[导读] 肩述了超声波流量计测量原理，结合江都三站现场测试，得出超声波流量计测量数据准确，可信度高，比较适合于低扬程大流量泵站现场测试。超声波流量计的成功应用，对掌握大型泵站机组性能以及泵站运行管理将起到积极推动作用。
低扬程大流量泵站由于进出水河道的开敞性、进水流道不规则性等现场条件的限制，使得水泵机组的流量测定最为复杂，成为泵站现场测试中的1个难点。
随着测试技术的不断发展，测流方法和测流设备不断推出，常用方法有流速仪法、差压法、盐水浓度法、ADCP法、超声波流量计法等[1]。其中，超声波流量计法具有不影响流态、无压力损失，测流精度高，可靠性高等特点，比较适合于低扬程大流量泵站现场测试。
江苏省水利厅新引进了2套美国ACCUSONIC公司生产的Model7510P型便携式多声路超声波流量计，随后在我处江都三站8号机组进行了现场测试，现将测试原理、方法及测试数据介绍如下。
1 超声波流量计测量原理
超声波流量计的测量原理利用了超声波在液体中的传播特性。当被测液体静止时，对换能器（超声波探头）发出的超声波信号没有影响；当有流速时，由于液体的流动使得超声波的传播时间产生微小变化，这个微小的变化信号与液体流速有关[2]。
Model7510P型超声波流量计采用的是时差法。如图1所示，超声波在静止液体中的速度为c，当液体流速为v时，顺流、逆流的传播时间T1、T2分别为：
（1）
式中：S为换能器距离；v为被测液体流速；α为流道轴线与换能器声路之间的夹角。
求得： （2）
图1 原理示意图
式中为常数，所以只需精确测出超声波在液体中顺流、逆流的传播时间T1、T2就可以求出出液体的流速，使用速度面积法进行积分即可求得流量。
2 超声波流量计的安装
换能器的安装是整个测流系统安装中的关键。江都三站机组进水流道分左右孔，中间为支墩。所以在2个进水孔中分别安装一套超声波流量计传感器。每孔安装8个声路共16个换能器，换能器电缆经流道进人孔引出。
2.1 确定换能器声路角度
确定流道孔的进水、出水断面，取其中点连线作为JD-2激光经纬仪的骑轴线，分别将经纬仪水平盘调为65°、115°、245°、295°4个角度，打开经纬仪激光，转动经纬仪竖盘，在流道边壁上的4条竖线即为换能器的安装位置，如图2所示。
图2 换能器角度定位示意图
2.2 换能器高程确定
实测左右孔进水、出水断面的高度如表1所示。
表1 左右孔进水、出水断面实测高度
根据表2中ACCUSONIC公司提供的安装资料，确定每列换能器的高程。
表2 换能器安装高度计算公式
安装好的换能器分布如图3所示。
图3 换能器分布图
2.3 安装注意事项
（1）安装时使用环氧聚酯板作为换能器支架，固定在流道内壁上，再将换能器按高程位置安装在环氧支架上，便于加工固定；
（2）每个换能器带有一根专用电缆，敷设前必须对电缆和换能器对应编号，以免混淆；
（3）换能器固定后，还应用激光瞄准工具将每对换能器发射方向精确定位，然后才能所仅换能器发射面。
2.4 无水测试
换能器安装后，必须对进行无水测试，检测换能器性能及电缆连接。具体方法是：轻轻敲击换能器发射面，在相应电缆的另一侧用万用表交流200mV档位检测电压是否有波动，正常情况下应有电压输出。
3 江都三站现场测试
3.1 江都三站简介
江都三站于1968年建成，是南水北调东线龙头江都水利枢纽主力泵站之一。该站装有10台ZL13.5-28型立式可逆全调节轴流泵，配用1600kW可逆电动/发电同步电机，单机设计流量13.5m3/s，设计扬程8m。至2006年底，单机累计运行时间76000～86000h，共抽水363亿m3，发电7699万kWh。
3.2 测试方案和数据
通过江都枢纽的江都站、江都西闸、江都东闸、芒稻闸、运盐闸、邵仙闸的联合运用，控制江都站上下游水位，保持抽水站上游水位在6.8m，调节控制下游水位在-0.2～1.4m范围内，对水泵机组5个不同水泵叶片角度的10个工况点进行测量，同时记录电机功率、上下游水位、机组噪声、温度等参数[3]。现场测试数据如表3所示。
表3 现场测试数据
4 分析与结论
对所得测量数据分析后，可以得出以下结论：
（1）测试中，超声波流量计能够准确反映出机组在不同叶片角度、不同工况下的流量变化趋势，与水泵性能曲线趋势基本一致，所测数据具有较高的可信度。
（2）超声波流量计内贴式安装方法区别于其他测流手段，对水泵进水流态基本没有任何影响，也不产生压力损失，不受现场条件干扰，可靠性较高，比较适合于低扬程大流量泵站现场测试。
（3）超声波流量计在现场测试中无需人工干预，自动采集测试数据，避免了人为误差的产生，测试所得数据精确度较高。
（4）超声波流量计能够对泵站机组进行精确在线测量，快捷方便，便于计算机系统自动监测。
（5）通过这次测试，全面了解江都三站机组的运行性能，包括泵装置的流量、扬程、功率、效率可靠的数据，为大型泵站运行管理提供了各种重要参数，也为今后提升大型泵站运行管理水平以及泵站经济运行提供了重要依据。