本發(fā)明涉及泵站流量控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種修正泵站流量測量結(jié)果的方法。

背景技術(shù)：

隨著我國南水北調(diào)及其配套工程的建設，對大型泵站需求越來越多。泵站運行流量是關(guān)乎泵站高效穩(wěn)定運行的重要參數(shù)。如何精確測量典型工作狀態(tài)下大型泵站的流量是亟待解決的問題。

對于大口徑管道式進出水系統(tǒng)，通常采用基于傳播時間法的超聲波流量計來測試泵站流量。它具有安裝方便、非接觸式無流動阻擾和壓能損失、管徑適應范圍大等優(yōu)點，在大型泵站上得到了廣泛的使用。但該方法對測量斷面水流狀態(tài)要求非常高，理論上希望其測量斷面為充分發(fā)展的分布均勻的湍流流動。這對安裝條件提出了苛刻的要求，即要求被測通道位置前后的直管段較長，且無大尺度旋渦流動干擾。同時，其測量精度等級與聲道數(shù)密切相關(guān)，但聲道數(shù)越多，設備的價格就越高。

但實際泵站由于投資，設備布局的方面的限制，經(jīng)常無法滿足超聲波流量計理想的安裝要求，而且測量聲道基本都在4聲道以下。這樣不可避免地會對泵站現(xiàn)場流量測量帶來系統(tǒng)誤差。如果依據(jù)流量測量結(jié)果調(diào)節(jié)泵站運行，可能使泵站偏離運行工況，使得能耗變大，增大泵站運行成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的是提供一種修正泵站流量測量結(jié)果的方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中超聲波流量計測量結(jié)果系統(tǒng)偏差大的問題。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種修正泵站流量測量結(jié)果的方法，包括：

s1、獲取泵站系統(tǒng)流道的三維模型；

s2、對所述三維模型進行網(wǎng)格劃分；

s3、結(jié)合邊界條件模擬計算獲得多個工況狀態(tài)的數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)包括模擬聲道線沿管路軸向方向的平均速度v線和所述模擬聲道線中點所在管斷面的法向平均速度v面；計算獲得對應修正系數(shù)η；

s4、生成修正系數(shù)-流量關(guān)系曲線，所述流量為模擬聲道線上的流量q模擬；

s5、獲取超聲波流量計實際測得的流量值q測量，基于設定關(guān)系式對q測量進行修正。

其中，所述系數(shù)η通過公式(1)獲得：

其中，設置所述邊界條件前，還包括進行所述網(wǎng)格的無關(guān)性檢查。

其中，所述系統(tǒng)流道包括前池、進水池、進水管、泵、出水管、壓力箱、爬山管、出水池。

其中，所述進水管連接有進口閥門，所述出水管連接有出口閥門。

其中，所述進口閥門和/或所述出口閥門為蝶閥。

其中，所述邊界條件包括：所述前池、進水池和出水池的自由液面采用剛蓋假定處理，剩余壁面設置為固體壁面，規(guī)定所述固體壁面邊界無滑移；所述泵包括葉輪，與所述葉輪的交界面設置為定轉(zhuǎn)子交界面，剩余交界面設置為固定交界面；所述前池的進口流量設置為進口邊界條件，所述出水池的壓力出口設置為出口邊界條件。

其中，所述工況狀態(tài)基于多個所述進口流量。

其中，所述設定關(guān)系式基于公式(2)：

q修正＝ηq測量(2)；

其中，q修正為修正后的流量值；q測量為超聲波流量計實際測得的流量值。

(三)有益效果

本發(fā)明提供的修正泵站流量測量結(jié)果的方法，通過對泵站系統(tǒng)流道進行不同工況下的流體動力學仿真，得到模擬聲道線上沿管路軸向方向的平均速度，和聲道線中點所在管斷面的法向平均速度，進而通過二者間的關(guān)系獲得超聲波流量計實際測量值和修正值之間的關(guān)系，并通過對獲得的多個修正系數(shù)擬合出修正系數(shù)與實際測量的流量值之間的對應曲線，最終實現(xiàn)測量的數(shù)據(jù)的修正。本發(fā)明提供的方法，使得泵站使用的超聲波流量計測得的數(shù)據(jù)得到了修正，提高了數(shù)據(jù)的精度，減小了泵站現(xiàn)場流量測試的誤差，使泵站的運行更加穩(wěn)定和節(jié)能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的修正泵站流量測量結(jié)果的方法流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例中泵站流體域流量測量系統(tǒng)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例中超聲波流量計模擬聲道位置示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例中修正系數(shù)與實際測得的流量的關(guān)系曲線圖；

