn)場測試換能器工作頻率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)場機組最低可能運行水位，換能器安裝技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 換能器安裝技術(shù)參數(shù)

流量測量計算所需水位值通過在過流斷面對稱布置2臺MPM426W型液位變送器測得，并在液位傳感器測點安裝穩(wěn)壓筒以消除水面波動對測量精度的影響，精度0.1級，斷面尺寸由鋼卷尺測量所得。

4 流量測試成果

根據(jù)泵站生產(chǎn)運行條件和外江水位情況，本次對每臺機組均采取不同運行工況點進行測試，并使工況點分布間隔均勻，盡可能覆蓋機組可能運行的范圍。其中對2號排水機組測取了8個不同運行工況點，2號機組現(xiàn)場部分檢測數(shù)據(jù)及結(jié)果見表2。

5 成果分析

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

第二，超聲波流量計測試安裝方法優(yōu)于多點多線布置的流速儀法，對水泵測流斷面水流流態(tài)基本無影響，測試可靠性高。

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

表2 2號機組現(xiàn)場部分檢測數(shù)據(jù)及結(jié)果

6 結(jié)語

自2006年全國大型泵站更新改造項目開展以來，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題。作為機電灌溉排水行業(yè)，必須增強全民節(jié)能降耗意識，大力普及宣傳節(jié)能降耗知識，定期分批次開展泵站現(xiàn)場檢測，為我國泵站降低運行成本、優(yōu)化運行結(jié)構(gòu)及節(jié)能降耗提供可靠依據(jù)，不斷提高泵站運行效益。

TV675

C

1004-7042（2016）03-0048-02

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

2016-01-16；

2016-02-19