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分析夾持式渦街流量計設計及其在渠道節水中（zhōng）的應用
點（diǎn）擊次數：2127 發布時間：2021-01-06 11:17:34
【摘 要】隨著水資源的日益緊張，對灌區用水進行有效地控製（zhì）和精確（què）地量測變得尤為重要，但由於（yú）缺少量測水（shuǐ）設施，我國大多數灌區仍采用按灌溉麵積收費的（de）形式，這（zhè）不僅助長了水量浪費，而且也易導致管理單位和用水戶之間的矛盾，給水費計收帶來困難。由於分水洞在（zài）灌區灌溉和渠道節水中又占了較大比重，分（fèn）布廣，管理難度很（hěn）大，因（yīn）此，分水洞（dòng）的計量精度和自動化管（guǎn）理（lǐ）在渠道節水中的作用至（zhì）關重要。
東風渠（qú）灌區渠道分水（shuǐ）洞（dòng）總計 1053 個，分水洞都無計量（liàng）用水設施。為了加快東風渠灌（guàn）區計量用水、節水（shuǐ）的步伐，我處在東風渠東幹渠上試點建成了夾（jiá）持（chí）式渦（wō）街流量計，該夾持式渦街流量（liàng）計是由四川省都江堰東風渠管（guǎn）理處、四川省水利（lì）科學研究院以及四川信德建設有限公司水工設備製造廠聯合研（yán）製。分水（shuǐ）洞設計流量（liàng） Q ＜ 1m3 /s，管徑（jìng）在 300mm～ 600mm 之間，分（fèn）水洞（dòng）集精確的流量（liàng）計量、高精度夾持式（shì）渦街流量計控製、全（quán）太陽能驅動（dòng）和無線通訊功能於一體（tǐ），讀數直觀，一（yī）體（tǐ）化板閘按照所設定的閘位或者按灌溉需求，通過改變夾持（chí）式渦街流量計（jì）開度來自動控製流（liú）量。一體化測控（kòng）智能夾持式渦街流量計具有操控方便，可遠程實時在（zài）線操作和監控（kòng），接口（kǒu）標準化，可實現自動化、智能化（huà）等特點，正是現代水利（lì）發展的必然（rán）方向。
1 夾持式渦（wō）街流量計的結構設計
1. 1 分水洞的結構
分水洞采用了（le）一種（zhǒng）封閉式啟閉閘集（jí）成閘井預製（zhì）件，包括頂節、標準節和底座。與傳統現（xiàn）場（chǎng）澆築的方式相比，集成閘井采用（yòng）防水設計，並且安裝更（gèng）加方便快捷（jié），很大程度上（shàng）提高了安裝效率，節約成本（běn）。采用事先預製（zhì）好的啟閉閘支座、啟閉機機座，保證了設備的安裝（zhuāng）精度，提高了設備運行的穩定性，減少了設備的後期維護。分水洞結構除了預製混凝土外，還（hái）可（kě）考慮采用玻璃鋼或工（gōng）程塑（sù）料整體製作，用標準節調節（jiē）高度。分水洞結構設計見圖 1。
1. 2 全封閉（bì）式啟閉閘
包括進水管、直管、出水管、夾持式渦街流量（liàng）計組和啟（qǐ）閉機組，進水管、直管、出水管從左到右依次連接，夾持式渦街流量計組安裝在直管和出水管之間且位於出水（shuǐ）管的入口處（chù），夾持式（shì）渦（wō）街流量計組通過聯（lián）結杆與（yǔ）啟閉機組（zǔ）的輸出（chū）端連接。為防止泥沙淤積影響（xiǎng）啟閉，夾持式渦街流量計（jì）采用閘（zhá）板（bǎn）式啟閉結構。密封式啟閉閘為整體封閉管道式，全（quán）部采用不鏽鋼材料，水流通過（guò）管道流出讓整個閘井內幹燥無水（shuǐ）。伸縮套管與波紋管（guǎn）的（de）設計讓檢修（xiū）與清理淤泥（ní）更（gèng）加方便。夾持式渦街流量計裝有荷載限製器，其（qí）布置受力明確、結構（gòu）緊湊、動作可靠。當吊具上的荷載達到額定值的 110%時，或電機電流超過額定電流 150%時，係統自動切斷操作電源以保護設備安全（quán）。
