[導讀] 肩述了超聲波流量計測量原理，結合江都三站現場測試，得出超聲波流量計測量數據準確，可信度高，比較適合于低揚程大流量泵站現場測試。超聲波流量計的成功應用，對掌握大型泵站機組性能以及泵站運行管理將起到積極推動作用。
低揚程大流量泵站由于進出水河道的開敞性、進水流道不規則性等現場條件的限制，使得水泵機組的流量測定最為復雜，成為泵站現場測試中的1個難點。
隨著測試技術的不斷發展，測流方法和測流設備不斷推出，常用方法有流速儀法、差壓法、鹽水濃度法、ADCP法、超聲波流量計法等[1]。其中，超聲波流量計法具有不影響流態、無壓力損失，測流精度高，可靠性高等特點，比較適合于低揚程大流量泵站現場測試。
江蘇省水利廳新引進了2套美國ACCUSONIC公司生產的Model7510P型便攜式多聲路超聲波流量計，隨后在我處江都三站8號機組進行了現場測試，現將測試原理、方法及測試數據介紹如下。
1 超聲波流量計測量原理
超聲波流量計的測量原理利用了超聲波在液體中的傳播特性。當被測液體靜止時，對換能器（超聲波探頭）發出的超聲波信號沒有影響；當有流速時，由于液體的流動使得超聲波的傳播時間產生微小變化，這個微小的變化信號與液體流速有關[2]。
Model7510P型超聲波流量計采用的是時差法。如圖1所示，超聲波在靜止液體中的速度為c，當液體流速為v時，順流、逆流的傳播時間T1、T2分別為：
（1）
式中：S為換能器距離；v為被測液體流速；α為流道軸線與換能器聲路之間的夾角。
求得： （2）
圖1 原理示意圖
式中為常數，所以只需精確測出超聲波在液體中順流、逆流的傳播時間T1、T2就可以求出出液體的流速，使用速度面積法進行積分即可求得流量。
2 超聲波流量計的安裝
換能器的安裝是整個測流系統安裝中的關鍵。江都三站機組進水流道分左右孔，中間為支墩。所以在2個進水孔中分別安裝一套超聲波流量計傳感器。每孔安裝8個聲路共16個換能器，換能器電纜經流道進人孔引出。
2.1 確定換能器聲路角度
確定流道孔的進水、出水斷面，取其中點連線作為JD-2激光經緯儀的騎軸線，分別將經緯儀水平盤調為65°、115°、245°、295°4個角度，打開經緯儀激光，轉動經緯儀豎盤，在流道邊壁上的4條豎線即為換能器的安裝位置，如圖2所示。
圖2 換能器角度定位示意圖
2.2 換能器高程確定
實測左右孔進水、出水斷面的高度如表1所示。
表1 左右孔進水、出水斷面實測高度
根據表2中ACCUSONIC公司提供的安裝資料，確定每列換能器的高程。
表2 換能器安裝高度計算公式
安裝好的換能器分布如圖3所示。
圖3 換能器分布圖
2.3 安裝注意事項
（1）安裝時使用環氧聚酯板作為換能器支架，固定在流道內壁上，再將換能器按高程位置安裝在環氧支架上，便于加工固定；
（2）每個換能器帶有一根專用電纜，敷設前必須對電纜和換能器對應編號，以免混淆；
（3）換能器固定后，還應用激光瞄準工具將每對換能器發射方向精確定位，然后才能所僅換能器發射面。
2.4 無水測試
換能器安裝后，必須對進行無水測試，檢測換能器性能及電纜連接。具體方法是：輕輕敲擊換能器發射面，在相應電纜的另一側用萬用表交流200mV檔位檢測電壓是否有波動，正常情況下應有電壓輸出。
3 江都三站現場測試
3.1 江都三站簡介
江都三站于1968年建成，是南水北調東線龍頭江都水利樞紐主力泵站之一。該站裝有10臺ZL13.5-28型立式可逆全調節軸流泵，配用1600kW可逆電動/發電同步電機，單機設計流量13.5m3/s，設計揚程8m。至2006年底，單機累計運行時間76000～86000h，共抽水363億m3，發電7699萬kWh。
3.2 測試方案和數據
通過江都樞紐的江都站、江都西閘、江都東閘、芒稻閘、運鹽閘、邵仙閘的聯合運用，控制江都站上下游水位，保持抽水站上游水位在6.8m，調節控制下游水位在-0.2～1.4m范圍內，對水泵機組5個不同水泵葉片角度的10個工況點進行測量，同時記錄電機功率、上下游水位、機組噪聲、溫度等參數[3]。現場測試數據如表3所示。
表3 現場測試數據
4 分析與結論
對所得測量數據分析后，可以得出以下結論：
（1）測試中，超聲波流量計能夠準確反映出機組在不同葉片角度、不同工況下的流量變化趨勢，與水泵性能曲線趨勢基本一致，所測數據具有較高的可信度。
（2）超聲波流量計內貼式安裝方法區別于其他測流手段，對水泵進水流態基本沒有任何影響，也不產生壓力損失，不受現場條件干擾，可靠性較高，比較適合于低揚程大流量泵站現場測試。
（3）超聲波流量計在現場測試中無需人工干預，自動采集測試數據，避免了人為誤差的產生，測試所得數據精確度較高。
（4）超聲波流量計能夠對泵站機組進行精確在線測量，快捷方便，便于計算機系統自動監測。
（5）通過這次測試，全面了解江都三站機組的運行性能，包括泵裝置的流量、揚程、功率、效率可靠的數據，為大型泵站運行管理提供了各種重要參數，也為今后提升大型泵站運行管理水平以及泵站經濟運行提供了重要依據。