供水管道内衬及结垢层对超声波计量的影响

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1、供水管道内衬及结垢层对超声波计量的影响武汉市水务集团供水部漏控所张杰擅耍：本文演算和阐述了供水管道内衬及结垢层对超声波计量的影响，通过进一步实验验证了理论演算的结果。本文对正确使用超声波计量出厂水，具有一定的参考价值，同时为校正水司漏耗提供了理论依据。关t词：供水管道内衬及结垢层超声波计量近年来集团公司各水厂在出厂水计量工作方面做了许多改进，引进了美国CONTROLOTRON公司1010系列超声波流量计，基本淘汰了电磁流量计，以利于提高计量的准确性。其工作原理利用被检测流体对超声波声束的作用，检测出超声波逆向和

2、顺向的传播时间差，导出液体的流速，测定液体的体积流量，通常简称传播“时间法”。该系列流量计具有安装方便、调试便利、不受管径大小局限、监测精度高等特点。但是在一些文献资料中也明确指出，这种外夹装超声波流量计不能用于具有内衬或结垢层太厚的管道，以及不能用于内衬及结垢层剥落或锈蚀严重的管道。很显然实际应用当中是不可避免的，那么供水管道内衬及结垢层对超声波计量的影响究竟如何?是偏慢还是偏快?快慢多少?这些问题看似简单，可是小则直接关系到集团内部不同部门之间的利益，大则影响集团公司的经营决策。在此情况之下供水部领导及时组

3、织技术力量，通过实践发现问题，并从理论上进行论证，进而又通过实验验证了理论推导的正确性。1、实践中的问置近期我们在各水厂监测出厂水计量的过程中发现：1．1大部分管道在理想最佳浏试条件下(指内村及结垢层的供水管道)，超声波流量计的测试信号并不是最强，而需要将探头的距离调整，才能得到较强澜试信号；1．2材直接法”测试的小时供水流量比搿反射法一要小；1．3钢管的测试信号比铸铁管要弱。从以上现象不禁引起我们的思考和疑问：1．1．1由于管道长年运行时产生结垢层，导致管壁增厚，实际供水管径变小，因此实际测试距离要与理想条件

4、不同；1．1．2内衬及结垢层对超声波计量的结果产生的影响是偏大还是偏小?1．1．3“直接法”比“反射法”的测试结果要小?1．1．4钢管由于加有内衬或容易结垢，使超声波在透射和反射的过程中产生衰减。因此，对供水管道内衬及结垢层进行理论分析很有必要，以便为实际计量工作提供理论指导。2、供水管道内村及结垢层对计量影响的理论演算2．1理想条件下的超声波流量计工作原理图l是超声波流量检测仪工作示意图(为了视觉方便，在此将管道壁厚画厚了一些)：管壁设：L——上下游探头最佳安装距离V水——管道水流速度V水声——管道水中超声波

5、速度V水声z——管道水中顺流超声波速度V水声z——管道水中逆流超声波速度T·——超声波在管内水中从上游探头传至下游探头所需时间(仪器可探测知)Tz——超声波在管内水中从下游探头传至上游探头所需时间(仪器可探测知)由于V水声远大于V水，所以通常我们认为V水声受到V水的影响后方向基本不变，既V水声·和V水声z水中的入射角。是不变的，因此：V水声l=V水声+V．COSeV水声2=V水声一V水COS0Tl=(2D／SIN0)／(V水声+V水COS0)T2=(2D／SIN0)／(V水声-V衣COS0)那么采用反射法水管中

6、单位时间的流量：∥矿未×嚣：未×丧胪掣誓未×告同理可以推算直接法水管中单位时间的流量：F。：世×旦×尘L一4一SIN28T，×T2理论上讲“直接法”测试的结果和“反射法”是相等的。2．2有内衬及结垢层情况下的理论演算从上式可以看出单位时间的流量受到管道实际内径的影响，而通常使用超声波流量计时，给仪器输入的管道内径并没有考虑管道的内衬或结垢层，因此当实际供水管道加有内47衬或结垢后会造成计量误差。其误差分析如下：由于超声波折射具有以下特性(假设闭柏吲龋为水泥)：SrNa耳SINU糠S【NU求∥譬∥棚∥木V管、V水

7、泥、V水分别为超声波在管壁、水泥内衬、水中的传播速度；o怖、o棍、、o扮别为超声波在管壁中的入射角、在水泥内衬中的折射角和在水中的折射角；一般V管>V水泥>V水，故SIN0管>SIN0榭>SINe抽即0管>0棍>0抽如图2所示(为了视觉方便，’在此将管道壁厚和闭柏婚撕痢厚了一些)，若管道无嘲柏剃黼层，超商燃有蕾驾苣进入水中，声莉够唯部分．若管道有嘲柏聪劣盂层，超匐彪圣管骛挂入撕捌洌龋尉痛据，再进脚，商移嗨趋部分．昆馓张护味较细骛蝴葫扁平陵产撒呕撕雨挣降萨啵矧黼所以，在有蒯嘲膀翳爵圉吐E下游探头最佳安装距离L是一

8、个不定值(通常L>t)，在实际测试过程中需要调整探头位置，直至信号量强为止。图2令D=md，m≥1，T。——超声波在管内水和内衬中从上游探头传至下游探头所需时间T。——超声波在管内水和内衬中从下游探头传至上游探头所需时间t，——超声波在管内水从上游探头传至下游探头所需时间t广超声波在管内水从下游探头传至上游探头所需时间0=0水为比较方便，我们不妨将超声波在管道中传播时间分解为两部分，一