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        超聲波流量計在寶應縣小型農田水利重點縣工程中的應用

        2016-09-01 08:17:08黃曉慶劉金海丁德新
        治淮 2016年8期
        關鍵詞:寶應縣時間差超聲波

        黃曉慶 劉金?!《〉滦?/p>

        超聲波流量計在寶應縣小型農田水利重點縣工程中的應用

        黃曉慶劉金海丁德新

        一、概述

        江蘇省寶應縣2015年度小型農田水利重點縣工程位于氾水鎮(zhèn)、魯垛鎮(zhèn)、小官莊鎮(zhèn),投資3005.59萬元。主要建設內容:(1)水源工程:灌溉泵站新建40座;拆建1座、更新機組41臺套,總裝機功率1120kW;(2)排澇工程:排澇泵站新建14座,拆建2座,更新機組17臺套,總設計流量9.4m3/s,總裝機功率645kW;排水涵閘新建25座、改造23座;(3)高效節(jié)水及渠系建設:渠道襯砌14.32km,配套渠系建筑物1933座;微灌430畝。工程建成后,將增加有效灌溉面積2.77萬畝,增加節(jié)水灌溉面積2.48萬畝,灌溉水利用系數(shù)提高到0.65,渠系水利用系數(shù)達到0.70以上,項目區(qū)糧食生產能力提高10%,項目區(qū)農民人均增收近百元。

        按照新時期“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的治水思路,在近幾年的工程設計中,寶應縣增加了節(jié)水工程內容,與建筑工程做到同步設計、同步施工、同時完成、同時發(fā)揮效益。

        二、超聲波流量計原理

        超聲波流量計是一種新型流量計,它分為能動型和被動型兩大類。能動型根據(jù)工作原理不同又可分為速度差法(超聲波在順流與逆流中傳播速度之差與介質流速有關)、射束位移法(在流體中傳播的超聲波束會因流體的流動而產生偏移,此方法宜測高速流體的流量,準確度較低)和多普勒效應法(對液體中心的懸浮物連續(xù)發(fā)射超聲波,測量與流束有關的反射波的頻率移動)。

        超聲波在順流與逆流中傳播速度之差與介質流速有關,測得介質流速即可得出流量。超聲波在順、逆流中傳播情況如圖1所示。測定傳播速度差的方法很多,主要有時間差、相位差和頻率差等方法。超聲波在管壁間的傳播軌跡如圖2所示。

        圖1 超聲波在順、逆流中的傳播情況圖

        圖2 超聲波在管壁間的傳播圖 

        1.流量公式(時間差法)

        設靜止流體中的聲速為c,流體流速為v,流體靜止時超聲軌跡與管道軸線之間的夾角為θ,管道直徑為d,則:

        (1)順流傳播時間為:

        (2)逆流傳播時間為:

        式中:τ—超聲波在管壁內和電脈沖信號在電路中傳輸所產生的滯后時間的總和。

        (3)時間差

        (4)流量公式

        存在的問題:①聲速c受介質溫度、密度等變化的影響,且聲速的溫度系數(shù)并非常數(shù),當聲速變化時,由此產生的流量測量的相對誤差將等于聲速相對誤差的兩倍;②時間差Ar的數(shù)量級很小。例如:D=300mm,v=1.33m/s,c=1500m/s,θ=20°時,△t=1×10-6s。如果要保證1%的準確度,則要求測量時間差△t達到0.01μs的準確度,所以對電子線路的要求很高,并且限制了測量流速的下限。時間差法超聲波流量計原理如圖3所示。

        圖3 時間差法超聲波流量計原理圖

        三、超聲波流量計安裝

        1.選擇流量測量點

        為保證測量精度和穩(wěn)定性,傳感器的安裝點應選擇在流場分布均勻的直管段部分(正常使用時管道中必須充滿液體),必須遵循以下原則:

        (1)選擇滿管的位置,如垂直管段(流體向上流動)或水平管段。

        (2)安裝點應選擇上游大于10倍直管徑、下游大于5倍直管徑以內無任何閥門、彎頭、變徑等均勻的直管段,安裝點應充分遠離閥門、泵、高壓電和變頻器等干擾源。

        (3)避免安裝在管道系統(tǒng)的最高點或帶有自由出口的豎直管道上(流體向下流動)。

        (4)對于開口或半滿管的管道,流量計應安裝在U型管段處。

        (5)兩個傳感器必須安裝在管道軸面的水平方向上,并且在軸線水平位置±45°范圍內,以防止上部有不滿管、氣泡或下部有沉淀等現(xiàn)象影響傳感器正常測量。如果受安裝地點空間的限制而不能水平對稱安裝時,可在保證管內上部分無氣泡的條件下,垂直或有傾角地安裝傳感器。

        2.超聲波流量計安裝

        超聲波流量計安裝時,需將管外壁打磨光滑,擦上硅油,使其接觸良好即可。

        超聲波流量計實際測定的是流體速度,它受速度分布不均的影響,故要求變送器前后分別有10D(D為管道外徑)和5D的直管段長度。

        四、超聲波流量計設置

        超聲波流量計在安裝完成后,需進行初始設置,主要是管道外徑、管壁厚度、管內徑、管道材質類型選擇、流體種類、傳感器類型、傳感器安裝方式、傳感器安裝間距、參數(shù)固化及設置、阻尼系數(shù)等。初始設置數(shù)據(jù)需與實際狀況一致,否則得不到正確數(shù)值。

        五、結語

        超聲波流量計屬于非接觸式測量儀表,對流體流動無干擾、無阻力,不產生壓力損失;受介質物理性質的限制比較少,適應性較強。它可用于高溫、高壓、防爆、強腐蝕性、黏性、非導電、渾濁度大的液體的流量測量,而且準確度高;量程比較寬,可達5∶1;輸出與流量之間為線性;安裝方便。其缺點是當液體中含有氣泡或有噪聲時,會影響聲波傳播;結構復雜,成本高。

        2016年4月,寶應縣在20座ZLB350灌溉泵站出水管道上安裝了TDS-100型超聲波流量計,目前運行正常。在重點縣工程中安裝超聲波流量計,能達到以下幾個目標:為實現(xiàn)全縣灌溉水實時計量提供數(shù)據(jù),為實行灌溉水按方收費提供數(shù)據(jù)支持,為水價改革提供數(shù)據(jù)支持,為反算泵站工程效率提供數(shù)據(jù)支持,為節(jié)水工程實施效果評價提供相關參數(shù)■

        (作者單位:江蘇省寶應縣水務局225800)

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