摘要(yào)：針對大口(kǒu)徑流量計(jì) 的現場量(liang)值溯源，結(jié)合實例，設(shè)計了一套(tào)指導換能(néng)器現場🤟安(an)裝的輔尺(chǐ)，較好地解(jiě)決了直徑(jing)測量不準(zhǔn)🐆、換能器定(ding)位問🚶‍♀️題;提(tí)出了針對(duì)檢測井、流(liu)量計上遊(you)處理、管🔆道(dào)安裝等三(sān)個方面的(de)設計建議(yi)，可爲污水(shui)處理工藝(yì)㊙️設計和大(da)口徑流量(liàng)計量值溯(su)源提供有(you)㊙️益的指導(dǎo)與幫助。
0引(yǐn)言
　　大口徑(jing)流量計在(zai)水資源計(jì)量場合應(ying)用非常多(duo)， 電磁流量(liàng)計 因其無(wú)壓力損失(shi)且不受管(guan)道内流體(tǐ)密度、溫度(du)等✍️因素的(de)影響，成爲(wèi)污水處理(li)企業的首(shǒu)選”。用于污(wū)水計量的(de)電磁流量(liang)計🍓口徑多(duo)爲1000mm以上口(kou)，貿易結算(suàn)量和涉及(jí)金額巨大(da)田由🏃🏻‍♂️于大(da)口徑流量(liang)計安裝後(hòu)一般無備(bèi)用管路“,無(wu)法拆卸送(song)檢，多數情(qing)況下隻能(néng)采用外夾(jiá)式超聲流(liú)量計進行(háng)現場校準(zhǔn)♻️。
　　在校準過(guò)程中，難免(miǎn)會遇到現(xian)場檢測條(tiao)件不足的(de)✊情況，包括(kuò)檢測井空(kong)間或前後(hou)直管段不(bu)足，換能器(qì)定位不準(zhǔn)👣，流量😘計不(bú)⛱️滿管和介(jiè)質氣泡多(duo)等問題。本(ben)文将針對(dui).上述🈲問題(tí)進行研究(jiū)并提出設(she)計建議。
1現(xiàn)場校準方(fāng)法
1.1 外夾式(shi)超聲流量(liang)計 工作原(yuan)理
　　超聲波(bō)流量計 以(yi)測量聲波(bo)在流動介(jie)質中傳播(bō)的時間與(yu)流速的關(guan)🚩系爲原理(lǐ)。如圖1所示(shì)，A和B爲換能(néng)器,L爲聲道(dao)長度,D爲💞管(guǎn)道💃外徑,h爲(wèi)管壁厚度(du).`?爲超聲流(liu)量計測得(dé)的管道平(ping)均流速。通(tōng)過D與h可得(dé)到管道過(guò)流面積s,其(qí)計算公式(shì)如式(1)，體積(jī)流量qv如式(shì)(2)


1.2标準器
　　用(yong)作标準器(qi)的外夾式(shi)超聲流量(liang)計精度等(deng)級較高🧡,多(duo)爲0.5級🏃🏻‍♂️，一般(bān)需送至權(quan)威檢定機(ji)構在實驗(yàn)室條件♊下(xià)進行标定(dìng)。
2換能器定(ding)位方法的(de)研究
　　換能(neng)器安裝位(wei)置的正确(què)與否直接(jiē)關系到測(cè)量結果🔅,難(nan)⭕點有兩🌈個(ge):一是兩個(ge)換能器之(zhi)間的連線(xian)應與管道(dào)中心軸線(xian)平行;二是(shì)确定平均(jun1)管徑位置(zhi)。如圖2所示(shì),管道口徑(jìng)爲DN1800.以2聲程(chéng)V法測量爲(wei)例。AB爲超聲(shēng)流量計給(gěi)出的兩個(gè)換能器之(zhī)間的安裝(zhuāng)距離(1325mm)。在實(shí)際安裝過(guò)程中，如果(guo)沒有其它(tā)的輔助手(shǒu)段，難以做(zuo)到AB連線與(yǔ)管道中心(xīn)🚶軸線平行(háng)。假若偏離(li)角α爲1°,右側(cè)換能器的(de)偏離🏒距離(li)近似等于(yú)弧長B′B,B′B=11.5mm。若管(guan)✍️道口徑爲(wèi)DN2000，以表1中最(zuì)長換能器(qi)安裝間距(ju)計算，AB=2984mm,則B′B=26mm,對(duì)測量結果(guǒ)将帶來不(bú)可忽♊略的(de)影響。

