V锥流量计在测量野外地下水资源应用中优势比较与分析

      能源是经济社会可持续发展的重要物质基础，水资源也是其中重要的一种，能源在使用过程中，都需要做到准确的测量与控制，因此各种仪表仪器就成为其中关键的因素，计量器具是能源和资源监测与计量工作的物质基础，能源和资源要做到从粗放型管理走向精细管理，就必须加强计量工作的管理，这是是节能数据化管理的重要保障。随着我国能源和资源形势的严峻和环保的压力，灌溉用地下水资源现状和计量用表的安装环境不容乐观，通过加强计量基础的管理，充分发挥计量工作在节能降耗措施中的效用。计量器具是能源和资源监测与计量工作的物质基础，配好配齐各种计量器具是做好能源和资源监测与计量的前提和技术保证。按照GB17167-2006《用能单位能源计量器具配备和管理通则》的要求配备能源和资源计量器具。本文对几种地下水资源计量用表的要求及特点进行分析和比较，笔者认为V内锥形流量计比较合适地下水资源的计量。  
 
　　1 灌溉用地下水资源现状和计量用表的安装环境
　　这里所说的地下水资源，指的是在野外打得较深的电机井，打到地下的蓄水层，有的几十米深、上百米深，甚至达到二、三百米深。由于干旱和大量抽采地下水用于灌溉，使地下的蓄水层越来越深，电机井也越打越深，较浅的电机井已经没有水了，电机井也在不断的更新。机井的现状不容乐观：有的是裸井，只有水泵和电机等，有的只有简易的棚子；还有的有很小的泵房，没有人值守；计量的现状更没有提到日程上来。
一般的电机井都在野外，很少有在村落中的。由于建设费用的原因，井口泵房的建设，空间都很狭小，弯头、三通和阀门等管件较为集中，流量仪表安装距离要求紧凑，一般直管段伸展不开。另外离心泵的泵口压力和脉动较大，电网电压的波动和电机的电磁强度都会对流量仪表有一定的影响。还有由于直接抽采的是地下水，水中会漂浮极细的细沙，会造成对流量仪表的磨损；同时会有气体、液体和固体混相流动的情况，要求流量仪表不受较大的影响。因为是贸易结算用表，准确度一般要求较高（见表1）。

　　2 地下水资源计量用表的要求及特点比较
　　地下水资源计量用流量仪表的要求，仪表上游虽然有弯头、三通和阀门等管件较为集中的现象，但流量仪表安装整流直管段要求要尽量的短；泵口的压力较大，所选用的流量仪表要有一定的耐压强度；同时泵口流体的脉动较大和电网电压的波动和电机的电磁强度，所以所选用的流量仪表要有一定的抗泵口脉动和电压波动还有电磁强度的能力；由于水中漂浮细沙，会造成对流量仪表的磨损，所以所选用的流量仪表要有一定抗磨损能力，好没有可动的部件和较锐利的部件，且准确度可保持较长时间不变。准确度等级还得达到表1的要求。
　　水资源计量常用的流量计有涡轮、涡街、超声、电磁、孔板流量计、水表和V内锥形流量计。相关流量仪表特点比较见表2。


从表2可以看到，电磁、超声、涡街、涡轮、孔板流量计均要求较长的直管段，一般上游要求10至20D，下游要求5至10D。涡轮流量计有高速旋转的叶轮，轴和轴承很容易被水中漂浮的细沙磨损。涡街流量计由于工作原理的原因，安装在泵口抗脉动不好。超声、电磁流量计造价较贵。孔板流量计孔板入口边缘锐利较易磨损，且压力损失较大。水表虽然不需要直管段，但有旋转的叶轮，非金属的轴和轴承更容易被水中漂浮的细沙磨损。V内锥形流量计直管段要求较短，一般上游要求0至3D，下游要求0至1D，抗脉动、波动和电磁较好，没有旋转部件，耐磨性较好见图1，

因此可延长使用寿命和检定时间。从表2的第1、2项安装方面，第4、5、6项抗脉动、波动、和电磁方面，和第3、7项耐磨性方面，还有第8项压力损失、第9项延长周期检定和性价比等方面。地下水资源计量，笔者认为V内锥形流量计是较好的选择。
 
　　3、 V内锥形流量计的流体扫过型设计能改善流场速度分布
　　由于被测流体与内锥体的相互作用，测试结果证明：V形内锥有整流作用，它不但能改善速度分布，还能在很大程度上消除旋涡二次流（见图2），

并由内锥造成了新的速度分布。因此V内锥形流量计的上游，则不需要安装任何形式的流动调整器，并要求很短的直管段，一般上游要求0至3D（当V内锥形流量计安装在阀门的下游时，要求3D），下游要求0至1D。
　　当流体流经具有特殊廓形的内锥体时，会在其周边形成边界层并疏导流体离开锥体尾部的边缘，从而减少它被磨损的可能性。V内锥形流量计设计成流体扫过型结构，沿管内壁由被测流体完全实现自行清扫见图3，不可能截留流体中夹带的任何气体和固体颗粒，将它们带向下游，始终确保无污物、泥沙在流量计中沉积，非常适用于泥沙、脏污流体的流量测量。没有机械传动几乎没有维修。抗耐磨的是一个面，因此准确度可长期保持不变。

　　V内锥形流量计的设计和制造，可以保证决定β值的边缘不会由于接触流体而被磨损。当流体流入流量计表体内时，高速的核心流动将被迫按照流线的路径愈靠近管内壁的边界层相互作用；于是一个二次形成的边界层会沿着锥体周围的区域被重新分布。其结果就是一个接近于管内流速的安全混合，从而可以使流量计按预计的方式工作，正常发挥其性能。

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