圖5為圖2局部放大示意圖；

圖6為超聲波流量計測量原理示意圖；

圖中，1、前池；2、進水池；3、進水管；4、泵；5、出水管；6、壓力箱；7、聲道；8、爬山管；9、出水池；10、進口閥門；11、出口閥門；701、第一模擬聲道；702、第二模擬聲道；703、第三模擬聲道；704、管斷面；705、模擬聲道中點；706、第一聲道傳感器；707、第二聲道傳感器；708、第三聲道傳感器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明實施例中的具體含義。

流量是指單位時間內(nèi)流經(jīng)封閉管道或明渠有效截面的流體量，又稱瞬時流量，即流量是相對一個固定的截面來計算的?，F(xiàn)有技術(shù)中，泵站流量通常通過超聲波流量計測量，根據(jù)超聲波流量計測量原理，超聲波流量計測得的速度是聲道上的平均流速，而因為聲道具有一定長度，所以測量得到的流量值并不能精確地反應一定時間內(nèi)通過一個斷面的真實流量，進而導致流量計測量結(jié)果與實際結(jié)果有系統(tǒng)偏差。本發(fā)明實施例提供一種對該系統(tǒng)偏差進行修正的方法，通過運用計算流體動力學仿真技術(shù)cfd(computationalfluiddynamics)，實現(xiàn)對系統(tǒng)泵站超聲波流量計測流量過程的模擬。

圖1為本發(fā)明實施例中一種修正泵站流量測量結(jié)果的方法流程圖；圖2為本發(fā)明實施例中泵站流體域流量測量系統(tǒng)示意圖；圖3為本發(fā)明實施例中超聲波流量計模擬聲道位置示意圖；圖4為本發(fā)明實施例中修正系數(shù)與實際測得的流量的關(guān)系曲線圖；圖5為圖2局部放大示意圖；圖6為超聲波流量計測量原理示意圖。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明實施例提供一種修正泵站流量測量結(jié)果的方法，包括：

s1、獲取泵站系統(tǒng)流道的三維模型。

在泵站運行過程中，液體流經(jīng)的地方均可稱為泵站系統(tǒng)流道。在進行計算模擬前，首先需要獲取泵站系統(tǒng)流道的三維模型，該三維模型可以是在三維建模軟件中建立完成的，通過導入的方式導入至仿真軟件中，也可是直接在仿真軟件中建立的三維模型。本實施例中，泵站系統(tǒng)流道包括前池1、進水池2、進水管3、泵4、出水管5、壓力箱6、爬山管8、出水池9，如圖2中所示。其中，進水管連接有進口閥門10，出水管連接有出口閥門11，方便對管路中的流體進行控制，如圖5中所示。優(yōu)選的，進口閥門和出口閥門采用蝶閥，或其中之一采用蝶閥。

s2、對所述三維模型進行網(wǎng)格劃分。

本實施例中，三維模型通過三維建模軟件建立。將建立好的三維模型導入仿真軟件中，例如導入至fluent中，然后對各流道進行網(wǎng)格劃分。劃分網(wǎng)格過程中，可依據(jù)實際需要對部分網(wǎng)格進行細化。此外，為保證仿真結(jié)果的準確性，在進行正式的數(shù)據(jù)仿真前，需對劃分好的網(wǎng)格進行無關(guān)性檢查。例如將超聲波流量計設置在出水管5中時，聲道7即位于出水管5中。進行無關(guān)性檢查過程中，設定好邊界條件后，進行數(shù)值計算，此時的邊界條件不需要與實際情況相符，只需要保證在無關(guān)性檢查過程中，只改變網(wǎng)格劃分細密程度，不改變邊界條件。仿真得到數(shù)據(jù)后，畫出第一模擬聲道701的聲道線，如圖3中所示。若模擬聲道中點705處的流體速度隨著網(wǎng)格變化得到的速度的變化率不超過0.5％，則表明此時計算得到的模擬數(shù)據(jù)基本不受網(wǎng)格的細密程度的影響，此時即可進入正式的模擬運算。在網(wǎng)格無關(guān)性檢查合格的基礎(chǔ)上，網(wǎng)格的邊界層尺度y⁺位于30-500之間，y⁺是壁面距離和摩擦速度與運動粘度的無量綱比值。

s3、結(jié)合邊界條件模擬計算獲得多個工況狀態(tài)的數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)包括模擬聲道線沿管路軸向方向的平均速度v線和所述模擬聲道線中點所在管斷面的法向平均速度v面；計算獲得對應修正系數(shù)η。

