水工藝設(shè)備基礎(chǔ)10

1、水工藝設(shè)備基礎(chǔ)第十章 計量和投藥設(shè)備 授課教師：高旭給水排水2001級計量設(shè)備o測量流體流量的儀表統(tǒng)稱為流量計或流量表流量計是工業(yè)測量中重要的儀表之一。目前已投入使用的流量計已超過100種o流量計常用的分類方法有兩種，一是按流量計采用的測量原理進行歸納分類：二是按流量計的結(jié)構(gòu)原理進行分類o按測量原理分類n電學原理：用于此類原理的儀表有電磁式、差動電容式、電感式、應(yīng)變電阻式等。n聲學原理：利用聲學原理進行流量測量的有超聲波式聲學式(沖擊波式)等。n熱學原理：利用熱學原理測量流量的有熱量式、直接量熱式、間接量熱式等。n光學原理：激光式、光電式等是屬于此類原理的儀表。n原于物理原理：核磁共振式、核幅

2、射式等是屬于此類原理的儀表n其它原理：有標記原理(示蹤原理、核磁共振原理)、相關(guān)原理等計量設(shè)備分類o按流量計結(jié)構(gòu)原理分類n容積式流量計n葉輪式流量計：將葉輪置于被測流體中，受流體流動的沖擊而旋轉(zhuǎn)，以葉輪旋轉(zhuǎn)的快慢來反映流量的大小。典型的葉輪式流量計是水表和渦輪流量計n差壓式流量計(變壓降式流量計) n變面積式流量計(等壓降式流量計)：典型儀表是轉(zhuǎn)子(浮子)流量計n動量式流量計n沖量式流量計n電磁流量計：應(yīng)用導電體在磁場中運動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，而感應(yīng)電動勢又和流量大小成正比，通過測電動勢來反映管道流量的原理而制成的。工業(yè)上多用以測量水、礦漿等介質(zhì)的流量，但導電率低的介質(zhì)，如氣體、蒸汽等則不能應(yīng)用n

3、超聲波流量計：基于超聲波在流動介質(zhì)中傳播的速度等于被測介質(zhì)的平均流速和聲波本身速度的幾何和的原理而設(shè)計的n流體振蕩式流量計：典型的產(chǎn)品有渦街流量計n質(zhì)量流量計轉(zhuǎn)子流量計o由一根自下向上擴大的垂直錐形管和一個沿著錐管軸上下移動的浮子組所組成。o被測流體從下向上經(jīng)過錐管1和浮子2形成的環(huán)隙3時，浮子上下端產(chǎn)生差壓形成浮子上升的力，當浮子所受上升力大于浸在流體中浮子重量時，浮子便上升，環(huán)隙面積隨之增大，環(huán)隙處流體流速立即下降，浮子上下端差壓降低，作用于浮子的上升力亦隨著減少，直到上升力等于浸在流體中浮子重量時，浮子便穩(wěn)定在某一高度。浮子在錐管中高度和通過的流量有對應(yīng)關(guān)系。o轉(zhuǎn)子流量計結(jié)構(gòu)簡單、使用方

4、便、價格便宜、量程比大、刻度均勻、直觀性好，既可以直接讀出藥液的流量值，也可變成標準的電信號或氣信號遠距離傳送。適用于氫氟酸以外的任何非渾濁液體和氣體的流量測量 電磁流量計 o電磁流量計是一種測量導電性流體流量的儀表。根據(jù)電磁感應(yīng)定理，導體在磁場中運動并切割磁力線時，在導體中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，同樣，導電性液體在垂直于磁場的非磁性測量管內(nèi)流動，與流動方向垂直的方向上將產(chǎn)生與流量成比例的感應(yīng)電勢。當管道內(nèi)徑D確定，磁感應(yīng)強度B不變時，感應(yīng)電勢E與體積流量Q具有線性關(guān)系。因此，測出管道兩側(cè)的感應(yīng)電勢，通過變送器轉(zhuǎn)換成直流電流信號，由二次儀表指示被測流量 。o優(yōu)點n測量通道是一段無阻流檢測件的光滑直管，因

5、不易阻塞適用于測量含有固體顆?；蚶w維的液固二相流體，如紙漿、煤水漿、礦漿、泥漿和污水等 n不產(chǎn)生因檢測流量所形成的壓力損失，儀表的阻力僅是同一長度管道的沿程阻力，對于要求低阻力損失的大管徑供水管道最為適合n與其他大部分流量儀表相比，前置直管段要求較低 n所測得的體積流量，實際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導率（只要在某閾值以上）變化明顯的影響 o缺點n不能測量電導率很低的液體，如石油制品和有機溶劑等。不能測量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體 超聲流量計 o超聲流量計是一種非接觸式流量測量儀表，主要用于測量能導聲的液體流量，尤其適用于大口徑圓形管道和矩形渠道的流量測量。o原理：傳播時間法