　　由于(yu)待測管徑(jìng)巨大，管道(dào)截面爲非(fei)标準圓形(xíng)。以DN1800管道爲(wèi)例，不同位(wei)置的外徑(jìng)最大可差(chà)35mm,極限情況(kuàng)下,若傳感(gan)器安裝位(wei)🙇‍♀️置的直徑(jìng)與平均直(zhí)徑的差值(zhi)恰好💁爲外(wai)徑最大差(chà)即35mm,僅截面(mian)面積⭐一項(xiàng)帶來的誤(wu)差就達3.8%。，傳(chuán)統的圍尺(chi)測量直徑(jìng)的方法獲(huò)得的是平(ping)均管🤟徑，但(dàn)無法指導(dao)檢測人員(yuan)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻将換能器(qi)安㊙️裝在平(ping)均管🐪徑位(wei)置;即使在(zai)換能器之(zhi)間增加滑(hua)軌，也隻能(neng)保證♊換能(néng)器安裝間(jiān)距準确，不(bú)🔱能保證換(huàn)能器連線(xian)的投影與(yǔ)軸線平行(háng)。因此,本文(wen)設計了一(yī)套便于攜(xie)帶、易于現(xian)場組😍裝的(de)輔助設備(bei)即輔尺,用(yòng)于定位、安(an)裝換能器(qi)，基本結構(gou)如圖3、圖4所(suǒ)示。輔尺測(cè)量管徑範(fan)圍:800~2200mm,其✉️主尺(chi)測.量不确(que)定度U=0.5mm(k=2)。能夠(gòu)測量管道(dào)截面任意(yì)位置📧的外(wai)❓徑,保證換(huan)能器連線(xiàn)平行于管(guǎn)道軸心，較(jiao)好地解決(jué)換能㊙️器安(an)裝位置不(bú)精準帶來(lái)的問題,盡(jìn)可能地降(jiàng)低測量過(guò)程中🙇‍♀️的人(rén)爲影響,實(shi)用性強。


3排(pái)水設施的(de)設計
3.1檢測(cè)井的設計(jì)
　　一般情況(kuàng)下,污水排(pai)放管道及(jí)用于計量(liàng)的大口徑(jing)流量💚計均(jun)🔞置于地下(xia)。現場校準(zhǔn)需有檢測(ce)井才能正(zheng)常進✍️行。由(yóu)于外夾式(shi)超聲流量(liang)計不能獲(huò)得流體剖(pou)面的信息(xi)，并受流速(su)不對稱和(hé)流态變🥵化(huà)影響，易産(chan)生測量誤(wu)🔴差121。爲盡量(liàng)📧減小流體(ti)擾動帶來(lai)的影響，現(xian)場測量時(shí)應選取較(jiào)長的前後(hou)直管段進(jìn)行檢測，因(yin)此，檢測井(jǐng)的位置選(xuǎn)取十分重(zhong)要，一般靠(kào)近流量計(jì)的.上遊位(wèi)置.直管👄段(duàn)盡量保證(zhèng)至少前10D後(hou)5D(D爲管道公(gong)稱通徑),若(ruò)上遊存在(zài)泵或彎頭(tóu)、閥門時,應(ying)盡可能地(dì)延長直管(guan)段的距離(lí)13,控制在20D以(yǐ)🌈，上。
　　通常井(jǐng)底離管底(di)不少于0.2m,兩(liang)側井壁距(ju)管壁不少(shǎo)于1m。對于檢(jian)🔴測井🏃的長(zhǎng)度，當管徑(jìng)範圍爲DN1000~DN2000時(shí)，以FLEXIM601超聲流(liu)量計爲例(li)，配㊙️套CDK型🈲換(huàn)能器，分别(bié)采用V法和(he)Z法以及不(bú)同的聲程(cheng)🐇測量時,換(huàn)能器的安(ān)裝間距如(rú)表1所示，其(qi)範圍對應(yīng)管道内徑(jìng)約爲0.27D~1.5D.考慮(lü)現場檢測(ce)的人員活(huo)動空間，因(yīn)此檢測井(jing)長度以2D爲(wèi)宜。
3.2流量計(jì).上遊處理(li)設計
　　在排(pai)水管道中(zhong)由于管道(dao)落差較大(da)，按正常管(guǎn)道坡度無(wu)法✔️滿足設(she)計要求時(shí)，會采取建(jian)設跌水井(jing)來滿足設(she)計方🙇🏻案,同(tong)🏃🏻‍♂️時還起到(dao)穩流和排(pái)氣的作用(yong)。但若設計(ji)考慮不周(zhōu)🈲，水流經過(guò)跌水井後(hòu).上遊帶來(lai)的大量氣(qì)泡依然會(huì)存在甚至(zhi)增加，導緻(zhì)流量計無(wu)法正常工(gong)作。以長沙(shā)嶽麓某污(wu)水處理廠(chǎng)爲例，如圖(tú)5所示㊙️，該跌(die)水井尺寸(cùn)😄爲4m×3m×5m,流量計(jì)爲DN1800電✨磁流(liu)量計。.上遊(you)水源含有(yǒu)大量氣泡(pào),流速約1.2m/s,水(shuǐ)流方向如(ru)箭頭所示(shi)，從入口處(chù)直沖下遊(you)管道💛入口(kǒu),夾帶大量(liàng)新産🐕生的(de)氣泡進入(rù)測量管道(dào),導緻電磁(cí)流量♌計數(shu)據極不穩(wěn)定，外夾式(shi)超聲流量(liang)計無論采(cǎi)用V法還是(shi)Z法,均無法(fa)獲取⛹🏻‍♀️測量(liang)信号，無法(fǎ)進行校準(zhun)工作。

