水泵流量的測定方法

水泵流量的測定方法-湖南立式長軸泵長沙水泵廠中開泵業(yè)

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水泵流量的測定方法已經(jīng)由GB/T 3214-91代替GB 3214-82。

1  主題內(nèi)容與適用范圍
    本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了水泵流量測量方法。
    本標(biāo)準(zhǔn)適用于離心泵、混流泵、軸流泵和旋渦泵等水泵流量的測定。其他泵也可參照使用。
    2　引用標(biāo)準(zhǔn)
    GB2624　　流量流量　節(jié)流裝置　第一部分：節(jié)流件為角接取壓、法蘭取壓的標(biāo)準(zhǔn)孔板和角接取壓的標(biāo)準(zhǔn)噴嘴。
    GB3216　　離心泵、混流泵、軸流泵和旋渦泵試驗(yàn)方法
    JJG198　　渦輪流量變送器檢定規(guī)程
    3　量的名稱、符號(hào)、定義及單位
    4　標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴和標(biāo)準(zhǔn)文丘里噴嘴
    4.1　標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴
    使用孔板和噴嘴測定流量時(shí)，應(yīng)采用符合GB2624規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)孔板和標(biāo)準(zhǔn)噴嘴。
    4.1.1　測量管的內(nèi)表面應(yīng)清潔，沒有坑凹和沉積物，至少在節(jié)流件上游10D和下游4D的長度范圍內(nèi)不能結(jié)垢。
    4.1.2　測量流體溫度超出常溫范圍時(shí)，測量管段和法蘭至少應(yīng)在所要求的整個(gè)直管段上保溫。
    4.1.3　從節(jié)流件算起2D以外，節(jié)流件與第一個(gè)上游阻力件或擾流件之間的管道可以由一個(gè)管段也可以由幾個(gè)管段組成。
    只要任何兩個(gè)管段之間的錯(cuò)位y不超過0.3%D，流量系數(shù)就沒有附加的不確定度。
    如果任何兩個(gè)管段之間的錯(cuò)位y超過0.3%D，但滿足(1)式或(2)式關(guān)系則對流量系數(shù)的不確定度應(yīng)算術(shù)相加±0.2%的附加不確定度；若錯(cuò)位大于(1)式或(2)式給出的極限值，即為安裝不符合本標(biāo)準(zhǔn)的要求。
    Y/D≤0.002·j/D+0.4／0.1+2.3β4　　　　　　　　　(1)
    Y/D≤0.05　　　　　　　　　　　　　　　　　　　   (2)
    下游直管段的管徑至少在沿節(jié)流件上游端面2D的長度上，與上游直管段的平均直徑的差應(yīng)在±3%之內(nèi)。
    4.1.4　管道應(yīng)設(shè)置排氣孔，但在進(jìn)行流量測量的過程中，不應(yīng)有流體流經(jīng)這些排氣孔。排氣孔不得設(shè)置在節(jié)流件附近，如果不得不設(shè)置在節(jié)流件附近時(shí)，則這些排氣孔的直徑應(yīng)小于0.08D，而且它們的位置距節(jié)流件同一側(cè)的取壓孔的直線距離應(yīng)大于0.5D。
    4.1.5　節(jié)流件和取壓環(huán)室外的安裝位置應(yīng)滿足下列要求：
    a.節(jié)流件應(yīng)與管道中心線垂直，其偏差應(yīng)在±1.0°范圍內(nèi)。
    b.節(jié)流件應(yīng)與管道同心。如果采用取壓環(huán)，則應(yīng)與取壓環(huán)同心。開孔的中心線與上游和下游的管中心線之間的距離ex應(yīng)滿足(3)式關(guān)系：
