摘(zhai)要：針對大(da)口徑流量(liang)計 的現場(chang)量值溯源(yuan)，結合實例(li)，設計了一(yi)套指導換(huan)能器現場(chang)安裝的輔(fu)尺，較好地(di)解決了直(zhi)徑測量不(bu)準㊙️、換能器(qi)定位問題(ti);提出了針(zhen)對檢測井(jing)、流量計上(shang)遊✉️處理、管(guan)道安裝等(deng)三個方面(mian)的設計建(jian)議，可爲污(wu)水處理工(gong)藝設計和(he)大口徑流(liu)量計量值(zhi)溯源提供(gong)有益的指(zhi)導與🌈幫助(zhu)。
0引言
　　大口(kou)徑流量計(ji)在水資源(yuan)計量場合(he)應用非常(chang)多， 電磁流(liu)量計 因其(qi)無壓力損(sun)失且不受(shou)管道内流(liu)體密度、溫(wen)度等因素(su)的影☁️響，成(cheng)爲污水處(chu)理企業的(de)首選”。用于(yu)污水🌈計量(liang)的電磁流(liu)量計口徑(jing)多爲1000mm以上(shang)口，貿易結(jie)算量和涉(she)及金額巨(ju)大田由于(yu)大口徑流(liu)量計安裝(zhuang)後一般無(wu)備用管路(lu)“,無法❌拆卸(xie)送檢，多數(shu)情況㊙️下隻(zhi)能采🍉用外(wai)夾式超聲(sheng)流量計進(jin)行現場校(xiao)準。
　　在校準(zhun)過程中，難(nan)免會遇到(dao)現場檢測(ce)條件不足(zu)的情況，包(bao)🐪括檢測井(jing)空間或前(qian)後直管段(duan)不足，換能(neng)器定位不(bu)準♌，流量計(ji)不🧑🏽‍🤝‍🧑🏻滿管💋和(he)介質氣泡(pao)多等問題(ti)。本文将針(zhen)對.上述問(wen)題進行研(yan)究并提出(chu)設計建議(yi)。
1現場校準(zhun)方法
1.1 外夾(jia)式超聲流(liu)量計 工作(zuo)原理
　　超聲(sheng)波流量計(ji) 以測量聲(sheng)波在流動(dong)介質中傳(chuan)播的時間(jian)與流速的(de)關🧑🏾‍🤝‍🧑🏼系爲🐪原(yuan)理。如圖1所(suo)示，A和B爲換(huan)能器,L爲聲(sheng)道長度,D爲(wei)管道外徑(jing),h爲管壁厚(hou)度.`?爲超聲(sheng)流量計測(ce)得的管道(dao)㊙️平均流速(su)。通過D與h可(ke)得到管道(dao)過流面積(ji)s,其計算公(gong)式如式(1)，體(ti)🧡積流量qv如(ru)式(2)


1.2标準器(qi)
　　用作标準(zhun)器的外夾(jia)式超聲流(liu)量計精度(du)等級較高(gao),多爲0.5級，一(yi)般🏃🏻‍♂️需送至(zhi)權威檢定(ding)機構在實(shi)驗室條件(jian)🌈下進行标(biao)定。
2換能器(qi)定位方法(fa)的研究
　　換(huan)能器安裝(zhuang)位置的正(zheng)确與否直(zhi)接關系到(dao)測量結🈲果(guo),難☁️點有兩(liang)🥰個:一是兩(liang)個換能器(qi)之間的連(lian)線應與管(guan)道中心🐉軸(zhou)線平行;二(er)是确定平(ping)均管徑位(wei)置。如圖2所(suo)示,管🌏道口(kou)徑爲DN1800.以2聲(sheng)🔞程V法測量(liang)爲例。AB爲超(chao)聲流量⭐計(ji)給出的兩(liang)個換能器(qi)之間的安(an)裝距離(1325mm)。在(zai)實際安裝(zhuang)過程中，如(ru)果沒有其(qi)它💰的輔助(zhu)手段，難以(yi)做到AB連線(xian)與管道中(zhong)心軸線平(ping)行。假若偏(pian)離角α爲1°,右(you)側換能器(qi)的偏離距(ju)離近🐪似等(deng)于弧長B′B,B′B=11.5mm。若(ruo)管道口徑(jing)爲DN2000，以表1中(zhong)最長換能(neng)器安裝間(jian)距計算，AB=2984mm,則(ze)B′B=26mm,對測🤩量結(jie)果将帶來(lai)不可忽略(lue)的影響。

