一种轴流泵站现场流量的测试方法与流程

本发明专利涉及一种轴流泵站现场流量的测试方法，为大中型泵站现场流量测试的方法，特别是块基型立式轴流泵站的现场流量测试，属于泵站工程技术领域。

背景技术：

轴流泵站被广泛应用于大中小型泵站工程中，实际泵站的性能常通过泵站的物理模型试验结果进行换算获得，但实际泵站的运行条件与泵装置物理模型试验的条件存在一定的差异，如何准确测定实际泵站的流量是急需解决的技术问题，也为泵站的实际性能与泵装置物理模型试验所得性能之间做比较奠定基础。当前，对轴流泵站流量的测试主要通过adcp(多普勒流速剖面仪)、多点流速仪和五孔(七孔)探针等设备进行测量，但adcp、多点流速仪对测试断面有严格的要求，且受水流条件影响较大；五孔(七孔)探针测流对泵装置进水结构的测试位置的选择非常重要，经检索，专利号：cn201010239202.3提供了一种新型泵站流量测量装置，但主权项中也未给出测试断面所在的具体位置的确定依据；专利号：cn93213721.0提供了一种管道流量计，专利号：cn200410019968.5提供了一种叶轮装置及带有该叶轮装置的涡轮气体流量测量装置，经核查上述专利在其主权量中均未有对探针测流或测压管位置做出明确的规定，在泵站实际流量测试过程中，测试断面的位置选择至关重要，对测试结果也会产生影响。在当前，泵站管理单位对泵站设计运行参数，尤其是流量的准确性提出了更高的要求，从工程实用角度考虑，本发明专利提供了一种轴流泵站现场流量测试的方法，该方法便于工程管理人员所掌握，且易于操作实施。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，针对轴流泵站现场流量测试断面选择的随意性，无具体实施操作的可靠方法，且当前轴流泵站现场流量测试常为一次性测试，缺乏持续测试和反馈修正，未能为泵站管理单位提供实时持续的可靠数据。泵站管理单位常多次委托大型的技术公司或测试测量单位进行测试，为获得不同水位条件时泵站现场流量测试数据，管理单位需为此多次付出测试费用，其每次测试均需要耗费大量的人力和财力，为解决上述问题，提供一种轴流泵站现场流量的测试方法。

本发明的目的是这样实现的，一种轴流泵站现场流量的测试方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1)、以实际轴流泵站的几何尺寸为基础进行轴流泵站装置的三维建模，建模内容包括进水流道、叶轮、导叶体和出水流道四部分；

步骤2)、根据实际轴流泵站的水位工况条件，采用cfd(computationalfluiddynamics)技术对轴流泵站进行三维定常数值计算求解，以轴流泵站装置扬程及轴流泵站装置流量的残差收敛精度均低于1.0×10^-5，并通过监测轴流泵站装置扬程的变化，当轴流泵站装置扬程的变化趋于定值时，即该水位工况条件下轴流泵站装置三维定常数值计算求解的结果满足收敛要求；

步骤3)、依据实际轴流泵站的叶轮名义直径的大小，对轴流泵站进水流道的出口段分别按0.10倍的叶轮直径截取3～5个断面，求解所截取断面的轴向速度分布均匀度vu+和速度加权平均角，选出轴向速度分布均匀度和速度加权平均角均最大的断面作为实际泵站测试的测压断面，定义为测试断面1-1；

轴向速度分布均匀度vu+的计算式为

式中：vai为第i个网格单元的轴向速度；va为断面的平均轴向速度；△ai为第i个网格单元的面积；n为断面的网格单元总数；

速度加权平均角θ的计算式为

式(2)中：vti为第i个网格单元的横向速度；

步骤4)、沿顺水流方向，选取距进水流道断流设施处水平距离为0.5～1.0倍叶轮名义直径的断面，且该断面需满足便于安装压力传感器的要求，可将该断面作为进水流道进水侧的测压断面，将该断面定义为断面2-2；

步骤5)、基于轴流泵站的三维定常数值计算结果，可求得不同水位工况条件时断面1-1和断面2-2间的全压力差值，依据全压力差值与流量的对应关系拟合出流量与全压力差值的数学表达式，数学表达式如下：

q＝ah^b(3)

