V錐流量計在測量野外地下水資源應用中優勢比較與分析

      能源是經濟社會可持續發展的重要物質基礎，水資源也是其中重要的一種，能源在使用過程中，都需要做到準確的測量與控制，因此各種儀表儀器就成為其中關鍵的因素，計量器具是能源和資源監測與計量工作的物質基礎，能源和資源要做到從粗放型管理走向精細管理，就必須加強計量工作的管理，這是是節能數據化管理的重要保障。隨著我國能源和資源形勢的嚴峻和環保的壓力，灌溉用地下水資源現狀和計量用表的安裝環境不容樂觀，通過加強計量基礎的管理，充分發揮計量工作在節能降耗措施中的效用。計量器具是能源和資源監測與計量工作的物質基礎，配好配齊各種計量器具是做好能源和資源監測與計量的前提和技術保證。按照GB17167-2006《用能單位能源計量器具配備和管理通則》的要求配備能源和資源計量器具。本文對幾種地下水資源計量用表的要求及特點進行分析和比較，筆者認為V內錐形流量計比較合適地下水資源的計量。  
 
　　1 灌溉用地下水資源現狀和計量用表的安裝環境
　　這里所說的地下水資源，指的是在野外打得較深的電機井，打到地下的蓄水層，有的幾十米深、上百米深，甚至達到二、三百米深。由于干旱和大量抽采地下水用于灌溉，使地下的蓄水層越來越深，電機井也越打越深，較淺的電機井已經沒有水了，電機井也在不斷的更新。機井的現狀不容樂觀：有的是裸井，只有水泵和電機等，有的只有簡易的棚子；還有的有很小的泵房，沒有人值守；計量的現狀更沒有提到日程上來。
一般的電機井都在野外，很少有在村落中的。由于建設費用的原因，井口泵房的建設，空間都很狹小，彎頭、三通和閥門等管件較為集中，流量儀表安裝距離要求緊湊，一般直管段伸展不開。另外離心泵的泵口壓力和脈動較大，電網電壓的波動和電機的電磁強度都會對流量儀表有一定的影響。還有由于直接抽采的是地下水，水中會漂浮極細的細沙，會造成對流量儀表的磨損；同時會有氣體、液體和固體混相流動的情況，要求流量儀表不受較大的影響。因為是貿易結算用表，準確度一般要求較高（見表1）。

　　2 地下水資源計量用表的要求及特點比較
　　地下水資源計量用流量儀表的要求，儀表上游雖然有彎頭、三通和閥門等管件較為集中的現象，但流量儀表安裝整流直管段要求要盡量的短；泵口的壓力較大，所選用的流量儀表要有一定的耐壓強度；同時泵口流體的脈動較大和電網電壓的波動和電機的電磁強度，所以所選用的流量儀表要有一定的抗泵口脈動和電壓波動還有電磁強度的能力；由于水中漂浮細沙，會造成對流量儀表的磨損，所以所選用的流量儀表要有一定抗磨損能力，好沒有可動的部件和較銳利的部件，且準確度可保持較長時間不變。準確度等級還得達到表1的要求。
　　水資源計量常用的流量計有渦輪、渦街、超聲、電磁、孔板流量計、水表和V內錐形流量計。相關流量儀表特點比較見表2。


從表2可以看到，電磁、超聲、渦街、渦輪、孔板流量計均要求較長的直管段，一般上游要求10至20D，下游要求5至10D。渦輪流量計有高速旋轉的葉輪，軸和軸承很容易被水中漂浮的細沙磨損。渦街流量計由于工作原理的原因，安裝在泵口抗脈動不好。超聲、電磁流量計造價較貴。孔板流量計孔板入口邊緣銳利較易磨損，且壓力損失較大。水表雖然不需要直管段，但有旋轉的葉輪，非金屬的軸和軸承更容易被水中漂浮的細沙磨損。V內錐形流量計直管段要求較短，一般上游要求0至3D，下游要求0至1D，抗脈動、波動和電磁較好，沒有旋轉部件，耐磨性較好見圖1，

因此可延長使用壽命和檢定時間。從表2的第1、2項安裝方面，第4、5、6項抗脈動、波動、和電磁方面，和第3、7項耐磨性方面，還有第8項壓力損失、第9項延長周期檢定和性價比等方面。地下水資源計量，筆者認為V內錐形流量計是較好的選擇。
 
　　3、 V內錐形流量計的流體掃過型設計能改善流場速度分布
　　由于被測流體與內錐體的相互作用，測試結果證明：V形內錐有整流作用，它不但能改善速度分布，還能在很大程度上消除旋渦二次流（見圖2），

并由內錐造成了新的速度分布。因此V內錐形流量計的上游，則不需要安裝任何形式的流動調整器，并要求很短的直管段，一般上游要求0至3D（當V內錐形流量計安裝在閥門的下游時，要求3D），下游要求0至1D。
　　當流體流經具有特殊廓形的內錐體時，會在其周邊形成邊界層并疏導流體離開錐體尾部的邊緣，從而減少它被磨損的可能性。V內錐形流量計設計成流體掃過型結構，沿管內壁由被測流體完全實現自行清掃見圖3，不可能截留流體中夾帶的任何氣體和固體顆粒，將它們帶向下游，始終確保無污物、泥沙在流量計中沉積，非常適用于泥沙、臟污流體的流量測量。沒有機械傳動幾乎沒有維修。抗耐磨的是一個面，因此準確度可長期保持不變。

　　V內錐形流量計的設計和制造，可以保證決定β值的邊緣不會由于接觸流體而被磨損。當流體流入流量計表體內時，高速的核心流動將被迫按照流線的路徑愈靠近管內壁的邊界層相互作用；于是一個二次形成的邊界層會沿著錐體周圍的區域被重新分布。其結果就是一個接近于管內流速的安全混合，從而可以使流量計按預計的方式工作，正常發揮其性能。

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