摘要：闡述了時(shí)差式超聲波流量計(jì)在昆明市*五自來(lái)水廠計(jì)量中出現(xiàn)的問(wèn)題，根據(jù)出現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行故障分析并提出了時(shí)差式超聲波流量計(jì)在安裝使用過(guò)程中的注意事項(xiàng)。

引言

昆明市*五自來(lái)水廠南分廠出水計(jì)量系統(tǒng)2000年投入使用，進(jìn)出廠水量采用夾裝時(shí)差式超聲波流量計(jì)計(jì)量控制。這些流量計(jì)的使用對(duì)*五自來(lái)水廠南分廠水量計(jì)量、生產(chǎn)調(diào)度、成本核算及工藝控制起到積*作用，但同時(shí)在運(yùn)行過(guò)程中也暴露出其問(wèn)題：南分廠出水A管道時(shí)差式超聲波流量計(jì)在使用過(guò)程中曾出現(xiàn)過(guò)信號(hào)中斷，尤其在供水高峰期，會(huì)頻繁出現(xiàn)信號(hào)中斷，導(dǎo)致計(jì)量不準(zhǔn)。針對(duì)上述問(wèn)題，本文結(jié)合時(shí)差式超聲波流量計(jì)工作原理對(duì)南分廠出水A管道流量計(jì)進(jìn)行故障分析，通過(guò)分析提出改造措施。

1、時(shí)差式超聲波流量計(jì)測(cè)量原理

時(shí)差式超聲波流量計(jì)用于測(cè)量流體流速對(duì)雙向聲波信號(hào)的影響。它的兩個(gè)換能器探頭(T1、T2)以一定的間距安裝在管壁外側(cè)，交替發(fā)射和接收超聲波。當(dāng)超聲波在靜止的流體中傳播時(shí)，從T1到T2的聲波信號(hào)傳送時(shí)間與從T2到T1的傳送時(shí)間相同；當(dāng)流體流動(dòng)時(shí)，上游換能器T1向下游換能器T2發(fā)射一個(gè)信號(hào)，同時(shí)下游也向上游發(fā)射信號(hào)，由于流體流速對(duì)超聲波信號(hào)的作用，加快從上游到下游方向的信號(hào)傳播速度，同時(shí)減慢從下游到上游方向的信號(hào)傳播速度，兩個(gè)信號(hào)之間產(chǎn)生了時(shí)間差。由此求得流體的流速，再與圓管的流通截面積相乘計(jì)算出流量。流體流速的基本計(jì)算公式：

Vf=Kdt/TL

式中：Vf為流速;K為標(biāo)定系數(shù)；dt為上下游換能器測(cè)量時(shí)間差；TL為測(cè)量出的聲波平均穿過(guò)流體時(shí)間。測(cè)量原理如圖1所示。

2、出水A管道超聲波流量計(jì)無(wú)信號(hào)原因

影響時(shí)差式超聲波流量計(jì)計(jì)量因素很多，如換能器探頭安裝方式、上下游直管段長(zhǎng)度、工藝管道參數(shù)等。為了確定出水A管道時(shí)差式超聲波流量計(jì)出現(xiàn)信號(hào)中斷的原因，分別從以下兩方面進(jìn)行檢測(cè)分析。

2.1換能器探頭安裝方式檢測(cè)

目前換能器探頭安裝方式主要有V法和Z法兩種安裝方式，如圖2、3所示。V法安裝，超聲波信號(hào)行程增加一倍，適用于小管徑，管道條件好的流量測(cè)量。Z法安裝超聲波信號(hào)衰減小，適用于大管徑。一般來(lái)說(shuō)。D>300mm的管道易采用Z法安裝。

根據(jù)換能器探頭安裝方式，昆明市*五自來(lái)水廠出廠水管管徑為DN1000，故原采用Z法安裝；出現(xiàn)信號(hào)中斷的現(xiàn)象后，采用了V法安裝方式進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)無(wú)論是哪一種安裝方式，當(dāng)供水機(jī)組工作時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)信號(hào)中斷現(xiàn)象。故時(shí)差式超聲波流量計(jì)出現(xiàn)信號(hào)中斷排除安裝方式原因。

2.2上下游直管段長(zhǎng)度檢測(cè)

