非滿管狀態(tài)流動(dòng)的水路稱作明渠(open channeI),測(cè)量明渠中水流流量的儀表稱作明渠流量計(jì)。明渠流通剖面除圓形外,還有U形、梯形、矩形等多種形狀。
水路按其形態(tài)分類,各形態(tài)如圖.1所示。ISO通常稱滿水管為封閉管道,流動(dòng)是在水泵壓力或高位槽位能作用下的強(qiáng)迫流動(dòng)。明渠流則是靠水路本身坡度形成的自由表面流動(dòng)。
明渠流量計(jì)應(yīng)用場(chǎng)所有城市供水引水渠、火電廠冷卻水引水和排水渠、污水治理流入和排放渠、工礦企業(yè)廢水排放以及水利工程和農(nóng)業(yè)灌溉用渠道。本文重點(diǎn)討論前面幾種工業(yè)和公用事業(yè)適用的流量測(cè)量方法和儀表,不包括較大型的水利工程和農(nóng)業(yè)灌溉用的流量測(cè)量方法。
國(guó)外有人估計(jì),1995年全球工業(yè)和公用事業(yè)用明渠流量計(jì)銷售臺(tái)數(shù)約占流量?jī)x表整體的1.6%,約3.5萬臺(tái);若包括較簡(jiǎn)易的堰等使用者可自行制造未向市場(chǎng)采購(gòu)的儀表,實(shí)際裝用還要多些。國(guó)內(nèi)應(yīng)用尚無估計(jì)數(shù)據(jù)。
工業(yè)和公用事業(yè)常用的明渠流量?jī)x表按測(cè)量原理大體可分為堰法、測(cè)流槽法、流速-水位計(jì)算法和電磁流量計(jì)法。
1)堰(weir)法 在明渠適當(dāng)位置裝一擋板,水流被阻斷,水位升到檔板上端堰(缺)口,便從堰口流出。水流剛流出的流量小于渠道中原來的流量,水位繼續(xù)上升,流出流量隨之增加,直到流出量等于渠道原流量,水位便穩(wěn)定在某一高度,測(cè)出水位高度便可求取流量。
2)測(cè)流槽(flume,簡(jiǎn)稱槽)法 縮小渠道一段通道斷面成喉道部,喉道因面積縮小而流速增加,其上游水位被抬高,以增加流速所需動(dòng)能(即增加的動(dòng)能由所抬高水位位能轉(zhuǎn)變過來),測(cè)量抬高水位求取流量。
3) 流速-水位計(jì)算法(簡(jiǎn)稱流速-水位法) 測(cè)出流通通道某局部(點(diǎn)、線或小面積)流速,代表平均流速,再測(cè)量水位求得流通面積,乘局部流速與平均流速間的系數(shù),經(jīng)演算求取流量。
4)電磁流量計(jì)法 又分為潛水式電磁流量計(jì)和非滿管電磁流量計(jì)兩類,后者目前國(guó)內(nèi)尚未開發(fā)。
潛水式電磁流量計(jì)是在渠道中置一擋板截流,擋板近底部開孔并裝潛水電磁流量傳感器,水流從流量傳感器流過從而測(cè)出其流量。
非滿管電磁流量計(jì)的傳感器直接在管道裝上同口徑圓形暗渠,測(cè)量流速的原理與傳統(tǒng)電磁流量計(jì)的相同,但還具備測(cè)量?jī)x表內(nèi)水位的功能,電極、磁路和測(cè)量電路則有較大差別。
3、1 堰式流量計(jì)
堰式流量計(jì)由堰和相應(yīng)的液位計(jì)組成,薄壁堰的測(cè)量原理如圖2所示,流量Q按式(1)計(jì)算。
(1) 式中 K--------流量系數(shù); |
常用薄壁堰按缺口形狀分為三角堰、矩形堰和等寬堰,它們的尺寸范圍和流量范圍分別如表1所示。堰口尺寸和表面粗糙度要求可查閱標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程ISO 1438-1,CJ/T3008.1,CJ/T3008.2,JJG771,均有具體規(guī)定。若迎流側(cè)堰口長(zhǎng)期使用后磨損成園角以及迎流側(cè)堰壁粗糙變化均會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。堰式流量計(jì)除堰板部分外,還包括相應(yīng)液位計(jì)以及堰板上游足夠長(zhǎng)的直渠段和整流段等。
