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摘　要：针对大型低扬程泵站进水流道断面形状及流态变化复杂，难以选择时差式超声波流量计测流断面的实际情况，提出可通过对进水流道进行数值模拟来确定并优化超声波流量计换能器的安装位置，并对换能器的安装对数进行优化.结合南水北调东线工程宝应泵站水泵装置模型试验，对两款时差式超声波流量计与高精度水力机械试验台流量测试设备进行了对比测试.结果表明，两款流量计最大相对误差分别为1.60％和0.39％，均具有较高的测试精度，稳定性也较好，能满足泵站现场测试的精度要求.
　　大型低扬程泵站在我国的平原地区应用广泛，在农田灌溉排水、城市防洪、跨流域调水等方面发挥了重要作用.由于这类泵站一般带有形状较为复杂的进出水流道，不同运行工况下流道内的水流流动情况也很复杂，因此，利用泵装置自身条件布置测流设备来进行泵流量测量，往往难以满足测试设备所要求的断面流速分布均匀或渐变流的条件，从而影响到测试精度.目前，泵站测流常用的方法有流速仪法、盐水浓度法、五孔探针法、差压计法等［1－5］.这些方法在测试精度、安装的繁简程度、测试工作量大小等方面各有特色，但至今尚没有一种公认的既简便可靠，又具有较高精度的测试方法.这一现状在一定程度上影响了大型低扬程泵站的技术进步和科学管理.
　　近年来，时差式超声波流量计测流技术有了很大的发展，并在水电站行业的现场测试中有了较好的应用.这是由于水电站一般有较长的直段输水管道，断面形状较为规则，因此其流态条件较好，相对容易满足换能器的安装要求.但是大型低扬程泵站的情况则不相同.虽然超声波流量计近年来在泵站现场测试中有一些应用［1］，取得了一些成果，但是仍然处于起步或探索阶段.其中的难点主要是难以选择到流速分布较为均匀的测流断面.如果能在保证较高精度的前提下找到合适的换能器布设位置和布设方式，如果能有效地减少换能器安装对数以降低现场测试的工作量和测试成本，则将有力地推动该技术在泵站行业的应用，并将有效地促进我国大型低扬程泵站的建设和管理水平.
　　采用两款超声波流量计与精度佳水力机械试验台流量测试设备来进行对比测试，得到其模型测试误差，从而为提高大型低扬程泵站流量的测流精度，找到有效的方法.
1　时差式超声波流量计测流技术
　　应用超声波流量计常用的测量方法为传播速度差法、多普勒法等.传播速度差法又包括直接时差法、相差法和频差法［6］.时差式超声波流量计的工作原理如图1所示.它利用超声波换能器接收、发射超声波，通过测量超声波在介质中的顺流和逆流传播时间差来间接测量流体的流速，再通过流速及断面情况来计算流量［7，8］.

2　流量对比测试
2.1　试验台与测试设备
　　如图2所示，效率测试系统综合误差为±0.39％.该试验台于2001年9月通过由江苏省科技厅组织的鉴定，并于200４年通过国家计量论证评审.试验台流量测试设备为ＤＮ４00型电磁流量计，标定精度为±0.197％.

2.2　换能器安装位置
　　结合南水北调东线工程宝应泵站［9，10］水泵装置模型试验，模型比λ＝1∶9.833，对两款时差式超声波流量计与试验台流量测试设备进行了对比测试.流量计1采用10对换能器，流量计2采用8对换能器，安装位置示意见图3.两款流量计的厂商在试验前均进行了进水流道三维紊流数值模拟，通过计算，确定在流态相对较好的进水流道内安装换能器，并对安装位置进行了优化.

2.3　对比测试结果
　　试验时以试验台ＤＮ４00型电磁流量计的测试值作为标准值，测试范围为（0.795～1.163）Qｅ（Qｅ为试验泵装置在水泵叶片角度为0°时的最高效率点流量）.对比测试时，对每个流量点均进行了3次重复测量.表1为流量计1和流量计2单点测试数据记录.

　　表2和表3分别为流量计1和流量计2与试验台流量计对比测试的误差计算，其中绝对误差为流量计测试值与试验台测试值之差，相对误差为绝对误差与试验台测试值之比，表中流量测试值均为3次测量的平均值.


　　由表1～表3可知，与试验台流量计实测值相比，流量计1和流量计2的误差范围分别为－1.60％～－0.59％及－0.39％～0.18％，最大相对误差分别为1.60％和0.39％.两款流量计均具有较高的精度，但流量计2的流量测量精度更高，稳定性更好.
3　结　论
　　近年来，在国内开始应用的时差式超声波流量计，其流速测量保证精度一般为±0.5％（规则断面）.如果将其应用于大型低扬程泵站，并在进水流道内布置换能器，通过进一步的优化，还可以达到更高的精度［7］.即使考虑到换能器安装、过流断面积测量等方面的因素，现场测试精度仍可望控制在±1.5％以内，可以满足泵站现场测试的需要，采用三维紊流数值模拟方法模拟泵站进水流道内的流场，不仅可以优化超声波流量计换能器的安装位置，提高测试精度，还可对换能器的安装对数进行优化，从而达到减少测试用换能器的数量、减小安装工作量和测试费用的目的［7］.
　　时差式超声波流量计具有安装简单、抗干扰能力强、阻力损失小等优点，可实现流量的在线测量，通过对大型低扬程泵站进水流道进行三维紊流数值模拟来确定换能器的安装方式，能有效地提高流量测试精度，从而为大型低扬程泵站提供一种简便可靠，且具有较高精度的流量测试新方法.

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