管道量水技术及设施

1、知识点三：管道量水技术与设施二、管道量水技术与设施(一)差压流量计(文丘里流量计)差压式流量计一般用于管道系统流量测量。差压式流量计没有移动部件，不需要经常维护，而且水头损失也很小，流量测量精确。其工作原理是，在一个闭环系统中，同样的流量在通过较小的过流断面时流速比通过较大的过流断面时大。由于能量守衡，流速增大必然导致压力减小；相反，压力升高也会导致流速降低。从进口到喉道的压力减小量直接与通过的流量相关，因而可以用来确定流量。流量与水头和流量计尺寸间的关系如式(8-10): (8-10)式中 A2喉道断面面积；h上下游断面压力差；g重力加速度；rD2/D1，为喉道直径与管道直径的比率；Cd文丘

2、里流量计的流量系数；随着喉道流速和直径的变化，流量系数在0.9350.988范围内变化。差压式流量计通常由能将流体流量转换成差压信号的节流装置(或流量传感器)和测量差压并显示流量的差压计(或差压变送器)组成，如图所示。安装在流通管道上的节流装置也称“一次装置”，它包括节流件、取压装置和前后直管段。显示装置也称“二次装置”，它包括差压信号管路和测量中所需的仪表。图8-5 差压式流量计组成示意图由于差压式流量计价格较贵而且只能用于管道系统内水流为满管流的情况，其在灌溉系统的大规模应用受到了限制。随着压力管道对高精度流量测量的需求，这类流量计在将来有望大量应用。目前已有多种型号的差压式流量计(文丘里

3、流量计)，可以满足不同的需求。(二)水表水表是一种连续测定水量的积算式流量计，分为两类:一类是容积式水表，如旋转活塞式流量计、圆盘式流量计等；另一类是利用水流推动叶轮旋转并累计流量的叶轮式水表，也称速度式水表。前一类价格较高，主要用于试验；后一类用于实际水量测量。典型的产品有:1旋翼式水表 水流以切向流方式冲击水表叶轮，在国内外有大量使用。该种水表的口径一般为中、小口径，如15mm、20mm、25mm、32mm、40mm等，最大可达400mm。旋翼式水表又可分成单流速或称单箱式和多流速或称复箱式两种。其结构简图如图所示。2水平螺翼式水表 又称伏特曼水表，水流以轴向流方式冲击水表叶轮。这种水表流

4、通能力大，压损小，适合于大口径管路中使用。其口径一般为50500mm，最大可达900mm。其结构简图如图所示。图8-6 旋翼式水表 a)单箱式 b)复箱式图8-7 水平螺翼式水表如果按其它不同的分类方法，还可以分成:湿式水表、干式水表和液封式水表；指针式水表和字轮式水表；家用(民用)水表、工业用水表、消防用水表和标准水表；冷水表和热水表；普通水表和高压水表；指示型水表、远传型水表和定量水表；其它还有复式水表、分流式水表和电子水表等特殊型水表。如今，数传型水表、电子水表在农业自动灌溉控制系统中的应用逐渐普遍起来。在自动控制系统的流量测定中，远传水表与文丘里流量计联合使用，用于测定管道流量。文丘里

5、分流式水表就是其中的一种，它是由文丘里管及装于其旁路中的水表组成(见图)。旁路水表中流量由文丘里管的压差决定，此压差又与文丘里管流量的平方成正比，因而文丘里管流量与旁路水表流量成固定比例，测出水表流量可算得总流量。特点是大流量测量，压力损失小。图8-8 文丘里分流式水表(三)电磁流量计电磁流量计（简称EMF）是20世纪5060年代随着电子技术的发展而迅速发展起来的新型流量测量仪表。它是根据法拉第电磁感应定律制成的，用来测量导电液体体积流量的仪表。由于其独特的优点，目前已广泛地被应用于各种导电液体的流量测量，如各种酸、碱、盐等腐蚀性介质；各种易燃易爆介质；污水处理以及化工、食品、医药等工业中的各

