柿園水廠供水能力為37×10 m／d，凈化工藝分為新老兩個(gè)系統(tǒng)，其中新系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模為10×10m／d，原水管道口徑為DN2 000。
為優(yōu)化投加工藝，采用流量比例變頻投加方案對(duì)加藥系統(tǒng)進(jìn)行改造，根據(jù)原水流量變化實(shí)時(shí)調(diào)整投藥量。
實(shí)現(xiàn)藥劑流量比例投加，得到穩(wěn)定、可靠的流量信號(hào)至關(guān)重要。通過技術(shù)論證，擬在原水管道上安裝DN2 000口徑污水流量計(jì)采集原水流量信號(hào)。
1 問題的提出
*，包括污水流量計(jì)在內(nèi)的流量?jī)x表都存在盲區(qū)流速問題：管道流速低于盲區(qū)流速時(shí)流量計(jì)不能穩(wěn)定可靠地工作。技術(shù)手冊(cè)要求污水流量計(jì)工作流速不得低于0．3 m／s。水廠實(shí)際情況是新系統(tǒng)原水流量為(5～6)×10 m／d左右，折合管道流速為0．18—0．22m／s；未來達(dá)到10×10m／d設(shè)計(jì)規(guī)模時(shí)流速為0+36 m／s。因此，在DN2 000原水管道上安裝同口徑污水流量計(jì)不能正常工作。
為得到穩(wěn)定可靠的流量信號(hào)，探討了采用DN2 000管道局部縮徑提高流速以及研究選用其他形式流量計(jì)等技術(shù)方案，但結(jié)合水廠實(shí)際情況進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析，上述方案均不具可行性。經(jīng)過認(rèn)真研究和開展模擬試驗(yàn)，在項(xiàng)目中對(duì)污水流量計(jì)大膽變通應(yīng)用：對(duì)管道系統(tǒng)加以改進(jìn)，在DN2 000主干管流速低于盲區(qū)流速情況下，利用小口徑污水流量計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)DN2 000管道流量進(jìn)行穩(wěn)定可靠地計(jì)量，并且降低設(shè)備投資和后期維護(hù)費(fèi)用。
2 改進(jìn)方案
技術(shù)改進(jìn)和變通應(yīng)用技術(shù)方案見圖1。

2．1 方案的技術(shù)分析
根據(jù)水力學(xué)“簡(jiǎn)單并聯(lián)管道等水頭損失"原理，對(duì)圖1中的管道1而言：

等式右邊是僅和管道本身有關(guān)的量(A為沿程水頭損失系數(shù)， 為管長(zhǎng)， 為局部水頭損失系數(shù)，s為管斷面面積)，對(duì)于圖中的管道系統(tǒng)而言，是個(gè)常數(shù)。利用小口徑污水流量計(jì)測(cè)量Q 就可以達(dá)到測(cè)量總流量(Q +Q )的工程目的。流量比例加藥控制系統(tǒng)中的PLC通過小口徑污水流量計(jì)采集到Q信號(hào)乘以一個(gè)儀表系數(shù)k就可以得到總流量信號(hào)。
該儀表系數(shù)k可以用便攜式超聲波流量計(jì)取得和校正。
由于主管道流速偏低，主管水頭損失太小進(jìn)而引起管道1內(nèi)的流速低于流量計(jì)的盲區(qū)流速。為達(dá)到工程目的，在主管內(nèi)安裝 值合適的阻流元件來適當(dāng)增大主管水頭損失，以使管道l的流速高于流量計(jì)盲區(qū)流速。該阻流元件加工為雙法蘭結(jié)構(gòu)，方便在未來生產(chǎn)情況變化時(shí)調(diào)整或更換。
2．2 模擬試驗(yàn)驗(yàn)證
為確保上述技術(shù)方案在生產(chǎn)應(yīng)用中可行，利用公司下屬水表廠流量校驗(yàn)裝置和計(jì)量中心標(biāo)準(zhǔn)儀表開展模擬試驗(yàn)，采用容積法對(duì)不同 值及不同流速下并聯(lián)管道的某一分支管流量和總流量的數(shù)量比例關(guān)系是否存在進(jìn)行驗(yàn)證。
利用容積法流量校驗(yàn)設(shè)備和便攜超聲波流量計(jì)搭建如圖2所示的模擬試驗(yàn)管道系統(tǒng)。

