虹吸式泵站現場測試中的流量測量

摘 要:泵站更新改造后，為評價改造的效果，必須進行泵站效率的現場測試。其中流量的測量至關重要。根據泵站的布置形式，選擇可靠、經濟、有效的測量方法和測量儀器是保證流量測量精度的關鍵因素。本文介紹了流量測量的通用方法、常用測量儀器的工作原理及流量測量位置的選擇，并結合虹吸式泵站現場原型測試，闡述了比較精確、可靠、方便的流量測試方法。

關鍵詞:虹吸式泵站流量測量

中圖分類號:TU112文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(b)-0131-01

近年來，各地進行了大量的泵站更新改造。為評價改造的效果，必須對泵站效率、裝置效率、泵效率等進行現場測試。測試數據既可作為工程評價、工程驗收的依據，也可為泵站的經濟運行、智能化管理提供參考資料。

流量測量其中至關重要的組成部分。測試結果能夠對工程設計、水泵選型、產品質量、安裝質量、工程管理等等，提供可靠的數據分析和評價。本文將根據虹吸式泵站的具體情況，進行流量測量的介紹與分析，闡述流量測試的關鍵因素和技術難點。

1 虹吸式泵站

虹吸式泵站流道由進水流道段、提升段、彎管段、上升段、駝峰段、下降段、出口段等組成。進水流道通常采用肘型漸縮式進水流道，混凝土澆筑;提升段即水泵機組工作段，等徑直管;彎管段采用等徑或異徑彎管; 上升段過水斷面的特點是在平面上逐漸擴散，在立面上略微收縮，過水斷面繼續向矩形斷面過渡;出口段淹沒在水下，保證形成虹吸。水泵機組啟動前，駝峰頂部充滿空氣，啟動后，空氣受到水體壓縮，一部分空氣從真空破壞閥排出，一部分借助水流的夾帶作用排出流道。

2 流量測量方法

在泵站流量測量的現行方法中采用比較多的是超聲波法、流速儀法、差壓法和濃度法。

超聲波法的基本原理是:將一對或兩對換能器置于管壁內或管壁外，由換能器發射的超聲波穿過管壁和被測流體，被另一側的換能器接收。被測液體處于靜止時，收到的超聲波信號沒有差別，而液體流動時，順流和逆流發射的超聲波速度發生變化，接收到的信號包含了與被測液體流速有關的差別，采用不同的方法，檢測出這種差別，可測出沿超聲波傳播路徑上的被測液體的線平均流速。有了斷面面積和平均流速，即可得流量。

流速儀法測量流量，首先保證流速儀軸線與水流方向一致。當水流推動流速儀旋漿時，產生旋轉，旋漿的轉速與水流流速之間存在函數關系。每轉20圈，發一個電信號，記錄下來電信號，換算可得出點流速。根據點流速求出斷面流速，乘以過流斷面面積，可得到流量。

差壓法是通過測量水流動能或動量的壓差來確定流量。當水流通過截面變化的流道或彎管時，在不同斷面和部位之間產生壓力差，這個壓力差與通過該截面的流量存在比例關系，測出壓力差就可求得流量。

濃度法主要指食鹽濃度法，在被測水流中注入食鹽溶液，使其與水流均勻混合，比較食鹽溶液在水流中的稀釋程度，可以確定水體流量。近來由于水體污染越來越嚴重，檢測食鹽濃度誤差比較大，加上這種方法十分麻煩，現場測試有一點難度，一般沒有采用了。

差壓法必須采用標準測量技術對裝置進行原型標定，才能保證測量結果的可靠性。而超聲波法要求裝置前有10倍管徑的直管段，后面有3-5倍的直管段，只有這樣，水流才能達到充分發展的紊流，出現穩定的速度剖面，否則在不同的剖面將得到不同的流量值。在虹吸式泵站流道上面，很少具備這樣的條件，在上升段有長直管段，但大多都覆蓋著路面或土層，無法安裝測流裝置。綜上所述，虹吸式泵站的流量測試采用流速儀法，是比較可靠、安裝測試比較方便的方法。

3 在進水流道測試流量

虹吸式泵站進水流道大多采用肘彎型漸縮管形式，在進口處為矩形斷面。此斷面處，正好也是檢修閘門安裝的地方。根據斷面尺寸，制作比較堅固的流速儀架子，利用閘門的起吊裝置可以很方便的將流速儀架子安裝在矩形斷面上。矩形斷面上的流速分布呈“對數-線性”形式，根據ISO推薦使用26測點法，可以比較準確的測量流量。測點位置如下圖所示。

斷面平均流速為各測點流速的加權平均值。在石首馮家潭泵站、嘉魚余碼頭泵站等十多處泵站測量流量時，布置26點流速儀后，由ZN3－64C電腦流速儀接收，在其計算程序中輸入表一中的不同加權系數，可以直接計算出流量。其計算原理為:

26臺流速儀120秒內的平均轉速按下式計算各點流速:Vi=KiNi+Ci(m/s)

式中:i—流速儀序號;K—流速儀的倍常數(m/ r);

N—流速儀旋漿轉速(r/s);C—流速儀的摩阻系數(m/s)

系統測出各點流速后，即可求得流量Q:

(m3/s)

式中:H—流道測試斷面的高度(m);

L—流道測試斷面的寬度(m);i—測點序號;

Vi—第i點流速;Mi—第i點對應的加權系數;

對數－線性法布置26個測點的加權系數見表1。

4 測試過程中的關鍵點

采用流速儀法在進水流道測量流量，必須準確測量矩形流道的尺寸。它直接影響過流面積的計算。流速儀的安裝，必須保證尺寸的精準，保證流速儀軸線與水流方向一致，在縱向和橫向的偏角都不能超過5°。測試不同工況時，必須在工況穩定以后才能開始測試，否則，采樣數據是不斷變化的，影響數據的精確度。測試前，流速儀要在檢定水槽中率定，給出在允許測速范圍內的線性關系式。

參考文獻

[1]泵站現場測試規程(SD140－85)[M].水利電力出版社.

[2]李繼珊.泵站測試技術[M].水利電力出版社.