    ex≤0.0005D/0.1+2.3β4　　　　　　　　　(3)
    若ex為(4)式關(guān)系時(shí)，則應(yīng)對流量系數(shù)a的不確定度算術(shù)相加±0.3%的附加不確定度，若ex為(5)式關(guān)系時(shí)，即為超出本標(biāo)準(zhǔn)：
    0.0005D/0.1+2.3β4
    ex>0.005D/0.1+2.3β4　　　　　　　　　　        (5)
    c.當(dāng)采用取壓環(huán)時(shí)，應(yīng)使取壓環(huán)不突入管內(nèi)。
    4.1.6　夾緊方法和墊圈應(yīng)滿足下列要求：
    a.節(jié)流件安裝在適當(dāng)?shù)奈恢煤?，?yīng)保持不動(dòng)。當(dāng)節(jié)流件固定在法蘭之間時(shí)，應(yīng)能自由熱膨脹以避免皺曲和變形；
    b.使用墊圈時(shí)，墊圈應(yīng)沒有任何一點(diǎn)突入管內(nèi)。當(dāng)使用角接取壓時(shí)，也不得擋住取壓孔或取壓槽。墊圈應(yīng)盡可能薄，在任何情況下不得大于0.03D；
    c.如在節(jié)流件和取壓環(huán)之間使用墊圈時(shí)，墊圈不得突入環(huán)室內(nèi)。
    4.1.7　標(biāo)準(zhǔn)孔板流量系數(shù)的不確定度：假定β、D、Re和k/D為已知而且沒有誤差，則a值的相對不確定度見表4。
    標(biāo)準(zhǔn)噴嘴流量系數(shù)的不確定度：假定β、D、Re和k/D為已知而且沒有誤差，則a值的相對不確定度：
    當(dāng)β≤0.6時(shí)，為0.8%；
    當(dāng)β>0.6時(shí)，為(2β-0.4)%。
    4.1.8　管道條件和安裝要求均應(yīng)符合GB 2624第4章的規(guī)定。
    流量的調(diào)節(jié)，建議用設(shè)置在節(jié)流件下游側(cè)的閥門來進(jìn)行。當(dāng)需要用節(jié)流件上游側(cè)閥門來調(diào)節(jié)流量時(shí)，可采用整流器。
    4.1.8.1　整流器安裝在節(jié)流件與上游側(cè)調(diào)節(jié)閥門之間的直管段上。閥門與整流器進(jìn)口之間的直管段長度至少應(yīng)等于20D，整流器出口和節(jié)流件之間的長度至少應(yīng)等于22D。而且只有當(dāng)整流器的阻流小管周圍有最小的間隙，使之沒有能妨礙正確作用的旁通流時(shí)，整流器才是充分有效的。使用符合上述安裝條件的整流器，不必加任何附加的不確定度。
    4.1.8.2　整流器的標(biāo)準(zhǔn)形式分A、B、C三種，如圖1所示。這類整流器都會(huì)造成壓力損失，對A型整流器近似為5(1/2·pu2)；B型近似為15(1/2·pu2)；C型近似為5(1/2·pu2)。
    A型，ZanKer式整流器。是由有規(guī)定尺寸圓孔的穿孔薄板及其后面由很多平板交叉形成的槽道（每一個(gè)孔有一個(gè)槽）所組成。
    B型，Sprenkle式整流器。是由三塊穿孔金屬板串連而成，相鄰的兩板之間的間距為一倍管徑。最好在孔的上游面有倒角，而且每塊板上開孔的總面積應(yīng)該大于管橫截面積的40%。板的厚度與孔徑的比至少是1.0，孔的直徑應(yīng)小于管徑的1/20。三塊板應(yīng)當(dāng)用棒或螺栓連在一起，棒或螺栓應(yīng)環(huán)境管的內(nèi)圓周分析，而且盡可能象孔直徑那樣小，并且有所需的強(qiáng)度。
    C型，管束式整流器。是由很多固定在一起并且剛性地固定在管內(nèi)的平行的管子所組成。重要的是要保證各個(gè)管子彼此平行，因而也與管軸平行。如這一要求不能滿足，則整流器本身可能會(huì)對流動(dòng)引起干擾。至少要有19根管子，其長度應(yīng)大于或等于20d，管子應(yīng)連接在一起，并且使管束和管道相切。