共進(jìn)行兩組對(duì)比試驗(yàn)，情況如下：
① *組試驗(yàn)。在DN250主管道安裝局部水頭損失系數(shù) 值較小的阻流元件，先后6次調(diào)節(jié)水泵機(jī)組的輸出流量，超聲波流量計(jì)工作在流速為0．5—1．0 m／s范圍內(nèi)(便攜式超聲波流量計(jì)盲區(qū)流速為0。5 m／s)。試驗(yàn)結(jié)果見表1。

② 第二組試驗(yàn)。在DN250主管道安裝局部水頭損失系數(shù) 值較大的阻流元件，先后6次調(diào)節(jié)水泵機(jī)組的輸出流量，超聲波流量計(jì)工作在1．0~2．0 m／s流速范圍內(nèi)。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

由以上兩組(共12次)試驗(yàn)數(shù)據(jù)看出：支管流量和總流量的比值在阻流元件確定(即 值一定)情況下為一個(gè)常數(shù)，試驗(yàn)中該數(shù)值的平均誤差<1％ 。
經(jīng)分析，有以下幾個(gè)因素可能引起誤差：
a．計(jì)量水塔標(biāo)尺讀數(shù)存在讀數(shù)誤差；
b．讀數(shù)不同步引起的誤差，超聲波流量計(jì)讀數(shù)和計(jì)量塔讀數(shù)由2人操作完成，起止時(shí)間不可能*同步；
C．儀表誤差，超聲波流量計(jì)的精度為1％；
d．采樣周期引起的誤差，流量計(jì)的采樣周期為0．5 S左右，在試驗(yàn)開始和結(jié)束時(shí)可能存在1—2個(gè)采樣周期的誤差。
3 工程應(yīng)用設(shè)計(jì)
通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及誤差的分析認(rèn)為：簡(jiǎn)單并聯(lián)管道存在著流量比例關(guān)系。對(duì)于已經(jīng)確定的并聯(lián)管道，該比例系數(shù)僅和選用的阻流元件有關(guān)。試驗(yàn)驗(yàn)證污水流量計(jì)變通應(yīng)用方案可行，據(jù)此進(jìn)行了施工圖設(shè)計(jì)(見圖3)，考慮到運(yùn)行維護(hù)方便，設(shè)置了阻流孔板檢查井。
根據(jù)“原水流量為5×10 m ／d時(shí)，DN200計(jì)量管道流速不低于0．5 m／s"的要求進(jìn)行阻流元件設(shè)計(jì)。針對(duì)柿園水廠實(shí)際生產(chǎn)情況的阻流孔板設(shè)計(jì)尺寸見圖4。

該阻流孔板安裝后，當(dāng)原水流量為5×10 1"11 ／d時(shí)，阻流孔板水頭損失計(jì)算值接近0．4 kPa，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行影響極小。
4 生產(chǎn)應(yīng)用情況及展望
根據(jù)施工圖設(shè)計(jì)參數(shù)，理論計(jì)算儀表常數(shù)k=36．86。施工完畢系統(tǒng)調(diào)試時(shí)用便攜式超聲波流量計(jì)實(shí)際校驗(yàn)得到儀表常數(shù)k=39．23，接近理論計(jì)算值。該實(shí)測(cè)儀表常數(shù)在編制控制程序時(shí)輸入到PLC和上位機(jī)中參與控制運(yùn)算。兩年多的生產(chǎn)應(yīng)用表明，流量計(jì)的這種變通應(yīng)用*生產(chǎn)需要，達(dá)到工程預(yù)期目的。
基于上述技術(shù)原理的工程應(yīng)用和科研試驗(yàn)情況，擬申請(qǐng)“基于并聯(lián)管道擴(kuò)流原理的流量計(jì)"實(shí)用新型，組成成套的管路計(jì)量系統(tǒng)，應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集、貿(mào)易結(jié)算等大口徑流量計(jì)量領(lǐng)域。