摘　要：針(zhen)對大型(xing)低揚程(cheng)泵站進(jin)水流道(dao)斷面形(xing)狀及流(liu)态變💰化(hua)🚩複雜，難(nan)以選擇(ze)時差式(shi)超聲波(bo)流量計(ji) 測流斷(duan)面的實(shi)際情況(kuang)，提出可(ke)通過對(dui)進水流(liu)道進行(hang)數值模(mo)拟來确(que)定并優(you)化超聲(sheng)波流量(liang)計換能(neng)器㊙️的安(an)裝位置(zhi)，并對換(huan)能器的(de)安裝對(dui)數進行(hang)優化.結(jie)合南水(shui)北調東(dong)線工程(cheng)寶應泵(beng)站水泵(beng)♌裝置模(mo)型試驗(yan)，對兩款(kuan)時差式(shi)超聲波(bo)流量計(ji) 與高精(jing)度水力(li)機械試(shi)驗台流(liu)量測試(shi)設備進(jin)行了對(dui)🌏比測試(shi)💜.結果表(biao)明，兩款(kuan)流量計(ji)最大相(xiang)對誤差(cha)分别爲(wei)1.60％和0.39％，均具(ju)有較高(gao)📞的測試(shi)精度，穩(wen)定性也(ye)較好，能(neng)🧡滿足泵(beng)站現場(chang)測試的(de)精度要(yao)求.
　　大型(xing)低揚程(cheng)泵站在(zai)我國的(de)平原地(di)區應用(yong)廣泛，在(zai)農田灌(guan)溉🏃排水(shui)、城市防(fang)洪、跨流(liu)域調水(shui)等方面(mian)發揮了(le)重要作(zuo)用.由于(yu)這類泵(beng)💃🏻站一般(ban)帶有形(xing)狀較爲(wei)複雜的(de)進👈出水(shui)流道，不(bu)同運行(hang)工況下(xia)流道内(nei)的水流(liu)流動情(qing)況也很(hen)複雜，因(yin)此，利用(yong)泵裝置(zhi)自身條(tiao)件布置(zhi)測流設(she)備來進(jin)行泵流(liu)💋量測量(liang)，往往難(nan)以滿足(zu)測試設(she)備所要(yao)求的斷(duan)面流速(su)分布均(jun)勻或漸(jian)變流的(de)條件，從(cong)而影響(xiang)到測試(shi)精度.目(mu)前，泵站(zhan)測流常(chang)用的方(fang)法有流(liu)速儀法(fa)、鹽🤩水濃(nong)度法、五(wu)孔探針(zhen)法、差壓(ya)計法等(deng)［1－5］.這些㊙️方(fang)法在測(ce)試精度(du)、安裝的(de)繁簡程(cheng)度、測試(shi)工作量(liang)大小等(deng)方面各(ge)有特色(se)，但至今(jin)尚沒有(you)一種🏃🏻‍♂️公(gong)認的既(ji)簡🧡便可(ke)靠，又具(ju)有較高(gao)精度的(de)測試方(fang)法.這一(yi)現狀在(zai)一定程(cheng)度上影(ying)響了🆚大(da)型低揚(yang)程泵站(zhan)的技術(shu)進步和(he)科學管(guan)理.
　　近年(nian)來，時差(cha)式超聲(sheng)波流量(liang)計測流(liu)技術有(you)了很大(da)😄的⭐發😘展(zhan)，并⭐在水(shui)電站行(hang)業的現(xian)場測試(shi)中有了(le)較好的(de)應用.這(zhe)是由于(yu)水電站(zhan)一般有(you)較長的(de)直段輸(shu)水管道(dao)，斷面形(xing)狀較爲(wei)規則，因(yin)此其流(liu)态條件(jian)較好，相(xiang)對容易(yi)滿足換(huan)能器❤️的(de)安裝要(yao)求.但是(shi)大型低(di)揚程泵(beng)站的情(qing)況則不(bu)相同.雖(sui)然超聲(sheng)波流♈量(liang)計近年(nian)來在泵(beng)站現場(chang)測試中(zhong)有一些(xie)應用［1］，取(qu)得了一(yi)些成果(guo)，但是仍(reng)然處于(yu)起步或(huo)探索階(jie)段.其中(zhong)的難點(dian)主要是(shi)👌難以選(xuan)擇到流(liu)速分布(bu)較爲均(jun)勻的測(ce)流斷面(mian).如果能(neng)在保證(zheng)較高精(jing)度的前(qian)提下找(zhao)到合适(shi)的⛹🏻‍♀️換能(neng)器布設(she)位置和(he)布設方(fang)式，如果(guo)能有效(xiao)地減少(shao)換能器(qi)安裝對(dui)數以降(jiang)低現場(chang)測試的(de)工作量(liang)和測試(shi)成💃本，則(ze)将有力(li)地推動(dong)該技術(shu)在泵站(zhan)行業的(de)應用，并(bing)将有效(xiao)地🏃‍♂️促進(jin)我國大(da)型低揚(yang)程泵站(zhan)的建設(she)和管㊙️理(li)水平.
　　采(cai)用兩款(kuan)超聲波(bo)流量計(ji)與精度(du)佳水力(li)機械試(shi)驗台流(liu)量🌈測試(shi)設備來(lai)進行對(dui)比測試(shi)，得到其(qi)模型測(ce)試誤差(cha)，從而爲(wei)提高大(da)型🈲低揚(yang)程泵站(zhan)流量的(de)測流精(jing)度，找到(dao)有效的(de)方法.
1　時(shi)差式超(chao)聲波流(liu)量計測(ce)流技術(shu)
　　應用超(chao)聲波流(liu)量計常(chang)用的測(ce)量方法(fa)爲傳播(bo)速度差(cha)法⛷️、多普(pu)⁉️勒法等(deng).傳播速(su)度差法(fa)又包括(kuo)直接時(shi)差法、相(xiang)差法❄️和(he)頻差法(fa)🐇［6］.時差式(shi)超聲波(bo)流量計(ji)的工作(zuo)原理如(ru)⁉️圖1所示(shi)🐇.它利用(yong)超聲波(bo)換能器(qi)接收、發(fa)射超聲(sheng)波，通過(guo)測量超(chao)聲波在(zai)介質中(zhong)的順流(liu)和逆流(liu)傳🌐播時(shi)間差來(lai)間接測(ce)量流體(ti)的流速(su)，再通過(guo)流速及(ji)㊙️斷面情(qing)況來計(ji)算流量(liang)［7，8］.