    注：為減少壓力損失，孔的入口可做成45°的斜面。
    4.1.9　流量測量的不確定度的估算方法按本標(biāo)準(zhǔn)4.3條的規(guī)定進(jìn)行。
    4.2　標(biāo)準(zhǔn)文丘里噴嘴
    標(biāo)準(zhǔn)文丘里噴嘴包括由兩個(gè)圓弧曲面構(gòu)成的入口噴嘴部分、圓筒形喉部及錐形擴(kuò)散管三部分組成。用于不同管徑的標(biāo)準(zhǔn)文丘里噴嘴，其結(jié)構(gòu)形式是幾何相似的。
    4.2.1　標(biāo)準(zhǔn)文丘里噴嘴的入口噴嘴部分的尺寸和技術(shù)要求應(yīng)符合GB2624標(biāo)準(zhǔn)中3.3.2條有關(guān)規(guī)定。
    4.2.2　取壓鉆孔中心至錐形擴(kuò)散管始端的圓筒形部分e’的長度為0.40～0.45d，這部分圓筒形和入口噴嘴的圓筒形喉部合起來決定了直徑為d的圓筒形喉部的總長。這部分內(nèi)表面加工要求應(yīng)符合GB2624標(biāo)準(zhǔn)中3.3.2條的規(guī)定。
    4.2.3　錐形擴(kuò)散管直接與圓筒形喉部連接，無需圓弧過渡，其擴(kuò)散角φ最大可至30°。擴(kuò)散管的長度實(shí)際上對流量系數(shù)沒有影響，然而與擴(kuò)散角聯(lián)系在一起對剩余壓力損失有影響。
    4.2.4　取壓方式僅采用角接取壓法，其取壓裝置的結(jié)構(gòu)形式和技術(shù)要求按GB2624標(biāo)準(zhǔn)中2.4條的規(guī)定。
    4.2.5　當(dāng)管徑D為0.065～0.500m、直徑比β為0.32～0.77及雷諾數(shù)Re為1.5×105～2×106時(shí)，在光滑管道中的標(biāo)準(zhǔn)文丘里噴嘴的光管流量系數(shù)a列于表5，表中列出β4的數(shù)值與流量系數(shù)a的關(guān)系。
    4.2.6　在流通部分的外表面上應(yīng)刻有表示標(biāo)準(zhǔn)文丘里噴嘴安裝方向的符號(hào)(+、-)、制造編號(hào)、安裝方向、管道內(nèi)徑D的設(shè)計(jì)尺寸值和圓筒形喉部直徑d的實(shí)際尺寸值。
    4.2.7　管道條件和安裝要求應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)4.1.8條的規(guī)定。
    4.2.8　檢驗(yàn)方法按GB 2624標(biāo)準(zhǔn)第5章的規(guī)定進(jìn)行。
    4.2.9　標(biāo)準(zhǔn)文丘里噴嘴流量系數(shù)的不確定度，當(dāng)適用范圍在4.2.5條的限值內(nèi)時(shí)，假定β為已知而且沒有誤差，則流量系數(shù)a值的相對不確定度由式(6)計(jì)算：
    δa/a=±(1.2+1.5β4)%
    4.3　流量測量的不確定度的估算
    4.3.1　不確定度的定義
    用標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴和標(biāo)準(zhǔn)文丘里噴嘴測量流量時(shí)的不確定度是估計(jì)實(shí)測值的95%落在真值的這一數(shù)值范圍之內(nèi)，即置信概率為95%。
    流量測量的不確定度可用絕對項(xiàng)或相對項(xiàng)表示：
    a.對體積流量
    流量=Q±δQ或　流量=Q(1±e)；
    b.對質(zhì)量流量
    流量=q±δq或　流量=q(1±e)。
    式中不確定度δQ、δq應(yīng)與Q、q的量綱相同，當(dāng)e=δQ/Q或e=δq/q時(shí)，則e為無量綱。
