管道量水技術(shù)及設(shè)施

1、知識(shí)點(diǎn)三：管道量水技術(shù)與設(shè)施二、管道量水技術(shù)與設(shè)施(一)差壓流量計(jì)(文丘里流量計(jì))差壓式流量計(jì)一般用于管道系統(tǒng)流量測(cè)量。差壓式流量計(jì)沒(méi)有移動(dòng)部件，不需要經(jīng)常維護(hù)，而且水頭損失也很小，流量測(cè)量精確。其工作原理是，在一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)中，同樣的流量在通過(guò)較小的過(guò)流斷面時(shí)流速比通過(guò)較大的過(guò)流斷面時(shí)大。由于能量守衡，流速增大必然導(dǎo)致壓力減??；相反，壓力升高也會(huì)導(dǎo)致流速降低。從進(jìn)口到喉道的壓力減小量直接與通過(guò)的流量相關(guān)，因而可以用來(lái)確定流量。流量與水頭和流量計(jì)尺寸間的關(guān)系如式(8-10): (8-10)式中 A2喉道斷面面積；h上下游斷面壓力差；g重力加速度；rD2/D1，為喉道直徑與管道直徑的比率；Cd文丘

2、里流量計(jì)的流量系數(shù)；隨著喉道流速和直徑的變化，流量系數(shù)在0.9350.988范圍內(nèi)變化。差壓式流量計(jì)通常由能將流體流量轉(zhuǎn)換成差壓信號(hào)的節(jié)流裝置(或流量傳感器)和測(cè)量差壓并顯示流量的差壓計(jì)(或差壓變送器)組成，如圖所示。安裝在流通管道上的節(jié)流裝置也稱(chēng)“一次裝置”，它包括節(jié)流件、取壓裝置和前后直管段。顯示裝置也稱(chēng)“二次裝置”，它包括差壓信號(hào)管路和測(cè)量中所需的儀表。圖8-5 差壓式流量計(jì)組成示意圖由于差壓式流量計(jì)價(jià)格較貴而且只能用于管道系統(tǒng)內(nèi)水流為滿管流的情況，其在灌溉系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用受到了限制。隨著壓力管道對(duì)高精度流量測(cè)量的需求，這類(lèi)流量計(jì)在將來(lái)有望大量應(yīng)用。目前已有多種型號(hào)的差壓式流量計(jì)(文丘里

3、流量計(jì))，可以滿足不同的需求。(二)水表水表是一種連續(xù)測(cè)定水量的積算式流量計(jì)，分為兩類(lèi):一類(lèi)是容積式水表，如旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)、圓盤(pán)式流量計(jì)等；另一類(lèi)是利用水流推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)并累計(jì)流量的葉輪式水表，也稱(chēng)速度式水表。前一類(lèi)價(jià)格較高，主要用于試驗(yàn)；后一類(lèi)用于實(shí)際水量測(cè)量。典型的產(chǎn)品有:1旋翼式水表 水流以切向流方式?jīng)_擊水表葉輪，在國(guó)內(nèi)外有大量使用。該種水表的口徑一般為中、小口徑，如15mm、20mm、25mm、32mm、40mm等，最大可達(dá)400mm。旋翼式水表又可分成單流速或稱(chēng)單箱式和多流速或稱(chēng)復(fù)箱式兩種。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖所示。2水平螺翼式水表 又稱(chēng)伏特曼水表，水流以軸向流方式?jīng)_擊水表葉輪。這種水表流

4、通能力大，壓損小，適合于大口徑管路中使用。其口徑一般為50500mm，最大可達(dá)900mm。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖所示。圖8-6 旋翼式水表 a)單箱式 b)復(fù)箱式圖8-7 水平螺翼式水表如果按其它不同的分類(lèi)方法，還可以分成:濕式水表、干式水表和液封式水表；指針式水表和字輪式水表；家用(民用)水表、工業(yè)用水表、消防用水表和標(biāo)準(zhǔn)水表；冷水表和熱水表；普通水表和高壓水表；指示型水表、遠(yuǎn)傳型水表和定量水表；其它還有復(fù)式水表、分流式水表和電子水表等特殊型水表。如今，數(shù)傳型水表、電子水表在農(nóng)業(yè)自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)中的應(yīng)用逐漸普遍起來(lái)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)的流量測(cè)定中，遠(yuǎn)傳水表與文丘里流量計(jì)聯(lián)合使用，用于測(cè)定管道流量。文丘里

5、分流式水表就是其中的一種，它是由文丘里管及裝于其旁路中的水表組成(見(jiàn)圖)。旁路水表中流量由文丘里管的壓差決定，此壓差又與文丘里管流量的平方成正比，因而文丘里管流量與旁路水表流量成固定比例，測(cè)出水表流量可算得總流量。特點(diǎn)是大流量測(cè)量，壓力損失小。圖8-8 文丘里分流式水表(三)電磁流量計(jì)電磁流量計(jì)（簡(jiǎn)稱(chēng)EMF）是20世紀(jì)5060年代隨著電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)的新型流量測(cè)量?jī)x表。它是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成的，用來(lái)測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛地被應(yīng)用于各種導(dǎo)電液體的流量測(cè)量，如各種酸、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì)；各種易燃易爆介質(zhì)；污水處理以及化工、食品、醫(yī)藥等工業(yè)中的各