　　由(you)于待測管(guan)徑巨大，管(guan)道截面爲(wei)非标準圓(yuan)形。以DN1800管道(dao)爲例，不同(tong)位置的外(wai)徑最大可(ke)差35mm,極限情(qing)況下,若傳(chuan)感器安裝(zhuang)位置的直(zhi)徑與平均(jun)直徑的差(cha)值恰好爲(wei)外徑最大(da)差即35mm,僅截(jie)面面積一(yi)項帶😘來的(de)誤差就達(da)3.8%。，傳統的🔴圍(wei)尺測量直(zhi)徑的方🐅法(fa)獲得的是(shi)平均管徑(jing)，但無法指(zhi)🙇‍♀️導檢測人(ren)員将換能(neng)器安裝在(zai)平均管徑(jing)位置;即使(shi)👨‍❤️‍👨在換能器(qi)之間增⚽加(jia)滑軌，也隻(zhi)能保證換(huan)能器安裝(zhuang)間距準确(que)，不能保證(zheng)換💃🏻能器連(lian)線的投影(ying)✉️與軸線平(ping)行。因此⭐,本(ben)文設計了(le)一套便于(yu)攜帶、易于(yu)現場組裝(zhuang)的輔助設(she)備即輔尺(chi),用于定位(wei)、安⛱️裝換能(neng)器，基本結(jie)構如🏒圖3、圖(tu)4所示。輔尺(chi)測量管徑(jing)範圍:800~2200mm,其主(zhu)尺測.量不(bu)确定度U=0.5mm(k=2)。能(neng)夠測量管(guan)道截面任(ren)意位置的(de)外徑,保證(zheng)換能器連(lian)線平行于(yu)管道軸心(xin)，較好地解(jie)決換能器(qi)安裝位置(zhi)不精準帶(dai)來的問題(ti),盡可能地(di)降低測量(liang)過程中的(de)人爲影響(xiang),實用性強(qiang)。


3排水設施(shi)的設計
3.1檢(jian)測井的設(she)計
　　一般情(qing)況下,污水(shui)排放管道(dao)及用于計(ji)量的大口(kou)徑流量計(ji)均置于地(di)下。現場校(xiao)準需有檢(jian)測井才能(neng)正常進✌️行(hang)。由于外夾(jia)式超聲流(liu)量計不能(neng)獲得流體(ti)剖面的信(xin)息，并受流(liu)速不對稱(cheng)和流态變(bian)化影響，易(yi)産生測量(liang)誤🌂差121。爲盡(jin)量🈚減小流(liu)體擾動帶(dai)來的影響(xiang)，現🐇場測量(liang)時應🏒選取(qu)較長的前(qian)後直管段(duan)進行檢測(ce)，因此，檢測(ce)井的📱位置(zhi)選取十分(fen)重要，一般(ban)靠近流量(liang)計的.上遊(you)位置.直管(guan)段盡量保(bao)證至少前(qian)10D後5D(D爲管道(dao)公稱通徑(jing)),若上遊存(cun)在泵或彎(wan)頭、閥門時(shi),應盡可能(neng)地延長直(zhi)管段的距(ju)離13,控制在(zai)20D以🐅，上。
　　通常(chang)井底離管(guan)底不少于(yu)0.2m,兩側井壁(bi)距管壁不(bu)少于1m。對于(yu)檢測💁井的(de)長度，當管(guan)徑範圍爲(wei)DN1000~DN2000時，以FLEXIM601超聲(sheng)流量計爲(wei)例，配套CDK型(xing)換能器，分(fen)别采用V法(fa)和Z法以及(ji)不同的聲(sheng)程測量時(shi),換能器的(de)安裝間距(ju)如表1所示(shi)，其範圍對(dui)應管道内(nei)徑約爲0.27D~1.5D.考(kao)慮現場檢(jian)測的♌人員(yuan)活動🌈空間(jian)，因此檢測(ce)井長度以(yi)2D爲宜。
3.2流量(liang)計.上遊處(chu)理設計
　　在(zai)排水管道(dao)中由于管(guan)道落差較(jiao)大，按正常(chang)管道坡度(du)無法滿‼️足(zu)🐪設計要求(qiu)時，會采取(qu)建設跌水(shui)井來滿足(zu)設計方案(an),同🈚時還起(qi)到穩流和(he)排氣的作(zuo)用。但若🤞設(she)計考慮不(bu)周，水流經(jing)過跌水井(jing)後.上遊帶(dai)來的大量(liang)氣泡依👄然(ran)會存在甚(shen)至增加，導(dao)緻流量計(ji)無法正常(chang)工作。以長(zhang)沙嶽麓某(mou)污水處理(li)廠爲例，如(ru)圖5所示，該(gai)跌水井尺(chi)寸爲4m×3m×5m,流量(liang)計爲DN1800電磁(ci)流量計。.上(shang)遊水源含(han)有大量氣(qi)泡,流速約(yue)1.2m/s,水流方向(xiang)如箭頭所(suo)示，從入口(kou)處直沖下(xia)遊管道👄入(ru)口,夾帶大(da)量新産生(sheng)的氣泡進(jin)入測量管(guan)道,導緻電(dian)磁流量計(ji)數據極不(bu)穩定，外夾(jia)式超聲流(liu)量計無論(lun)采用V法還(hai)是Z法,均無(wu)法獲取測(ce)量信号，無(wu)法進行校(xiao)準工作。