    這樣定義的流量不確定度等于統(tǒng)計(jì)學(xué)術(shù)語的標(biāo)準(zhǔn)偏差的兩倍。標(biāo)準(zhǔn)偏差是由計(jì)算流量時(shí)所用的有關(guān)各量的不確定度合成得到的（假定這些不確定度是比較小的，許多彼此無關(guān)的量）。雖然對于一個(gè)單獨(dú)的測量裝置和一次測量所用的系數(shù)而言，這些不確定度中的某幾個(gè)實(shí)際上可能是系統(tǒng)誤差的結(jié)果（其中只有它們的最大絕對值的估計(jì)值是已知的），但是，如果把它們看作是符合拉普拉斯—高斯正態(tài)分布的偶然誤差，也允許把它們合成。
    4.3.2　不確定度的實(shí)用計(jì)算法流量的不確定度的實(shí)際計(jì)算公式如下：
    δQ/Q=±[(δa/a)2+4(β4/a)2(δD/D)2+4(1+β4/a)2(δd/d)2+1/4·(δΔP/ΔP)2+1/4·(δP1/P1)2]½　　　(7)
    式中：δa/a——流量系數(shù)的不確定度，在本標(biāo)準(zhǔn)中4.1.7條和4.2.9條給出；
         δD/D——管道內(nèi)徑的不確定度，由GB2624標(biāo)準(zhǔn)中4.3.2.1條所給的規(guī)定得出的最大值；
         δd/d——節(jié)流件開孔直徑不確定度，由GB2624標(biāo)準(zhǔn)中2.2.2.7條和3.3.2.5條所給的規(guī)定得出的最大值；
         δΔP/ΔP——差壓的不確定度，根據(jù)測量方法而定；
         δP1/P1——密度的不確定度，根據(jù)測量方法而定。
    4.4　差壓的測定
    標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴和標(biāo)準(zhǔn)文丘里噴嘴的差壓ΔP，可用差壓計(jì)來測量。ΔP的測量不確定度(δΔP/ΔP)根據(jù)采用的差壓計(jì)來確定，若采用液柱差壓計(jì)應(yīng)做到：
    a.液柱差壓計(jì)的玻璃管內(nèi)徑為6～12mm；
    b.壓力導(dǎo)管內(nèi)和液柱差壓計(jì)內(nèi)的空氣必須完全排出；
    c.壓力導(dǎo)管一般可用內(nèi)徑6～12mm的連接管，連接管可根據(jù)不同系統(tǒng)壓力選用不銹鋼管、紫銅管、膠管、透明塑料管等；
    d.液柱差壓計(jì)的差壓ΔP測量的不確定度應(yīng)在±1.0%以內(nèi)。
    4.5　標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、標(biāo)準(zhǔn)文丘里噴嘴的標(biāo)定
    凡符合GB2624和本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定制造的標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴泉嘴和標(biāo)準(zhǔn)文丘里噴嘴，應(yīng)定期進(jìn)行尺寸檢查或在具有高一級(jí)不確定度裝置上進(jìn)行標(biāo)定（一般規(guī)定為一年）。
    5　水堰
    5.1　水堰的結(jié)構(gòu)
    水堰由堰板和堰槽構(gòu)成。
    5.1.1.1　堰口與內(nèi)側(cè)面成直角，唇厚為2mm。向外側(cè)倒45°傾斜面，毛刺應(yīng)清除干凈。
    5.1.1.2　堰口棱緣要修整成銳棱，不得呈圓形。堰板內(nèi)側(cè)面要平滑，特別是從上端至100mm的區(qū)域。
    5.1.1.3　堰板應(yīng)采用不銹和耐腐蝕的材料。
    5.1.1.4　堰板安裝時(shí)必須鉛直。堰口應(yīng)位于堰槽寬度的中央，與堰槽兩側(cè)壁成直角。
    5.1.1.5　各種水堰的堰口如圖5所示。直角三角堰的直角等分線應(yīng)當(dāng)鉛直，直角允差為±5’。全寬堰和矩形堰的堰口下緣應(yīng)保證水平，堰口的直角允差為±5’，堰口寬度允差為±0.001b。
    5.1.2　堰槽由導(dǎo)入部分、整流裝置部分及整流部分構(gòu)成。