6、种浆液流量测量，形成了独特的应用领域。在结构上，电磁流量计由电磁流量传感器和转换器两部分组成，如图所示。传感器安装在管道上，它的作用是将流进管道内的液体体积流量值线性地变换成感应电动势信号，并通过传输线将此信号送到转换器。转换器安装在离传感器不太远的地方，它将传感器送来的流量信号进行放大，并转换成与流量信号成正比的标准电信号输出，以进行显示，累积和调节控制。电磁流量计的主要优点如下:1.电磁流量计的传感器结构简单，测量管内没有可动部件，也没有任何阻碍流体流动的节流部件。所以当流体通过流量计时不会引起任何附加的压力损失，是流量计中运行能耗最低的流量仪表之一。2可测量赃污介质、腐蚀性介质及悬浊性液

7、固两相流的流量。这是由于仪表测量管内部无阻碍流动部件，与被测流体接触的只是测量管内衬和电极，其材料可根据被测流体的性质来选择。例如，用聚三氟乙烯或聚四氟乙烯做内衬，可测量各种酸、碱、盐等腐蚀性介质；采用耐磨橡胶做内衬，就特别适合于测量带有固体颗粒的、磨损较大的矿浆、水泥浆等液固两相流以及各种带纤维液体和纸浆等悬浊液体。图8-9 电磁流量计组成3电磁流量计是一种体积流量测量仪表，在测量过程中，它不受被测介质的温度、粘度、密度以及电导率(在一定范围)的影响。因此，电磁流量计只需经水标定后，就可以用来测量其它导电性液体的流量。4电磁流量计的输出只与被测介质的平均流速成正比，而与对称分布下的流动状态(

8、层流或紊流)无关。所以电磁流量计的量程范围极宽，其测量范围度可达100:1，有的甚至达1000:1的可运行流量范围。5电磁流量计无机械惯性，反应灵敏，可以测量瞬时脉动流量，也可测量正反两个方向的流量。6工业用电磁流量计的口径范围极宽，从几个毫米一直到几米，而且国内已有口径达3m的实流校验设备，为电磁流量计的应用和发展奠定了基础。电磁流量计目前仍然存在的主要不足如下。1不能用来测量气体、蒸汽以及含有大量气体的液体。2不能用来测量电导率很低的液体介质，如对石油制品或有机溶剂等介质，目前电磁流量计还无能为力。3普通工业用电磁流量计由于测量管内衬材料和电气绝缘材料的限制，不能用于测量高温介质；如未经特

9、殊处理，也不能用于低温介质的测量，以防止测量管外结露(结霜)破坏绝缘。4电磁流量计易受外界电磁干扰的影响。(四)插入式电磁流量计插入式电磁流量计是以测量管道内局部流速来推算整体流量的仪表，主要用于大管径管道的流量测量。电磁流量传感器从管道开孔中径向地插入管道，插入深度可以有不同规定，或插入到管道中心，或插入到管道内平均流速处。插入式电磁流量计精度较低，价格相对也比较低，一般不用来测量流体总量，而是常用于过程参数的控制系统。下面是几种插入式电磁流量计的结构图。图所示为德国的一种插入式电磁流量传感器结构，传感器测量孔中心轴固定在主管道内径D的1/8处，基本在管道平均流速点附近。一般传感器应安装在上游具有10D何意？长、下游具有5D长的直管段上，如果上游有三通或有未全开阀门时，则上游应有15D25D长的直管段。传感器轴应基本与上游弯头或阀门杆处于同一平面内。 图8-10 插入式电磁流量计结构A 图8-11 插入式电磁流量计结构B图8-11为另一种插入式电磁流量计的结构，电极直接安装在探头两侧，而不用在探头上打测量孔。安装时应保证探头插入深度H为管道内径的10%，可根据厂家提供的探头尺寸控制插入深度。为了提高测量精度，国外已经研制出均速管型的插入式电磁流量计，