水工藝設(shè)備基礎(chǔ)10

1、水工藝設(shè)備基礎(chǔ)第十章 計(jì)量和投藥設(shè)備 授課教師：高旭給水排水2001級(jí)計(jì)量設(shè)備o測(cè)量流體流量的儀表統(tǒng)稱為流量計(jì)或流量表流量計(jì)是工業(yè)測(cè)量中重要的儀表之一。目前已投入使用的流量計(jì)已超過(guò)100種o流量計(jì)常用的分類方法有兩種，一是按流量計(jì)采用的測(cè)量原理進(jìn)行歸納分類：二是按流量計(jì)的結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行分類o按測(cè)量原理分類n電學(xué)原理：用于此類原理的儀表有電磁式、差動(dòng)電容式、電感式、應(yīng)變電阻式等。n聲學(xué)原理：利用聲學(xué)原理進(jìn)行流量測(cè)量的有超聲波式聲學(xué)式(沖擊波式)等。n熱學(xué)原理：利用熱學(xué)原理測(cè)量流量的有熱量式、直接量熱式、間接量熱式等。n光學(xué)原理：激光式、光電式等是屬于此類原理的儀表。n原于物理原理：核磁共振式、核幅

2、射式等是屬于此類原理的儀表n其它原理：有標(biāo)記原理(示蹤原理、核磁共振原理)、相關(guān)原理等計(jì)量設(shè)備分類o按流量計(jì)結(jié)構(gòu)原理分類n容積式流量計(jì)n葉輪式流量計(jì)：將葉輪置于被測(cè)流體中，受流體流動(dòng)的沖擊而旋轉(zhuǎn)，以葉輪旋轉(zhuǎn)的快慢來(lái)反映流量的大小。典型的葉輪式流量計(jì)是水表和渦輪流量計(jì)n差壓式流量計(jì)(變壓降式流量計(jì)) n變面積式流量計(jì)(等壓降式流量計(jì))：典型儀表是轉(zhuǎn)子(浮子)流量計(jì)n動(dòng)量式流量計(jì)n沖量式流量計(jì)n電磁流量計(jì)：應(yīng)用導(dǎo)電體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)又和流量大小成正比，通過(guò)測(cè)電動(dòng)勢(shì)來(lái)反映管道流量的原理而制成的。工業(yè)上多用以測(cè)量水、礦漿等介質(zhì)的流量，但導(dǎo)電率低的介質(zhì)，如氣體、蒸汽等則不能應(yīng)用n

3、超聲波流量計(jì)：基于超聲波在流動(dòng)介質(zhì)中傳播的速度等于被測(cè)介質(zhì)的平均流速和聲波本身速度的幾何和的原理而設(shè)計(jì)的n流體振蕩式流量計(jì)：典型的產(chǎn)品有渦街流量計(jì)n質(zhì)量流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)o由一根自下向上擴(kuò)大的垂直錐形管和一個(gè)沿著錐管軸上下移動(dòng)的浮子組所組成。o被測(cè)流體從下向上經(jīng)過(guò)錐管1和浮子2形成的環(huán)隙3時(shí)，浮子上下端產(chǎn)生差壓形成浮子上升的力，當(dāng)浮子所受上升力大于浸在流體中浮子重量時(shí)，浮子便上升，環(huán)隙面積隨之增大，環(huán)隙處流體流速立即下降，浮子上下端差壓降低，作用于浮子的上升力亦隨著減少，直到上升力等于浸在流體中浮子重量時(shí)，浮子便穩(wěn)定在某一高度。浮子在錐管中高度和通過(guò)的流量有對(duì)應(yīng)關(guān)系。o轉(zhuǎn)子流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方

4、便、價(jià)格便宜、量程比大、刻度均勻、直觀性好，既可以直接讀出藥液的流量值，也可變成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)或氣信號(hào)遠(yuǎn)距離傳送。適用于氫氟酸以外的任何非渾濁液體和氣體的流量測(cè)量 電磁流量計(jì) o電磁流量計(jì)是一種測(cè)量導(dǎo)電性流體流量的儀表。根據(jù)電磁感應(yīng)定理，導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)并切割磁力線時(shí)，在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，同樣，導(dǎo)電性液體在垂直于磁場(chǎng)的非磁性測(cè)量管內(nèi)流動(dòng)，與流動(dòng)方向垂直的方向上將產(chǎn)生與流量成比例的感應(yīng)電勢(shì)。當(dāng)管道內(nèi)徑D確定，磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變時(shí)，感應(yīng)電勢(shì)E與體積流量Q具有線性關(guān)系。因此，測(cè)出管道兩側(cè)的感應(yīng)電勢(shì)，通過(guò)變送器轉(zhuǎn)換成直流電流信號(hào)，由二次儀表指示被測(cè)流量 。o優(yōu)點(diǎn)n測(cè)量通道是一段無(wú)阻流檢測(cè)件的光滑直管，因