6、和多普勒效應(yīng)法n傳播時間法是利用聲波在流動著的流體中傳播，順流方向聲波傳播速度會增大，逆流方向則減小，在同一傳播距離就有不同的傳播時間，利用傳播速度之差與被測流體流速之間的關(guān)系測出流速。n多普勒效應(yīng)法超聲流量計是利用在靜止（固定）點觀察（檢測）從移動源發(fā)射聲波所產(chǎn)生多普勒頻移現(xiàn)象。超聲發(fā)射源向液體發(fā)射超聲波，液體中散射體（顆?；驓馀荩┥⑸涑暡ǔ蔀橐苿影l(fā)射源，所產(chǎn)生頻移正比于散射體流速 超聲流量計o特點：流量計探頭在被測管道外壁上，無需輔助設(shè)備，對管道無壓力損失，不干擾流場，是一種比較理想的節(jié)能儀表。對傳感器無腐蝕、無磨損、無泄漏污染、安裝使用極為方便，是傳統(tǒng)的機械式流量儀表無法比擬的。轉(zhuǎn)換器

7、以微型計算機為中心，進行各種補償和運算，并有自診斷功能，測量精確度高o超聲流量計可用于計量給水和含有固體顆粒，懸浮物或氣泡的污水，適用于混凝土管以外幾乎所有硬質(zhì)材料制作的多種管徑和壁厚的管道 質(zhì)量流量計 o質(zhì)量流量計可直接測量質(zhì)量流量，與被測介質(zhì)的密度、壓力、溫度、粘度、電導率、流速和流動狀態(tài)無關(guān)o如圖一所示，截取一根支管，流體在其內(nèi)以速度V從A流向B，將此管置于以角速度旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)中。設(shè)旋轉(zhuǎn)軸為X，與管的交點為O，由于管內(nèi)流體質(zhì)點在軸向以速度V、在徑向以角速度運動，此時流體質(zhì)點受到一個切向科氏力Fc。這個力作用在測量管上，在O點兩邊方向相反，大小相同。因此，直接或間接測量在旋轉(zhuǎn)管道中流動的流體

8、所產(chǎn)生的科氏力就可以測得質(zhì)量流量。這就是科里奧利(Coriolis)質(zhì)量流量計的基本原理。 質(zhì)量流量計o在商品化產(chǎn)品設(shè)計中，通過測量系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生科氏力是不切合實際的，因而均采用使測量管振動的方式替代旋轉(zhuǎn)運動。以此同樣實現(xiàn)科氏力對測量管的作用，并使得測量管在科氏力的作用下產(chǎn)生位移。由于測量管的兩端是固定的，而作用在測量管上各點的力是不同的，所引起的位移也各不相同，因此在測量管上形成一個附加的扭曲。測量這個扭曲的過程在不同點上的相位差，就可得到流過測量管的流體的質(zhì)量流量。o常見的測量管的形式有以下幾種：S形測量管、U形測量管、雙J形測量管、B形測量管、單直管形測量管、雙直管形測量管、形測量管、雙環(huán)

9、形測量管等 計量泵 o計量泵是一種具有投加功能的計量設(shè)備，利用泵內(nèi)柱塞的往復運動加壓并計量流體。通過改變柱塞的行程長度和往復頻率來調(diào)節(jié)流量o按照泵內(nèi)的構(gòu)造，計量泵分為柱塞式和隔膜式兩種o計量泵計量準確，在零流量和額定最大流量范圍內(nèi)可以任意調(diào)節(jié)，計量精度高 渦街流量計(vortex flowmeter) o渦街流量計也叫卡門旋渦流量計，是應(yīng)用流體振蕩原理來測量流體流量的，渦街流量計由渦街流量傳感器、轉(zhuǎn)換器和顯示儀表組成o在測量管中垂直插入一個柱狀物時，流體通過柱狀物兩側(cè)就交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦(如圖所示)，這種旋渦列被稱為卡門渦街。卡門渦街的釋放頻率與流體的流動速度及柱狀物的寬度有關(guān)?？ㄩT渦街釋

10、放頻率f和流速v成正比，因此通過測量卡門渦街釋放頻率就可算出瞬時流量o旋渦發(fā)生體形狀有圓柱、三角往、T型柱、四角柱等。 渦街流量計o渦街流量計在管道內(nèi)無可動部件，結(jié)構(gòu)簡單，使用壽命長，容易維修，量程比寬；其測量精度不受介質(zhì)的溫度、壓力、粘度和密度等影響；測量元件不直接接觸介質(zhì)，可靠性好；輸出脈沖信號，便于遠傳。渦街流量計可輸出電信號，遠距離顯示瞬時流量或流體總量；也可就地顯示被測流量及流體總量，無需外接電源(使用電池)，在不便外接電源的地方尤其適用，這種儀表對氣體、蒸汽、液體的流量測量均適合 渦輪流量計（turbine flowmeter) o渦輪流量計是一種速度式流量計，主要由渦輪流量變送器

11、和指示積算儀組成。在管道中心安放一個渦輪，兩端由軸承支撐當流體通過管道時，沖擊渦輪葉片，對渦輪產(chǎn)生驅(qū)動力矩，使渦輪克服摩擦力矩和流體阻力矩而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)在一定的流量范圍內(nèi)，對一定的流體介質(zhì)粘度，渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成正比由此，流體流速可通過渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度得到，從而可以計算得到通過管道的流體流量。o渦輪的轉(zhuǎn)速通過裝在機殼外的傳感線圈來檢測當渦輪葉片切割由殼體內(nèi)永久磁鋼產(chǎn)生的磁力線時，就會引起傳感線圈中的磁通變化傳感線圈將檢測到的磁通周期變化信號送入前置放大器，對信號進行放大、整形，產(chǎn)生與流速成正比的脈沖信號，送入單位換算與流量積算電路得到并顯示累積流量值；同時亦將脈沖信號送入頻率電流轉(zhuǎn)換電路

12、，將脈沖信號轉(zhuǎn)換成模擬電流量，進而指示瞬時流量值 o渦輪流量計具有精度高、壓力損失小、量程比大等優(yōu)點，可測量多種液體或氣體的瞬時流量和流體總量，并可輸出電信號，與調(diào)節(jié)儀表配套控制流量 孔口式計量設(shè)備 o孔口計量是利用孔口在恒定浸沒深度下出流的穩(wěn)定流量來計量，流量的大小可通過改變孔口面積來調(diào)節(jié)，由浮體、孔口和加藥軟管組成。o控制加藥量方法有孔口、孔板和調(diào)節(jié)計量閥幾種形式。通過更換不同孔徑的孔口或孔板來控制加藥量。調(diào)節(jié)計量閥內(nèi)有上下兩個孔板，下孔板與閥體固定，上孔板可以滑動，通過操作手輪改變兩板的出流斷面來調(diào)節(jié)流量。并在指示板上表示出來?？卓凇⒖装搴驼{(diào)節(jié)計量閥除橡膠墊圈外都用硬聚氯乙烯加工制成。o

13、孔口計量設(shè)備適用于藥液池液位恒定的情況。 三角堰計量設(shè)備 o三角堰計量是一種設(shè)備簡單、精確可靠的傳統(tǒng)計量方法。三角堰計量設(shè)備由計量槽槽體，三角堰板和浮球標尺等組成。o需另配置一個恒位藥液箱，所以占地面積較大。o適用于大、中流量液體藥劑的計量。o各零件的材料視藥劑的腐蝕情況用鋼材或硬聚氯乙烯板。 虹吸計量設(shè)備 o虹吸計量設(shè)備是利用調(diào)節(jié)恒位箱液面與虹吸管出口的高差來控制計量加藥量的一種計量設(shè)備，主要由調(diào)節(jié)裝置、槽體、虹吸管、漏斗等組成。o虹吸管可用硬聚氯乙烯管或玻璃管，出口段可用塑料軟管并配一夾子，其余零部件用鋼材制作，設(shè)備內(nèi)壁應(yīng)進行防腐處理。o虹吸計量設(shè)備簡單、操作方便，但精度較差，適用于中、小

14、水量的藥劑計量。 激光多普勒流速計 o激光多普勒流速計由光路系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)和記錄系統(tǒng)組成。o激光多普勒流速計是利用激光器發(fā)射出的光，經(jīng)聚焦后照射在含粒子的流動流體上，根據(jù)多普勒效應(yīng)，散射光(信號光)的頻率與未經(jīng)散射光(參比光)的頻率之間發(fā)生頻移，兩束光經(jīng)光電倍增管混頻后輸出一個交流信號。該信號輸入到頻率跟蹤器內(nèi)進行處理，獲得與多普勒頻率幾相對應(yīng)的模擬電壓信號。測出凡的值，即可得到運動粒子的速度值，從而獲得被測流體的流速，由流體的流速可以求出流體的流量。o激光多普勒流速計的特點是，精度高，動態(tài)反應(yīng)快，測量范圍寬，線性好，方向靈敏性好空間分辨率高，屬不接觸測量，對流場不破壞等，但要求介質(zhì)有一定的透明度和含有適量散射粒子 投藥設(shè)備 o投加設(shè)備是將處理藥劑加到需處理水中的設(shè)備，有干投和濕投兩種，濕式投加設(shè)備有計量加藥泵和水射器，典型干式投加設(shè)備有投礬機。o水射器設(shè)備簡單、使用方便、工作可靠、效率高，廣泛用于加藥系統(tǒng)。但因水射器滿足不了所需的抽提輸液量的要求，有效動壓水頭和射流的排出壓力常受到限制 水 射 器 o水射器常用于向壓力管內(nèi)投加藥液，其結(jié)構(gòu)由壓力水入口、吸入室、吸入口、噴嘴、喉管、擴散管、排放口等部分組成。高速水流由噴嘴噴入喉管，使吸入室內(nèi)產(chǎn)生負壓，將藥液吸入，