[发明专利]一种非满流圆管流量在线计量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种流量计量装置，用于在线计量非满流圆管中的流体流量，可广泛应用于市政雨污水管网、污废水处理设施排出口的流量在线计量等。

背景技术

在给水排水系统中，流量是重要的过程参数之一。对于压力流管段，以电磁流量计为代表流量计量方法得到广泛应用，对于重力流渠道，以文丘里计量槽、巴氏计量槽为代表的槽式计量方法也日臻成熟，然而对于重力非满流圆管，当前的流量计量方式普遍存在缺憾。传统的非满流圆管流量计量仪表，按测量原理大致可分为计量堰法、PB测流槽法、流速-水位计算法和电磁流量计法等四类。

堰法通过在检查井中设置计量堰，测定堰上水头的方式进行流量计量，结构简单，计量精度高，但存在堰上悬浮物堆积的问题，且不适用于小坡度管段；PB槽流量计对圆管结构进行改造，将圆形断面收缩成倒梯形喉道，水流在喉道部产生射流。通过测量上游水位进行流量计算，该方法具有管壁粗糙度影响小、水头损失小等优点，但要求管道坡度高于2％，而实际工程中，大多数圆管管段小于该坡度；流速-水位计算法应用超声波流速仪和液位计，分别计量管内流速及液位，计算得出管内流量，具有适用范围广、安装方便等优点，但成本较高，且易受流速分布影响；电磁流量计法在圆管内设置挡板，于挡板底部设置电磁流量计，通过电磁流量计进行流量计量，该方法对上下游管段情况要求不高，但水头损失较大，易形成悬浮物堆积，且不适用于小流量测量。

近年来，针对上述非满流圆管流量计量方式存在的问题，广大工程技术人员开展了大量试验研究，开发形成了多种非满流圆管流量计，上述流量计多基于电磁流量计测量原理，通过对圆管中流速及液位的测量，对流量进行计算，避免了传统潜水式电磁流量计计量存在的水头损失大、易堵塞等缺陷，然而对于管内经常出现的小流量、低流速水流计量仍不准确，且需同时计量水位、流速，结构相对较为复杂。

非满流圆管流量Q(m³/s)可表达为过水断面面积A(m²)与流速v(m/s)的乘积，也即：

Q＝A·v

依据曼宁公式，水力半径为R(m)、坡度为i(‰)的非满流圆管中，流速v可表达为：

v=1nR23i12]]>

其中，n为与管材有关的管壁粗糙系数，水力半径R为过水断面面积A与湿周χ(m)之比，由几何关系，A与χ均可由管径D及水深h(m)表出，因而，对于非满流圆管，当h＜D/2时，其过水流量可表达为：