2 計量儀器的輕量化設計
在東風渠東幹渠試點的流量儀選用的是一（yī）體式 MGG－KL 型電磁流量儀，分別有滿（mǎn）管和非滿管兩種（zhǒng）類型。由於東幹（gàn）渠渠道深度大多在 2m 以 上，且分水（shuǐ）洞進口管徑（jìng）大都在 30cm ～ 50cm 之間，基本能滿足流量（liàng）儀上（shàng）下遊直管段 5D 和 3D，這種情況就選用的是安裝在全封閉式啟閉閘閘前的滿管（guǎn）流電磁流量儀。有些渠段還（hái）滿足不了（le）直管段要求，就（jiù）選用了安裝在全（quán）封閉式啟閉閘閘後的非滿管（guǎn）流流量（liàng）儀。
2. 1 測量原理
電磁流量計是根據電磁感（gǎn）應的原（yuán）理來測量導電介質的。在管道（dào）直徑確定並維持磁（cí）場強度不變的情況下，感應電勢的大小與體積流量具（jù）有一定的線性關係，把此感應電勢（shì）引出、放大，就能由儀（yí）表顯示介質流量。
2. 2 特點
(1) 優點。測量管與工藝管的口（kǒu）徑可以相同，管內無測量元件，無壓力損失，並可以測（cè）量含有顆粒、懸浮物的介質; 輸出信號不受介質的（de）物理（lǐ）性質影（yǐng）響（xiǎng），輸出信號與流量大小具有很好的線性（xìng）關係; 測量範圍寬（kuān），流量比達1 ∶ 100。
(2) 缺點。管道承壓及襯裏（lǐ）性質影響其使用範圍，一般壓力不超過 4MPa，溫度不超過 150℃ ;流速應大於 50cm /s。
3 全自動計量管理（lǐ）設（shè）計
3. 1 雲端智慧測控（kòng）夾持式渦街流量計
夾持式渦街流量計是（shì）集精確的水位（wèi）采集（jí）、流量計量、高精度（dù）夾持式渦街（jiē）流量計控（kòng）製、全太陽能驅動( 選配（pèi）) 和無線通訊功能於一體的自動化灌溉設備。雲端智慧測控夾持式渦（wō）街流量計按照所設定的閘位或者按運管單位需求，具備手動控製模式、自動開度控製（zhì）模式、自動恒定流量控製模式、自動恒定閘前水位控製模式以及自動恒（héng）定閘後水位控製模式。配備有本地 LCD 顯示屏，能夠讓用（yòng）戶控製和查看配水口的瞬時流量和當前輸水流量以及灌溉總流量。
3. 2 高精度的夾持式渦街（jiē）流量計控製
夾持式渦（wō）街流量計裝有一套開度指示及位置控製裝置，在電動（dòng）機（jī）不工作的情況下，能跟蹤夾持式渦（wō）街流（liú）量（liàng）計（jì）的位置。開度指示在現地電（diàn）控櫃( 或手操器) 以數字直接顯示夾持式渦街流量計開（kāi）度（dù），讀數精（jīng）度為 0．01mm。開度控製設備除具（jù）備對上、下*限位置控製進行保護（hù）外，還有位置開（kāi）度預（yù）置的功能。
3. 2. 1 微（wēi）功耗設計
為滿（mǎn）足水利（lì）野外光伏供電部署需求，係統采（cǎi）用微功耗設計，*低待機功耗≤4. 8W，可有效支撐野外部署，不同季節、不同（tóng）日照地區都能穩定運行。
