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1 概況
尊村灌區(qū)是山西省一座大型多級提水工程,由于渠道老化,淤沙沉積嚴重,上水損耗率比較高,而且各泵站測流誤差人為影響因素較大。2001年,為了加強管理,提高測流的精確性,尊村引黃灌溉管理局通過公開招標,進行UF-911型管道超聲波流量計安裝。
超聲波流量計主機為彩色液晶顯示,簡體中文WINDOWS操作界面。流速、流量、累計流量、管道工作狀態(tài)及對應測量值的起止日期等參數(shù)均可同時顯示,并具有存儲功能。此外還可以現(xiàn)場打印測流數(shù)據(jù)或通過RS-485通訊口與公用LCU通訊實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。
超聲波流量計具有以下特點:能測特大流量,最大管徑可達15m,最大渠寬可達100m;測量精度高,對于有壓管道其測量精度可達±0.5%;對直管段長度要求低,在彎管附近也能進行高精度測量;自動化程度高;通用性強,圓形管道(鋼管或混凝土管)、方形涵、開敞的明渠和河流都能測量,并且可以根據(jù)管路條件及對測量精度的要求,分別采用2,4,8聲道任意組合。
2 超聲波測流計工作原理
超聲波流量計采用時差法測流,在管壁上布置有2只換能器P1和P2,其間距(聲路長)為L,管中流速為v,c為靜止流體中的聲速,在水流作用下聲波沿正向傳播所經(jīng)歷的時間(稱為正向傳播時間T2)比逆向傳播所經(jīng)歷的時間(稱為逆向傳播時間T1)要短,超聲波測流正是利用這一時間差來實現(xiàn)的。正、逆向傳播時間表示為:
T1=L /(C+Vcosθ),
T2=L /(C- Vcosθ)。
3 尊村灌區(qū)對安裝超聲波流量計的技術要求
3.1 含沙量
一級站抽水含沙量大,且有雜草(數(shù)量較少),流道結構復雜。平均含沙量最大45.1kg/m3,最小4.51kg/m3。
二至七級泵站壓力管道輸水含沙量為10kg/m3~15kg/m3,最大不超過30kg/m3,懸移質泥沙中大于0.05mm粒徑砂重量百分比小于5%。另外水流含有少量雜草。
3.2 水質
pH值為8.2,總硬度(以碳酸鈣計)為200mg/L。
3.3 氣候
工程地處內(nèi)陸,屬溫帶季風型大陸氣候,干旱少雨。室外極端最高氣溫為42℃,極端最低氣溫為-15℃,輸水水溫最低為0℃,最高為25℃。相對濕度不大于80%。
3.4 工作參數(shù)
一級站為矩形擴展型現(xiàn)澆鋼筋混凝土流道,二至七級站為圓形預應力鋼筋管道(六至七級站出水管有一段鋼管)。一至七級站均為滿管壓力流。
工作壓力:0~0.6MPa,
管內(nèi)流速:0.5m/s~2.9m/s。
根據(jù)尊村引黃的實際,施工單位選用H110型外插式換能器和H210型500K內(nèi)貼式換能器進行安裝。該換能器發(fā)射功率大,穿透力強,外殼及導流頭均為改性尼龍材料,具有良好的自潤滑性,抗泥沙磨損性強。其中內(nèi)貼式換能做成雙體備份結構,安裝有2個探頭,即使一個工作受到影響,另外一個也可正常工作,大大延長了使用和檢修壽命。
4 安裝質量控制
4.1 事前控制
4.1.1 開工前準備工作
根據(jù)各泵站現(xiàn)場具體情況,施工單位進場后要提供詳細的施工組織設計,報監(jiān)理部批準實施,并積極進行開工前準備工作,經(jīng)監(jiān)理部檢查,及時發(fā)布開工令。
4.1.2 設備及原材料進場檢查
