摘　要(yao)：針對大型低揚程(chéng)泵站進水流道斷(duan)面形狀及㊙️流态變(bian)💁化複⭐雜，難以選擇(ze)時差式超聲波流(liu)量計 測流斷面的(de)實際情況，提出可(ke)通過對進水流道(dào)進行數♉值模拟來(lai)确定并優化超聲(sheng)波流量計換能器(qi)的安裝位置，并對(duì)換能器的安裝對(dui)數進行優化.結合(hé)南水北調東線工(gong)程寶應泵🌍站水泵(beng)裝置模型試驗，對(duì)兩款時差式超聲(sheng)波流量計 與高精(jīng)度水力機械試驗(yan)台流量測試設備(bei)進行了對比測試(shì).結♻️果表明，兩款流(liu)量計最大相對誤(wu)差分别爲1.60％和0.39％，均具(ju)有較高的測試精(jing)度，穩定性也較好(hao)，能滿足泵站現場(chǎng)測試的精度要🐉求(qiú).
　　大型低揚程泵站(zhan)在我國的平原地(dì)區應用廣泛，在農(nong)田灌溉排水、城市(shi)防洪、跨流域調水(shuǐ)等方面發揮了重(zhong)要作⚽用.由💯于這類(lei)泵站一般帶有形(xíng)狀較爲複雜的進(jìn)出水流道，不同運(yùn)行工況下流🏃‍♀️道内(nèi)的水流流動情況(kuàng)也很複雜，因此，利(li)用泵裝置自身條(tiáo)件布置測流設備(bèi)來進行泵流量測(ce)量，往往難以滿足(zú)測‼️試設備所要求(qiu)的斷面流速分布(bu)均勻或漸變❓流的(de)條件，從而影響到(dao)🚩測試精度.目前，泵(beng)站測流常用的🏃🏻‍♂️方(fang)法有流速儀法、鹽(yan)水濃度法、五孔探(tàn)針法、差壓計法等(děng)［1－5］.這些方法在測試(shì)精度、安裝的繁簡(jiǎn)程度、測試工作量(liang)大小等方面各有(you)特色，但至今尚沒(méi)有一種公認的既(jì)簡便可靠，又具有(yǒu)較高精度的測試(shì)方法.這一現狀在(zài)一定程度上影響(xiang)了大型低揚程泵(beng)站的技術進🌈步和(he)科學管理.
　　近年來(lai)，時差式超聲波流(liú)量計測流技術有(yǒu)了很大的發展，并(bing)在水電站行業的(de)現場測試中有了(le)較好✔️的應用.這❓是(shi)由于水電站一般(bān)有較長的直段輸(shu)水管道，斷面形狀(zhuàng)較爲規🐅則，因此其(qi)流态條件較好，相(xiàng)對容易滿足換能(néng)器的安裝要📞求.但(dàn)是大型低揚程泵(beng)站的情況則不相(xiang)同.雖然超聲波流(liú)❄️量計近年來在泵(bèng)站現場測試中有(you)一些應用［1］，取得了(le)一些🍉成果，但是仍(reng)然處于起✌️步或探(tàn)索階段.其中的難(nan)點主要是難以選(xuǎn)擇到流速分布較(jiào)爲均勻的測流斷(duàn)面.如📱果能在保證(zhèng)較高精度🔞的前提(ti)下找到合适的🤟換(huàn)能♻️器布設位置和(he)布設方式，如果能(neng)有效地減少換能(neng)🏃🏻器安裝對數以降(jiàng)低現場測試的工(gong)作量和測試成本(běn)，則将有力地推動(dong)該技🌍術在泵站行(hang)業的應用，并将有(yǒu)效地👌促進我國大(dà)型低揚程泵站的(de)☁️建設和管理水平(ping).
　　采用兩款超聲波(bō)流量計與精度佳(jiā)水力機械試驗台(tái)流🈲量🆚測🙇🏻試設備來(lai)進行對比測試，得(dé)到其模型測🚶‍♀️試誤(wu)差，從而爲提高㊙️大(dà)型低揚程泵站流(liú)量的測流精度，找(zhǎo)到有效的方法.
1　時(shí)差式超聲波流量(liang)計測流技術
　　應用(yòng)超聲波流量計常(chang)用的測量方法爲(wei)傳播速度🏃‍♂️差法、多(duō)普勒法等.傳播速(su)度差法又包括直(zhi)接時差😍法、相差法(fa)和頻差法［6］.時差式(shi)超聲波流量計的(de)工作原理如圖1所(suo)示.它利用超聲波(bō)換能器接收、發射(she)超聲波，通過🔅測量(liàng)超聲波在介質中(zhōng)的順流和逆流傳(chuán)播時間差來間接(jie)測量流體的流速(sù)，再通過流速及🚶斷(duàn)面情況來👌計算流(liú)量［7，8］.