對三維模型劃分了合格的網(wǎng)格后，開始進行計算前的邊界條件設置步驟，即進行參數(shù)的設置。其中，重要的邊界條件設置包括：控制方程選用標準k-ε模型；前池1、進水池2和出水池9三個流道中液體的頂面不受約束而成為自由液面，仿真過程中，該部分自由液面采用剛蓋假定處理，剛蓋假定處理即不考慮水面波動影響的情況，只考慮自由面的切向速度，忽略法向速度。除自由液面外，其余邊界面在實際中因受約束而稱為壁面，剩余壁面設置為固體壁面，并規(guī)定固體壁面邊界無滑移。泵4中包括葉輪，仿真過程中，液體與葉輪的交界面設置為定轉(zhuǎn)子交界面，剩余交界面設置為固定交界面；前池1的進口流量設置為進口邊界條件，出水池9的壓力出口設置為出口邊界條件；采用定常計算，迭代至少1000步，收斂殘差值設置為10^-5。不同的工況狀態(tài)下，前池1的進口流量設置值不同，其余參數(shù)設置方式不變，這樣能得到多個工況下的數(shù)據(jù)。獲得的數(shù)據(jù)包括：模擬聲道線沿管路軸向方向的平均速度v線和所述模擬聲道線中點所在管斷面的法向平均速度v面。

超聲波流量計的工作原理是：在一定長度的聲道長度l下，超聲波在流動的液體中順流傳播與逆流傳播的時間不同，通過測量順流和逆流之間的時間來間接測量液體流速。

如圖6所示，設超聲波在靜止液體中的傳播速度為c，液體速度為v，a為超聲波發(fā)射點，b為接收點，超聲波聲道長度為l，聲道與管路夾角為α；

則，順流時，即從a到b，超聲波傳播時間為t1：

逆流時，即從b到a，超聲波傳播時間為t2：

得超聲波流量計測得的液體流速v：

通過模擬，可實現(xiàn)實際測得的液體流速v超聲波與仿真過程中得到的模擬聲道線上沿管路軸向方向的平均速度v線相同。

取值過程中，需要嚴格畫出聲道7位置所在的線，如圖3中所示，多條聲道就畫出多條模擬線，本實施例中設置三條聲道，畫出3條模擬聲道線，表示實際測量時該位置設置的超聲波流量計有三組聲道傳感器，分別為第一聲道傳感器706、第二聲道傳感器707、第三聲道傳感器708，如圖3中所示。畫出的三條模擬聲道分別為第一模擬聲道701、第二模擬聲道702、第三模擬聲道703，分別在三條聲道上獲得沿管路軸向的平均速度后求均值，得平均的v線，再畫出聲道中點處的管斷面704，得出管斷面704處的法向平均速度v面。

設斷面處截面積為s，令：

其中，v斷面是聲道中心點截面的法向平均速度，v超聲波是指聲道上的平均速度。這樣在模擬量與實際測量量相同或非常接近的情況下，即建立起模擬量與實際測量量之間的關(guān)系，即可通過該公式得到修正后的流量值。為了后續(xù)應用方便，至少需要獲得十個工況下的修正系數(shù)η。

s4、生成修正系數(shù)-流量關(guān)系曲線，流量為模擬聲道線上的流量q模擬。

運用最小二乘法得出修正系數(shù)η和模擬得到的流量q模擬的擬合曲線圖，如圖4中所示。

其中，q模擬由公式(1-5)獲得：

q模擬＝sv線(1-5)

s5、獲取超聲波流量計實際測得的流量值q測量，基于設定關(guān)系式對q測量進行修正。

獲得曲線后，即可實現(xiàn)流量值修正。獲取超聲波流量計實際測得的流量值q測量，此時的q測量與q模擬是相同的，讀取實際測量的流量值q測量后，在曲線坐標上找到相同的流量值，進而獲得對應的修正系數(shù)，然后通過特定的關(guān)系式實現(xiàn)流量值的修正。其中，設定的關(guān)系式基于公式(1-6)：

q修正＝ηq測量(1-6)。

其中，q修正為修正后的流量值；q測量為超聲波流量計實際測得的流量值。

本發(fā)明提供的修正泵站流量測量結(jié)果的方法，通過對泵站系統(tǒng)流道進行不同工況下的流體動力學仿真，得到模擬聲道線上沿管路軸向方向的平均速度，和聲道線中點所在管斷面的法向平均速度，進而通過二者間的關(guān)系獲得超聲波流量計實際測量值和修正值之間的關(guān)系，并通過對獲得的多個修正系數(shù)擬合出修正系數(shù)與實際測量的流量值之間的對應曲線，最終實現(xiàn)測量的數(shù)據(jù)的修正。本發(fā)明提供的方法，使得泵站使用的超聲波流量計測得的數(shù)據(jù)得到了修正，提高了數(shù)據(jù)的精度，減小了泵站現(xiàn)場流量測試的誤差，使泵站的運行更加準確穩(wěn)定。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。