交叉多声路超声波法在泵站测流中的应用

涂小强

（中国灌溉排水发展中心水机现场检测站，山西 运城 044000）

交叉多声路超声波法在泵站测流中的应用

涂小强

（中国灌溉排水发展中心水机现场检测站，山西 运城 044000）

为提高测量精准度，避免因渠道敞开、过流量大的影响，提出采用多点多线布置的流速仪法测量。简述了交叉多声路超声波法在泵站现场明渠流量测量中的应用过程，得出该方法在明渠测流方面具有精度高、操作性及可靠性强等优点。该试验结果对研究明渠测流方法具有一定的参考价值。

交叉多声路；超声波法；现场测流；泵站

目前在泵站现场测试中，泵站机组流量的精确测量难度很大，大断面明渠流量测量因受渠道敞开、过流量大特点的影响，一般都采用多点多线布置的流速仪法测量。在我国诸多泵站测流中，超声波测流往往应用在封闭式的管道测流条件中，而在大断面明渠流量测量中的运用较少。此次现场明渠测流结合实际情况，选用交叉多声路超声波法测流，具有精度高、操作性强等优点，可为明渠测流提供参考。

1 泵站现场测流意义

泵站现场流量测试可为泵站提供最为重要的基础技术支撑，通过现场测量流量等技术参数，获取该机组的实际流量与扬程、功率及水泵效率等性能参数方面的各类关系曲线，检验该机组性能是否满足实际需求和设计标准，这既是新建泵站机组验收的重要依据，也是评价泵站在节能降耗、优化经济运行方面的可靠依据。

2 流量测量原理

液体的流动速度与超声波在液体中的传播速度存在一定关系。当液体的流动速度不同时，顺液体流向和逆液体流向发射的超声波速度也会相应不同，运用这种变化关系研究液体流速。

在渠道两侧内壁水面以下某位置，水平相对斜向安装一对AB超声波探头换能器，其声路长为L，水流方向与换能器声路之间的夹角为β，超声波在静止状态水中的传播速度为V，水流平均速度为ν，顺流和逆流的传播时间S1，S2分别为：整理得L和β由现场实测测得，因此只要求得S1，S2，即可算出液体流速，运用速度面积法最终求出通过整个断面的液体流量。

3 交叉多声路超声波法现场测流

改造新建的海口引排水泵站位于佛山市禅城区西侧，是集防洪、排涝与引水等为一体的中型水利工程。该工程共安装机组4台，其中安装1 400 kWZLB5.4-5.8型轴流泵2台，配套2台500 kW同步电动机，设计排涝流量10.58m3/s，安装潜水轴流泵2台。

根据泵站现场实际条件，采用美国Accusonic技术公司的7510－P8型明渠超声波流量计在泵站进水流道测量水泵流量，仪器精度0.21级。进水流道为矩形流道，渠宽11.8m。根据泵站实际可能运行水位，并最大限度消除横流对流量测量的影响，采用交叉四声路布置测量水泵流量。

换能器位置确定：依据流量计销售公司提供的资料，按照换能器声路高程布置原则进行，先取底层（path1，path5）和顶层声路（path4，path8）位置，其余声路（path2，path3和path6，path7）均匀布置，以所有声路全部位于水下工作时精度最高。

明渠底层换能器高程与顶层换能器高程确定：底层声路距离渠底（或顶层声路距离明渠液面）的最近安装距离有一定限制。当声路离底层反射面（或顶层反射面）足够近时，检波器无法识别信号。底层声路距离渠底反射面（或顶层声路距离明渠液面反射面）最小间距h与工作频率f和声路长L存在以下关系：h≌其中Vs为流体中的声速。此次现场测试换能器工作频率f为500kHz，水中声速Vs为1400m/s，由此得出最小间距h不小于，即h≥0.155m。

综合考虑泵站现场机组最低可能运行水位，换能器安装技术参数见表1。

表1 换能器安装技术参数

流量测量计算所需水位值通过在过流断面对称布置2台MPM426W型液位变送器测得，并在液位传感器测点安装稳压筒以消除水面波动对测量精度的影响，精度0.1级，断面尺寸由钢卷尺测量所得。

4 流量测试成果

根据泵站生产运行条件和外江水位情况，本次对每台机组均采取不同运行工况点进行测试，并使工况点分布间隔均匀，尽可能覆盖机组可能运行的范围。其中对2号排水机组测取了8个不同运行工况点，2号机组现场部分检测数据及结果见表2。

5 成果分析

第一，本次各参数测试均在水泵工况调节稳定后同步进行，并根据测试规程要求进行多次同精度重复测量，测试中流量计的稳定性和测试结果的重复性较好，8个工况的流量测量不确定度均保持在1.3%左右，符合《泵站现场测试与安全检测规程》中流量测量的不确定度不应大于3.5%的规定。

第二，超声波流量计测试安装方法优于多点多线布置的流速仪法，对水泵测流断面水流流态基本无影响，测试可靠性高。

第三，通过此次测试，全面了解了该泵站机组的运行性能，为泵站在今后的运行管理方面提供了重要的技术支持。

表2 2号机组现场部分检测数据及结果

6 结语

自2006年全国大型泵站更新改造项目开展以来，发现了泵站在灌溉排水方面存在效能低下等诸多亟待解决的问题。作为机电灌溉排水行业，必须增强全民节能降耗意识，大力普及宣传节能降耗知识，定期分批次开展泵站现场检测，为我国泵站降低运行成本、优化运行结构及节能降耗提供可靠依据，不断提高泵站运行效益。

TV675

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1004-7042（2016）03-0048-02

涂小强（1986-），男，2009年毕业于西安理工大学测控技术与仪器专业，助理工程师。

2016-01-16；

2016-02-19