2　流量對比測試
2.1　試(shì)驗台與測試設備(bèi)
　　如圖2所示，效率測(ce)試系統綜合誤差(cha)爲±0.39％.該試驗台于2025年(nian)12月❌通過由江蘇省(shěng)科技廳組織的鑒(jiàn)定，并于200４年通♍過國(guó)家計量論㊙️證評審(shen).試✂️驗台流量測試(shì)設備爲ＤＮ４00型電磁流(liu)量計，标定精度爲(wei)±0.197％.

2.2　換能器安裝位置(zhì)
　　結合南水北調東(dong)線工程寶應泵站(zhan)［9，10］水泵裝置模型🤟試(shi)驗，模💚型比λ＝1∶9.833，對兩款(kuǎn)時差式超聲波流(liú)量計與試驗台流(liú)量測試設備進行(hang)了❗對比測試.流量(liang)計1采用10對換能器(qì)，流量計📧2采用8對換(huan)能器，安裝位置示(shi)意見圖3.兩款流量(liàng)計的廠商在試驗(yan)前均進行了進水(shuǐ)流道三維紊流數(shù)值模拟，通過計算(suàn)，确定在流态相對(dui)較好的進水流道(dao)内安裝換能器，并(bìng)對安裝位置進行(hang)了優化.

2.3　對比測試(shi)結果
　　試驗時以試(shì)驗台ＤＮ４00型 電磁流量(liàng)計 的測試值作爲(wei)标準值，測試範圍(wei)爲（0.795～1.163）Qｅ（Qｅ爲試驗泵裝置(zhi)在水泵葉片角度(dù)爲0°時的最高效率(lü)點流量）.對比測🍓試(shi)時，對每個流✌️量點(diǎn)均進🙇‍♀️行了3次重複(fu)測量.表1爲流量計(jì)1和‼️流量計2單點測(cè)試數據記錄.

　　表2和(he)表3分别爲流量計(jì)1和流量計2與試驗(yan)台流量計🍓對比測(ce)試的🐅誤差計算，其(qi)中絕對誤差爲流(liu)量計測試值與試(shi)驗台測試值之差(chà)，相對誤差爲絕對(dui)誤差與試驗台測(ce)試值之比，表中流(liu)量測試🔞值均爲3次(cì)測量的平均值.


　　由(you)表1～表3可知，與試驗(yan)台流量計實測值(zhí)相比，流量計🌈1和流(liú)量計2的誤差範圍(wei)分别爲－1.60％～－0.59％及－0.39％～0.18％，最大相(xiang)對誤差分别爲1.60％和(hé)0.39％.兩款流量計均具(ju)有較高的精度，但(dàn)流量計2的流量✌️測(ce)量精度更高，穩定(ding)性更好.
3　結　論
　　近年(nian)來，在國内開始應(ying)用的時差式超聲(shēng)波流量計🛀🏻，其流速(su)🛀測量保證精度一(yī)般爲±0.5％（規則斷面）.如(ru)果将其應用于大(dà)型低揚程泵站，并(bing)在進水流道内布(bu)置換🚶能器，通過進(jin)一步的優化，還可(ke)以達到更高的精(jīng)度［7］.即使考慮🏒到換(huan)能器安裝、過流斷(duan)面積測量等方面(miàn)的因素，現場測試(shi)精度仍可望控制(zhì)在±1.5％以内，可以滿🔞足(zu)泵站現場測試的(de)需要，采用三維紊(wěn)流數值模拟方法(fǎ)模拟♊泵站進水流(liú)道内的流場㊙️，不僅(jin)可以優化超聲波(bo)流量計換能🐅器的(de)安裝位置，提高測(cè)試精度☀️，還可對換(huan)能器的安裝❓對數(shu)進行優化，從而達(dá)到減少測試用換(huan)能器🏃的數量、減小(xiǎo)安裝工作量和測(ce)試費用的目的［7］.
　　時(shi)差式超聲波流量(liàng)計具有安裝簡單(dān)、抗幹擾能力強、阻(zu)力損失小等優點(diǎn)，可實現流量的在(zai)線測量，通過對大(da)型低揚🔴程泵‼️站進(jin)水流道進行三維(wei)紊流數值模拟來(lai)确定換能器的安(an)裝方式，能👅有效地(di)提高⭐流量測試精(jīng)度，從而💋爲大型低(dī)揚程泵站提供一(yī)種簡便可靠，且具(ju)有較高精度的流(liu)量測試新方法.

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