表1 常用薄壁堰適用范圍
堰名稱和形狀
|
流量公式
|
適用范圍/m
|
典型流量范圍
|
||
寬度B或B×b/m
|
水頭范圍/m
|
流量范圍/(m3/h)
|
|||
Q=Kh5/2
|
B=0.44~1.0
h =0.04~0.12 D=0.1~0.13 |
0.45
|
0.04~0.120
|
1.08~15.6
|
|
Q=Kh5/2
|
B=0.5~1.2
h=0.07~0.26<B/2 D=0.1~ 0.75 |
0.6~0.8
|
0.07~00.260
|
6.6~174
|
|
Q=Kbh3/2
|
B= 0.5~6.3
b=0.15~5.0 D=0.15~3.5 ≥0.06 h=0.03~0.45 |
(0.9×0.36)~
(1.2×0.48) |
0.03~0.312
|
12.6~540
|
|
Q=Kbh3/2
|
B≥0.5
D=0.3~2.5 h=0.03~D (但,h為0.8以下且為B/4以下) |
0.6~8 h.0
|
0.03~0.8
|
21.6~40260
|
注: Q為流量;K為流量系數(shù);h為堰的水頭;B為渠寬度;b為缺口寬度;D為從渠底面到缺口下緣的高度。
堰式流量計(jì)的特點(diǎn);
1) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,一般情況下價(jià)格便宜,測(cè)量精度和可靠性好;
2) 因水頭損失大,不能用于接近平坦地面的渠道;
3) 堰上游易堆積固形物,要定期清理。
3.2 槽式流量計(jì)
槽式流量計(jì)的常用測(cè)流槽有多種形式。在渠道中收縮其中一段截面積,收縮部分液位低于其上游液位,測(cè)量其液位差以求流量的測(cè)量槽,一般稱作文丘里槽。還有適用于矩形明渠的巴歇爾槽(ParshaII fIume,簡(jiǎn)稱P槽),適用于圓形暗渠的帕爾默.鮑魯斯槽(PaImer BowIus fIume,簡(jiǎn)稱PB槽)。在歐洲文丘里槽用的較多,在我國(guó)則以P槽和PB槽居多。
(1) P槽
P槽外形如圖3所示,喉道寬從25mm至15m,已有定性尺寸。流量Q和喉道上游液位ha間的關(guān)系式中,系數(shù)C和指數(shù)n均因規(guī)格而異。P槽可以用鋼板或木版制成,也可以在現(xiàn)場(chǎng)用混凝土現(xiàn)澆。國(guó)內(nèi)已有用聚氯乙烯塑料或玻璃鋼制成的定型商品。對(duì)表面粗糙度和尺寸公差I(lǐng)SO 9826、CJ/T 3008.3和JJG 711均提出了要求。
原理上喉道存在流量上限,喉道液位hb與收縮段液位ha的比值(hb/ha稱作淹沒比)應(yīng)小于規(guī)定直,否則便成為淹沒流,且喉道應(yīng)規(guī)定最高水位。
若P槽下游側(cè)水位顯著上升(例如漲潮,匯合支流流量劇增)會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差,有時(shí)甚至無法測(cè)量,此時(shí)可在測(cè)量擴(kuò)散段水位hb后,參照J(rèn)JG 711 7.1.4~7.1.6所列圖表計(jì)算流量。
P槽流量計(jì)的特點(diǎn)是;
1) 水中固態(tài)物質(zhì)幾乎不沉積,隨水流排出;
2) 水位抬高比堰小,僅為1/4,適用于不允許有大落差的渠道。
(2) PB槽
