[導(dǎo)讀] 肩述了超聲波流量計測量原理，結(jié)合江都三站現(xiàn)場測試，得出超聲波流量計測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，可信度高，比較適合于低揚程大流量泵站現(xiàn)場測試。超聲波流量計的成功應(yīng)用，對掌握大型泵站機組性能以及泵站運行管理將起到積極推動作用。
低揚程大流量泵站由于進(jìn)出水河道的開敞性、進(jìn)水流道不規(guī)則性等現(xiàn)場條件的限制，使得水泵機組的流量測定最為復(fù)雜，成為泵站現(xiàn)場測試中的1個難點。
隨著測試技術(shù)的不斷發(fā)展，測流方法和測流設(shè)備不斷推出，常用方法有流速儀法、差壓法、鹽水濃度法、ADCP法、超聲波流量計法等[1]。其中，超聲波流量計法具有不影響流態(tài)、無壓力損失，測流精度高，可靠性高等特點，比較適合于低揚程大流量泵站現(xiàn)場測試。
江蘇省水利廳新引進(jìn)了2套美國ACCUSONIC公司生產(chǎn)的Model7510P型便攜式多聲路超聲波流量計，隨后在我處江都三站8號機組進(jìn)行了現(xiàn)場測試，現(xiàn)將測試原理、方法及測試數(shù)據(jù)介紹如下。
1 超聲波流量計測量原理
超聲波流量計的測量原理利用了超聲波在液體中的傳播特性。當(dāng)被測液體靜止時，對換能器（超聲波探頭）發(fā)出的超聲波信號沒有影響；當(dāng)有流速時，由于液體的流動使得超聲波的傳播時間產(chǎn)生微小變化，這個微小的變化信號與液體流速有關(guān)[2]。
Model7510P型超聲波流量計采用的是時差法。如圖1所示，超聲波在靜止液體中的速度為c，當(dāng)液體流速為v時，順流、逆流的傳播時間T1、T2分別為：
（1）
式中：S為換能器距離；v為被測液體流速；α為流道軸線與換能器聲路之間的夾角。
求得： （2）
圖1 原理示意圖
式中為常數(shù)，所以只需精確測出超聲波在液體中順流、逆流的傳播時間T1、T2就可以求出出液體的流速，使用速度面積法進(jìn)行積分即可求得流量。
2 超聲波流量計的安裝
換能器的安裝是整個測流系統(tǒng)安裝中的關(guān)鍵。江都三站機組進(jìn)水流道分左右孔，中間為支墩。所以在2個進(jìn)水孔中分別安裝一套超聲波流量計傳感器。每孔安裝8個聲路共16個換能器，換能器電纜經(jīng)流道進(jìn)人孔引出。
2.1 確定換能器聲路角度
確定流道孔的進(jìn)水、出水?dāng)嗝?，取其中點連線作為JD-2激光經(jīng)緯儀的騎軸線，分別將經(jīng)緯儀水平盤調(diào)為65°、115°、245°、295°4個角度，打開經(jīng)緯儀激光，轉(zhuǎn)動經(jīng)緯儀豎盤，在流道邊壁上的4條豎線即為換能器的安裝位置，如圖2所示。
圖2 換能器角度定位示意圖
2.2 換能器高程確定
實測左右孔進(jìn)水、出水?dāng)嗝娴母叨热绫?所示。
表1 左右孔進(jìn)水、出水?dāng)嗝鎸崪y高度
根據(jù)表2中ACCUSONIC公司提供的安裝資料，確定每列換能器的高程。
表2 換能器安裝高度計算公式
安裝好的換能器分布如圖3所示。
圖3 換能器分布圖
2.3 安裝注意事項
（1）安裝時使用環(huán)氧聚酯板作為換能器支架，固定在流道內(nèi)壁上，再將換能器按高程位置安裝在環(huán)氧支架上，便于加工固定；
（2）每個換能器帶有一根專用電纜，敷設(shè)前必須對電纜和換能器對應(yīng)編號，以免混淆；
（3）換能器固定后，還應(yīng)用激光瞄準(zhǔn)工具將每對換能器發(fā)射方向精確定位，然后才能所僅換能器發(fā)射面。
2.4 無水測試
換能器安裝后，必須對進(jìn)行無水測試，檢測換能器性能及電纜連接。具體方法是：輕輕敲擊換能器發(fā)射面，在相應(yīng)電纜的另一側(cè)用萬用表交流200mV檔位檢測電壓是否有波動，正常情況下應(yīng)有電壓輸出。
3 江都三站現(xiàn)場測試
3.1 江都三站簡介
江都三站于1968年建成，是南水北調(diào)東線龍頭江都水利樞紐主力泵站之一。該站裝有10臺ZL13.5-28型立式可逆全調(diào)節(jié)軸流泵，配用1600kW可逆電動/發(fā)電同步電機，單機設(shè)計流量13.5m3/s，設(shè)計揚程8m。至2006年底，單機累計運行時間76000～86000h，共抽水363億m3，發(fā)電7699萬kWh。
3.2 測試方案和數(shù)據(jù)
通過江都樞紐的江都站、江都西閘、江都東閘、芒稻閘、運鹽閘、邵仙閘的聯(lián)合運用，控制江都站上下游水位，保持抽水站上游水位在6.8m，調(diào)節(jié)控制下游水位在-0.2～1.4m范圍內(nèi)，對水泵機組5個不同水泵葉片角度的10個工況點進(jìn)行測量，同時記錄電機功率、上下游水位、機組噪聲、溫度等參數(shù)[3]。現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)如表3所示。
表3 現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)
4 分析與結(jié)論
對所得測量數(shù)據(jù)分析后，可以得出以下結(jié)論：
（1）測試中，超聲波流量計能夠準(zhǔn)確反映出機組在不同葉片角度、不同工況下的流量變化趨勢，與水泵性能曲線趨勢基本一致，所測數(shù)據(jù)具有較高的可信度。
（2）超聲波流量計內(nèi)貼式安裝方法區(qū)別于其他測流手段，對水泵進(jìn)水流態(tài)基本沒有任何影響，也不產(chǎn)生壓力損失，不受現(xiàn)場條件干擾，可靠性較高，比較適合于低揚程大流量泵站現(xiàn)場測試。
（3）超聲波流量計在現(xiàn)場測試中無需人工干預(yù)，自動采集測試數(shù)據(jù)，避免了人為誤差的產(chǎn)生，測試所得數(shù)據(jù)精確度較高。
（4）超聲波流量計能夠?qū)Ρ谜緳C組進(jìn)行精確在線測量，快捷方便，便于計算機系統(tǒng)自動監(jiān)測。
（5）通過這次測試，全面了解江都三站機組的運行性能，包括泵裝置的流量、揚程、功率、效率可靠的數(shù)據(jù)，為大型泵站運行管理提供了各種重要參數(shù)，也為今后提升大型泵站運行管理水平以及泵站經(jīng)濟運行提供了重要依據(jù)。