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超声波明渠流量计在喀什噶尔流域三县引水明渠

2020-02-23    来源:红旗仪表(江苏)有限公司

近年来,利用超声波明渠流量计测量明渠渠道的过水流量,实现灌区量水的远程实时监测,在许多地方得到越来越多的应用。新疆喀什噶尔河流域管理处引进新技术,在库山河三县引水明渠,安装了一套申瑞公司生产的GER9000型超声波流量计,使测配水科学管理有了新的突破。本文就GER9000型超声波流量计在库山河三县引水渠中试运行其间,通过超声波法与流速仪法实际测流数据比较对超声波流量计应用谈几点粗浅的意见。
 二、超声波法测流
    1.超声波流量测量系统的测量原理
    超声波明渠流量计是一种以超声波为媒介进行流量测量的流量系统。用超声波来测量流体的流量实质上是测量流体的流速。当流体流速向量与声波方向平行时,声波的波速将发生变化,即当声波向下游传播时波速增加,声波向上游传播时波速降低。在明渠中,一定高程的流体平均流速是通过测量两个换能器之间传播的历时差来确定的。测量原理示意图如图1所示。T1是安装于渠道上游侧的换能器,T2是安装于下游侧的换能器,两个换能器构成一个测量声路。
图1 测量原理示意图
    假设超声波在静水中的传播速度为C,水流速度为V,两个换能器T1、T2间的距离为L,两换能器T1、T2所构成的声传播路径与管轴线的夹角为θ。
    当换能器T1发射,T2接收时,超声波从T1到T2的传播时间t12为:
    t12=L/(C+VCosθ);(1)
    当换能器T1发射,T2接收时,超声波从T2到T1的传播时间t21为:
    t21=L/(C-V×Cosθ);(2)
    由(1),(2)可得管道中该声路处的线平均流速:
    V=L/(2×Cosθ)×(1/t21?1/t12);(3)
    对所得的流速进行面积积分,即可获得流量。
    Q=S×V(4)
  2.流量计算
    库山河三县引水渠渠道水面宽、水深大,其流速纵横变化较大,一般采用多声道超声波流量计进行分层测流。如图2所示。在测量流速同时还需要测量水位量,然后用测的流速对有效断面进行积分,即可得到通过测量断面的流量。
图2 明渠中多声路布置
    流量计算公式:
    Q=QT+QM+QB   (5)
    其中:Q=渠道断面总流量;
    QT=渠道顶层流量;
    QM=渠道中间各层流量;
    QB=渠道底层流量。
    如图2所示,QT、QM和QB又分别由下面各式计算求得:
    (6)
    其中:
    V4=最顶层工作声路测的流速(四声路而言);
    Vi,Vi+1=第i,i+1声路的流速;
    V1=最底层工作声路测的流速(四声路而言);
    H=当前水位;
    kt=渠道表层流速系数;
    kb=渠底流速系数;
    h4=最顶层工作声路高程(四声路而言);
    hi=第i声路高程;
    h1=最底层工作声路高程;
    h0=渠底高程;
    W4=最顶层工作声路处的渠宽(四声路而言);
    WT=渠道水流表层处的渠宽;
    W1=最底层工作声路处的渠宽;
    Wb=渠底宽度。
 三、流速仪法测流
    流速仪法测流是国内外使用最广泛的方法,也是最基本的测流方法。该方法也是评定和衡量各种测流新方法精度的标准。流速仪法测流基于速度面积法,测流时必须在断面上布设测速垂线和测速点,以测量断面面积和流速,测速方法一般采用积点法。