5、不易阻塞適用于測(cè)量含有固體顆?；蚶w維的液固二相流體，如紙漿、煤水漿、礦漿、泥漿和污水等 n不產(chǎn)生因檢測(cè)流量所形成的壓力損失，儀表的阻力僅是同一長(zhǎng)度管道的沿程阻力，對(duì)于要求低阻力損失的大管徑供水管道最為適合n與其他大部分流量?jī)x表相比，前置直管段要求較低 n所測(cè)得的體積流量，實(shí)際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率（只要在某閾值以上）變化明顯的影響 o缺點(diǎn)n不能測(cè)量電導(dǎo)率很低的液體，如石油制品和有機(jī)溶劑等。不能測(cè)量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體 超聲流量計(jì) o超聲流量計(jì)是一種非接觸式流量測(cè)量?jī)x表，主要用于測(cè)量能導(dǎo)聲的液體流量，尤其適用于大口徑圓形管道和矩形渠道的流量測(cè)量。o原理：傳播時(shí)間法

6、和多普勒效應(yīng)法n傳播時(shí)間法是利用聲波在流動(dòng)著的流體中傳播，順流方向聲波傳播速度會(huì)增大，逆流方向則減小，在同一傳播距離就有不同的傳播時(shí)間，利用傳播速度之差與被測(cè)流體流速之間的關(guān)系測(cè)出流速。n多普勒效應(yīng)法超聲流量計(jì)是利用在靜止（固定）點(diǎn)觀察（檢測(cè)）從移動(dòng)源發(fā)射聲波所產(chǎn)生多普勒頻移現(xiàn)象。超聲發(fā)射源向液體發(fā)射超聲波，液體中散射體（顆?；驓馀荩┥⑸涑暡ǔ蔀橐苿?dòng)發(fā)射源，所產(chǎn)生頻移正比于散射體流速 超聲流量計(jì)o特點(diǎn)：流量計(jì)探頭在被測(cè)管道外壁上，無(wú)需輔助設(shè)備，對(duì)管道無(wú)壓力損失，不干擾流場(chǎng)，是一種比較理想的節(jié)能儀表。對(duì)傳感器無(wú)腐蝕、無(wú)磨損、無(wú)泄漏污染、安裝使用極為方便，是傳統(tǒng)的機(jī)械式流量?jī)x表無(wú)法比擬的。轉(zhuǎn)換器

7、以微型計(jì)算機(jī)為中心，進(jìn)行各種補(bǔ)償和運(yùn)算，并有自診斷功能，測(cè)量精確度高o超聲流量計(jì)可用于計(jì)量給水和含有固體顆粒，懸浮物或氣泡的污水，適用于混凝土管以外幾乎所有硬質(zhì)材料制作的多種管徑和壁厚的管道 質(zhì)量流量計(jì) o質(zhì)量流量計(jì)可直接測(cè)量質(zhì)量流量，與被測(cè)介質(zhì)的密度、壓力、溫度、粘度、電導(dǎo)率、流速和流動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)o如圖一所示，截取一根支管，流體在其內(nèi)以速度V從A流向B，將此管置于以角速度旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)中。設(shè)旋轉(zhuǎn)軸為X，與管的交點(diǎn)為O，由于管內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)在軸向以速度V、在徑向以角速度運(yùn)動(dòng)，此時(shí)流體質(zhì)點(diǎn)受到一個(gè)切向科氏力Fc。這個(gè)力作用在測(cè)量管上，在O點(diǎn)兩邊方向相反，大小相同。因此，直接或間接測(cè)量在旋轉(zhuǎn)管道中流動(dòng)的流體