　　檢測(cè)人員建議(yi)污水處理(lǐ)廠對跌水(shui)井進行改(gai)造，如圖6所(suǒ)示，在井中(zhōng)部增加一(yi)道鋼制擋(dang)水闆，厚度(du)爲5mm,鋼闆采(cǎi)用Q235C鋼材,槽(cáo)鋼采用熱(re)軋普通槽(cao)鋼(型号6.3),井(jing)壁預埋件(jian)施工采用(yòng)植筋處理(li),鋼筋采用(yòng)HRB400。擋闆底部(bù)在下遊入(ru)口中心線(xiàn)位置，擋闆(pan)距離右壁(bi)約1.5m。改造後(hou)，上遊✂️水流(liu)沖擊在⁉️擋(dǎng)闆處，起到(dao)🐉了良好的(de)排氣和穩(wěn)流作用。再(zài)次測量時(shi),超聲流量(liang)計信号正(zhèng)常，被測電(dian)磁流量計(ji)示值穩定(ding),較好地解(jiě)決了現場(chang)污水的計(jì)量和流量(liang)計的量值(zhí)溯源👄問題(tí)。



3.3管道設計(ji)
　　爲保證大(da)口徑流量(liang)計正常計(ji)量，其前後(hòu)直管段、介(jiè)質滿🌈管、不(bú)能存氣等(deng)要求是需(xu)要滿足的(de)。但現場安(an)裝條件各(gè)不相同，針(zhen)對不同情(qíng)況，從正确(que)計量的角(jiao)度出發🐅,本(ben)文提💃出了(le)兩種管道(dao)鋪設及流(liu)量計安裝(zhuang)的建議,分(fèn)🏃🏻‍♂️别如圖7和(he)圖8所示。管(guǎn)道直徑爲(wei)D,跌水井長(zhǎng)度爲L，配置(zhi)擋水牆，擋(dǎng)水牆底部(bù)距井底約(yue)0.5D,牆體距離(li)右壁約0.4L,;排(pai)污排氣井(jing)爲正方形(xing),尺寸爲1.5D×1.5D.即(jí)圖示L2=1.5D.内置(zhi)😍擋水牆,擋(dǎng)🐆水牆頂與(yǔ).上遊管頂(ding)平齊，牆體(ti)距離右壁(bì)約0.4L2。
　　圖7爲場(chang)地空間較(jiào)充裕時，流(liu)量計所在(zai)的管道較(jiào)長,管👣道的(de)水平夾角(jiao)較小，約爲(wèi)5°。圖8則爲場(chang)地空間較(jiào)小時的類(lei)U型設計，流(liu)量計在底(di)部，所在管(guan)道的水平(ping)夾角約8°~10°,出(chu)👉口夾角🛀爲(wei)120°~135°。
4總結
1)本文(wen)設計的用(yòng)于換能器(qì)安裝的輔(fǔ)尺，結構簡(jiǎn)單,便于🥰攜(xie)帶，能幫助(zhù)檢測人員(yuán)提升管徑(jìng)測量和換(huan)能器定位(wei)水平，提高(gao)了測🥰量工(gong)作效率，并(bìng)通過現場(chǎng)實驗驗證(zhèng)了該方法(fǎ)良好的使(shi)用效果。該(gāi)工🐪裝的主(zhu)尺爲全鋼(gāng)材質，重量(liàng)較大,可進(jìn)一步♍研究(jiu)精簡結構(gou)和重量的(de)方法。
2)大口(kou)徑流量計(jì)的正常工(gōng)作和現場(chǎng)量值溯源(yuan)會受🏃‍♂️到安(ān)裝位⚽置和(he)上、下遊工(gong)況條件的(de)影響.這些(xie)問題需要(yao)🏃🏻在設計階(jiē)段就進行(hang)考慮并解(jiě)決,一旦施(shi)工完👈成再(zai)改進則成(chéng)本巨大且(qiě)不一定能(néng)達☀️到預期(qi)的效💯果。本(ben)文針對檢(jiǎn)測井✔️、流量(liang)計上遊處(chu)理、管道安(an)裝等三個(gè)方面提出(chū)的設計建(jian)議，可爲污(wu)水處理及(jí)水資😘源計(ji)量提供☔一(yi)定的參考(kao)。

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