3. 2. 2 自清潔自維（wéi）護功能
針對現有水利分水洞存在鏽蝕及（jí）淤積現象，係統設置有自清潔自維護功能，根據現場情況自動判斷，定期小幅度啟閉夾持式渦街（jiē）流量計，或反複按（àn）一定策略（luè）運（yùn）行夾持式渦街流量計，有效地防止鏽蝕及淤積現象。
3. 2. 3 遠程管理
通過雲端平台實時遠程管理野外設（shè）備，能夠加強（qiáng）維護（hù）、降低成本並強化渠係控製。一套全麵的遠程監控工具及先進的報警（jǐng）係統可改變原有的運作（zuò）模式，管理人（rén）員無需到（dào）達現場即可根據軟件提供的詳細實時信息，對出現的問（wèn）題做出快速回應。用戶可以通過互聯網管理野外裝置，隻（zhī）需要配備網絡（luò）瀏覽器和移（yí）動通訊網絡接口即可（kě）。相（xiàng）對傳統的 SCADA 係統來說（shuō），這一方案成本低且配置快。操作人員可通過台式電腦、手機、平板、短 信、電子郵件或微信（xìn）公眾號實現警報（bào）通知（zhī）、確認及緊急警報升級。
4 運行保障（zhàng）
多年來水利設施惡劣的工況一直是製約（yuē）水利信息化建設的（de）絆腳石。許多先進的工業級設備在水利上（shàng）並不能（néng）可靠（kào）地應用，究其原因，主要歸結為三個因（yīn）素: ①潮濕的環境; ②雷（léi）擊災害; ③*端的（de）溫度指標。“雲端智（zhì）慧閘控係統”根據多年的水利行業應用經驗，對上述因素進行反複的器件篩選和工藝改進，使（shǐ）得係統能夠很好地適應水（shuǐ）利行業的苛刻要（yào）求（qiú）。
4. 1 防潮技術
濕氣是對 PCB 電路板*普遍（biàn）、*具破壞性的主要因素（sù）。“雲端智慧閘（zhá）控係統”采用浸潤工藝在印刷電路板及零（líng）組件塗覆丙烯酸基質保護層，有效地隔離並可保（bǎo）護電路免遭潮濕和其它汙物的侵蝕，從而提高線路板的可靠性，增加其安全係數，並保證其使用壽命。
4. 2 防雷技術
水利設施（shī）的防雷是一項係統工程，包含外部防雷和內部防雷兩個方麵（miàn）。外部防雷是對直擊雷的防護，由接閃器( 接閃杆、接（jiē）閃帶、接（jiē）閃線、接閃網) 、引（yǐn）下線、接地體等組成，作用是接閃、泄放（fàng）雷電（diàn）流，通過該措（cuò）施可將絕大部分雷電能量直接導入大地。內部防雷主要由屏蔽、等電位、過電壓保護（hù）和安全距離等組成，其作用（yòng）是均衡係統電位，限製過電壓（yā）幅值。“雲端智慧閘控係統”不但設計有上述避雷設（shè）施，同時采用了避雷隔離（lí）技術、電子（zǐ）信號避雷技術等多種（zhǒng）先進的避雷技術，對（duì）係統進（jìn）行防護。
4. 3 寬溫設計
水利設施多設（shè）在野外，晝夜、冬夏溫差較大，為保證設（shè）備長期穩定運行。“雲端智慧閘控（kòng）係統”采用優於工業級標準的元器件搭（dā）建，工作溫度範圍可達－10℃ ～60℃，是可以在*端條件下使用的工業級設備，確保（bǎo）每台設（shè）備在惡劣環境下使（shǐ）用都安穩（wěn）可靠，並（bìng）保證工業通信的（de）穩定傳輸。
5 結（jié）語
