V內錐形流量計在野外水資源計量上的優點

【摘 要】 能源（包括水資源）是經濟社會可持續發展的重要物質基礎，計量器具是能源和資源監控與計量工作的物質基礎。對灌溉用地下水資源計量，可以合理地分配灌溉用水。進行合理的收費，會更有效的提高灌溉效率和制約、杜絕浪費。幾種可用于地下水資源計量用的流量計，對其要求及特點進行分析和比較，著重敘述了V內錐形流量計對地下水資源計量的諸多優點。

【關鍵詞】 能源計量 地下水資源計量 V內錐形流量計

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2015.05.007

1 地下水資源計量用表的安裝環境和要求

野外的電機井越打越深，由于干旱和大量抽采地下水用于灌溉，使地下的蓄水層越來越深，意味著地下水資源越來越匱乏。灌溉用水日益緊張，地下水資源的計量問題應該提到日程上來了。安裝計量用表可合理分配和有效地利用有限的水資源，提高灌溉效率，杜絕不必要的浪費。超過分配的水量，進行合理的收費會更有效地制約和杜絕浪費越來越匱乏的水資源。

一般的電機井都在野外，很少有在村落中的。由于建設費用的原因，井口泵房的建設，空間都很狹小，彎頭、三通和閥門等管件較為集中，流量儀表安裝距離要求緊湊，一般直管段伸展不開。另外離心泵的泵口壓力和脈動較大，電網電壓的波動和電機的電磁強度都會對流量儀表有一定的影響。還有由于直接抽采的是地下水，水中會漂浮極細的細沙，會造成對流量儀表的磨損;同時會有氣體、液體和固體混相流動的情況，要求流量儀表不受較大的影響。因為是貿易結算用表，準確度一般要求較高（見表1）。

地下水資源計量用流量儀表的要求，儀表上游雖然有彎頭、三通和閥門等管件較為集中的現象，但流量儀表安裝整流直管段要求要盡量的短;泵口的壓力較大，

所選用的流量儀表要有一定的耐壓強度;同時泵口流體的脈動較大和電網電壓的波動和電機的電磁強度，所以所選用的流量儀表要有一定的抗泵口脈動和電壓波動還有電磁強度的能力;由于水中漂浮細沙，會造成對流量儀表的磨損，所以所選用的流量儀表要有一定抗磨損能力，最好沒有可動的部件和較銳利的部件，準確度保持持久，且準確度等級還得達到表1的要求。

2 對地下水資源計量用表的特點比較

水資源計量常用的流量計有水表、渦輪、孔板、渦街、超聲、電磁流量計和V內錐形流量計。相關流量儀表特點比較見表2。

從表2可以看到，渦街流量計由于工作原理的原因，安裝在泵口抗脈動不好。渦輪、孔板、渦街、超聲、電磁流量計均要求較長的直管段，一般上游要求10D～20D，下游要求5D～10D。渦輪流量計有高速旋轉的葉輪、軸和軸承很容易被水中漂浮的細沙磨損，超聲和電磁流量計造價較貴?？装辶髁坑嬁装迦肟谶吘変J利較易磨損，且壓力損失較大。水表雖然不需要直管段，但有旋轉的葉輪，非金屬的軸和軸承更容易被水中漂浮的細沙磨損。V內錐形流量計直管段要求較短，一般上游要求0D～3D，下游要求0D～1D，抗脈動、波動和電磁較好，沒有旋轉部件，耐磨性較好，因此可延長使用壽命和檢定周期。從表2的第5、6項安裝方面，第1、2、3項抗脈動、波動、和電磁方面，和第4、8項耐磨性方面，還有第7項壓力損失、第9項可延長檢定周期。V內錐形流量計對地下水資源計量有諸多優點。

