明渠流量计量方案2(1)

明渠流量计量解决方案
----上海肯特仪表股份有限公司
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1、概述 2、明渠流量几种方案 3、流速-水位法原理 4、制作安装要求 5、优点 6、其它
1、概
述
明渠流量测量一直以来是人们比较关心的事情。尤其是随着国家节 能减排、绿色环保理念的深入，对于污水排放的限制越来越严格；对于 如何利用好资源也越来越重视。任何事情，预则立，不预则废。事事想 到前面，就能事如所愿，实现成功目标。所以，准确测量污水排放量， 加大考核力度，创造未来适合人类生存环境，势在必行；准确测量并利 用好资源，发挥最大效益，就成为各级有识之士共识。 那么，过去是如何测量江河的流量呢？过去一般是估算法，比如将 江河的河道大概估算一个形状，用一个深度标志杆来测量水深，用比较 繁复的积分方法计算截面积；在水中投放一个漂流物，测出漂浮物速度 就代表水的流速。有了流速和河道截面积就可以算出流量。 黄河是中国第二长河，世界第五长河，世界上含沙量最多的河流。 被誉为中国的“母亲河”。 黄河从贵德至民和境内海拔在3000到1600米 之间，从民和下川口进入甘肃，这一段气候温和湿润有"高原小江南"的 美誉，水流清澈见底又有“天下黄河贵德清”的说法。宁夏的宁夏平原和 内蒙古的河套平原，因为处在黄河上游的河谷地带，水源丰沛，灌溉便 利，农业发达，水草丰美，因此被称为塞上江南。 针对取黄河水进行农田灌溉的实际情况，我们介绍几种明渠流量计 量方法，供选择。同时我们推荐采用流速-液位法。这个方案的优点在于 实现容易，计量相对准确，水质变化也不影响计量以及施工简单系统成 熟等优点。
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2、 种明渠流量测量方法
• 2.1、槽堰式明渠流量计 • 槽堰式明渠流量计是用于测量自流非满管、开口排放渠道液体流量的 仪表。应用于城市供水引水渠、电厂冷却水引水和排水渠、污水治理 流入和排放渠、工矿企业的化工液体、废水排放以及水利工程和农业 灌溉用渠道。 • 用于渠道流量测量时，在渠道上安装量水槽堰(制作水泥槽)。量水槽 堰的作用是把渠道内流量的大小转成液位的高低。用液位计测量槽堰 内的液位，流量转换器(二次表)再按各类槽堰的液位-流量关系计算出 液体流量。如下图：
图一：堰式 堰式计算式： Q=Khn 其中： K—流量系数 h—堰顶水头，即离堰口水位高度 n—取决于堰缺口形状的指数，为 5/2 或 3/2 特点： • 缺点是水头损失大，不能用于平坦地面渠道； • 堰上游易堆积固形物，要定期清理。
• 2.2、巴歇尔槽 • 在渠道中收缩其中一段截面积，收缩部分液位低于其上游液位，测量
其液位差以求流量的测量槽，一般称作文丘里槽。开发用于矩形明渠 的槽就是巴歇尔槽。简称P槽。如图二。 • P槽喉道宽从25mm到15m。
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流量Q和喉道上游液位ha间的关系Q=Chan • 式中：C—系数，n—指数，因规格而异。 • P槽可以用钢板、木板、聚氯乙烯塑料、玻璃钢和水泥制作。对表面 粗糙度和尺寸偏差有要求。
图二：巴歇尔槽
• 优点： • 只需要测量液位就可以计算出流量。 • 水中固态物几乎不沉积，随水流排出
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水位抬高比堰小，适用于不允许有大落差的渠道 缺点： 不适用圆形暗渠 制造复杂。
2.3、潜水式电磁流量计 • 潜水式电磁流量计需在渠道中置一挡板截流，在挡板底部装潜水电磁 流量计，如下图。挡板截住水道， 迫使水流只能从电磁流量计中流过， 以较原来高的流速通向下游，从而抬高挡板上游的水位，产生挡板上 下游水位差h，此水位差的势能转换为流速v的动能。
图三：潜水式电磁流量计
• 计算公式： • V=K√2g（ha-hb）=K√2gh
式中： V—流速，m/s h—液位差 • K--系数 • g—重力加速度
• 通过流量传感器的流速一般是2-3.5米每秒。上游水位抬高100-500毫
米。 • 水量大可以并同口径的电磁流量计模型进行分流。
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优点： 无活动件，可以测量含有固体颗粒活悬浮体的液体。 可以用于受潮水等形成下游侧水位变化的渠道。 因设置挡板，测量与渠道形状和上游渠道形状无关。 缺点： 水头损失比较大，流量计必须保持满管流。 有固体物容易积存在挡板前，需要定期清理。
2.4、流速-水位法 • 适用明渠、暗渠。 • 根据流速-水位法原理， 采用实际测量截面积、 水位高度和实际流速的 方法，就可以得到真实流量而不是估算流量了。这里的难点就在于这 三个数值如何准确以及渠道的粗糙度。 • 对于我们农田灌溉用计量，我们应该主要有两种方案：矩形渠道截面 和梯形渠道截面。下面详细叙述。
3、流速-水位法原理
• 如图四：方案1：梯形槽测量流量。
液位 流速
H h α L2 L3 L1
图四：梯形槽测量流量
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• 图5是用超声波流速计测量流速，用超声波液位计测量液位，将信号
输入流量计进行计算，得出明渠流量的方法。这种方法不是完全适应 农田灌溉的情况，因为目前水质不确定难以保证精度。
对梯形槽流量进行流量计算： • Q=(L3+L2)×h÷2×V • L3= L2+2htanα • tanα=(L1- L2)/2H • (3)代入(2)： • L3= L2+2h（L1- L2）/2H • = L2+h（L1- L2）/H • 将（4）代入（1）： • Q=（ L2+h（L1- L2）/H + L2) ×h÷2×V • =(2 L2+h（L1- L2）/H )×h/2×V 即： • Q =(2L2+h（L1-L2）/H )×h/2×V
• 式中： • Q--流量，m /h • L1--渠道上沿宽度，m，常量。随液位而变化。 • L2—渠底宽度，m，常量。 • L3--渠水面宽度，m，变量。 • H--水深，m，由超声波液位计测量而来。 • V--水流速度，m/s，由插入式电磁流量计测量而来。 • 注意：单位要统一！
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