    5.1.2.1　堰槽（包括支承板）要堅(jiān)固不易變形，可用鋼板或者混凝土制成。
    5.1.2.2　在堰槽上游應(yīng)設(shè)置整流裝置（4～5道整流柵板），以減少水面的波動(dòng)，推薦的柵孔尺寸如圖6所示。整流部分的寬度等于導(dǎo)入部分的寬度。
    5.1.2.3　堰槽的底面和兩側(cè)面應(yīng)平坦，側(cè)面和底面應(yīng)垂直。
    5.1.2.4　全寬堰槽的兩側(cè)面應(yīng)向外延長，如圖5所示。延長壁應(yīng)和兩側(cè)面一樣平坦，與堰口邊緣垂直，直角允差±5’。延長壁上應(yīng)設(shè)置通氣孔，通氣孔應(yīng)靠近堰口并在水頭的下面，以保證測量時(shí)水頭內(nèi)側(cè)空氣暢通，通氣孔的面積。
    A≥Bhmax/140　　　　　　　　　(8)
    式中：hmax——最大堰水頭，即水流的最高水面至堰口底點(diǎn)（直角三角堰）或堰口下邊緣（矩形堰、全寬堰）的垂直距離，m。
    5.1.2.5　導(dǎo)入部分的容量應(yīng)可能大此，這部分的寬度和深度不應(yīng)小于整流裝置下游的寬度和深度，導(dǎo)水管應(yīng)埋沒在水中。
    5.2　堰的水頭測定裝置
    5.2.1　在堰槽側(cè)壁上設(shè)有小孔與另一小水桶相通，在桶內(nèi)測量水位。桶和堰的連接管長應(yīng)適應(yīng)，以保證測量方便準(zhǔn)確，管徑10～30mm。
    5.2.2　小孔的位置距堰口(4～5)hmax，距堰口的下邊緣及堰槽底面的尺寸不得小于50mm，小孔不應(yīng)有毛刺，小孔的軸心線應(yīng)和堰槽壁垂直。
    5.3　堰的水頭測定方法
    5.3.1　應(yīng)當(dāng)在越過堰口流下來的水流與堰板不附著的情況下進(jìn)行測量。
    5.3.2　水堰的堰口至堰口外水池水面的高度不得少于100mm。
    5.3.3　可以采用鉤針?biāo)挥?jì)或浮筒水位計(jì)（如圖9所示）來測量水位，但水位不穩(wěn)定時(shí)不能使用鉤針?biāo)粫r(shí)，應(yīng)將針先沉入水內(nèi)再提上對準(zhǔn)水平面，以消除表面張力的影響。除上述水位計(jì)外，也可采用水位測量精度不低于這兩種水位計(jì)的其他水位計(jì)。
    5.3.4　水頭測量的水位計(jì)零點(diǎn)的確定，其誤差應(yīng)在0.2mm以內(nèi)。
    5.3.4.1　矩形堰、全寬堰的確定方法：
    a.先將臨時(shí)測量用的特制的帶鉤針的水位測量儀卡固在堰口上，并用水平儀找平，讀出圖中“G”數(shù)值；
    b.將水放入堰槽中，并使水面低于堰口；
    c.再將特制的帶鉤針的水位測量儀的鉤針下降并浸入水中，然后將鉤針慢慢提起使針尖和水面一平，并讀出圖中“F”數(shù)值，讀數(shù)G、F數(shù)值之差(“G-F”)即是堰口至堰槽中水面之間的距離；
    d.將預(yù)先安裝在至堰口(4～5)hmax的測量截面處或小水桶內(nèi)的永久性的測量水頭的水位計(jì)的鉤針下降，使針尖和水面一平，并讀出刻度數(shù)值。該讀數(shù)值減去“G-F”數(shù)值，得到的數(shù)值即是測量水頭的永久性水位計(jì)的零點(diǎn)數(shù)值。
    5.3.4.2　直角三角堰的確定方法
    a.在堰口上放置和堰槽長軸平行的特制的直徑D的圓棒，并用水平儀找平；
    b.將臨時(shí)測量用的特制的帶鉤針的水位測量儀放置在圓棒上面，鉤針針尖和圓棒軸線切面的底線相接觸，然后按照矩形堰、全寬堰測量方法中的b、c、d進(jìn)行。把永久性的水位計(jì)的讀數(shù)值減去“G-F”的數(shù)值，再減去0.2071D值，得到的數(shù)值即是永久性水位計(jì)的零點(diǎn)值。

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