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明渠流量仪表
 
 
4. 选用考虑要点


4、1 概述

    针对城市供水引水渠、工业引水和排水渠、污水治理渠道等流量测量特点,应考虑以下因素选择合适的测量方法。
    1) 水路大小和形状,流速范围,最大流量和最小流量;
    2) 测量精确度要求;
    3) 流量计设置场所和环境条件;
    4) 液体状况,洁净程度,含有固相浓度,腐蚀性;
    5) 现场允许落差(或升高水位)和渠道坡度;
    6) 与液体接触的仪表零部件材料;
    7) 选用超声流速计和电磁流速计时要分别对液体浊度或电导率作调查,其要求可参照超声流量计和电磁流量计要求。  

4、2 估算渠道流量和抬高水位


    对于新建单位可通过工艺流程计算渠道流量与拟安装位置,再选定仪表规格。对于老企业添置仪表要估计既有渠道流量和确认仪表上游允许升高水位;即确定流量仪表规格和流量范围,要取决于渠道峰流量和允许升高水位两个因素。
    (1)估计峰流量
    通常有投浮子法和日排放量估算法两种方法。
    1) 投浮子法 既有明渠可采用投浮子法测定和估算流量。选定在最大流量时,两人距离L(20~50m)立于直渠道旁,上游一人投放浮子(一般是木制圆片),下游一人在投放木片的瞬间启动计时,当浮子到达时停止计时,得时间t,求出渠道表面流速υ m/s(υ=L/t) 。再测出渠道流通截面积Am2,便可从式(5)估算流量Q

    (7)

式中 K---------修正系数,因表面流速大于平均流速,一般取0.84~0.90.
    2)从日排放量Qd估算峰流量Qp 在没有条件用投浮子法或新建系统,可采用实际(或设计)的排放量来估计峰流量,估算公式如式(6)或(7)

(6)
   (7)

式中 Ku------不均匀系数,如为均匀连续排放,可取1.1~1.2;
H -------每天集中排放累计小时数,如为不均匀连续排放,则按集中排放小时计算。
    (2) 确定抬高水位
除流速-水位流量计和非满管电磁流量计外,渠道安装流量计后其上游均要抬高水位。对于新设计的渠系可按测量流量范围和周边环境条件全面考虑确定升高水位高度。对于现有渠道在选定流量计时,要考虑上游渠系水位抬高后的影响(如水位是否会漫溢出渠道),然后再按确定的水位升高高度和峰流量值选定仪表规格。

4、3 渠用流量仪表适用范围和性能比较

    常用渠用流量仪表适用范围和性能比较归纳如表4。

表 4 渠用流量仪表性能比较

测量方法

比较项目

堰法(薄壁堰)
P槽法
PB槽法
流速-水位法
潜水电磁法
适用渠道
类型
明渠
明渠
圆形暗渠
明渠、暗渠
明渠、暗渠
流量检测
结构特征
渠道要截流,检测件结构简单 渠道一段要装入槽,检测件结构较复杂 渠道一段要装入槽,检测件结构较复杂 不必改动渠道,流量检测要用流速计 渠道要截流,检测件为本体,分流模型扩大流量
检测仪表
液位计 液位计 液位计 流速计+液位计 本仪表直接测量
渠宽、喉宽或口径
渠宽:
450-8000
喉宽:25-240
(15200)
口径:150-1800
(3000)
渠宽:300-1000
口径:300-500
口径:500-400
(600)
流量或流速范围
15-40000m3/h
三角堰 小流量
矩形堰 中流量
等宽堰 大流量
30-15000
(33000)m3/h
20-12000
(4200)m3/h
流速:0-20m/s 10-5000m3/h
测量精确度误差/(%FS)
1-3
3-5
3-5
3-5
单独传感器:1.5
带分流模型:2.5
流量范围度
(10-20):1
(20-30):1
(20-30):1
(20-100):1
10:1
抬高水位/mm
200(120)-80
75-200
口径的
(1/20-1/30)
100-500
上游侧固态物是否沉积和排泄程度
会沉积,不会排泄,要定期清除 不会沉积,随物排泄 不会沉积,随流排泄 不会沉积,随流排泄 会沉积,能部分随流排泄
上游直渠段长度要求/mm
1500-24000(其中整流流部690-12000) 300-20000 上游侧:≥(5-10)倍的口径
下游侧:≥2倍口径
上游侧:≥(10-15)倍渠道(或口径)
下游侧:≥5倍渠宽(或口径)
 
对液体的
要求
无特殊要求
无特殊要求
无特殊要求
传播时间法超声流速计;浊度≤5000mg/L多普勒法超声流速计:浊度60-5000mg/L 液体导电率≥10-4s/cm测量废水、下水不存在问题