P槽不能用于圓形暗渠,PB槽為圓形暗渠專用。PB槽原理如圖4所示,圓形斷面收縮成倒梯形喉道,喉道部產(chǎn)生射流(平均流速比水面?zhèn)鞑サ乃ㄋ俣瓤斓牧鲃?dòng)),測(cè)量上游側(cè)水位ha,求取流量Q,
(2)
式中系數(shù)C和指數(shù)n是取決于PB槽口徑和各構(gòu)件形狀尺寸的常數(shù)。倒梯形喉道的PB槽,n大約為2。 |
表2 PB槽口徑和最大流量范圍
|
注:1350 mm以上為參考值。
PB槽的特點(diǎn)是;
1) 在維持自由水面流的管渠內(nèi),管壁粗糙度等條件變化會(huì)導(dǎo)致流量值變化,而PB槽幾乎不受管壁粗糙度等條件變化的影響,測(cè)量值的長(zhǎng)期變化??;
2) PB槽的水頭損失在非滿管流儀表中屬于較小的,喉道部槽頂(crest)自清洗效果顯著,幾乎不必?fù)?dān)憂固體物的沉淀和堆積;
3) 作為渠道不發(fā)生射流的條件,PB槽上游暗渠坡度必須在20/1000以下,然而實(shí)際渠道幾乎沒有會(huì)超過該坡度者;
4) 渠道下游側(cè)水深必須小于上游側(cè)水深的85%,不能滿足條件,測(cè)量精度會(huì)下降,有時(shí)甚至無法測(cè)量。
3、3 流速-水位流量計(jì)
圖5所示是傳播時(shí)間法超聲流速計(jì)和超聲液位計(jì)組成的流速-水位流量計(jì)一例,所測(cè)流速是線平均流速,水位是測(cè)量水位和超聲液位傳感器之間的距離間接求得。也有以測(cè)量點(diǎn)流速或局部小面積平均流速(例如多普勒法超聲流速計(jì))和測(cè)量實(shí)際水位(例如壓力式液位計(jì))組成的流速-水位流量計(jì)。
流速計(jì)除超聲式外還可用電磁式流速計(jì)以及現(xiàn)在用的較少的旋杯式流速計(jì)和旋漿式流速計(jì)。
圖5所示流速傳感器的位置相距渠床高度Y通常為0.1B(B為渠寬),ISO 6418附錄A則規(guī)定了3~300m聲道長(zhǎng)度范圍內(nèi)最小的Y值。
圖6所示是流速-水位流量計(jì)信號(hào)系統(tǒng)和運(yùn)算框圖,vL是流速計(jì)實(shí)測(cè)的平均流速,vL乘上線流速修正系數(shù)KL求得流通面積A的平均流速,即=KLūL.流量Q為
(3)
式中 Kq-----流量系數(shù), Kq=AKL.
Kq的值取決于流通面積形狀(矩形、倒梯形、圓形或U形)和渠壁粗糙度。圖中水深度判斷部是判斷水位是否低于流速傳感器,若低于流速傳感器則保持在此之前的流速信號(hào),使之能繼續(xù)運(yùn)算。
測(cè)量“點(diǎn)流速”的流速-水位流量計(jì)要引入點(diǎn)修正系數(shù)Kp,即實(shí)測(cè)點(diǎn)流速與流通截面積平均流速之比。圖7和圖8分別是矩形渠和圓形渠的點(diǎn)修正系數(shù)例,圖中Yp是流速檢測(cè)位置離渠床的高度,B為矩形渠寬幅,D為圓形渠內(nèi)徑,H為水深,n為渠壁粗糙度。
流速-水位流量計(jì)的特點(diǎn):
1) 渠道截面形狀不限于矩形,圓形、倒梯形或U形均適用,流量范圍度寬。
2) 水位離渠床距離從接近零到滿位均能測(cè)量。暗渠即使達(dá)到滿管,壓力顯著增加時(shí)還能測(cè)量。
3) 由于從流速和水位二個(gè)信號(hào)求取流量,即使在受背壓狀態(tài)下流動(dòng),也能測(cè)量;同樣也可測(cè)逆向流(多普勒法流速計(jì)則應(yīng)注意,因型號(hào)而異)。
4) 幾乎不會(huì)發(fā)生固形物堆積現(xiàn)象。超聲流速計(jì)和超聲液位計(jì)不會(huì)阻礙流路,其他型式流速傳感器和液位傳感器尺寸亦相對(duì)較小,對(duì)流路阻礙也很小。
