摘　要：針對大型(xing)低揚程泵站進(jin)水流道斷面形(xíng)狀及流态變化(hua)複雜，難以選擇(ze)時差式超聲波(bo)流量計 測流斷(duàn)面的實際情況(kuang)，提出可通過對(dui)進水流道進行(háng)數值模拟♉來确(què)定并優化超聲(shēng)波流量計換能(néng)器的安裝位置(zhì)，并🧑🏾‍🤝‍🧑🏼對換能器的(de)安裝對數進行(háng)優化.結合南水(shui)北調東💰線工程(chéng)寶應泵站水泵(beng)裝置模型試驗(yàn)，對兩款時差式(shi)超聲波流量計(jì) 與高精度水力(lì)機械試驗台流(liu)量測試設備進(jin)行了對比測試(shì).結果表明，兩款(kuǎn)流量計最大相(xiàng)對誤差分别爲(wèi)1.60％和0.39％，均具有較高(gao)的測試精度，穩(wěn)定性也較好，能(neng)滿足泵站現場(chǎng)⛱️測試的⭕精度要(yào)求.
　　大型低揚程(cheng)泵站在我國的(de)平原地區應用(yong)廣泛，在農🐆田灌(guan)溉🙇🏻排🔞水、城市防(fáng)洪、跨流域調水(shui)等方面發揮了(le)重👣要作用.由于(yu)這類泵站一般(bān)帶有形狀較爲(wei)複🥵雜的進出水(shuǐ)流👅道，不同運行(hang)工況下流道内(nèi)的水流流動情(qing)況也很複雜，因(yīn)此，利用泵裝置(zhi)自身條件布🚶‍♀️置(zhì)測流設備來進(jìn)行泵流量測量(liàng)，往往難以滿足(zu)測☎️試設備所要(yào)求的斷面流速(su)分布均勻或漸(jiàn)變🐅流的🌈條件，從(cong)而影響到測試(shi)精度.目前，泵站(zhan)測流常用的方(fāng)法有流速儀法(fa)、鹽水濃度法、五(wu)孔探針法、差壓(yā)計法等［1－5］.這些方(fāng)法在測試精度(du)、安裝的繁簡程(cheng)度、測試✨工作量(liàng)大小等方面各(gè)有特色，但至今(jīn)尚沒有一種公(gong)認的既簡便可(kě)靠，又具有較高(gao)精度的測試方(fang)法.這一現狀在(zài)一定程度上影(ying)響了大型低揚(yang)程泵站的技術(shu)進步和科學管(guǎn)理.
　　近年來，時差(chà)式超聲波流量(liàng)計測流技術有(yǒu)了很大的發展(zhǎn)，并在水電站行(hang)業的現場測試(shì)中有了較好🈚的(de)應用.這🥰是由于(yu)水電站🐪一般有(yǒu)較長的直段輸(shū)水管道，斷面形(xing)狀較爲規則，因(yīn)此其流态條件(jian)較好，相對容易(yi)滿足換能器的(de)安裝要求.但是(shi)大型低揚程泵(beng)站的情況則不(bu)相同.雖然超聲(shēng)波流🈲量計近年(nian)來在泵站現場(chǎng)♌測試中有一些(xiē)應用［1］，取得了一(yi)些成果👣，但是仍(réng)然處于起步或(huò)探索階段.其中(zhōng)的難點主要是(shi)難以選擇到流(liú)速💔分布較爲均(jun)勻的測⭐流斷面(mian).如果能在保👄證(zhèng)較高精度💃的前(qian)提下找到合适(shì)的換能🌈器布設(she)位置和布設方(fang)式⭐，如果能有效(xiao)地減少換能器(qi)安裝對數以降(jiàng)低現場測試的(de)工作量和測試(shì)成🈲本，則将有力(li)地推動該技術(shù)在🥵泵站行業的(de)應用，并将有效(xiào)地⭐促進我國大(da)型低揚程泵站(zhan)🚩的建設和管理(lǐ)水平.
　　采用兩款(kuan)超聲波流量計(jì)與精度佳水力(lì)機械試驗台流(liu)量測試設備來(lái)進行對比測試(shi)，得到其模型測(ce)試誤差，從而爲(wei)提高大型低揚(yang)程泵站流量的(de)測流精度，找到(dào)有效🌈的方法.
1　時(shí)差式超聲波流(liú)量計測流技術(shu)
　　應用超聲波流(liu)量計常用的測(cè)量方法爲傳播(bō)速度差法、多普(pu)勒法等.傳播速(sù)度差法又包括(kuò)直接時差🈲法、相(xiàng)🏃‍♀️差法🐪和頻差法(fǎ)［6］.時差式超聲波(bō)流量計的工作(zuò)原理如圖1所示(shì).它利用超聲波(bo)換能器接收、發(fā)射超聲波，通過(guo)🔞測量超聲波在(zai)介質🧡中的順流(liú)和逆流傳播時(shi)間差來間接測(ce)量流體的流速(sù)，再通過流速及(ji)♍斷面情況來計(ji)算流量［7，8］.