8、所產(chǎn)生的科氏力就可以測(cè)得質(zhì)量流量。這就是科里奧利(Coriolis)質(zhì)量流量計(jì)的基本原理。 質(zhì)量流量計(jì)o在商品化產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生科氏力是不切合實(shí)際的，因而均采用使測(cè)量管振動(dòng)的方式替代旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。以此同樣實(shí)現(xiàn)科氏力對(duì)測(cè)量管的作用，并使得測(cè)量管在科氏力的作用下產(chǎn)生位移。由于測(cè)量管的兩端是固定的，而作用在測(cè)量管上各點(diǎn)的力是不同的，所引起的位移也各不相同，因此在測(cè)量管上形成一個(gè)附加的扭曲。測(cè)量這個(gè)扭曲的過(guò)程在不同點(diǎn)上的相位差，就可得到流過(guò)測(cè)量管的流體的質(zhì)量流量。o常見(jiàn)的測(cè)量管的形式有以下幾種：S形測(cè)量管、U形測(cè)量管、雙J形測(cè)量管、B形測(cè)量管、單直管形測(cè)量管、雙直管形測(cè)量管、形測(cè)量管、雙環(huán)

9、形測(cè)量管等 計(jì)量泵 o計(jì)量泵是一種具有投加功能的計(jì)量設(shè)備，利用泵內(nèi)柱塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)加壓并計(jì)量流體。通過(guò)改變柱塞的行程長(zhǎng)度和往復(fù)頻率來(lái)調(diào)節(jié)流量o按照泵內(nèi)的構(gòu)造，計(jì)量泵分為柱塞式和隔膜式兩種o計(jì)量泵計(jì)量準(zhǔn)確，在零流量和額定最大流量范圍內(nèi)可以任意調(diào)節(jié)，計(jì)量精度高 渦街流量計(jì)(vortex flowmeter) o渦街流量計(jì)也叫卡門旋渦流量計(jì)，是應(yīng)用流體振蕩原理來(lái)測(cè)量流體流量的，渦街流量計(jì)由渦街流量傳感器、轉(zhuǎn)換器和顯示儀表組成o在測(cè)量管中垂直插入一個(gè)柱狀物時(shí)，流體通過(guò)柱狀物兩側(cè)就交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦(如圖所示)，這種旋渦列被稱為卡門渦街?？ㄩT渦街的釋放頻率與流體的流動(dòng)速度及柱狀物的寬度有關(guān)?？ㄩT渦街釋

10、放頻率f和流速v成正比，因此通過(guò)測(cè)量卡門渦街釋放頻率就可算出瞬時(shí)流量o旋渦發(fā)生體形狀有圓柱、三角往、T型柱、四角柱等。 渦街流量計(jì)o渦街流量計(jì)在管道內(nèi)無(wú)可動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)，容易維修，量程比寬；其測(cè)量精度不受介質(zhì)的溫度、壓力、粘度和密度等影響；測(cè)量元件不直接接觸介質(zhì)，可靠性好；輸出脈沖信號(hào)，便于遠(yuǎn)傳。渦街流量計(jì)可輸出電信號(hào)，遠(yuǎn)距離顯示瞬時(shí)流量或流體總量；也可就地顯示被測(cè)流量及流體總量，無(wú)需外接電源(使用電池)，在不便外接電源的地方尤其適用，這種儀表對(duì)氣體、蒸汽、液體的流量測(cè)量均適合 渦輪流量計(jì)（turbine flowmeter) o渦輪流量計(jì)是一種速度式流量計(jì)，主要由渦輪流量變送器

11、和指示積算儀組成。在管道中心安放一個(gè)渦輪，兩端由軸承支撐當(dāng)流體通過(guò)管道時(shí)，沖擊渦輪葉片，對(duì)渦輪產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩，使渦輪克服摩擦力矩和流體阻力矩而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)在一定的流量范圍內(nèi)，對(duì)一定的流體介質(zhì)粘度，渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成正比由此，流體流速可通過(guò)渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度得到，從而可以計(jì)算得到通過(guò)管道的流體流量。o渦輪的轉(zhuǎn)速通過(guò)裝在機(jī)殼外的傳感線圈來(lái)檢測(cè)當(dāng)渦輪葉片切割由殼體內(nèi)永久磁鋼產(chǎn)生的磁力線時(shí)，就會(huì)引起傳感線圈中的磁通變化傳感線圈將檢測(cè)到的磁通周期變化信號(hào)送入前置放大器，對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、整形，產(chǎn)生與流速成正比的脈沖信號(hào)，送入單位換算與流量積算電路得到并顯示累積流量值；同時(shí)亦將脈沖信號(hào)送入頻率電流轉(zhuǎn)換電路