5) 對(duì)于已有渠道安裝容易,不需改造渠道工程。
6) 易受來流流速分布影響,測(cè)量場(chǎng)所上下游要有足夠長(zhǎng)的直渠渠道。
3、4 潛水式電磁流量計(jì)
潛水式電磁流量計(jì)需在渠道中置一擋板截流,在擋板底部裝上潛水電磁流量傳感器,如圖9所示。擋板截住渠道,迫使水流只能從流量傳感器中流過,以較原來高的流速通向下游,從而抬高檔板上游的水位,產(chǎn)生擋板上下游水位差h,此水位差的勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)榱魉?upsilon;的動(dòng)能,即
(3)
式中 K-----系數(shù);g-------重力加速度。
潛水式電磁流量計(jì)工作時(shí),液體流動(dòng)狀況屬于淹沒孔口流,孔口流出速度與孔口在自由表面下的沉沒深度無關(guān),僅取決于上下游的水位差。也就是說,流量測(cè)量值與流量傳感器(或分流模型)安裝位置無關(guān),但要求盡可能低,使之運(yùn)行過程中始終處于淹沒流狀態(tài)。 通過流量傳感器的流速一般為2~3.5m/s, 上游抬高水位在100~300mm之間。 在流量較大而又不能用較大口徑流量傳感器時(shí),為了避免水位差過大,可以用如圖10所示分流模型來擴(kuò)大流通能力。分流模型的流通通道形狀尺寸與流量傳感器完全一樣。n個(gè)分流模型和一臺(tái)傳感器一起安裝在擋板上并用,實(shí)際總流量即為傳感器實(shí)測(cè)流量乘上(n+1)倍。不同流量和允許水位差條件下流量傳感器口徑和分流模型臺(tái)數(shù)選配如表3所示。 |
通過流量傳感器的流速一般為2 ~3.5m/s,上游抬高水位在100~300mm之間。
在流量較大而又不能用較大口徑流量傳感器時(shí),為了避免水位差過大,可以用如圖10所示分流模型來擴(kuò)大流通能力。分流模型的流通通道形狀尺寸與流量傳感器完全一樣。n個(gè)分流模型和一臺(tái)傳感器一起安裝在擋板上并用,實(shí)際總流量即為傳感器實(shí)測(cè)流量乘上(n+1)倍。不同流量和允許水位差條件下流量傳感器口徑和分流模型臺(tái)數(shù)選配如表3所示。
表3 潛水式電磁流量傳感器和分流模型選擇
|
潛水式電磁流量計(jì)的特點(diǎn):
1) 無活動(dòng)件,可測(cè)量含有固體顆粒或懸浮體的液體。
2) 可使用于受潮水等形成下游側(cè)水位變化的渠道。
3) 因設(shè)置擋板截流,測(cè)量與渠道形狀和上游直渠道狀況無關(guān)。
4) 水頭損失比較大,流量傳感器內(nèi)必須保持滿管流。
5) 擋板前會(huì)有一定程度固形物堆積,要定期清理。
3、5 常用液(水)位計(jì) 堰式、槽式、流速-水位式流量計(jì) 均需配用相應(yīng)的液(水)位計(jì)。明渠流量計(jì)常用的液位計(jì)有浮子式、電容式、壓力式和超聲式。 浮子式液位計(jì)在槽(或堰)的水位測(cè)量點(diǎn)經(jīng)導(dǎo)水管通至靜水井(見圖11),液位計(jì)的浮子在靜水井內(nèi)隨著水位變化而升降,通過液位計(jì)內(nèi)凸輪機(jī)構(gòu)將液位-流量的指數(shù)函數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)換成流量。 電容式液位計(jì)是測(cè)量棒形電極外套絕緣套管,與液體為另一電極的電容量來檢測(cè)液位的。