• 南 京卓玛机电有限公司专业从事卓玛PH计,COD,ROP,溶氧仪,余氯仪,氨氮等水质分析仪,超声波液位计,超声波明渠流量计,多 普勒流速仪的开发研究,免 费提供超声波液位计,超声波明渠流量计,多 普勒流速仪产品的报价与样本,欢迎联系:025-84588230!18761882890 设为首页 | 加入收藏
  • 超 声波明渠流量计应用于江边水站的流体流量

    发布时间:2014.02.26 新闻来源:超声波流量计_超声波明渠流量计_多普勒流速仪-南 京卓玛机电有限公司 浏览次数:
    1. 前言
    国 家对武钢引用长江水按江心水站和江边水站水泵的能力收取资源费,因 此对其水量进行计量,不 但能使水费收取趋向合理,而 且能为武钢的生产提供准确数据。根 据技术中心及能源总厂的要求,武 钢计控公司与有关单位科技人员共同努力,研 制开发出多声路超声波流量装置,用 于武钢江边水站明渠,测量水流量,系统经半年试运行,效果良好,达到预期目标。
    2.测量基本理论
    2.1 流速基本计算公式
    由明渠基本理论,对于明渠恒定均匀流,已 知沿水深方向有下列对数形式的点流速u的计算公式

    式中,u——点流速
    u*——摩阴流速
    C——常数
    H——断面水深
    h——点流速处深度
    △——渠壁绝对粗糙度
    2.2 超声换能器工作原理
    超 声换能器测量工作原理,采用时差法进行测量。也 就是通过测量超声波在“顺流”和“逆流”的传播时间差,求 得该超声换能器所在流层的流速,再根据流速基本公式(1)和断面数据求得流量。如图1所示,在 渠道内斜向设置一对超声换能器P1P2,设 两换能器之间的距离为L,由 其形成的声路路径和水流流向的夹角为θ。

    当P1发射超声波,P2接收时,超声波的传播时间(正向传播时间)
    式中,c——静水中的超声波流速 
    u——流层流速
    同理,当P2发射超声波P1接收时,超声波的传播时间(逆向传播时间)
    正 向和逆向传播的时间差为
    因 静水中的超声波速度与温度有关,根据(2)、(3)两式将c用t1和t2替代得
    由(5)式可见,只 要能测出超声波正向和逆向的传播时间t1和t2,就 能计算换能器所在的流层的流速u,进 而与已测得的其它流层的流速一起,计算流量。
    2.3 测量方法
    根 据上述测量基本理论,结合现场实际,决 定对每条渠道采用四组超声换能器进行流速的测量,一 台超声水位计测量水位。流速换能器、水 位井及水位计换能器在水渠中的安装位置见图2。在 测量出水位和各流层的流速后,可 由下式计算出断面平均流速。

    式中,ui——某流层流速
    Ki——加权系数
    由平均速度计算流量

    式中,b——渠道断面宽
    h——断面水深
    图中1、2、3、4、5、6、7、8示 意水渠中换能器安装位置。数字9为 水位井及水位计超声换能器安装位置。1~5;2~6;3~7;4~8号换能器分别组成4个 互为发射接收的层流速测量组,分 别测量不同层面的流速。图中H示意水位方向,S示意水流方向。
    2.4 本测量方式的特点
    (1)可 较大范围地测量流量,当渠道通过流量较小,水位较低时,可以测量,当渠道通流量较大,水位较高时,也可以测量。
    (2)可适应流态畸变,当流量发生变化,或者受到扰动时,断 面流速分布曲线将发生变形,即流态畸变,4组 换能器可接收较多的信息。
    (3)测量量程宽,精度高,一条渠道采用4组换能器,可 保证渠道中不同水位,不 同流速时测量精度不变。
    3.现场安装与调试
    江边水站有两条水渠,在 两条渠道上有调度控制闸、堤前闸、堤后闸。该渠建于地下,穿过大堤流入内河,在 长江水位低于内河水位时,江边水站9台机组中的2~4台 将江水抽入两条水渠中,排入内河,在 长江水位高于内河水位时,江 水经调度控制闸控制,通 过这两天条渠直接将江水排入内河,渠 中水量可以通过机组或调度控制闸控制,两条水渠全长187.9m,渠道断面2m×4m×3.5m,堤 前闸至堤后闸间的直线渠道85m。根 据两条水渠的具体情况,超 声波流量计换能器安装在堤前闸和堤后闸之间靠近堤后闸直渠道内。流 量计操作室建在大堤内堤后闸井旁。这 样的选择满足了设备安装的技术要求,同 时也保证了设备的安全运行与维护。明 渠流量现场安装示意见图3。


    3.1 现 场安装造成测量误差的因素
    (1)测 量断面上几何参数测量不准。
    ①声路长L测量不准;
    ②声路角φ测量不准;
    ③渠道截面积S测量不准。
    (2)流 态分布畸变引起的测量误差。
    (3)脉 动流引起水位的测量误差
    3.2 安 装中对误差控制所采取的措施
    (1)采 用科学的安装方法和准确的测量工具,保 证换能器的准确定位。
    ①应 用经纬仪在渠道内进行换能器定位,使声路角φ的测量误差控制在0.01°以内。
    ②在 渠道内用专用测量工具实测量路长,使 声路长的测量准确度达到毫米级。
    ③在 测量多个断面上测量渠宽,求平均值,以 保证截面积计算正确。
    (2)选择最加测量点
    在 换能器上下游选取足够长的执行段,以 保证测量区流态稳定,理论上通常上游取10个渠宽,下游取1个渠宽。在实际安装中,换 能器上游执行段约大于15个渠宽,下游约大于2个渠宽。优于理论取值。
    3.3 解决流速脉动问题
    (1)建 立水位井测量水位的高度,有 效控制水流表面波引起的高度测量误差。
    (2)超 声波流量计没有机械惯性,可以快速采样,用 多次采样平均计算出的流量可以消除流速脉动造成的问题。
    4 流量系统的现场标定
    依照武汉钢铁(集团)公司技术操作规程(B标准)、Q/WGB503220301――96A技术标准,对 江边明渠流量测量系统进行了现场在线标定,其方法是:江边水站开一台水泵,将0.5级 标准超声波流量计安装在水泵进水管上与明渠流量计同步测量流量,取 相同时区的流量平均值进行对比,结 果证明系统测量误差达到设计要求,满 足了武钢生产和生活用水调度的要求。
    5 结 语
    超 声波用于大断面明渠流量测量,现有理论充分,但 真正用好测准并不容易,通过这次实践,主要体会如下:
    (1)要 根据测量对象及现场实际情况有针对性地制定测量方案,才 有可能达到测量目的,满足测量要求。
    (2)选准测量位置,要 充分保障测量点上下执行段的长度,以 保证测量点流态稳定。
    (3)精 确校准测量系统各通道的传输延迟时间,正 确设定测量系统内部参数。
    (4)精 确测量执行渠道断面的几何参数,换能器的安全位置,牢固安装水下设备。
    本文共分 1
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