設備到貨后,監(jiān)理單位會同建設單位駐工地代表施工單位共同開箱檢查驗貨,各種設備和型號必須符合采購合同要求,并有標定證書、出廠合格證、產(chǎn)品說明書。安裝過程中所有用于現(xiàn)場的材料均必須有產(chǎn)品合格證,防止使用“三無”產(chǎn)品。
4.2 事中控制
施工單位要提供質量體系文件或質量手冊,質量保證應符合ISO 9001標準。
4.2.1 對儀器的要求
流量計的配置要適應在引黃含泥沙水流介質中使用,具有良好的抗泥沙磨損和可靠的測量精度,具體要求如下:
第一,7座泵站配7臺流量計,每臺流量計配1套擴展主機箱。
第二,每面流量計屏需配置1臺UPS電源,為擴展主機箱提供電源;配置可現(xiàn)場打印接口及打印機;配置與公用LCU進行通信的RS-485接口;配置彩色液晶顯示器。
第三,在各級泵站最多達到8條壓力管道運行條件下,能準確可靠地監(jiān)測過水流量,流量測量精度應不低于±1.5%的要求,還應能儲存累積過水流量,累計運行時間。
第四,主機箱內(nèi)應裝有超聲波發(fā)射、接收系統(tǒng)和計算機系統(tǒng),微機系統(tǒng)中的存儲單元應有足夠的容量,應有掉電保護功能,在裝置斷電時能保持所有數(shù)據(jù)不丟失,在主機箱面板上裝有液晶顯示器和操作鍵盤,可順序顯示同時工作的1臺至8臺水泵的流量測量結果,顯示參數(shù)為:瞬時流量、累積水量、管道流速及對應測量值的起止日期等。累積水量在任何情況下都不能歸零。同時應記錄流量計的開、停機時間。
第五,換能器配有專門的換能器安裝座,維修及更換外插式換能器時,不影響管道的正常工作。
4.2.2 主機安裝
主機安裝部位根據(jù)各泵站的情況合理布置,要便于管理和觀察。主機安裝就位后,連接好換能器電纜與電源線。
4.2.3 換能器
一級泵站:采用四聲道超聲波流量計,配置H210型500K內(nèi)貼式換能器,安裝部位在鋼筋混凝土出水管道上。
二至四級泵站:采用二聲道超聲波流量計,配置H210型500K內(nèi)貼式換能器,安裝部位在鋼筋混凝土出水管道上。
五級、六級泵站:采用二聲道超聲波流量計,配置H110型外插式換能器,安裝部位在出水管道的鋼直管處。
換能器的安裝與定位,是整個測流計安裝的關鍵,它有兩個要點:一是管道中心的確定,二是換能器的定位,換能器定位一般在管內(nèi)定位(對于外插式換能器的安裝,當管徑直徑小于1.5m時,采用管外定位)。由于換能器底座有一定厚度,安裝過程中存在理論位置和實際位置的差值,所以在確定了換能器的理論位置后,一定要用專用工具進行修正。修正方法嚴格按《超聲波測流儀安裝手冊》要求執(zhí)行。
4.2.4 電纜連接
現(xiàn)場安裝的射頻電纜要求保持整段電纜安裝,力求減少電纜接頭,與其它設備連接處要嚴格連接,電纜兩頭做識別標記。
5 流量計調(diào)試
系統(tǒng)開機前必須做好以下幾項工作:流量計接在交流220V電源上,且符合要求;控制機箱面板電源開關處于“關”位置;換能器電纜已接好;已接好串行口和打印機;被測管道已充滿水。以上準備工作就緒后開機,將實測參數(shù)及其它相關參數(shù)輸人流量計(包括通用參數(shù)、斷面參數(shù)、聲路參數(shù))。檢查流量計自檢及各聲路的工作狀況,各測量數(shù)據(jù)的正確性流量計輸出(如串行口、打印機)的工作情況。進人正常測量狀態(tài)后,觀察有無異常情況。
6 建議
第一,由于測流儀是一種比較精密的測流儀器,而且價格比較高,丟失和損壞對建設單位會帶來很大損失,所以應加強防護和管理。
第二,超聲波流量計的使用,應專人負責,在上崗前應進行崗前培訓。
第三,備用換能器電纜接頭埋入地下不利于正常檢修維護,因此最好設置外置端線盒。