電容式液位計(jì)有液位比例輸出型和液位函數(shù)輸出型兩類,前者如用于堰槽還需配用相應(yīng)的函數(shù)轉(zhuǎn)換器使之線形化,后者的絕緣套管按照堰(或槽)的液位-流量特性函數(shù)輸出設(shè)計(jì)成特殊形狀。 應(yīng)用于明渠流量測(cè)量的壓力式液位計(jì)有壓力式水深儀、吹氣式液位計(jì)和小型壓力傳感器三種。 壓力式水深儀如圖11一例,置與堰上游明渠底部,測(cè)量水壓變化推導(dǎo)水位變化。波紋管受壓壓縮,與其相連的差動(dòng)變壓器鐵芯一起產(chǎn)生位移,經(jīng)差動(dòng)變壓器轉(zhuǎn)換成電信號(hào),經(jīng)轉(zhuǎn)換器運(yùn)算后輸出流量信號(hào)。 |
吹氣式液位計(jì)如圖12所示,將一根吹氣管插入堰槽等上游水位測(cè)量位置的渠內(nèi),以略大于最大流量時(shí)水頭的空氣壓力,連續(xù)以恒定流量60~100L/h)送入空氣,吹出氣泡,空氣壓力隨水位而變,測(cè)得空氣壓力即可求的得水位。
本儀表安裝簡(jiǎn)便,適用于較污臟液體。但需要鋪設(shè)供氣管道和日常供氣氣源,帶來不便。
超聲液位計(jì)是測(cè)量超聲波從超聲傳感器(換能器)以一定的速度發(fā)射經(jīng)氣-液界面反射回到換能器的時(shí)間,以求取水位的液位計(jì),稱之氣介式液位計(jì),圖5所示即為其使用安裝例。用于明渠流量測(cè)量的超聲液位計(jì)除氣介式外,還有如圖13所示在液體中傳送超聲波經(jīng)液-氣界面反射的液介式液位計(jì),超聲傳感器置于水中。氣介式為非接觸液體測(cè)量,適用于有污濁物和腐蝕性液體,但液位存有泡沫等會(huì)影響液位測(cè)量值;液介式不適用于含有固相雜質(zhì)的液體,但比氣介式受溫度變化影響小,超聲波波長(zhǎng)為氣介式的1/5,分辨力和測(cè)量精度較高。
4、1 概述
針對(duì)城市供水引水渠、工業(yè)引水和排水渠、污水治理渠道等流量測(cè)量特點(diǎn),應(yīng)考慮以下因素選擇合適的測(cè)量方法。
1) 水路大小和形狀,流速范圍,最大流量和最小流量;
2) 測(cè)量精確度要求;
3) 流量計(jì)設(shè)置場(chǎng)所和環(huán)境條件;
4) 液體狀況,潔凈程度,含有固相濃度,腐蝕性;
5) 現(xiàn)場(chǎng)允許落差(或升高水位)和渠道坡度;
6) 與液體接觸的儀表零部件材料;
7) 選用超聲流速計(jì)和電磁流速計(jì)時(shí)要分別對(duì)液體濁度或電導(dǎo)率作調(diào)查,其要求可參照超聲流量計(jì)和電磁流量計(jì)要求。
4、2 估算渠道流量和抬高水位
對(duì)于新建單位可通過工藝流程計(jì)算渠道流量與擬安裝位置,再選定儀表規(guī)格。對(duì)于老企業(yè)添置儀表要估計(jì)既有渠道流量和確認(rèn)儀表上游允許升高水位;即確定流量?jī)x表規(guī)格和流量范圍,要取決于渠道峰流量和允許升高水位兩個(gè)因素。
(1)估計(jì)峰流量
通常有投浮子法和日排放量估算法兩種方法。
1) 投浮子法 既有明渠可采用投浮子法測(cè)定和估算流量。選定在最大流量時(shí),兩人距離L(20~50m)立于直渠道旁,上游一人投放浮子(一般是木制圓片),下游一人在投放木片的瞬間啟動(dòng)計(jì)時(shí),當(dāng)浮子到達(dá)時(shí)停止計(jì)時(shí),得時(shí)間t,求出渠道表面流速υ m/s(υ=L/t) 。再測(cè)出渠道流通截面積Am2,便可從式(5)估算流量Q
(7)
式中 K---------修正系數(shù),因表面流速大于平均流速,一般取0.84~0.90.