12、，將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電流量，進(jìn)而指示瞬時(shí)流量值 o渦輪流量計(jì)具有精度高、壓力損失小、量程比大等優(yōu)點(diǎn)，可測(cè)量多種液體或氣體的瞬時(shí)流量和流體總量，并可輸出電信號(hào)，與調(diào)節(jié)儀表配套控制流量 孔口式計(jì)量設(shè)備 o孔口計(jì)量是利用孔口在恒定浸沒(méi)深度下出流的穩(wěn)定流量來(lái)計(jì)量，流量的大小可通過(guò)改變孔口面積來(lái)調(diào)節(jié)，由浮體、孔口和加藥軟管組成。o控制加藥量方法有孔口、孔板和調(diào)節(jié)計(jì)量閥幾種形式。通過(guò)更換不同孔徑的孔口或孔板來(lái)控制加藥量。調(diào)節(jié)計(jì)量閥內(nèi)有上下兩個(gè)孔板，下孔板與閥體固定，上孔板可以滑動(dòng)，通過(guò)操作手輪改變兩板的出流斷面來(lái)調(diào)節(jié)流量。并在指示板上表示出來(lái)。孔口、孔板和調(diào)節(jié)計(jì)量閥除橡膠墊圈外都用硬聚氯乙烯加工制成。o

13、孔口計(jì)量設(shè)備適用于藥液池液位恒定的情況。 三角堰計(jì)量設(shè)備 o三角堰計(jì)量是一種設(shè)備簡(jiǎn)單、精確可靠的傳統(tǒng)計(jì)量方法。三角堰計(jì)量設(shè)備由計(jì)量槽槽體，三角堰板和浮球標(biāo)尺等組成。o需另配置一個(gè)恒位藥液箱，所以占地面積較大。o適用于大、中流量液體藥劑的計(jì)量。o各零件的材料視藥劑的腐蝕情況用鋼材或硬聚氯乙烯板。 虹吸計(jì)量設(shè)備 o虹吸計(jì)量設(shè)備是利用調(diào)節(jié)恒位箱液面與虹吸管出口的高差來(lái)控制計(jì)量加藥量的一種計(jì)量設(shè)備，主要由調(diào)節(jié)裝置、槽體、虹吸管、漏斗等組成。o虹吸管可用硬聚氯乙烯管或玻璃管，出口段可用塑料軟管并配一夾子，其余零部件用鋼材制作，設(shè)備內(nèi)壁應(yīng)進(jìn)行防腐處理。o虹吸計(jì)量設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便，但精度較差，適用于中、小

14、水量的藥劑計(jì)量。 激光多普勒流速計(jì) o激光多普勒流速計(jì)由光路系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)和記錄系統(tǒng)組成。o激光多普勒流速計(jì)是利用激光器發(fā)射出的光，經(jīng)聚焦后照射在含粒子的流動(dòng)流體上，根據(jù)多普勒效應(yīng)，散射光(信號(hào)光)的頻率與未經(jīng)散射光(參比光)的頻率之間發(fā)生頻移，兩束光經(jīng)光電倍增管混頻后輸出一個(gè)交流信號(hào)。該信號(hào)輸入到頻率跟蹤器內(nèi)進(jìn)行處理，獲得與多普勒頻率幾相對(duì)應(yīng)的模擬電壓信號(hào)。測(cè)出凡的值，即可得到運(yùn)動(dòng)粒子的速度值，從而獲得被測(cè)流體的流速，由流體的流速可以求出流體的流量。o激光多普勒流速計(jì)的特點(diǎn)是，精度高，動(dòng)態(tài)反應(yīng)快，測(cè)量范圍寬，線性好，方向靈敏性好空間分辨率高，屬不接觸測(cè)量，對(duì)流場(chǎng)不破壞等，但要求介質(zhì)有一定的透明度和含有適量散射粒子 投藥設(shè)備 o投加設(shè)備是將處理藥劑加到需處理水中的設(shè)備，有干投和濕投兩種，濕式投加設(shè)備有計(jì)量加藥泵和水射器，典型干式投加設(shè)備有投礬機(jī)。o水射器設(shè)備簡(jiǎn)單、使用方便、工作可靠、效率高，廣泛用于加藥系統(tǒng)。但因水射器滿足不了所需的抽提輸液量的要求，有效動(dòng)壓水頭和射流的排出壓力常受到限制 水 射 器 o水射器常用于向壓力管內(nèi)投加藥液，其結(jié)構(gòu)由壓力水入口、吸入室、吸入口、噴嘴、喉管、擴(kuò)散管、排放口等部分組成。高速水流由噴嘴噴入喉管，使吸入室內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，將藥液吸入，