 1.选择断面,确定测线及测点
    测流断面应选择在渠段平直、水流均匀、无漩涡或回流的地方,前后平直段应满足测试规范的要求(大于20倍水面宽度),断面与水流方向垂直。测速垂线及测点数目应能充分反应横断面流速分布。
  2.平均流速计算
    测流的过水断面平均流速及流量计算参考水利部《灌溉管理手册》有关规定进行。为提高测流精度,测线平均流速Vm均采用六点法计算:
    (7)
    式中:v0.0、v0.2、v0.4、v0.6、v0.8、v1.0、分别代表垂线流速分布曲线水面、相对水深为0.2m、0.4m、0.6m、0.8m及河底的测点流速。
    渠边部分平均流速
    V1=ZVmi或Vn=ZVmn    (8)
    式中:vmi、vmn分别为自渠边起第一条、最末一条测线平均流速;a为渠边流速系数,通常斜坡渠边取0.70,陡坡渠边取0.80。
   3.流量计算
    断面流量Q为各部分流量的代数和
    (9)
  四、测流比较
    1.测流地点的确定
    三县引水明渠的流量计安装断面,是一个梯形无压混凝土断面。具体尺寸:渠底宽:8.9m;顶宽19m;边坡为1∶1.5;最大水深:约1.5m;最小水深:0.12m;常水位:0.4~0.6m;混凝土板衬砌,设计流量Q=30m3/s,在距渠底约0.50m处有约0.4m宽的平台,且在平台上方的渠边坡与平台下方的边坡不同。该渠段符合明渠超声波流量计的安装要求及流速仪的布置。
  2.测流比较方法
    测流比较采用流速仪法与超声波法同步测流的方法。为保证测流结果的可靠性,测试流量的范围从渠道最小流量到最大流量,进行多个工况的测流比较。
    三县引水明渠监测站水面较宽,约在10~12m,本次实测采用3部旋浆式流速仪,6人3组同时测量。断面设8条测速垂线,从渠道中间向两侧每隔1.1~1.4m设一条,在每条测速垂线上设2~6个测速点。为提高测量精度,每一部流速仪每一测次的测量时间不小于120s,每一个工况点测取3~4组读数,最后取其算术平均值作为测试结果。
    超声波明渠流量计选用一台明渠超声波4声道GER9000型超声波流量计,它由8只超声波流速传感器构成4个声道和两套声波水位计组成,精度±1.0%。明渠超声波流量计实际安装占用渠段长7m,监测站内同时安装二次仪表、数据采集等其它设备,水深、流速、瞬时流量、累积流量实时直接监测测出。正式测流前对超声波流量计进行了调试,主要是在渠道有水的情况(所有的换能器必须全部淹没于水中)下,进行流量计自检,然后检查各声道的工作情况。检查在静水和动水的情况下分别进行,而且静水检查非常重要,因为此时流量计测出的水流流速应为零,可以间接地检查流量计的准确性。一切正常后,流量计便可进入正常的测量状态,在最大测流工况时4声道工作,最小测流工况时为2声道工作。
图3 现场安装示图
    明渠超声波流量计测流结果采用与流速仪法对应测流时段的累计水量值进行计算。
3.测流结果
    流量测试结果表明,两种测流方法绝大多数工况的流量相对偏差小于-2%。且超声波法测量值均小于流速仪法测量值。
 五、结语
    通过两种方法的实测表明:超声波测流技术测量精度高,不扰乱流场、无可动部件、无压力损失、性能稳定可靠、测量范围宽,操作安全,不影响渠道水流状态,可直接与微机结合,实现水情数据的实时监测和实时传送,为灌区水资源的优化配置和现代化管理打下了基础。

