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2009 年夏澆,夾馬口泵站與夾馬口干渠站水量交接方式由人工流速儀測流變革為插入電磁流量計計量。
流量計投入運(yùn)行以后,給交接雙方管理者的總體印象是穩(wěn)定性特別差、誤差特別大。2010 年12 月9 ~10 日用流速儀校核的流量為2. 0m3 /s,而流量計卻平均偏大0. 533m3 /s,造成干渠站千噸·公里損失指標(biāo)嚴(yán)重虧損。通過對2009 年夏澆至2011 年春澆年灌溉運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析,初步摸索出了以下規(guī)律: 千噸·公里損失指標(biāo)正常時,干渠站和夾馬口泵站雙贏; 指標(biāo)浮動時,干渠站持平或虧損,夾馬口泵站虧損; 指標(biāo)失實(shí)時,干渠站嚴(yán)重虧損,夾馬口泵站單耗指標(biāo)低于理論值范圍。
電磁流量計運(yùn)行的不穩(wěn)定性打破了內(nèi)部管理平衡,造成管理指標(biāo)嚴(yán)重失真,嚴(yán)重干擾了內(nèi)部的正常管理秩序和管理方向。尤其是干渠站因水量無故虧損而受罰,挫傷了職工的積極性和創(chuàng)造性。
【問題剖析】
【流量計工作原理】
電磁流量計安裝于水泵出口的鋼制管件上,數(shù)字儀表置于調(diào)度值班室的儀表柜中; 二者間用數(shù)據(jù)線連接,將電磁流量計的流速信息傳輸?shù)絻x表,并計算、顯示相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)。其工作原理是: 將泵站壓力輸水管道的直徑參數(shù)輸入儀表計算出過水?dāng)嗝婷娣e,電磁場掃描通過流量計斷面的瞬時流速,儀表據(jù)此顯示水泵機(jī)組的瞬時流量和累計水量值。
【問題分析】
由電磁流量計的工作原理可知: 當(dāng)管道中通過的流體全部為水時,儀表的顯示是準(zhǔn)確無誤的,對應(yīng)的千噸·公里損失指標(biāo)正常; 當(dāng)水體中夾雜少量氣體時,機(jī)組由于氣蝕而效率下降,表現(xiàn)為泵站單耗上升、千噸·公里損失指標(biāo)浮動; 當(dāng)含氣量大到一定的程度時,機(jī)組由于做功少而單耗下降,對應(yīng)的千噸·公里損失指標(biāo)則失實(shí)。
【誤差計算】
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié),當(dāng)水中混有1% 空氣時,水泵效率下降5% ~ 15%,當(dāng)混入10% 時,水泵就不能工作了。管道中水和氣的運(yùn)行情況是十分復(fù)雜的,只能通過純物理理論來進(jìn)行粗淺的分析和計算,計算的結(jié)果可以說明生產(chǎn)實(shí)際中發(fā)生的問題,下面以2011 年6 月22日的運(yùn)行數(shù)據(jù)為例計算如下。
【運(yùn)行參數(shù)】
夾馬口泵站運(yùn)行機(jī)組7 臺,單機(jī)流量1. 110m3 /s,日提水量737958m3,當(dāng)日單耗0. 275kW·h /m3 ; 干渠站當(dāng)日千噸·公里損失10. 3841m3,按指標(biāo)7m3 核算日虧損40540m3。
【含氣率1%的水量誤差】
a. 體積誤差。假設(shè)水中含氣率為1%,則過水?dāng)嗝婷娣e、流量、水量即誤差1%。
b. 物理誤差。以當(dāng)日運(yùn)行的6 號管道的平均流量Q = 4. 439m3 /s、1400 管道面積A = 1. 539m2 計算,管道中水平均流速v流量計= 2. 884m/s。
由牛頓第二定律F = ma = Vρa(bǔ) 可知,將壓力輸水管道中水和氣的作用力F 和微小顆粒的體積V 視為相等,則加速度a 的大小由水和氣的密度ρ 決定,由資料可查得在0. 7MPa 壓力( 夾馬口泵站揚(yáng)程為70m)下常溫ρ氣= 8. 1837kg /m3、ρ水= 1000kg /m3,則a氣=(ρ水/ρ氣)*a水= 122a水。由勻速直線運(yùn)動公式vt = v0 + at 可知,假設(shè)水和氣經(jīng)葉輪加壓后在水泵出口的起始速度相等且為零,
則v氣/v水= a氣/a水= 122,由此流量計測得的管道中水平均流速v流量計= 2. 884 = v水× 99% + 122v水× 1%,解得水體實(shí)際流速v水= 1. 305m/s,僅占v流量計的45. 25%。
c. 合計誤差。因45. 25% × 99% = 44. 80%,則誤差率為55. 20%。按2011 年6 月22 日水量折算,多計水量為737958 × 55. 20% = 407353m3。
【以當(dāng)日虧損水量折算水體含氣率】
折算的誤差率為40540 /737958 = 5. 49%。
由此可知,體積誤差很小,可忽略以方便計算,則
v水/v流量計= v水/2. 884 = 1 - 5. 49%,解得v水= 2. 726m/s。
設(shè)水體含氣率為x,則v水( 1 - x) + v氣x = v流量計,即
2. 726( 1 - x) + 122 × 2. 726x = 2. 884,解得x =0. 00048 = 0. 48‰。
【結(jié)果說明】
a. 在1% 含氣率的假定下,理論計算的誤差率55. 20%即為水泵效率的下降值,是經(jīng)驗(yàn)值5% ~ 15%值的近4 倍,恰恰證明了泵體和管路中水和氣運(yùn)動狀態(tài)的復(fù)雜性,單單依靠理論計算是不能解釋
清楚的。
b. 以2011 年6 月22 日運(yùn)行數(shù)據(jù)算得的水體含氣率0. 48‰,雖然不是十分準(zhǔn)確,但能證明電磁流量計的穩(wěn)定性對水體含氣率十分敏感。