超聲流量計在閘涵規範化維護中應用-江蘇省孝感尼蓝纺织制造有限责任公司(AI智能站)

［摘要］依據(jù)該閘涵實例(li)應用數據，借(jie)助流量測量(liàng)實驗分析，超(chāo)聲流量計 在(zai)閘涵規範化(huà)維護管理中(zhōng)的應用開展(zhǎn)專題探究，參(cān)考⛹🏻‍♀️測㊙️得的👨‍❤️‍👨水(shui)位h和設定的(de)不同糙率常(cháng)數n，分别利用(yòng)纜☎️道流速儀(yi)☔、超聲流量☀️計(ji)、洩流曲線查(cha)算以及公式(shì)計算，對流量(liàng)實施了多次(cì)比測，從圖表(biao)數據比測結(jie)果看出，四類(lei)測量結果相(xiang)互💃🏻差别非常(cháng)小，其中查💛算(suan)洩流曲線獲(huo)得的流量🔴誤(wù)差最大，而🔴纜(lǎn)道流速儀測(cè)量和超聲流(liú)量計測量的(de)流✌️量最爲相(xiang)近。超聲測量(liang)的水深與糙(cao)率拟合性較(jiào)好，呈現緊密(mì)關聯狀态。由(yóu)此可以看出(chu)，涵閘流量測(cè)量管理應💚用(yong)超聲流量💋測(cè)量技術是可(ke)行的，其測量(liang)精度完全滿(man)足工程測🏃‍♂️量(liàng)管理要求。
　　閘(zhá)涵維護管理(li)既是一個管(guǎn)理學課題，也(yě)是一個技術(shù)類課題，借助(zhù)技術手段實(shi)現數據化控(kòng)制、維護和管(guan)理，可以使閘(zhá)涵維🔱護管理(li)更數據化、科(ke)學化和規🔞範(fan)化。案例閘涵(hán)實例應用數(shù)據，借助具體(tǐ)流量測量實(shi)驗分析，對閘(zha)涵維🔞護管理(li)應用超聲流(liu)量計測流開(kāi)展專題探🛀究(jiu)，以爲同類工(gōng)程應用提⁉️供(gòng)研究和技💰術(shù)參考。
1超聲流(liu)量測量原理(lǐ)
　　時下工程選(xuan)用的超聲流(liu)量計多爲基(jī)于速率差或(huò)多✍️普勒原理(li)的超聲流量(liàng)計，利用逆水(shuǐ)流及順水流(liú)超聲脈沖❄️速(su)率差異🤞測定(ding)流速流量。
1.1時(shí)差法超聲測(cè)定機理
　　超聲(sheng)測定流量實(shí)質上是借助(zhù)超聲波測定(dìng)流速，然後通(tōng)過特定計算(suan)得到流量。當(dāng)向上遊傳播(bo)聲波時，其波(bō)速下降，向下(xia)遊🌏傳播聲波(bo)時，其波速提(tí)高。要測定準(zhun)确流量，尤㊙️其(qi)是對🏃‍♀️水深較(jiao)大，上下遊流(liú)速差異較大(da)的大型渠道(dao)，要求應用多(duo)📱層換能器，以(yǐ)多聲道🆚測定(ding)方法才能更(geng)加準确✔️地測(cè)出流速💯演變(bian)量，從而🔴準确(que)計算出流量(liang)。時差法超聲(sheng)多聲道流速(su)測❌定機理示(shi)意見😍圖1具體(tǐ)㊙️所示。