简单介绍:
智能明渠流量计测量系统的组成方法一般由一台流量显示仪、一台流速计、一台液位计组成;也可由一台流量显示仪、*多四台流速计、一台液位计组成的多点流速测量的明渠流量系统。智能明渠流量计系统,适用于水库、河流、水利工程、城市供水、污水处理、农田灌溉、水政水资源等矩形、梯形明渠及涵洞的流量测量。明渠流量计品种很多,常见的有堰式明渠流量计和槽式明渠流量计两大类。超声波明渠流量计除圆形外,还有U字形、梯形、矩形等多种形状。
详情介绍:





 

 



超声波明渠流量计
 
超声波明渠流量计产品简介
测量污水的流量计主要有超声波明渠流量计和电磁流量计,这两种流量计都具有耐防腐,准确度高,不受杂质颗粒物等影响计量。而更具有可以测量不满贯管道流量,是电磁流量计无法替代的。
智能系统,不但适用于工厂排污,还适用于水库、河流、水利工程、城市供水、污水处理、农田灌溉、水政水资源等矩形、梯形明渠及涵洞的流量测量。明渠流量计品种很多,常见的有堰式明渠流量计和槽式明渠流量计两大类。
除圆形外,还有U字形、梯形、矩形等多种形状。

超声波明渠流量计应用范围
明渠流量计应用场所有城市供水引水渠;火电厂引水和排水渠、污水治理流入和排放渠;工矿企业水排放以及水利工程和农业灌溉用渠道。
与量水堰槽配合使用,测量明渠内水的流量。主要用于测量污水厂、企事液单位的污水排放口、城市下水道的流量。由于这种仪表采用超声波穿过空气,以非接触的方法测量。因此在粘污、腐蚀性液体情况下,比其它形式的仪表具有更高的可靠性。
 


超声波明渠流量计产品特点
1、可测量非满管(圆管、蛋形管或其它异形管)流量
2、可测量渠道(圆形渠、矩形渠或其它异形渠)流量
3、可测量天然的河、溪流量
4、可测量污水排放渠道或管道(下水道)流量
5、可测量正向和反向流速和流量
6、可提供瞬时流量值和累计流量值
7、输出信号:RS-485、Modbus、4-20Ma电流信号和多路开关量
8、传感器可在恶劣的现场和污水水质下长期工作
9、可选配短信或GPRS无线模块实现远程遥测
10、传感器外壳为聚碳酸酯,防护等级IP68
11、内置自动温度补偿
12、盲区可调节,屏蔽探头附近干扰信号

超声波明渠流量计工作原理
超声波明渠流量计是一种容积式流量计仪表,当气体通过流量计时(见图2),在入口和出口间产生的压差,作用在高精密同步齿轮联结在一起的一对罗茨轮上,从而驱动罗茨轮旋转,超声波明渠流量计在这期间,罗茨轮与壳体内壁和压盖之间形成的密闭空间——计量腔周期地充气和排气,罗茨轮的转数与通过流量计的气体体积量成正比。超声波明渠流量计的旋转经磁耦合器传递给机械计数器(或输出流量脉冲信号),从而累积流经计量腔的体积量实现计量的目的。

超声波明渠流量计技术参数
测量精度:流速±0.5% 、水位±0.5% 、系统±1.5%、±2.5%(与仿真传感器合用时)
消耗功率:≤15W
电源:AC12V/220V或DC3.6V电池供电
测量范围:流速0.02-20m/s
渠宽0.5-30m
渠深0.5-20m
累积流量显示*大值:9999999999
瞬时流量显示*大值:999999
流速显示*大值:9.99
水位显示*大值:9.999
公称通径:50、100、200、400、600mm
流速范围:0-15m/s
流体电导率:不低于20μS/cm
电极材料:不锈钢1cr18Ni9Ti、不锈钢0Cr18Ni12MoTi、哈氏合金C,钛、钽;
显示仪表温度:0℃~50℃
介质温度:0℃~+60℃
传感器温度:-30℃~+60℃
流道形式:巴歇尔槽/三角堰板/矩形堰板
显示:双窗口,8位LED累计流量和4位LED瞬间流量

安装巴歇尔槽的关键点:
1、必须保证巴歇尔槽下游有水位差,排放畅通,不会积水
智能流量显示仪:
智能流量显示仪是我厂开发的新产品,CPU是采用AT89C52微处理器,在通用软件支持下,能同时对累计流量和瞬间流量进行显示。
主要特点:
(1)仪表可同时显示累计流量和瞬间流量。
(2)可输出标准电流信号4~20mADC.
(3)断电数据保护功能,数据保留时间十年。
(4)可带打印输出,定时打印功能(选配)
(5)可输出累计流量值的脉冲信号(选配)
主要技术指标:
(1)输入信号:电流
(2)供电:220VAC、50HZ、功耗≤10w
(3)环境温度:0~50℃相对温度:≤85%
(4)安装尺寸:盘式结构
(5)仪表尺寸:160×80×130mm
开孔尺寸:152×76mm





巴歇尔槽水擂分为标准巴歇尔t水棺和大型巴歇尔f水槽。 巴歇尔量水槽、行近渠道、下游渠道和静水井用混凝土或砖石砌筑,外抹水泥砂浆并压光;也可用耐腐蚀、耐水流冲刷、不变形的材料预制而成。连通管采用铸铁管或塑料管等耐腐蚀管道。

 





 






 

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