式(3)中：a为系数，b为指数，h为全压力差值，q为流量；

拟合全压力差值与流量的数学表达式的判别系数需大于0.98，方可满足实际轴流泵站流量的预测要求；

步骤6)、根据步骤3)和步骤4)中选取的测压断面1-1和测压断面2-2布置实际轴流泵站的压力传感器，每个断面布置4个压力传感器；4个压力传感器以相邻夹角为90度安装于测压断面1-1；在测压断面2-2处，4个压力传感器以进水流道纵中心线为对称轴进行布置，同侧安装2个压力传感器；

步骤7)、实际轴流泵站运行时，通过断面1-1和断面2-2处各4个压力传感器采集数据，计算出断面1-1处4个压力传感器的全压力的平均值h1，计算出断面2-2处4个压力传感器的全压力的平均值h2，再求解断面1-1和断面2-2的全压力的差值h＝h2-h1；

步骤8)、将实际轴流泵站运行时，断面1-1和断面2-2测试获取的全压力差值h代入拟合的数学表达式(3)中即可获得轴流泵站的实际流量值。

本发明方法先进科学，本发明在泵站的三维流场数值计算的基础上，通过流场分析确定进水流道合适的断面位置，避免泵站现场测试时断面选择的随意性；依据优选的测试断面位置，确定泵站流量和测试断面间全压力差的对应关系，采用最小二乘法对流量和测试断面间全压力差进行函数关系拟合，确定相关系数。

有益效果：本发明的方法实现了准确测定实际轴流泵站流量的工程技术需求，解决了在泵站实际流量测试过程中，进水流道出口测试断面如何精准选择的技术争议，降低了断面位置选择对测试结果的影响，测试方法方便，设备安装简单，维护方便，避免了超声波流量计维护复杂的技术难题，便于工程技术人员掌握。

轴流泵站广泛应用于平原河网地区，在农田灌排、城镇供水、跨流域调水等方面均起着关键的作用。随着水价改革的不断深入，管理单位对轴流泵站实时流量数据的获取提出了很高的技术要求，同时泵站装置模型试验和实际泵站装置的差异性导致了由物理模型试验数据推求实际泵站流量的可信度不断降低，现有的泵站流量测试方法未能解决一次安装永久测试的目的，同时现有测试方法及设备安装均复杂，对泵站的管理环境也造成了一定影响，方法复杂性让管理单位人员无法进行自主测试及设备检查和更换。本发明专利提供了一种可解决上述问题的轴流泵站现场流量的测试方法，可大范围应用于轴流泵站的现场测试，满足管理单位对轴流泵站流量实时数据准确获取的技术需求，具有广泛的市场推广价值。

附图说明

图1为轴流泵站现场流量测试的流程图。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明做进一步说明：

依据某实际轴流泵站的工程设计图纸，对轴流泵站装置进行三维建模，采用cfd(computationalfluiddynamics)技术对轴流泵站装置进行定常数值计算，选取进水流道出口段的三个断面a-a、b-b和c-c，相邻断面的间距为0.1倍的叶轮名义直径，采用轴向速度分布均匀度和速度加权平均角的计算式分别求解3个断面a-a、b-b和c-c的轴向速度分布均匀度和速度加权平均角，断面a-a的轴向速度分布均匀度为94.26％，速度加权平均角为85.4°，断面b-b的轴向速度分布均匀度为94.58％，速度加权平均角为86.3°，断面c-c的轴向速度分布均匀度为94.14％，速度加权平均角为85.7°，经比较，选择断面b-b作为测试断面，记为断面1-1。根据实际轴流泵站进水流道的闸门所在位置，取距进水流道闸门处水平距离为1.0倍叶轮名义直径的断面作为测试断面2-2，且该断面2-2便于安装压力传感器。采用最小二乘法对断面1-1和断面2-2的全压力差h和流量q的关系进行计算式拟合，拟合式如下：q＝29.49h^0.5，判别系数为0.996，判别系数大于0.98满足流量预测的精度要求。在实际轴流泵站进水流道断面1-1处以90度为夹角布置4个压力传感器，在断面2-2处以进水流道纵轴线为对称轴分别对称布置2个压力传感器，同侧的2个压力传感器也采取对称布置的方式。将断面1-1的四个压力传感器的数据传输和断面2-2的四个压力传感器的数据传输连接至同一台数据采集仪，当实际轴流泵站开机运行时，可实时读取断面1-1和断面2-2的四个压力传感器的全压力值并分别求出断面1-1和断面2-2全压力的平均值，然后计算出断面1-1和断面2-2全压力的差值h，将差值h代入拟合计算式q＝29.49h^0.5中，即可获得实时流量值q，如：全压力差h＝1.52m，实时流量q＝36.358m³/s。