2　流量(liang)對比測(ce)試
2.1　試驗(yan)台與測(ce)試設備(bei)
　　如圖2所(suo)示，效率(lü)測試系(xi)統綜合(he)誤差爲(wei)±0.39％.該試驗(yan)台于2001年(nian)🌂9月通過(guo)由江蘇(su)省科技(ji)廳組織(zhi)的鑒定(ding)，并于200４年(nian)通過國(guo)家計量(liang)論證評(ping)審.試驗(yan)台流量(liang)測試設(she)備爲ＤＮ４00型(xing)電磁流(liu)量計，标(biao)定精度(du)🌈爲±0.197％.

2.2　換能(neng)器安裝(zhuang)位置
　　結(jie)合南水(shui)北調東(dong)線工程(cheng)寶應泵(beng)站［9，10］水泵(beng)裝置模(mo)型試驗(yan)，模型🌈比(bi)🐅λ＝1∶9.833，對兩款(kuan)時差式(shi)超聲波(bo)流量計(ji)與試驗(yan)台流量(liang)測試設(she)⛷️備進行(hang)了對比(bi)測試.流(liu)量計1采(cai)用10對換(huan)能器，流(liu)量計2采(cai)用8對換(huan)能器，安(an)裝位置(zhi)示意見(jian)圖3.兩款(kuan)流量計(ji)的廠商(shang)在試驗(yan)前🤞均進(jin)行了進(jin)水流道(dao)三維紊(wen)流數值(zhi)模拟，通(tong)過計算(suan)，确定在(zai)流态相(xiang)對較🈲好(hao)的進水(shui)流🤞道🌈内(nei)安裝換(huan)能器🧑🏽‍🤝‍🧑🏻，并(bing)對安裝(zhuang)位置進(jin)行了優(you)化.