　　式中:θ爲(wèi)流向與波向(xiàng)夾角;L爲聲道(dào)長度;v爲流速(su)均值⛷️;T爲💰順逆(ni)流時間均值(zhi);ΔT爲順逆流的(de)時間差;i爲聲(shēng)道數;H爲水深(shēn);Ki爲🥰聲道加權(quan)積分常數，B=(B1+B2)/2。
1.2多(duo)譜勒頻移測(cè)流機理
　　多普(pu)勒頻移測流(liú)是借助聲波(bo)多普勒頻移(yi)率測量而推(tuī)算出閘🈲涵流(liu)量的方法。超(chāo)聲發生器與(yu)流體顆☂️粒間(jiān)存在着相♌對(duì)運動關🏃🏻系，流(liú)速和相對運(yun)動形成㊙️反射(she)波的多普勒(le)頻移🤞現象，在(zài)反射波和入(ru)射波間☎️形成(cheng)差異頻率。測(cè)定💃🏻了這些差(cha)異頻率，就能(néng)求解出🧡對應(ying)的流速，進而(er)得到流量。爲(wei)了更加有效(xiao)地獲取❗多普(pǔ)勒頻移信号(hào)，超聲多普勒(lè)頻移流量計(jì)一♉般均選用(yòng)收發⭐一體的(de)換能器，具體(ti)見圖👉2所示。

　　在(zai)上述頻移流(liú)量推算式中(zhōng)，K=2/(n+1)，c代表介質波(bo)傳速率;θ爲波(bo)⛱️流夾角;f0代👅表(biao)波源波頻;Δf多(duō)普勒均量頻(pín)移，n的取值可(ke)以具體見表(biao)1所示。

2超聲流(liú)量計在李家(jiā)岸引黃閘流(liú)量測量實驗(yàn)中的應👄用👌研(yán)究
2.1李家岸引(yin)黃閘運行現(xian)狀
　　李家岸引(yin)黃閘位處黃(huang)泛沖積平原(yuán)，擔負着附近(jìn)六✨個縣(市)的(de)📐引黃灌溉及(jí)地區生活和(hé)工業用水任(rèn)務㊙️。該閘涵爲(wèi)✔️箱式鋼筋✔️混(hùn)凝土構造，全(quan)長81m，屬1級建築(zhu)，3聯9孔，每孔3m淨(jìng)寬，3m淨高，校核(hé)防洪水位40．52m，設(shè)計防洪水位(wèi)39．52m，設計，胸牆頂(ding)⛹🏻‍♀️高度28．88m，底闆高(gao)度25．88m，堤頂高度(du)41．62m，機架❗橋頂高(gāo)度42．00m，閘前減壓(yā)平台高度32．50m，防(fang)沙閘門機架(jià)橋高度38．50m，現有(yǒu)堤頂高度39．00m，最(zui)高設計運行(hang)水位36．29m，設⭕計灌(guàn)溉引水位是(shi)28．10m。地方閘管所(suo)出于規範化(huà)管理的需要(yao)，已對其上下(xia)遊水位、流速(su)和流量實👣施(shī)了超聲實時(shí)監測，現場數(shu)據經過線纜(lǎn)傳至監控室(shì)計算機系統(tong)，然後以微波(bō)技🛀🏻術上傳給(gei)黃委以及省(sheng)市河務管理(li)局。
2.2流量測量(liang)實驗
　　實驗結(jie)合灌區放水(shui)實施.涵洞閉(bi)啓遵循該閘(zha)工程操作規(guī)範,流量控制(zhì)在每秒100m'的标(biao)準範圍内,參(can)考灌❄️區放水(shuǐ)一般規律,依(yī)🌈照每✔️秒15m'的級(jí)差，選取确定(ding)每秒100、80.65、50、35、20m'等六個(gè)等級實施。最(zuì)小涵内水深(shēn)不低✉️于0.7m,以保(bao)障方便流速(sù)監測和流量(liang)計算。保持各(gè)涵洞水位基(jī)本一⛱️緻。糙率(lü)又稱🔞粗糙常(cháng)數,一般以n表(biǎo)示,是反映渠(qu)壁面🚶‍♀️粗糙狀(zhuàng)态之對水流(liú)影響的一個(ge)綜合常數值(zhi)🐕。粗糙常數n跟(gen)水🔴深、流量以(yǐ)及渠槽表面(mian)粗糙程度密(mi)切相關.如果(guo)水流挾帶泥(ni)沙，則水流含(han)沙量大小也(yě)對糙率n有影(ying)響。對案例引(yǐn)黃涵閘來說(shuō),一定程度存(cún)在床⭕面相對(dui)粗糙、斷面不(bu)規整和水流(liú)含沙量相對(dui)大等具體情(qing)況,所以參考(kǎo)實測和相關(guan)推算,确定最(zui)小n值在0.035,最大(da)n值在0.100。
2.2.1超聲流(liu)量計安裝步(bù)驟
(1)安裝主機(ji):主機安裝主(zhu)要注意電源(yuan)線和射頻信(xin)号😘電⭐纜的正(zheng)确接連。連接(jie)電源線要選(xuǎn)取電壓穩定(ding)的☔電源，如果(guo)電源電壓穩(wěn)态不滿足要(yào)求時，應考慮(lǜ)使用穩壓器(qì)，以确保電源(yuan)電壓符合主(zhu)機💞的要求。架(jià)設信号電纜(lan),其兩端須🏃‍♂️給(gei)與一定的識(shí)别标💛記,以防(fang)止🔞電纜與主(zhu)機及換能器(qì)連👨‍❤️‍👨接時因不(bú)易分辨而導(dao)緻錯誤連接(jie)。
(2)安裝換能器(qì):實驗選用時(shí)差型超聲波(bō)流量計測定(dìng)流速,測量探(tan)頭爲換能器(qi).每涵安裝--對(dui)洞，與主機通(tong)💁過信号電👄纜(lǎn)相連。安裝換(huan)能器重要的(de)是換能器定(dìng)位,即找出涵(han)洞兩邊換能(neng)器安裝的準(zhǔn)确部位,涵洞(dong)中心線與換(huàn)能器的聲路(lu)夾角🐆通常都(dou)選取45o,通常選(xuǎn)🔱用激光經緯(wei)♉定位儀測量(liàng)比較準确。換(huàn)能器安裝好(hao)後,要準确測(ce)出聲路角、聲(sheng)路高♈、聲路長(zhang)等換能⭐器現(xian)場安裝狀态(tai)基本參數。.
(3)安(an)裝超聲水位(wei)計:不但要有(yǒu)流速數據,還(hai)須掌握水👣斷(duàn)🐅:面面♋積,才能(neng)實現超聲測(cè)定流量。涵洞(dòng)斷面--般情⛷️況(kuang)下都是确定(dìng)的,所以隻要(yào)測出水面高(gāo)程,過水斷🍉面(miàn)的面積也就(jiù)能通過計算(suan)得出。超聲水(shuǐ)位計就是用(yòng)來測定水面(miàn)高程🐪的。在超(chāo)聲流量計的(de)傳感器連線(xiàn)正中點的正(zhèng)上方涵洞頂(ding)闆，爲安裝超(chāo)聲水位計的(de)正确位置,見(jiàn)圖3具體所示(shi)。

2.2.2流量測量方(fang)法及步驟
(1)測(ce)量:在确定一(yi)個工況組合(hé)後,同步實施(shi)各種測量，主(zhu)要有:設備測(cè)流,确定标準(zhun)流量;各個洞(dòng)内水位計測(ce)各涵水位，微(wei)機機自動推(tui)算該時段的(de)水位均值;各(gè)個洞内流量(liàng)計測定🈲流速(su)，微機自動推(tuī)算測驗時段(duan)的流速均值(zhi);參考對應底(dǐ)闆高度,各個(gè)涵洞觀測🌈出(chu)口和距離出(chū)口3m處的水位(wèi),不間斷觀🏃🏻‍♂️測(cè)或者每1min觀🏃‍♂️測(ce)--次,之後微機(ji)推算水深,分(fen)别算出一個(ge)測驗時段的(de)水位均值;與(yu)此⭕同時參考(kao)對應底闆高(gao)度推算水深(shēn)。
(2)推算各洞流(liu)量:首先确定(dìng)一個糙率常(chang)數n,應用前述(shù)測定的水深(shen)❓數據推算出(chu)各涵洞的流(liu)量Q。與标準流(liú)量Q比較檢測(ce)EQ,是🙇‍♀️否相等。假(jia)如不是相等(deng),則需對糙率(lü)常數n進行必(bì)要調整。多次(cì)不停觀測，直(zhí)到發現n0始終(zhong)❗在一定範🔞圍(wéi)内循環變化(hua),則在👣其中最(zuì)終🈲選取一-個(ge)中間值供計(ji)算所用。
3實驗(yàn)結果分析
　　參(cān)考測得的水(shui)位h和設定的(de)不同糙率常(chang)數n,分别利用(yòng)🔆纜道流速儀(yi)、超聲流量計(ji)、洩流曲線查(cha)算以及公式(shi)計算,對流量(liàng)實施🙇🏻了多次(cì)比測。在滿足(zú)士5%允許誤差(cha)情況🍉下,選用(yong)統計解析方(fang)法對數據實(shí)施篩選處理(li),獲得了滿足(zú)實驗🌍解析的(de)樣本系列,具(ju)體見表2和🆚圖(tu)4所示。借助✉️計(jì)算機對實驗(yan)數據實施拟(nǐ)合計算,得到(dào)了水深h與糙(cao)率常數n的拟(ni)合🙇🏻曲線，具體(ti)見圖5所示。

　　從(cóng)圖表數據比(bǐ)測結果中看(kàn)到,四類測量(liang)結果相互差(chà)别非常小,其(qi)中查算洩流(liu)曲線獲得的(de)流量誤差最(zui)大❤️,而纜道流(liú)🔞速儀測量和(hé)超聲流量計(ji)測量的流量(liang)最爲🌍相近。超(chāo)聲測量👨‍❤️‍👨的水(shui)深與糙率拟(ni)合性較好,呈(cheng)現緊密💃關聯(lian)狀态。由此可(kě)以看出,涵閘(zha)✍️流量測量管(guan)理應用超聲(sheng)流量測量技(ji)術是可行的(de),其測量精🏃‍♀️度(dù)完全滿足工(gōng)程測量管理(lǐ)要求。

4結語
　　閘(zhá)涵實例應用(yong)數據,借助具(jù)體流量測定(ding)試驗解析,對(duì)閘涵規範☔化(hua)維護管理應(ying)用超聲流量(liang)計測流進行(háng)專題探讨。基(ji)本收獲:(1)梳㊙️理(li)介紹了超聲(sheng)流量測量原(yuán)理;(2)開展了應(yīng)用超聲流量(liàng)計進行閘涵(han)流量在線🚩自(zì)動化測量;(3)對(dui)實驗結果進(jin)行了直方和(he)🌈拟合比對👣分(fen)析。實驗得出(chu)的現實和前(qián)瞻性判斷是(shi):(1)超聲流量計(jì)可以對引黃(huáng)涵閘進行在(zai)線自動化測(ce)流，能夠幫助(zhu)工程管👨‍❤️‍👨理人(ren)員㊙️對涵閘運(yun)行實現閘門(men)開閉控制和(he)開展數據實(shi)時監測、存儲(chu)和報送;(2)超💯聲(sheng)流量測量，其(qi)精度誤差可(kě)以控制在+5%範(fàn)圍以内,精度(dù)滿足🌈規範管(guan)理需要;(3)流量(liang)監測系統㊙️數(shù)據能夠一并(bìng)傳輸到黃委(wěi)和省市專業(ye)管理局,并♊入(rù)涵閘遠程監(jian)控系統,涵閘(zhá)數據管理遠(yuan)程化、實.時化(huà)和☁️信✨息化質(zhì)量大幅提😘升(sheng);(4)可以借助計(jì)算機系統的(de)強大功能,建(jian)⭐立實時涵閘(zha)信息數據庫(ku),自動實施數(shù)據備份、轉儲(chu)功能,保障🙇‍♀️了(le)曆史數據的(de)安全‼️性;對接(jiē)收👅到的諸🔞種(zhǒng)數據統計解(jie)析,自動生成(cheng)日、月、年報表(biao),并對曆史數(shù)據按諸多🍉條(tiao)件實施查✔️詢(xun)、記錄、修改及(ji)打印,應用數(shu)據化信息👅開(kāi)展規範化管(guan)理的效率更(gèng)高,效果更好(hǎo);(5)水流量實時(shi)監測及㊙️信息(xī)化處理，可爲(wei)涵閘按量刷(shuā)卡引水供水(shui)提供技術發(fa)展空間。