虹吸式泵站现场测试中的流量测量

摘 要:泵站更新改造后,为评价改造的效果,必须进行泵站效率的现场测试。其中流量的测量至关重要。根据泵站的布置形式,选择可靠、经济、有效的测量方法和测量仪器是保证流量测量精度的关键因素。本文介绍了流量测量的通用方法、常用测量仪器的工作原理及流量测量位置的选择,并结合虹吸式泵站现场原型测试,阐述了比较精确、可靠、方便的流量测试方法。

关键词:虹吸式泵站流量测量

中图分类号:TU112文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)08(b)-0131-01

近年来,各地进行了大量的泵站更新改造。为评价改造的效果,必须对泵站效率、装置效率、泵效率等进行现场测试。测试数据既可作为工程评价、工程验收的依据,也可为泵站的经济运行、智能化管理提供参考资料。

流量测量其中至关重要的组成部分。测试结果能够对工程设计、水泵选型、产品质量、安装质量、工程管理等等,提供可靠的数据分析和评价。本文将根据虹吸式泵站的具体情况,进行流量测量的介绍与分析,阐述流量测试的关键因素和技术难点。

1 虹吸式泵站

虹吸式泵站流道由进水流道段、提升段、弯管段、上升段、驼峰段、下降段、出口段等组成。进水流道通常采用肘型渐缩式进水流道,混凝土浇筑;提升段即水泵机组工作段,等径直管;弯管段采用等径或异径弯管; 上升段过水断面的特点是在平面上逐渐扩散,在立面上略微收缩,过水断面继续向矩形断面过渡;出口段淹没在水下,保证形成虹吸。水泵机组启动前,驼峰顶部充满空气,启动后,空气受到水体压缩,一部分空气从真空破坏阀排出,一部分借助水流的夹带作用排出流道。

2 流量测量方法

在泵站流量测量的现行方法中采用比较多的是超声波法、流速仪法、差压法和浓度法。

超声波法的基本原理是:将一对或两对换能器置于管壁内或管壁外,由换能器发射的超声波穿过管壁和被测流体,被另一侧的换能器接收。被测液体处于静止时,收到的超声波信号没有差别,而液体流动时,顺流和逆流发射的超声波速度发生变化,接收到的信号包含了与被测液体流速有关的差别,采用不同的方法,检测出这种差别,可测出沿超声波传播路径上的被测液体的线平均流速。有了断面面积和平均流速,即可得流量。

流速仪法测量流量,首先保证流速仪轴线与水流方向一致。当水流推动流速仪旋浆时,产生旋转,旋浆的转速与水流流速之间存在函数关系。每转20圈,发一个电信号,记录下来电信号,换算可得出点流速。根据点流速求出断面流速,乘以过流断面面积,可得到流量。

差压法是通过测量水流动能或动量的压差来确定流量。当水流通过截面变化的流道或弯管时,在不同断面和部位之间产生压力差,这个压力差与通过该截面的流量存在比例关系,测出压力差就可求得流量。

浓度法主要指食盐浓度法,在被测水流中注入食盐溶液,使其与水流均匀混合,比较食盐溶液在水流中的稀释程度,可以确定水体流量。近来由于水体污染越来越严重,检测食盐浓度误差比较大,加上这种方法十分麻烦,现场测试有一点难度,一般没有采用了。

差压法必须采用标准测量技术对装置进行原型标定,才能保证测量结果的可靠性。而超声波法要求装置前有10倍管径的直管段,后面有3-5倍的直管段,只有这样,水流才能达到充分发展的紊流,出现稳定的速度剖面,否则在不同的剖面将得到不同的流量值。在虹吸式泵站流道上面,很少具备这样的条件,在上升段有长直管段,但大多都覆盖着路面或土层,无法安装测流装置。综上所述,虹吸式泵站的流量测试采用流速仪法,是比较可靠、安装测试比较方便的方法。

3 在进水流道测试流量

虹吸式泵站进水流道大多采用肘弯型渐缩管形式,在进口处为矩形断面。此断面处,正好也是检修闸门安装的地方。根据断面尺寸,制作比较坚固的流速仪架子,利用闸门的起吊装置可以很方便的将流速仪架子安装在矩形断面上。矩形断面上的流速分布呈“对数-线性”形式,根据ISO推荐使用26测点法,可以比较准确的测量流量。测点位置如下图所示。

断面平均流速为各测点流速的加权平均值。在石首冯家潭泵站、嘉鱼余码头泵站等十多处泵站测量流量时,布置26点流速仪后,由ZN3－64C电脑流速仪接收,在其计算程序中输入表一中的不同加权系数,可以直接计算出流量。其计算原理为:

26台流速仪120秒内的平均转速按下式计算各点流速:Vi=KiNi+Ci(m/s)

式中:i—流速仪序号;K—流速仪的倍常数(m/ r);

N—流速仪旋浆转速(r/s);C—流速仪的摩阻系数(m/s)

系统测出各点流速后,即可求得流量Q:

(m3/s)

式中:H—流道测试断面的高度(m);

L—流道测试断面的宽度(m);i—测点序号;

Vi—第i点流速;Mi—第i点对应的加权系数;

对数－线性法布置26个测点的加权系数见表1。

4 测试过程中的关键点

采用流速仪法在进水流道测量流量,必须准确测量矩形流道的尺寸。它直接影响过流面积的计算。流速仪的安装,必须保证尺寸的精准,保证流速仪轴线与水流方向一致,在纵向和横向的偏角都不能超过5°。测试不同工况时,必须在工况稳定以后才能开始测试,否则,采样数据是不断变化的,影响数据的精确度。测试前,流速仪要在检定水槽中率定,给出在允许测速范围内的线性关系式。

参考文献

[1]泵站现场测试规程(SD140－85)[M].水利电力出版社.

[2]李继珊.泵站测试技术[M].水利电力出版社.