對(duì)于超聲波流量計(jì)安裝在直管段上下游長(zhǎng)度有明確要求：上游直管長(zhǎng)度在10D以上，下游在5D以上，同時(shí)盡量遠(yuǎn)離泵和閥門(mén)，避免有擾動(dòng)因素。因?yàn)楦鶕?jù)時(shí)差式超聲波流量計(jì)計(jì)算管道內(nèi)流體流速公式：Vf=Kdt/TL，其中標(biāo)定系數(shù)K是雷諾數(shù)的函數(shù)，當(dāng)直管道不滿足長(zhǎng)度要求，流體從穩(wěn)定層流過(guò)渡成紊流狀態(tài)，流速分布不均勻，標(biāo)定系數(shù)K將產(chǎn)生較大變化，引起測(cè)量準(zhǔn)確度下降。并且如果在靠近三通、閥門(mén)附近(即不滿足直管段長(zhǎng)度)安裝換能器探頭，流體易從層流轉(zhuǎn)成紊流、渦流狀態(tài)，紊流、渦流的產(chǎn)生使流體中有一定的氣體存在，由于氣體亦有一定的聲阻抗，使聲束分散。尤其當(dāng)含氣量大時(shí)，將大大減小超聲波信號(hào)的強(qiáng)度，造成信號(hào)中斷。

根據(jù)上述分析及現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)發(fā)現(xiàn)：昆明市*五自來(lái)水廠出水A管道時(shí)差式超聲波流量計(jì)安裝位置下游長(zhǎng)度不滿足要求，在探頭安裝位置下游附近管道管徑由1.0m變?yōu)?.2m，并且接有一根DN200的支管。因此在供水高峰期時(shí)，此段由于三通、閥門(mén)影響，水流易產(chǎn)生紊流、渦流從而產(chǎn)生氣泡，大大減小聲波信號(hào)的強(qiáng)度，致使時(shí)差式超聲波流量計(jì)出現(xiàn)信號(hào)中斷。通過(guò)在探頭位置靠近出水泵房一側(cè)移動(dòng)7m挖計(jì)量井，其位置滿足上下游直管段長(zhǎng)度要求，利用便攜式超聲波流量計(jì)在此位置進(jìn)行水流計(jì)量檢驗(yàn)，其結(jié)果信號(hào)良好。由此說(shuō)明先前探頭安裝直管段長(zhǎng)度不滿足要求造成信號(hào)中斷。時(shí)差式超聲波流量計(jì)位置見(jiàn)圖4。

通過(guò)上述分析得出：出水A管道超聲波流量計(jì)在供水期間出現(xiàn)信號(hào)中斷是因?yàn)樘筋^安裝位置不滿足直管段長(zhǎng)度要求而造成的。

3、出水A管道時(shí)差式超聲波流量計(jì)改造

根據(jù)上述故障分析，結(jié)合超聲波流量計(jì)拆除、安裝方便特點(diǎn)，此次改造不需要改管路，僅改變換能器探頭安裝位置。

根據(jù)探頭安裝位置直管段長(zhǎng)度要求，出水A管道計(jì)量井位置向出水泵房一側(cè)移7m，在出水泵房外綠化帶新建計(jì)量井，沿用原超聲波流量計(jì)，重新進(jìn)行安裝，安裝方式采用Z法。計(jì)量井設(shè)計(jì)要求防水，底部設(shè)積水坑；并且有爬梯至底部。改造后的探頭位置見(jiàn)圖5所示。

由于出水A管道埋設(shè)在地下，其外管壁涂有防銹漆，并且出現(xiàn)小的腐蝕坑。在安裝前，對(duì)安裝位置管道表面進(jìn)行清污處理。具體處理措施如下：

1)探頭安裝位置平行于地面，即水平安裝，分別位于管道水平兩側(cè)，探頭水平間距為1.0m。

2)剝掉管道表面的防護(hù)層，清除管道表面的鐵銹、污垢等。

3)打磨安裝位置，打磨面積為探頭面積的3倍。

4)將耦合劑涂滿探頭的整個(gè)發(fā)射表面，不能有氣泡存在。

5)在打磨管道表面涂上硅脂。

6)將探頭牢牢地貼在管壁上，用布帶或鋼帶固定探頭(探頭發(fā)射方向相對(duì))。

4、結(jié)語(yǔ)

時(shí)差式超聲波流量計(jì)在使用過(guò)程中安裝、拆除方便，便于維修；測(cè)量管徑大以及與自動(dòng)化控制系統(tǒng)銜接好。同時(shí)我們注意到時(shí)差式超聲波流量計(jì)對(duì)安裝要求十分嚴(yán)格；抗干擾性差，應(yīng)避免在強(qiáng)電磁場(chǎng)附近安裝；對(duì)安裝直管段長(zhǎng)度有特殊要求。另外，時(shí)差式超聲波流量計(jì)使用對(duì)管道工藝參數(shù)亦有一定要求。所以在時(shí)差式超聲波流量計(jì)的使用過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)注意其安裝、維護(hù)等基本技術(shù)問(wèn)題，以便達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量和計(jì)量的目的，從而促進(jìn)企業(yè)管理，有利于企業(yè)成本核算，提高企業(yè)的效益。