　　檢(jian)測人員建(jian)議污水處(chu)理廠對跌(die)水井進行(hang)改造，如圖(tu)6所示，在井(jing)中部增加(jia)一道鋼制(zhi)擋水闆，厚(hou)度爲5mm,鋼闆(pan)采用Q235C鋼材(cai),槽鋼采用(yong)熱🈚軋普通(tong)槽鋼(型号(hao)6.3),井壁預埋(mai)件施工采(cai)用植筋處(chu)理,鋼筋采(cai)用HRB400。擋闆底(di)部在下遊(you)入口中心(xin)線位置，擋(dang)闆距離右(you)壁約1.5m。改👄造(zao)後，上遊水(shui)流沖擊在(zai)擋闆處，起(qi)到了良好(hao)的排✏️氣和(he)穩流作用(yong)。再次測量(liang)時,超聲流(liu)量計信号(hao)正常，被測(ce)電磁流量(liang)計示值穩(wen)定,較好地(di)解決了現(xian)場污水的(de)計量和🔞流(liu)量計的量(liang)值溯源問(wen)題。



3.3管道設(she)計
　　爲保證(zheng)大口徑流(liu)量計正常(chang)計量，其前(qian)後直管段(duan)、介質滿管(guan)、不能存氣(qi)等要求是(shi)需要滿足(zu)的。但現場(chang)安🏒裝條件(jian)各不相同(tong)，針對不同(tong)情況，從正(zheng)确計量的(de)角⚽度出發(fa),本文提出(chu)了兩㊙️種管(guan)道鋪設及(ji)流量計安(an)裝🤞的建議(yi),分别如圖(tu)7和圖8所示(shi)。管道直徑(jing)爲D,跌水井(jing)長度爲L，配(pei)置擋🏒水牆(qiang)，擋水牆底(di)部距井底(di)約0.5D,牆體距(ju)離右壁約(yue)0.4L,;排污排氣(qi)井爲正方(fang)形,尺寸爲(wei)1.5D×1.5D.即圖示L2=1.5D.内(nei)置☁️擋水牆(qiang),擋水牆頂(ding)與.上遊管(guan)頂平齊♻️，牆(qiang)體距離右(you)壁約0.4L2。
　　圖7爲(wei)場地空間(jian)較充裕時(shi)，流量計所(suo)在的管道(dao)較長🌈,管道(dao)🏒的水平夾(jia)角較小，約(yue)爲5°。圖8則爲(wei)場地空間(jian)較小🐅時的(de)類U型設計(ji)，流量計在(zai)底部，所在(zai)管道的水(shui)平夾⛱️角約(yue)8°~10°,出口夾角(jiao)爲120°~135°。
4總結
1)本(ben)文設計的(de)用于換能(neng)器安裝的(de)輔尺，結構(gou)簡單,便于(yu)攜帶，能幫(bang)👄助檢測人(ren)員提升管(guan)徑測量和(he)換能器定(ding)位水平，提(ti)高了測量(liang)工作效率(lü)，并通過現(xian)場實驗驗(yan)證了該方(fang)法良好的(de)使用效果(guo)。該工裝的(de)主尺爲全(quan)鋼材質，重(zhong)量較大,可(ke)進一步🌈研(yan)究精簡結(jie)構和重量(liang)的方法。
2)大(da)口徑流量(liang)計的正常(chang)工作和現(xian)場量值溯(su)源會受到(dao)安裝位㊙️置(zhi)和上、下遊(you)工況條件(jian)的影響.這(zhe)些問題需(xu)要在設計(ji)階段就進(jin)行考慮并(bing)解決,一旦(dan)施工完成(cheng)再改進則(ze)成本巨大(da)🧡且不一定(ding)能達到預(yu)期的效果(guo)。本文針對(dui)檢測井、流(liu)量計上遊(you)處理、管道(dao)安裝等三(san)個方面提(ti)出的設計(ji)建議，可爲(wei)污水處理(li)及水資☀️源(yuan)計量提供(gong)一定的參(can)考。

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