6、種漿液流量測(cè)量，形成了獨(dú)特的應(yīng)用領(lǐng)域。在結(jié)構(gòu)上，電磁流量計(jì)由電磁流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成，如圖所示。傳感器安裝在管道上，它的作用是將流進(jìn)管道內(nèi)的液體體積流量值線性地變換成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，并通過(guò)傳輸線將此信號(hào)送到轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器安裝在離傳感器不太遠(yuǎn)的地方，它將傳感器送來(lái)的流量信號(hào)進(jìn)行放大，并轉(zhuǎn)換成與流量信號(hào)成正比的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出，以進(jìn)行顯示，累積和調(diào)節(jié)控制。電磁流量計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)如下:1.電磁流量計(jì)的傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量管內(nèi)沒(méi)有可動(dòng)部件，也沒(méi)有任何阻礙流體流動(dòng)的節(jié)流部件。所以當(dāng)流體通過(guò)流量計(jì)時(shí)不會(huì)引起任何附加的壓力損失，是流量計(jì)中運(yùn)行能耗最低的流量?jī)x表之一。2可測(cè)量贓污介質(zhì)、腐蝕性介質(zhì)及懸濁性液

7、固兩相流的流量。這是由于儀表測(cè)量管內(nèi)部無(wú)阻礙流動(dòng)部件，與被測(cè)流體接觸的只是測(cè)量管內(nèi)襯和電極，其材料可根據(jù)被測(cè)流體的性質(zhì)來(lái)選擇。例如，用聚三氟乙烯或聚四氟乙烯做內(nèi)襯，可測(cè)量各種酸、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì)；采用耐磨橡膠做內(nèi)襯，就特別適合于測(cè)量帶有固體顆粒的、磨損較大的礦漿、水泥漿等液固兩相流以及各種帶纖維液體和紙漿等懸濁液體。圖8-9 電磁流量計(jì)組成3電磁流量計(jì)是一種體積流量測(cè)量?jī)x表，在測(cè)量過(guò)程中，它不受被測(cè)介質(zhì)的溫度、粘度、密度以及電導(dǎo)率(在一定范圍)的影響。因此，電磁流量計(jì)只需經(jīng)水標(biāo)定后，就可以用來(lái)測(cè)量其它導(dǎo)電性液體的流量。4電磁流量計(jì)的輸出只與被測(cè)介質(zhì)的平均流速成正比，而與對(duì)稱(chēng)分布下的流動(dòng)狀態(tài)(

8、層流或紊流)無(wú)關(guān)。所以電磁流量計(jì)的量程范圍極寬，其測(cè)量范圍度可達(dá)100:1，有的甚至達(dá)1000:1的可運(yùn)行流量范圍。5電磁流量計(jì)無(wú)機(jī)械慣性，反應(yīng)靈敏，可以測(cè)量瞬時(shí)脈動(dòng)流量，也可測(cè)量正反兩個(gè)方向的流量。6工業(yè)用電磁流量計(jì)的口徑范圍極寬，從幾個(gè)毫米一直到幾米，而且國(guó)內(nèi)已有口徑達(dá)3m的實(shí)流校驗(yàn)設(shè)備，為電磁流量計(jì)的應(yīng)用和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。電磁流量計(jì)目前仍然存在的主要不足如下。1不能用來(lái)測(cè)量氣體、蒸汽以及含有大量氣體的液體。2不能用來(lái)測(cè)量電導(dǎo)率很低的液體介質(zhì)，如對(duì)石油制品或有機(jī)溶劑等介質(zhì)，目前電磁流量計(jì)還無(wú)能為力。3普通工業(yè)用電磁流量計(jì)由于測(cè)量管內(nèi)襯材料和電氣絕緣材料的限制，不能用于測(cè)量高溫介質(zhì)；如未經(jīng)特

9、殊處理，也不能用于低溫介質(zhì)的測(cè)量，以防止測(cè)量管外結(jié)露(結(jié)霜)破壞絕緣。4電磁流量計(jì)易受外界電磁干擾的影響。(四)插入式電磁流量計(jì)插入式電磁流量計(jì)是以測(cè)量管道內(nèi)局部流速來(lái)推算整體流量的儀表，主要用于大管徑管道的流量測(cè)量。電磁流量傳感器從管道開(kāi)孔中徑向地插入管道，插入深度可以有不同規(guī)定，或插入到管道中心，或插入到管道內(nèi)平均流速處。插入式電磁流量計(jì)精度較低，價(jià)格相對(duì)也比較低，一般不用來(lái)測(cè)量流體總量，而是常用于過(guò)程參數(shù)的控制系統(tǒng)。下面是幾種插入式電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)圖。圖所示為德國(guó)的一種插入式電磁流量傳感器結(jié)構(gòu)，傳感器測(cè)量孔中心軸固定在主管道內(nèi)徑D的1/8處，基本在管道平均流速點(diǎn)附近。一般傳感器應(yīng)安裝在上游具有10D何意？長(zhǎng)、下游具有5D長(zhǎng)的直管段上，如果上游有三通或有未全開(kāi)閥門(mén)時(shí)，則上游應(yīng)有15D25D長(zhǎng)的直管段。傳感器軸應(yīng)基本與上游彎頭或閥門(mén)桿處于同一平面內(nèi)。 圖8-10 插入式電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)A 圖8-11 插入式電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)B圖8-11為另一種插入式電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)，電極直接安裝在探頭兩側(cè)，而不用在探頭上打測(cè)量孔。安裝時(shí)應(yīng)保證探頭插入深度H為管道內(nèi)徑的10%，可根據(jù)廠家提供的探頭尺寸控制插入深度。為了提高測(cè)量精度，國(guó)外已經(jīng)研制出均速管型的插入式電磁流量計(jì)，