    各类仪表的特点前文已有所论述,现在做综合比较。
    1)水头损失或上游侧抬高水位 流速-水位法没有因测量带来水头损失,其余几种方法渠道均要被截流或装入一段流量检测件段,抬高上游水位。潜水电磁流量计由于可装分流模型,升高水位可比较灵活地选择。
    2) 安装方便性 流量检测件本身和安装以槽最为复杂,堰和潜水电磁流量传感器相对简单。
    对已有渠道改造,安装流量检测件时挖掘工程量大,特别是暗渠要设置检查井(阴井),往往成为否定选用方案的原因。
    除潜水电磁法外,其他各类方法均有直渠道要求,这给选择测量点位置带来许多制约条件。

5、 安装注意事项

    本节仅就堰式、槽式和流速-水位式流量检测件的安装要求做些说明,各种液位计、压力传感器和潜水电磁流量传感器则参阅有关资料。

5、1 堰式流量计

    堰板上游水路要设置整流段、整流装置段和导流段,尺寸要求如图14所示。若不设置整流装置,则整流段的长度L1应为渠宽(B)10倍以上。
画图
图14 堰上游整流装置水路
    导流段的储水容量应尽可能大,导流段的宽度和深度可以比整流段大些,导流段的侧壁高度应比整流段侧壁高些,以防止水位上涨溢出。整流装置段的宽度和整流段相等,侧壁高度则与导流段相等。
    整流段底部水平面要求与侧面垂直,充满水后不变形;轴线应为直线,宽度要大体一致。
画图
图15堰板安装位置
    堰板应按图15所示垂直安装在支板上游侧面,为防止下游侧支板干扰水舌正确流动,支板必须低于堰口与水平线向下成450角的平面以下。
画图
图16 下游侧水面影响

    为防止下游侧水面影响,堰板下游水位应低于零水位(即堰缺口)150mm,如图16所示。若下游水位上升要影响自然落下的水流,就不能准确测量流量。因此要事先调查下游侧水位。
    须为清除堰板上游堆积物提供条件。用于下水道或污水排放时,液体中沉淀物堆积改变尺寸D(见图14)从而影响流量系数,且堵塞整流装置,破坏正常流速分布,因此须为清除堆积物提供条件。

5、2 P槽流量计

    流入侧水路的流速分布要影响测量精度,因此要注意以下各点。
    1) 要有一段截面积不变的直渠道。在急弯道或与支路汇合产生局部混合流动时,至少要有5~10倍喉宽长度的直渠道,尽可能更长些。
    2) 渠道与槽本体连接部位底平面要有1:4斜率,侧壁要有曲率半径为2倍以上最大流量水位高度的曲面,或与中心线成450倾斜的平面。
    3) 如渠道某处产生水力学水跃现象时,槽体应远离该处,至少应装在有30倍最大流量水位高度距离的下游。
    4) 为改善流动条件,可在水位测量点上游10倍最大流量水位高度的距离设置整流板。
    5) 设置槽体后渠道上游水位升高,注意防止水溢出渠道,必要时按现场条件挖深渠道或加高渠侧壁。
    流出侧水路要注意勿使其产生淹没流或逆向流,注意清除堆积物。
    槽本体内流动状态要注意以下两点。
    1) 喉道处的流动必须是临界流。为满足喉道段水位hb和收缩部水位ha的比值(即淹没比)符合规定直,槽顶要有一定高度。并且停止流动时流出端水位不超过槽顶。
    2) 要检查和确认安装后状态和尺寸;
   • 收缩部底面(即槽顶)的水平;
    • 喉道两侧平行度和垂直度;
    • 渠道中心线和槽本体流动方向中心的一致性。
    液位计安装要注意以下各点;
    1) 直线测量 水位测量位置应在槽本体中心线和导水口垂直交点,安装时液位计应尽量接近该点。
    2) 间接测量 间接测量需设静水井和导水管,应注意以下事项:
    • 静水井应尽可能靠近槽本体垂直安装,静水井底部应低于槽顶;
    • 为清除静水井底部沉积物,应设排污阀和冲洗用水管;
    • 导水管内径原则上为20~50mm,导水管距离较长时应选择较大内径。
    3) 零点设置 液位计的零点应以槽顶为设定零点。

5、3 PB槽流量计

    PB槽流量计安装在圆形暗渠检查井内时。安装和维护应注意以下事项。
    1) 下井安装时要充分考虑缺氧和有害气体,采取必要措施。
    2) 安装槽本体时喉部槽顶(即底面)要保持水平位置,倾斜安装会影响测量精度;
    3) 上游侧至少要有5~10倍槽名义口径的直管段。
    4) 若下游侧有阻碍物或涨落潮会形成逆流时,PB槽槽顶高度应高于下游侧水位高度。
    5) 槽体和暗管连接处用环氧系材料等充填,勿使泄漏。
    6) 若槽进口部有砂土等固形物堆积时,应及时清理。

5、4 流速-水位流量计计

    图5所示为传播时间法超声流速计和超声液位计组成的流速-水位流量计按装例。流速传感器的检测位置通常离渠底距离为0.1B(B为槽宽)。流量计安装位置应避免选择在临近流速分布扰动源的下游,要求有足够长度直渠段。

 

 
 
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