東風（fēng）渠灌區內省管幹渠大多數渠道已經完成了續建（jiàn）配套與節水改造工程，渠道的防滲以及過流（liú）能力大大提高，眼下應該是通過精細化管理來節水的有利時機，但是由於灌區內農業的主要耕作方式還是以農戶為主，支、鬥、農、毛渠的規劃混亂，導致在幹渠上分水洞眾多，管理（lǐ）上要（yào）麵對每家每（měi）戶，並（bìng）且不能（néng）計量用水，這給灌區節水管（guǎn）理（lǐ）帶來很大困難。做為灌區管理單位來說，分水洞的管理能夠智能化，渠道管理難度*大（dà）的（de）問題就解決（jué）了，“節水優先”的管理方式才（cái）能實現。
東風渠（qú）灌區渠道分水（shuǐ）洞（dòng）總計 1053 個，分水洞都無計量（liàng）用水設施。為了加快東風渠灌（guàn）區計量用水、節水（shuǐ）的步伐，我處在東風渠東幹渠上試點建成了夾（jiá）持（chí）式渦（wō）街流量計，該夾持式渦街流量（liàng）計是由四川省都江堰東風渠管（guǎn）理處、四川省水利（lì）科學研究院以及四川信德建設有限公司水工設備製造廠聯合研（yán）製。分水（shuǐ）洞設計流量（liàng） Q ＜ 1m3 /s，管徑（jìng）在 300mm～ 600mm 之間，分（fèn）水洞（dòng）集精確的流量（liàng）計量、高精度夾持式（shì）渦街流量計控製、全（quán）太陽能驅動（dòng）和無線通訊功能於一體（tǐ），讀數直觀，一（yī）體（tǐ）化板閘按照所設定的閘位或者按灌溉需求，通過改變夾持（chí）式渦街流量計（jì）開度來自動控製流（liú）量。一體化測控（kòng）智能夾持式渦街流量計具有操控方便，可遠程實時在（zài）線操作和監控（kòng），接口（kǒu）標準化，可實現自動化、智能化（huà）等特點，正是現代水利（lì）發展的必然（rán）方向。
1 夾持式渦（wō）街流量計的結構設計
1. 1 分水洞的結構
分水洞采用了（le）一種（zhǒng）封閉式啟閉閘集（jí）成閘井預製（zhì）件，包括頂節、標準節和底座。與傳統現（xiàn）場（chǎng）澆築的方式相比，集成閘井采用（yòng）防水設計，並且安裝更（gèng）加方便快捷（jié），很大程度上（shàng）提高了安裝效率，節約成本（běn）。采用事先預製（zhì）好的啟閉閘支座、啟閉機機座，保證了設備的安裝（zhuāng）精度，提高了設備運行的穩定性，減少了設備的後期維護。分水洞結構除了預製混凝土外，還（hái）可（kě）考慮采用玻璃鋼或工（gōng）程塑（sù）料整體製作，用標準節調節（jiē）高度。分水洞結構設計見圖 1。
1. 2 全封閉（bì）式啟閉閘
包括進水管、直管、出水管、夾持式渦街流量（liàng）計組和啟（qǐ）閉機組，進水管、直管、出水管從左到右依次連接，夾持式渦街流量計組安裝在直管和出水管之間且位於出水（shuǐ）管的入口處（chù），夾持式（shì）渦（wō）街流量計組通過聯（lián）結杆與（yǔ）啟閉機組（zǔ）的輸出（chū）端連接。為防止泥沙淤積影響（xiǎng）啟閉，夾持式渦街流量計（jì）采用閘（zhá）板（bǎn）式啟閉結構。密封式啟閉閘為整體封閉管道式，全（quán）部采用不鏽鋼材料，水流通過（guò）管道流出讓整個閘井內幹燥無水（shuǐ）。伸縮套管與波紋管（guǎn）的（de）設計讓檢修（xiū）與清理淤泥（ní）更（gèng）加方便。夾持式渦街流量計裝有荷載限製器，其（qí）布置受力明確、結構（gòu）緊湊、動作可靠。當吊具上的荷載達到額定值的 110%時，或電機電流超過額定電流 150%時，係統自動切斷操作電源以保護設備安全（quán）。
2 計量儀器的輕量化設計
