1 引言
绍兴市小舜江输水工程是国内首家运用抽水蓄能原理[1][2]供水,工程依次由取水口汤浦水库(正常蓄水位32m)、取水隧洞、提水泵站、出水隧洞、达郭调节水库(最高调节水位70m;最低调节水位65m)和输水隧洞等几部分组成。泵站共装有4台机组,离心泵型号:YJG48-20I、设计流量5.3m3/s、设计扬程57m、泵中心高程为10m、现供水规模达到50万t/d。其中引水系统采用一管四机的布置形式,即由1条取水隧洞在泵站前分成4条支管进入泵站,经过水泵后又合并成1条出水隧洞。进水总管径φ3500 mm,进水支管径φ1800mm,出水总管径φ3500mm、出水分支钢管直径φ1600mm。对于这样的高压大口径管道的计量与低压中小管径流量的计量相比有许多特殊性,因此流量计选型不正确,就会造成测量不准,我公司多方面因素考虑选用了南瑞公司生产的UF-911型多路超声波流量计。
2 UF-911超声波流量计工作原理及特点[3]
UF-911超声波流量计主要采用时差法测流速,如图1所示,在上下游分别布置有2只换能器P1和P2。其间距为L,流体流速为V,C为室温下静水中声速。在水流的作用下,声波沿正向传播所经历时间(T2)比逆向传播所经历的时间要小(T1)。
正向传播时间分别可以表示为:
V=流体速度
L=声路长
θ=声波路径与流向的夹角
C=静水中的声速
由上述两式可以导出在1条声路上的流速表达式:
对于直径较大的圆管,流态复杂多变,为了提高测量精度一般采用多声路的布置方式,根据IEC规程,可采用2、4和8声路,将各声路上的流速对测量断面进行积分,得到通过测量断面的流量,并有:
其中:D=管道直径
n =测量断面上的声路数
Wi=第i路上的加权系数
Vi=第i声路上的线平均流速
UF911流量计性能特点:能测特大流量,最大管径可15米;测量精度高,对于有压管道其测量精度可达成±0.5%;对直管段长度要求低,在弯管附近也能进行高精度测量。自动化程度高;通用性强,并且可以根据管路条件及对测量精度要求,可采用2、4或8声道任意组合。
3 流量计的选择
面对从多类型的流量计,即使同一类型流量计也有许多种类,用户要根据实际情况和测量需要合理确定一款流量计。
⑴ 由于出水总管φ3500mm,管径较大,可排除涡流流量计及转子流量计,如选择电磁流量计或差压流量计可能对精度会有所影响,因管径已到的极限值。又由于4#泵出口分支管路直管短较短,长度(从检修阀到弯管之间)仅为3800mm,宜选用超声波流量计。
⑵ 在运行时要求计量累积流量值和工况点流量值,必须要求量程比无限大或超大,同时要时刻观察泵的工况点流量(瞬时)必须要求流量计具有在线功能,只能选择超声波流量计。
⑶ 汤浦水库水质符合于国家二类饮用水标准,水质干净,故不能选用多谱勒式超声波流量计,同时管径较大,如选择管道式超声波流量计,成本会成倍增大。
综合上述,同时考虑泵站的监控系采用南瑞集团EC2000,考虑实际维修性及性能特点,最终选项由南瑞集团公司生产的时差法多路超声波流量计。
4 系统配置及说明[3]
UF-911流量计由电子插箱,换能器和电缆组成,并含有打印机接口和串行通讯接口及模拟量输出接口。
换能器成对安装于被测流道上,每对换能器面对面地构成一个声路,通过其内部压电晶体的电声转换效应来测量声波在两个换能器之间流体中的传播时间,可根据不同的流道条件配置不同类型的换能器。
电子插箱由一台控制箱及一至数台扩展机箱组成。连接换能器的信号电缆接在扩展机箱上,控制机箱和扩展机箱之间用专用的信号电缆连接。控制箱由一台一体化工业控制PC机和内部的收发讯控制MCS196单片机模块等组成,主要完成流量的计算,显示及输入输出。扩展机箱实际上是一组多路转换器,它在控制箱控制下依次将各个声路的换能器切换到控制箱,进行各声路声波正向传播时间的测测。
UF-911流量计采模块化软件,预装在主机中,开机自动运行,退出时自动关机。
5 安装方式
根据小舜江流道条件选用插入式换能器,适用于暴露的钢管,彻底消除管衬、结垢及管壁对超声波信号衰减的影响,测量稳定性更高,同时由于有专门的换能器安装座,更换时不影响管道的正常工作。
为了保证测量的精度,要求精度不能低于1%,同时管路口径较大,换能器布置形式采用交叉8声路布置。
6 结束语
UF-911流量计实际使用表明具有许多优点:由于选用插入式换能器可做到非接触测量;为无流动阻扰测量,无压力损失;精确度和稳定高,特别适用其于大口径管路的液体测量,应该具有广阔的应用前景。
参考文献:
[1] 沈荣根.抽水蓄能供水设计与实践[J].中国给水排水 2003,(10):87-89.
[2] 陈听杰,童秀华.利用抽水蓄能提高企业供水效益[J].电力需求侧管理2005,(5):44-45.
[3] 南瑞集团公司自动控制分公司.UF-911型超声波流量计使用说明书[Z].2003.
作者简介:陈培兴(1974—),男,工程师,从事大型水泵的安装与检修。