2)從日排放量Qd估算峰流量Qp 在沒有條件用投浮子法或新建系統(tǒng),可采用實(shí)際(或設(shè)計(jì))的排放量來估計(jì)峰流量,估算公式如式(6)或(7)
(6)
(7)
式中 Ku------不均勻系數(shù),如為均勻連續(xù)排放,可取1.1~1.2;
H -------每天集中排放累計(jì)小時(shí)數(shù),如為不均勻連續(xù)排放,則按集中排放小時(shí)計(jì)算。
(2) 確定抬高水位
除流速-水位流量計(jì)和非滿管電磁流量計(jì)外,渠道安裝流量計(jì)后其上游均要抬高水位。對(duì)于新設(shè)計(jì)的渠系可按測(cè)量流量范圍和周邊環(huán)境條件全面考慮確定升高水位高度。對(duì)于現(xiàn)有渠道在選定流量計(jì)時(shí),要考慮上游渠系水位抬高后的影響(如水位是否會(huì)漫溢出渠道),然后再按確定的水位升高高度和峰流量值選定儀表規(guī)格。
4、3 渠用流量?jī)x表適用范圍和性能比較
常用渠用流量?jī)x表適用范圍和性能比較歸納如表4。
表 4 渠用流量?jī)x表性能比較
測(cè)量方法 比較項(xiàng)目 |
堰法(薄壁堰)
|
P槽法
|
PB槽法
|
流速-水位法
|
潛水電磁法
|
適用渠道
類型 |
明渠
|
明渠
|
圓形暗渠
|
明渠、暗渠
|
明渠、暗渠
|
流量檢測(cè)
結(jié)構(gòu)特征 |
渠道要截流,檢測(cè)件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 | 渠道一段要裝入槽,檢測(cè)件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 | 渠道一段要裝入槽,檢測(cè)件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 | 不必改動(dòng)渠道,流量檢測(cè)要用流速計(jì) | 渠道要截流,檢測(cè)件為本體,分流模型擴(kuò)大流量 |
檢測(cè)儀表
|
液位計(jì) | 液位計(jì) | 液位計(jì) | 流速計(jì)+液位計(jì) | 本儀表直接測(cè)量 |
渠寬、喉寬或口徑
|
渠寬: 450-8000 |
喉寬:25-240 (15200) |
口徑:150-1800 (3000) |
渠寬:300-1000 口徑:300-500 |
口徑:500-400 (600) |
流量或流速范圍
|
15-40000m3/h 三角堰 小流量 矩形堰 中流量 等寬堰 大流量 |
30-15000 (33000)m3/h |
20-12000 (4200)m3/h |
流速:0-20m/s | 10-5000m3/h |
測(cè)量精確度誤差/(%FS)
|
1-3
|
3-5
|
3-5
|
3-5
|
單獨(dú)傳感器:1.5 帶分流模型:2.5 |
流量范圍度
|
(10-20):1
|
(20-30):1
|
(20-30):1
|
(20-100):1
|
10:1 |
抬高水位/mm
|
200(120)-80
|
75-200
|
口徑的
(1/20-1/30) |
無
|
100-500 |
上游側(cè)固態(tài)物是否沉積和排泄程度
|
會(huì)沉積,不會(huì)排泄,要定期清除 | 不會(huì)沉積,隨物排泄 | 不會(huì)沉積,隨流排泄 | 不會(huì)沉積,隨流排泄 | 會(huì)沉積,能部分隨流排泄 |
上游直渠段長(zhǎng)度要求/mm
|