在東風渠東幹渠試點的流量儀選用的是一（yī）體式 MGG－KL 型電磁流量儀，分別有滿（mǎn）管和非滿管兩種（zhǒng）類型。由於東幹（gàn）渠渠道深度大多在 2m 以 上，且分水（shuǐ）洞進口管徑（jìng）大都在 30cm ～ 50cm 之間，基本能滿足流量（liàng）儀上（shàng）下遊直管段 5D 和 3D，這種情況就選用的是安裝在全封閉式啟閉閘閘前的滿管（guǎn）流電磁流量儀。有些渠段還（hái）滿足不了（le）直管段要求，就（jiù）選用了安裝在全（quán）封閉式啟閉閘閘後的非滿管（guǎn）流流量（liàng）儀。
2. 1 測量原理
電磁流量計是根據電磁感（gǎn）應的原（yuán）理來測量導電介質的。在管道（dào）直徑確定並維持磁（cí）場強度不變的情況下，感應電勢的大小與體積流量具（jù）有一定的線性關係，把此感應電勢（shì）引出、放大，就能由儀（yí）表顯示介質流量。
2. 2 特點
(1) 優點。測量管與工藝管的口（kǒu）徑可以相同，管內無測量元件，無壓力損失，並可以測（cè）量含有顆粒、懸浮物的介質; 輸出信號不受介質的（de）物理（lǐ）性質影（yǐng）響（xiǎng），輸出信號與流量大小具有很好的線性（xìng）關係; 測量範圍寬（kuān），流量比達1 ∶ 100。
(2) 缺點。管道承壓及襯裏（lǐ）性質影響其使用範圍，一般壓力不超過 4MPa，溫度不超過 150℃ ;流速應大於 50cm /s。
3 全自動計量管理（lǐ）設（shè）計
3. 1 雲端智慧測控（kòng）夾持式渦街流量計
夾持式渦街流量計是（shì）集精確的水位（wèi）采集（jí）、流量計量、高精度（dù）夾持式渦街（jiē）流量計控（kòng）製、全太陽能驅動( 選配（pèi）) 和無線通訊功能於一體的自動化灌溉設備。雲端智慧測控夾持式渦（wō）街流量計按照所設定的閘位或者按運管單位需求，具備手動控製模式、自動開度控製（zhì）模式、自動恒定流量控製模式、自動恒定閘前水位控製模式以及自動恒（héng）定閘後水位控製模式。配備有本地 LCD 顯示屏，能夠讓用（yòng）戶控製和查看配水口的瞬時流量和當前輸水流量以及灌溉總流量。
3. 2 高精度的夾持式渦街（jiē）流量計控製
夾持式渦（wō）街流量計裝有一套開度指示及位置控製裝置，在電動（dòng）機（jī）不工作的情況下，能跟蹤夾持式渦（wō）街流（liú）量（liàng）計（jì）的位置。開度指示在現地電（diàn）控櫃( 或手操器) 以數字直接顯示夾持式渦街流量計開（kāi）度（dù），讀數精（jīng）度為 0．01mm。開度控製設備除具（jù）備對上、下*限位置控製進行保護（hù）外，還有位置開（kāi）度預（yù）置的功能。
3. 2. 1 微（wēi）功耗設計
為滿（mǎn）足水利（lì）野外光伏供電部署需求，係統采（cǎi）用微功耗設計，*低待機功耗≤4. 8W，可有效支撐野外部署，不同季節、不同（tóng）日照地區都能穩定運行。
3. 2. 2 自清潔自維（wéi）護功能
針對現有水利分水洞存在鏽蝕及（jí）淤積現象，係統設置有自清潔自維護功能，根據現場情況自動判斷，定期小幅度啟閉夾持式渦街（jiē）流量計，或反複按（àn）一定策略（luè）運（yùn）行夾持式渦街流量計，有效地防止鏽蝕及淤積現象。
3. 2. 3 遠程管理