2　流量(liàng)對比測試
2.1　試驗(yàn)台與測試設備(bèi)
　　如圖2所示，效率(lǜ)測試系統綜合(he)誤差爲±0.39％.該試驗(yàn)台于2025年12月通過(guo)由江蘇省科技(ji)廳組織的鑒定(ding)，并于200４年通過國(guo)家計量論證評(píng)審.試驗台流量(liang)測試設備爲ＤＮ４00型(xíng)電磁流量計，标(biao)定精度爲±0.197％.

2.2　換能(neng)器安裝位置
　　結(jie)合南水北調東(dōng)線工程寶應泵(bèng)站［9，10］水泵裝置模(mó)型試驗，模型⛷️比(bi)✊λ＝1∶9.833，對兩款時差式(shì)超聲波流量計(ji)與試驗台流量(liang)測☎️試設備進行(háng)了對比測試.流(liu)量計1采用10對換(huàn)能器，流量計2采(cai)用8對換能器，安(ān)裝位置示意見(jian)圖3.兩款流量計(ji)的廠商🔴在試驗(yàn)前均進行了😄進(jìn)水流道三維紊(wen)流數值模拟，通(tong)過👄計算，确定在(zai)流态相對較好(hao)的進水流道内(nèi)安裝換能器🐅，并(bing)對安裝位置🆚進(jin)行了優化.

2.3　對比(bǐ)測試結果
　　試驗(yàn)時以試驗台ＤＮ４00型(xíng) 電磁流量計 的(de)測試值作爲标(biāo)準值，測試範圍(wei)爲（0.795～1.163）Qｅ（Qｅ爲試驗泵裝(zhuang)置在水泵葉片(pian)角度爲0°時的最(zui)高效率點流量(liang)）.對比測試時，對(duì)每個流量點均(jun)進行了3次重複(fu)測量.表1爲流量(liang)計1和流量計2單(dan)點測試數據💞記(ji)錄.

　　表2和表3分别(bié)爲流量計1和流(liu)量計2與試驗台(tái)流量計對比測(cè)試❤️的誤差計算(suàn)，其中絕對誤差(chà)爲流量計測試(shì)值與試🔅驗台測(cè)試值之差，相對(duì)誤差爲絕對誤(wu)差與試驗台測(ce)試值之比，表中(zhōng)流量測試值均(jun1)爲3次測量的平(píng)均值.


　　由表1～表3可(ke)知，與試驗台流(liú)量計實測值相(xiang)比，流量計🌈1和流(liú)量計2的👨‍❤️‍👨誤差範(fàn)圍分别爲－1.60％～－0.59％及－0.39％～0.18％，最(zuì)大相對誤差分(fèn)别爲1.60％和0.39％.兩款流(liu)量計均具有較(jiao)高的精度，但流(liu)量計2的流量測(cè)量精度更高，穩(wěn)定性更好.
3　結　論(lùn)
　　近年來，在國内(nei)開始應用的時(shí)差式超聲波流(liu)量計，其流✉️速測(cè)量🌂保證精度一(yi)般爲±0.5％（規則斷面(miàn)）.如果将其應用(yòng)于大型低揚程(cheng)泵站，并在進水(shui)流道内布置換(huàn)能器，通過進一(yi)步的優化，還可(kě)以達到更高的(de)精度［7］.即使考慮(lü)到換能器💋安裝(zhuang)、過流斷面積測(cè)量等方面的因(yin)素，現場測試精(jing)度仍可望控制(zhì)在±1.5％以内，可以滿(man)足泵站現場測(cè)⛹🏻‍♀️試的需要，采用(yòng)三維紊流數值(zhi)模拟方法模拟(ni)泵站進水流道(dao)内的流場，不僅(jǐn)可以優化超💚聲(sheng)波流量計換能(néng)器的安裝位置(zhì)，提高測試精度(du)，還可對換能器(qì)的安裝對數進(jin)行優化，從而達(da)🔅到減📱少測試用(yòng)換能器的數量(liàng)、減小安裝工作(zuo)量和測試費用(yòng)的目的［7］.
　　時差式(shì)超聲波流量計(ji)具有安裝簡單(dān)、抗幹擾能力強(qiáng)、阻力損失小等(deng)優點，可實現流(liú)量的在線測量(liàng)，通過對大型低(di)揚程泵站進🔞水(shui)流道進行三維(wéi)紊流數值模拟(ni)🛀來确定換能器(qì)的安裝方式，能(neng)有效地提高流(liú)量測試精度，從(cong)而爲大型低揚(yáng)程泵站提供一(yī)種簡便可靠，且(qie)具有較高精度(du)的流量測試新(xin)方法.

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