1500-24000(其中整流流部690-12000) | 300-20000 | 上游側(cè):≥(5-10)倍的口徑 下游側(cè):≥2倍口徑 |
上游側(cè):≥(10-15)倍渠道(或口徑) 下游側(cè):≥5倍渠寬(或口徑) |
|
對(duì)液體的
要求 |
無特殊要求
|
無特殊要求
|
無特殊要求
|
傳播時(shí)間法超聲流速計(jì);濁度≤5000mg/L多普勒法超聲流速計(jì):濁度60-5000mg/L | 液體導(dǎo)電率≥10-4s/cm測(cè)量廢水、下水不存在問題 |
各類儀表的特點(diǎn)前文已有所論述,現(xiàn)在做綜合比較。
1)水頭損失或上游側(cè)抬高水位 流速-水位法沒有因測(cè)量帶來水頭損失,其余幾種方法渠道均要被截流或裝入一段流量檢測(cè)件段,抬高上游水位。潛水電磁流量計(jì)由于可裝分流模型,升高水位可比較靈活地選擇。
2) 安裝方便性 流量檢測(cè)件本身和安裝以槽最為復(fù)雜,堰和潛水電磁流量傳感器相對(duì)簡(jiǎn)單。
對(duì)已有渠道改造,安裝流量檢測(cè)件時(shí)挖掘工程量大,特別是暗渠要設(shè)置檢查井(陰井),往往成為否定選用方案的原因。
除潛水電磁法外,其他各類方法均有直渠道要求,這給選擇測(cè)量點(diǎn)位置帶來許多制約條件。
本節(jié)僅就堰式、槽式和流速-水位式流量檢測(cè)件的安裝要求做些說明,各種液位計(jì)、壓力傳感器和潛水電磁流量傳感器則參閱有關(guān)資料。
5、1 堰式流量計(jì)
堰板上游水路要設(shè)置整流段、整流裝置段和導(dǎo)流段,尺寸要求如圖14所示。若不設(shè)置整流裝置,則整流段的長(zhǎng)度L1應(yīng)為渠寬(B)10倍以上。
畫圖
圖14 堰上游整流裝置水路
導(dǎo)流段的儲(chǔ)水容量應(yīng)盡可能大,導(dǎo)流段的寬度和深度可以比整流段大些,導(dǎo)流段的側(cè)壁高度應(yīng)比整流段側(cè)壁高些,以防止水位上漲溢出。整流裝置段的寬度和整流段相等,側(cè)壁高度則與導(dǎo)流段相等。
整流段底部水平面要求與側(cè)面垂直,充滿水后不變形;軸線應(yīng)為直線,寬度要大體一致。
畫圖
圖15堰板安裝位置
堰板應(yīng)按圖15所示垂直安裝在支板上游側(cè)面,為防止下游側(cè)支板干擾水舌正確流動(dòng),支板必須低于堰口與水平線向下成450角的平面以下。
畫圖
圖16 下游側(cè)水面影響
為防止下游側(cè)水面影響,堰板下游水位應(yīng)低于零水位(即堰缺口)150mm,如圖16所示。若下游水位上升要影響自然落下的水流,就不能準(zhǔn)確測(cè)量流量。因此要事先調(diào)查下游側(cè)水位。
須為清除堰板上游堆積物提供條件。用于下水道或污水排放時(shí),液體中沉淀物堆積改變尺寸D(見圖14)從而影響流量系數(shù),且堵塞整流裝置,破壞正常流速分布,因此須為清除堆積物提供條件。
5、2 P槽流量計(jì)
流入側(cè)水路的流速分布要影響測(cè)量精度,因此要注意以下各點(diǎn)。
1) 要有一段截面積不變的直渠道。在急彎道或與支路匯合產(chǎn)生局部混合流動(dòng)時(shí),至少要有5~10倍喉寬長(zhǎng)度的直渠道,盡可能更長(zhǎng)些。
2) 渠道與槽本體連接部位底平面要有1:4斜率,側(cè)壁要有曲率半徑為2倍以上最大流量水位高度的曲面,或與中心線成450傾斜的平面。