2.3　對比(bi)測試結(jie)果
　　試驗(yan)時以試(shi)驗台ＤＮ４00型(xing) 電磁流(liu)量計 的(de)測試值(zhi)作爲标(biao)準值，測(ce)試範圍(wei)爲（0.795～1.163）Qｅ（Qｅ爲試(shi)驗泵裝(zhuang)置在水(shui)泵葉片(pian)角度爲(wei)0°時的最(zui)高效率(lü)點流量(liang)）.對比測(ce)試時✌️，對(dui)每⚽個流(liu)量點均(jun)進行了(le)3次重複(fu)測量.表(biao)1爲流量(liang)計1和流(liu)量計2單(dan)點測試(shi)數據記(ji)錄.

　　表2和(he)表3分别(bie)爲流量(liang)計1和流(liu)量計2與(yu)試驗台(tai)流量計(ji)對⭐比測(ce)👅試的誤(wu)差計算(suan)，其中絕(jue)對誤差(cha)爲流量(liang)計測試(shi)值與試(shi)驗台測(ce)試值之(zhi)差，相對(dui)誤差爲(wei)絕對誤(wu)差與試(shi)驗📞台測(ce)試🔞值之(zhi)比，表中(zhong)流量測(ce)試值均(jun)爲3次測(ce)量的平(ping)均值.


　　由(you)表1～表3可(ke)知，與試(shi)驗台流(liu)量計實(shi)測值相(xiang)比，流量(liang)計1和🙇‍♀️流(liu)量計2的(de)誤差範(fan)圍分别(bie)爲－1.60％～－0.59％及－0.39％～0.18％，最(zui)大相對(dui)誤差分(fen)别爲1.60％和(he)0.39％.兩款流(liu)🐅量計均(jun)具有較(jiao)高的精(jing)度，但流(liu)量計2的(de)流量測(ce)量精度(du)更高，穩(wen)定性☂️更(geng)好.
3　結　論(lun)
　　近年來(lai)，在國内(nei)開始應(ying)用的時(shi)差式超(chao)聲波流(liu)量計，其(qi)流速測(ce)量保證(zheng)精度一(yi)般爲±0.5％（規(gui)則斷面(mian)）.如果将(jiang)其應用(yong)于大型(xing)低🙇‍♀️揚程(cheng)泵站🏃‍♀️，并(bing)在進水(shui)流道内(nei)布置換(huan)能器，通(tong)過進一(yi)步的優(you)化，還可(ke)以達到(dao)💛更高的(de)精度［7］.即(ji)使考慮(lü)到換能(neng)器安裝(zhuang)、過流斷(duan)面積測(ce)量等方(fang)面的因(yin)素，現場(chang)測試精(jing)度仍可(ke)望控制(zhi)在±1.5％以内(nei)，可以滿(man)足泵站(zhan)現場測(ce)試的需(xu)要，采用(yong)三維紊(wen)流數值(zhi)模拟方(fang)法模拟(ni)泵站進(jin)水流道(dao)内的流(liu)場，不僅(jin)可以優(you)化超聲(sheng)波流量(liang)計換能(neng)器的安(an)裝位置(zhi)，提👈高測(ce)試精度(du)，還可對(dui)換能器(qi)的安裝(zhuang)對數進(jin)行優化(hua)，從而達(da)到減少(shao)測試用(yong)換能器(qi)的數量(liang)、減小安(an)裝工作(zuo)量和測(ce)試費用(yong)的目的(de)［7］.
　　時差式(shi)超聲波(bo)流量計(ji)具有安(an)裝簡單(dan)、抗幹擾(rao)能力強(qiang)、阻💚力損(sun)失小等(deng)優點，可(ke)實現流(liu)量的在(zai)線測量(liang)，通過對(dui)大型低(di)揚程泵(beng)站進水(shui)流道進(jin)行三維(wei)紊流數(shu)值模拟(ni)來确定(ding)換能器(qi)的安裝(zhuang)方式，能(neng)有效地(di)提高流(liu)量測試(shi)精度，從(cong)而爲大(da)型低揚(yang)程泵站(zhan)提供一(yi)種簡便(bian)可靠，且(qie)具有較(jiao)高精度(du)的流量(liang)測試新(xin)方法.

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