推荐采用绕流管法测定泵站流量

　　1　概述

　　我国建成运行的各类泵站50余万座,其中大型泵站400座。根据新形势下水利的改革发展要求,现场实测泵站流量及效率,是考核工程效益,实现科学管理的重要任务或课题。我国泵站90%左右为低扬程泵站,南水北调东线已建、将建50座泵站及中线引江济汉进口泵站亦均为低扬程大型泵站。低扬程泵站多无等径直管段,如何现场测定流量是世界性难题。泵站现场测试标准有行业标准《泵站现场测试规程》(SD 140-85)及待颁布并替代此标准的新标准《泵站和小型水电站现场效率试验规程》。关于流量测试,新标准保留原标准中流速仪、堰板、超声波等测流方法;删除“食盐浓度法”、“均速管法”;增列了“皮托管法”,包括“标准皮托管”和“非标准皮托管”。绕流管类同非标准皮托管。

　　比较泵站的各种现场测流方法。流速仪法精度较高,但多点测流安装较复杂,实施工作量较大;堰板法为渠道测流法,仅适用小型泵站,精度不高。相比之下,超声波法、皮托管法更具普遍适用性[1]。

　　超声波流量计20世纪60年代进入工业实用期,其典型的安装方式为外夹(贴)式、便携式和插入式,泵站多有应用。但是,低扬程泵站特别是低扬程大型泵站,除专设标准河道段作河道测流外,无法用常规超声波流量计作管道系统测流。国内部分大型泵站及近年新建部分南水北调泵站采用“内贴”式多普勒超声波流量计,厂家及产品有瑞特迈尔公司ADM型(奥地利)、昌民公司UR系列(韩国)及MGD公司Pro20型7510系列(美国)等[2-3]。

　　标准皮托管法及“内贴”式超声波法测定泵站流量均存在一定的缺陷。

　　2　皮托管流量计的缺陷

　　根据伯努利(Bernoulli)定理,皮托管用于水流速测定时下式成立:

　　式中:p、p0-静压和全压;ρ-流体密度;v-流速。流体密度ρ既知,则测得动压差Δp(p0-p)即测得流速:

　　K为流速系数。标准皮托管的流速系数K有理论值(K≌1.0),但是,皮托管的缺陷之一在于:流速系数随雷(Reynolds)数Re大小有不同的变化。根据流体力学原理及π定理:

式中:x1-测量管正压孔与静压孔的距离;x2-静压孔与等截面段尾端的距离;r-测量管迎水面圆头半径。

　　标准型皮托管之一的(英)NPL型皮托管,雷诺数变化2~3倍流速系数即可变化1.02~1.06倍[4],因此,可测速范围窄或测定误差较大。标准型皮托管除x1/r、x2/r规定外,其中常用的普兰得特(Prandtl)型皮托管更规定引出杆的断面形状为“扁圆”形,因而不能方便地“插入”被测管道。标准皮托管用于封闭管道多点测流时,势必和流速仪法一样安装复杂,工作量大。再者,根据尼古拉兹(Nikuradse)测定结果,紊流封闭圆管道内任意半径(rx)处的流速vx与管中心处流速vmax存在如下关系: