[发明专利]一种基于前置竖井式进水流道的泵站现场流量监测方法

权利要求书

1.一种基于前置竖井式进水流道的泵站现场流量监测方法，其特征是，利用前置竖井式贯流泵装置进水流道中的竖井前端与水泵叶轮室进口的静压差与进水流道通过的流量之间的关系进行流量测量；方法如下：

(1)在竖井式进水流道的竖井前端设置顺水流方向的高压测压管，高压测压管的管口与进水流道进口前端齐平并正对进水流道的来流方向，高压测压管的中心线与水泵叶轮中心位于同一高程；

(2)在竖井式进水流道出口前距水泵叶轮室进口0.1D₀处设置垂直于水流方向的低压测压管，D₀为水泵叶轮直径；低压测压管的管口与进水流道的内壁齐平，低压测压管中心线的位置与水泵叶轮中心位于同一高程；设置低压测压管处的流道断面面积为A₂；

(3)在所述竖井内设置差压变送器，差压变送器的下部设有高压接口和低压接口，差压变送器的上部设有高压排气口和低压排气口；

(4)在所述竖井内设置高压三通管，高压三通管的一端与所述高压测压管连通，另一端与所述差压变送器的高压接口连通，高压三通管的中孔与高压充气阀连通；所述高压充气阀通过管道与压缩空气气源连接；在所述高压测压管堵塞时，关闭设置在高压三通管与差压变送器之间的高压三通管控制阀，打开高压充气阀引入压缩空气，对高压测压管进行疏通；疏通完成后关闭高压充气阀、打开高压三通管控制阀；

(5)在所述的低压测压管的管口附近设置低压三通管，低压三通管的一端与所述低压测压管连通，另一端与所述差压变送器的低压接口连通，低压三通管的中孔与低压充气阀连通；所述低压充气阀通过管道与压缩空气气源连接；在当低压测压管堵塞时，关闭设置在低压三通管与差压变送器之间的低压三通管控制阀，打开低压充气阀引入压缩空气，对低压测压管进行疏通；疏通完成后关闭低压充气阀、打开低压三通管控制阀；

(6)在所述高压排气口和低压排气口分别连接高压排气阀和低压排气阀，高压排气阀和低压排气阀均低于水泵叶轮中心线至少0.5m，以保证顺利排出高压测压管、低压测压管及管道中的空气；

(7)所述差压变送器的电信号输出电缆从预埋在竖井井壁中的管道中引出，并与泵站机组控制室内的模数转换器及计算机连接；

(8)在水泵机组开机前，将所述高压排气阀打开，使进水流道中的水通过高压测压管及与其连接的管道从高压排气阀持续排出，持续排出一段时间直至确认完全没有气泡从高压排气阀排出后，关闭高压排气阀；

(9)在水泵机组开机前，将所述低压排气阀打开，使进水流道中的水通过低压测压管及与其连接的管道从低压排气阀持续排出，持续排出一段时间直至确认完全没有气泡从低压排气阀排出后，关闭低压排气阀；

(10)接通所述差压变送器的电源；水泵机组开机一段时间进入稳定运行状态后，所述差压变送器将表达静压差大小的电流模拟量输送至模数变换器；所述模数变换器将所述电流模拟量变换为数字量后送至计算机相关输入端口；所述计算机根据所接收到的数字量计算并在屏幕上显示进水流道中所通过的流量和某时段内的水量；

(11)所述进水流道通过的流量按下式计算：

Q＝k(Δp)^0.5 (1)

式中，Q――流量，单位m³/s；

k――进水流道的流量系数，单位m⁴/(s·N^1/2)；

Δp――所述高压测压管与低压测压管之间的静压差，单位Pa；

(12)进水流道的流量系数k按下式计算：

式中，ρ――水的密度，单位kg/m³；

ξ――进水流道的水头损失系数；

A₂－－低压测压管处的流道断面面积，单位m²；

(13)对所述进水流道流场进行三维数值计算，根据数值计算结果得到进水流道的水头损失系数ξ，具体过程如下：

①进水流道流场计算区域由泵站前池、前置竖井式进水流道、水泵叶轮及叶轮室、导叶体和出水管；依据前置竖井式进水流道的方案以及高压测压断面J-J和低压测压断面C-C的位置构建进水流道的三维模型；

②进水流道流场的进口断面设置在泵站前池中距进水流道进口断面3D₀处，进口断面的边界条件为速度进口边界条件；

③进水流道流场的出口断面设置在出水管的出口断面，出水管的出口断面距水泵叶轮的中心5D₀；出口断面的边界条件为自由出流边界条件；

④所述水泵叶轮按其转速设定为周期性边界条件；

⑤对进水流道流场进行数值计算，根据值计算结果，得到高压测压断面J-J的总压E₁和低压测压断面C-C的总压E₂；按下式计算进水流道的水头损失系数ξ：

式中，E₁――高压测压断面J-J的总压，单位Pa；

E₂――低压测压断面C-C的总压，单位Pa；

――低压测压断面C-C的平均流速，单位m/s；

(14)所述进水流道通过的水量，根据某时段内测得的流量和该时段的时长，按下式计算该时段的过水量：

M＝Q×T (7)

式中，M――水量，单位m³；

T――计量水量的时段的时长，单位s。