3 V內錐形流量計能矯正以畸變的速度分布

V內錐形流量計能矯正畸變的速度分布，由于管內流體作用在V形內錐體上，V形內錐體起到了整流作用，實驗結果表明V形內錐體不但能改善速度分布，還能在很大程度上消除上游管件造成的旋渦二次流。由圖1可見上游不穩定流場造成的紊亂的速度分布，和由V形內錐體重新塑造的新的流場和速度分布。因此V內錐形流量計的上游，不需要安裝任何形式的整流器和僅需很短的直管段，一般上游要求0D～3D（當V內錐形流量計安裝在閥門的下游時，要求3D），下游要求0D～1D。經測試將安裝在單彎頭之后，在0D～20D的距離內，流出系數C的變化全部在0.05%以內，如圖2。

當流體流過特殊輪廓的V形內錐體時，會在V形內錐體表面形成邊界層，疏導流體離開錐體尾部，從而減少V形內錐體的表面的磨損。V形內錐體的錐尾處流通面積最小，經過V形內錐體的流體的流速越來越快，因此可將V形內錐體表面和管內壁污物、泥沙等固體顆粒帶向下游，始終確保無污物、泥沙在流量計中沉積，非常適用于泥沙、臟污流體的流量測量。沒有轉動的零部件，幾乎沒有維修。與流體接觸的是一個較大的面，比較耐磨損，因此準確度可長期保持不變，所以V內錐形流量計可根據水質、水量和頻度適當延長檢定周期。

V內錐形流量計的設計和制造，可以保證V形內錐體錐尾部決定β值的邊緣不會由于接觸流體而磨損，從而改變β值。當流體流入V內錐形流量計時，高速的核心流動的流體將按著新的流場和流速分布，與靠近管內壁的邊界層相互作用;于是形成一個二次的邊界層沿著錐體表面重新分布。從而使V內錐形流量計按設計的方式工作，正常發揮其性能，如圖3所示邊界層效應。

V內錐形流量計特殊的內錐體結構可以減弱被測壓力（差壓）場中脈動（振蕩）的幅值，從而減小差壓信號中的噪聲。

4 V內錐形流量計的優點

采用標準化的圓錐設計，可以起到整流器的作用，使流場速度分布更加均勻，從而減少流體壓力損失，降低能耗。由于V內錐形流量計不受速度分布的影響，因此可將V內錐形流量計安裝在一個其他流量計無法適用的很短的直管上和很小的空間里。減小了上下游直管段和整流器的投入，和減小了泵房的建設面積，因此可使原始投資大大降低，見圖4。

在絕大多數的使用場所，測量準確度可達±0.5%，重復性可達±0.1%。V錐形流量計優于±0.5%的準確度時，每一臺流量計都要在接近使用的條件下對它進行實流校準。V內錐形流量計量程比最大可達15：1，一般可達10：1，適用于低流速，最小雷諾數可為8000。V內錐形流量計設計壓力可達4MPa或6MPa，V內錐形流量計尚未達到標準化的程度。

參考文獻

[1]孫延柞.“V”型內錐式流量計.成都：天然氣工業，2004，24（3）：105-110

[2]中華人民共和國國家標準 GB17167-2006.《用能單位能源計量器具配備和管理通則》.2006-06-02發布，2007-01-01實施，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局和中國國家標準化管理委員會發布

[3]孫德志，叢振超，原建新，劉煒麗. V錐流量計的優化設計

[4]胡俊，董峰. 基于V型內錐式流量計的氣/水兩相流的研究.北京：工程熱物理學報，2007，28（增刊1）：205-208

[5]劉躍.內錐流量計的探討.上海：自動化儀表，2004，25（3）：38-42

[6]張桂良，黃相農.常用流量計的能量損失分析.上海：節能技術，2007，5：27-30

[7][美]R.W 米勒編著，孫延祚譯.流量測量工程手冊（第一版）.機械工業出版社，1990年5月

作者簡介

王忠杰，畢業于沈陽化工學院，高級工程師，現在遼寧省計量科學研究院能源計量研究中心工作。

（責任編輯：張曉明）