3) 如渠道某處產(chǎn)生水力學(xué)水躍現(xiàn)象時(shí),槽體應(yīng)遠(yuǎn)離該處,至少應(yīng)裝在有30倍最大流量水位高度距離的下游。
4) 為改善流動(dòng)條件,可在水位測(cè)量點(diǎn)上游10倍最大流量水位高度的距離設(shè)置整流板。
5) 設(shè)置槽體后渠道上游水位升高,注意防止水溢出渠道,必要時(shí)按現(xiàn)場(chǎng)條件挖深渠道或加高渠側(cè)壁。
流出側(cè)水路要注意勿使其產(chǎn)生淹沒流或逆向流,注意清除堆積物。
槽本體內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)要注意以下兩點(diǎn)。
1) 喉道處的流動(dòng)必須是臨界流。為滿足喉道段水位hb和收縮部水位ha的比值(即淹沒比)符合規(guī)定直,槽頂要有一定高度。并且停止流動(dòng)時(shí)流出端水位不超過槽頂。
2) 要檢查和確認(rèn)安裝后狀態(tài)和尺寸;
• 收縮部底面(即槽頂)的水平;
• 喉道兩側(cè)平行度和垂直度;
• 渠道中心線和槽本體流動(dòng)方向中心的一致性。
液位計(jì)安裝要注意以下各點(diǎn);
1) 直線測(cè)量 水位測(cè)量位置應(yīng)在槽本體中心線和導(dǎo)水口垂直交點(diǎn),安裝時(shí)液位計(jì)應(yīng)盡量接近該點(diǎn)。
2) 間接測(cè)量 間接測(cè)量需設(shè)靜水井和導(dǎo)水管,應(yīng)注意以下事項(xiàng):
• 靜水井應(yīng)盡可能靠近槽本體垂直安裝,靜水井底部應(yīng)低于槽頂;
• 為清除靜水井底部沉積物,應(yīng)設(shè)排污閥和沖洗用水管;
• 導(dǎo)水管內(nèi)徑原則上為20~50mm,導(dǎo)水管距離較長(zhǎng)時(shí)應(yīng)選擇較大內(nèi)徑。
3) 零點(diǎn)設(shè)置 液位計(jì)的零點(diǎn)應(yīng)以槽頂為設(shè)定零點(diǎn)。
5、3 PB槽流量計(jì)
PB槽流量計(jì)安裝在圓形暗渠檢查井內(nèi)時(shí)。安裝和維護(hù)應(yīng)注意以下事項(xiàng)。
1) 下井安裝時(shí)要充分考慮缺氧和有害氣體,采取必要措施。
2) 安裝槽本體時(shí)喉部槽頂(即底面)要保持水平位置,傾斜安裝會(huì)影響測(cè)量精度;
3) 上游側(cè)至少要有5~10倍槽名義口徑的直管段。
4) 若下游側(cè)有阻礙物或漲落潮會(huì)形成逆流時(shí),PB槽槽頂高度應(yīng)高于下游側(cè)水位高度。
5) 槽體和暗管連接處用環(huán)氧系材料等充填,勿使泄漏。
6) 若槽進(jìn)口部有砂土等固形物堆積時(shí),應(yīng)及時(shí)清理。
5、4 流速-水位流量計(jì)計(jì)
圖5所示為傳播時(shí)間法超聲流速計(jì)和超聲液位計(jì)組成的流速-水位流量計(jì)按裝例。流速傳感器的檢測(cè)位置通常離渠底距離為0.1B(B為槽寬)。流量計(jì)安裝位置應(yīng)避免選擇在臨近流速分布擾動(dòng)源的下游,要求有足夠長(zhǎng)度直渠段。
版權(quán)所有 Copyright(©)2009-2011 江蘇力科儀表有限公司
電話號(hào)碼:0517-86909222 商務(wù)熱線:15305232668 傳真:0517-86909221
地址:江蘇省金湖縣工業(yè)園
技術(shù)支持:易品網(wǎng)站建設(shè)專家 蘇ICP備13047422號(hào)-2