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1 概況

尊村灌區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、管道工作狀態及對應測量值的起止日期等參數均可同時顯示，并具有存儲功能。此外還可以現場打印測流數據或通過RS-485通訊口與公用LCU通訊實現數據共享。

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歷的時間(稱為正向傳播時間T2)比逆向傳播所經歷的時間(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的。正、逆向傳播時間表示為：

T1=L /(C+Vcosθ)，

T2=L /(C- Vcosθ)。

3 尊村灌區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

一級站為矩形擴展型現澆鋼筋混凝土流道，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，

管內流速：0.5m/s~2.9m/s。

根據尊村引黃的實際，施工單位選用H110型外插式換能器和H210型500K內貼式換能器進行安裝。該換能器發射功率大，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

根據各泵站現場具體情況，施工單位進場后要提供詳細的施工組織設計，報監理部批準實施，并積極進行開工前準備工作，經監理部檢查，及時發布開工令。

4.1.2 設備及原材料進場檢查

設備到貨后，監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、產品說明書。安裝過程中所有用于現場的材料均必須有產品合格證，防止使用“三無”產品。

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，主機箱內應裝有超聲波發射、接收系統和計算機系統，微機系統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據不丟失，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》要求執行。

4.2.4 電纜連接

現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 流量計調試

系統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，將實測參數及其它相關參數輸人流量計(包括通用參數、斷面參數、聲路參數)。檢查流量計自檢及各聲路的工作狀況，各測量數據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。