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摘　要：針對大型低揚程泵站進水流道斷面形狀及流態變化復雜，難以選擇時差式超聲波流量計測流斷面的實際情況，提出可通過對進水流道進行數值模擬來確定并優化超聲波流量計換能器的安裝位置，并對換能器的安裝對數進行優化.結合南水北調東線工程寶應泵站水泵裝置模型試驗，對兩款時差式超聲波流量計與高精度水力機械試驗臺流量測試設備進行了對比測試.結果表明，兩款流量計最大相對誤差分別為1.60％和0.39％，均具有較高的測試精度，穩定性也較好，能滿足泵站現場測試的精度要求.
　　大型低揚程泵站在我國的平原地區應用廣泛，在農田灌溉排水、城市防洪、跨流域調水等方面發揮了重要作用.由于這類泵站一般帶有形狀較為復雜的進出水流道，不同運行工況下流道內的水流流動情況也很復雜，因此，利用泵裝置自身條件布置測流設備來進行泵流量測量，往往難以滿足測試設備所要求的斷面流速分布均勻或漸變流的條件，從而影響到測試精度.目前，泵站測流常用的方法有流速儀法、鹽水濃度法、五孔探針法、差壓計法等［1－5］.這些方法在測試精度、安裝的繁簡程度、測試工作量大小等方面各有特色，但至今尚沒有一種公認的既簡便可靠，又具有較高精度的測試方法.這一現狀在一定程度上影響了大型低揚程泵站的技術進步和科學管理.
　　近年來，時差式超聲波流量計測流技術有了很大的發展，并在水電站行業的現場測試中有了較好的應用.這是由于水電站一般有較長的直段輸水管道，斷面形狀較為規則，因此其流態條件較好，相對容易滿足換能器的安裝要求.但是大型低揚程泵站的情況則不相同.雖然超聲波流量計近年來在泵站現場測試中有一些應用［1］，取得了一些成果，但是仍然處于起步或探索階段.其中的難點主要是難以選擇到流速分布較為均勻的測流斷面.如果能在保證較高精度的前提下找到合適的換能器布設位置和布設方式，如果能有效地減少換能器安裝對數以降低現場測試的工作量和測試成本，則將有力地推動該技術在泵站行業的應用，并將有效地促進我國大型低揚程泵站的建設和管理水平.
　　采用兩款超聲波流量計與精度佳水力機械試驗臺流量測試設備來進行對比測試，得到其模型測試誤差，從而為提高大型低揚程泵站流量的測流精度，找到有效的方法.
1　時差式超聲波流量計測流技術
　　應用超聲波流量計常用的測量方法為傳播速度差法、多普勒法等.傳播速度差法又包括直接時差法、相差法和頻差法［6］.時差式超聲波流量計的工作原理如圖1所示.它利用超聲波換能器接收、發射超聲波，通過測量超聲波在介質中的順流和逆流傳播時間差來間接測量流體的流速，再通過流速及斷面情況來計算流量［7，8］.

2　流量對比測試
2.1　試驗臺與測試設備
　　如圖2所示，效率測試系統綜合誤差為±0.39％.該試驗臺于2001年9月通過由江蘇省科技廳組織的鑒定，并于200４年通過國家計量論證評審.試驗臺流量測試設備為ＤＮ４00型電磁流量計，標定精度為±0.197％.

2.2　換能器安裝位置
　　結合南水北調東線工程寶應泵站［9，10］水泵裝置模型試驗，模型比λ＝1∶9.833，對兩款時差式超聲波流量計與試驗臺流量測試設備進行了對比測試.流量計1采用10對換能器，流量計2采用8對換能器，安裝位置示意見圖3.兩款流量計的廠商在試驗前均進行了進水流道三維紊流數值模擬，通過計算，確定在流態相對較好的進水流道內安裝換能器，并對安裝位置進行了優化.

2.3　對比測試結果
　　試驗時以試驗臺ＤＮ４00型電磁流量計的測試值作為標準值，測試范圍為（0.795～1.163）Qｅ（Qｅ為試驗泵裝置在水泵葉片角度為0°時的最高效率點流量）.對比測試時，對每個流量點均進行了3次重復測量.表1為流量計1和流量計2單點測試數據記錄.

　　表2和表3分別為流量計1和流量計2與試驗臺流量計對比測試的誤差計算，其中絕對誤差為流量計測試值與試驗臺測試值之差，相對誤差為絕對誤差與試驗臺測試值之比，表中流量測試值均為3次測量的平均值.


　　由表1～表3可知，與試驗臺流量計實測值相比，流量計1和流量計2的誤差范圍分別為－1.60％～－0.59％及－0.39％～0.18％，最大相對誤差分別為1.60％和0.39％.兩款流量計均具有較高的精度，但流量計2的流量測量精度更高，穩定性更好.
3　結　論
　　近年來，在國內開始應用的時差式超聲波流量計，其流速測量保證精度一般為±0.5％（規則斷面）.如果將其應用于大型低揚程泵站，并在進水流道內布置換能器，通過進一步的優化，還可以達到更高的精度［7］.即使考慮到換能器安裝、過流斷面積測量等方面的因素，現場測試精度仍可望控制在±1.5％以內，可以滿足泵站現場測試的需要，采用三維紊流數值模擬方法模擬泵站進水流道內的流場，不僅可以優化超聲波流量計換能器的安裝位置，提高測試精度，還可對換能器的安裝對數進行優化，從而達到減少測試用換能器的數量、減小安裝工作量和測試費用的目的［7］.
　　時差式超聲波流量計具有安裝簡單、抗干擾能力強、阻力損失小等優點，可實現流量的在線測量，通過對大型低揚程泵站進水流道進行三維紊流數值模擬來確定換能器的安裝方式，能有效地提高流量測試精度，從而為大型低揚程泵站提供一種簡便可靠，且具有較高精度的流量測試新方法.

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