通過雲端平台實時遠程管理野外設（shè）備，能夠加強（qiáng）維護（hù）、降低成本並強化渠係控製。一套全麵的遠程監控工具及先進的報警（jǐng）係統可改變原有的運作（zuò）模式，管理人（rén）員無需到（dào）達現場即可根據軟件提供的詳細實時信息，對出現的問（wèn）題做出快速回應。用戶可以通過互聯網管理野外裝置，隻（zhī）需要配備網絡（luò）瀏覽器和移（yí）動通訊網絡接口即可（kě）。相（xiàng）對傳統的 SCADA 係統來說（shuō），這一方案成本低且配置快。操作人員可通過台式電腦、手機、平板、短 信、電子郵件或微信（xìn）公眾號實現警報（bào）通知（zhī）、確認及緊急警報升級。
4 運行保障（zhàng）
多年來水利設施惡劣的工況一直是製約（yuē）水利信息化建設的（de）絆腳石。許多先進的工業級設備在水利上（shàng）並不能（néng）可靠（kào）地應用，究其原因，主要歸結為三個因（yīn）素: ①潮濕的環境; ②雷（léi）擊災害; ③*端的（de）溫度指標。“雲端智（zhì）慧閘控係統”根據多年的水利行業應用經驗，對上述因素進行反複的器件篩選和工藝改進，使（shǐ）得係統能夠很好地適應水（shuǐ）利行業的苛刻要（yào）求（qiú）。
4. 1 防潮技術
濕氣是對 PCB 電路板*普遍（biàn）、*具破壞性的主要因素（sù）。“雲端智慧閘（zhá）控係統”采用浸潤工藝在印刷電路板及零（líng）組件塗覆丙烯酸基質保護層，有效地隔離並可保（bǎo）護電路免遭潮濕和其它汙物的侵蝕，從而提高線路板的可靠性，增加其安全係數，並保證其使用壽命。
4. 2 防雷技術
水利設施（shī）的防雷是一項係統工程，包含外部防雷和內部防雷兩個方麵（miàn）。外部防雷是對直擊雷的防護，由接閃器( 接閃杆、接（jiē）閃帶、接（jiē）閃線、接閃網) 、引（yǐn）下線、接地體等組成，作用是接閃、泄放（fàng）雷電（diàn）流，通過該措（cuò）施可將絕大部分雷電能量直接導入大地。內部防雷主要由屏蔽、等電位、過電壓保護（hù）和安全距離等組成，其作用（yòng）是均衡係統電位，限製過電壓（yā）幅值。“雲端智慧閘控係統”不但設計有上述避雷設（shè）施，同時采用了避雷隔離（lí）技術、電子（zǐ）信號避雷技術等多種（zhǒng）先進的避雷技術，對（duì）係統進（jìn）行防護。
4. 3 寬溫設計
水利設施多設（shè）在野外，晝夜、冬夏溫差較大，為保證設（shè）備長期穩定運行。“雲端智慧閘控（kòng）係統”采用優於工業級標準的元器件搭（dā）建，工作溫度範圍可達－10℃ ～60℃，是可以在*端條件下使用的工業級設備，確保（bǎo）每台設（shè）備在惡劣環境下使（shǐ）用都安穩（wěn）可靠，並（bìng）保證工業通信的（de）穩定傳輸。
5 結（jié）語
東風（fēng）渠灌區內省管幹渠大多數渠道已經完成了續建（jiàn）配套與節水改造工程，渠道的防滲以及過流（liú）能力大大提高，眼下應該是通過精細化管理來節水的有利時機，但是由於灌區內農業的主要耕作方式還是以農戶為主，支、鬥、農、毛渠的規劃混亂，導致在幹渠上分水洞眾多，管理（lǐ）上要（yào）麵對每家每（měi）戶，並（bìng）且不能（néng）計量用水，這給灌區節水管（guǎn）理（lǐ）帶來很大困難。做為灌區管理單位來說，分水洞的管理能夠智能化，渠道管理難度*大（dà）的（de）問題就解決（jué）了，“節水優先”的管理方式才（cái）能實現。
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