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截流井翻转堰/堰板式可调堰的溢流量测量方法和设备选择


截流井翻转堰/堰板式可调堰的溢流量测量方法和设备选择(图1)


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排水管网和水体的流量和液位测量是行业的痛点、技术难点和关注热点。和同行的线下沟通中,我们发现普遍对流量测量存在某些误区。为了系统的介绍排水管网和水体的流量和液位测量,每周NIVUS的微信公众号将分别介绍1篇主旨文章、1篇相关产品简介、1篇典型案例、1篇应用拓展和1篇有问有答。

 

您有任何的流量和液位测量的难题,请电话、微信或微信公众号留言联系我们。我们将在“有问有答”专栏回答大家关心的问题。

 

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在保证行洪安全情况下,尽量减少截流井溢流量,是水环境项目的核心要求之一。随着水环境项目管理水平的提升,对截流井的溢流量测量的稳定性、可靠性和精度提出更高的要求。管控截流井的溢流量,越来越成为各地主管部门的管理重点。

 

通常,截流井与河道和排口的距离很近、流场的扰动明显;在这种水力条件下,截流井溢流量并不适合采用超声波多普勒流量计、超声波互相关流量计或超声波时差法流量计进行测量

 

 

 

本文将介绍适合截流井翻转堰/堰板式可调堰的溢流量测量的方法和设备选择。

截流井中翻转堰/堰板式可调堰的作用

截流井中翻转堰/堰板式可调堰是在截流井的拦蓄范围内,控制截留井最高水位,并根据需要设定不同条件下调节翻转堰的升降,从而调节截留井的水位。

通过上下游设置的两个液位计,可以兼具行洪与防止倒灌功能:

  • 当截留井水位快速上升,超过设定值后,翻转堰自动降低,截留井的合流水外泄,截留井水位降低;

  • 当溢流口的水位超过截留井的水位时,翻转堰快速上升,避免河水倒灌。

 

因此,可以激活管网或河道的拦蓄空间,在不影响行洪断面的前提下,减少溢流频次和溢流量。而截流井的溢流量,可以直接导致水环境的恶化。

 

截流井溢流量的实时和稳定测量,是水环境项目长期运行的关键因素之一。

3翻转堰/堰板式可调堰溢流量的测量原理

截流井溢流量的测量,通常可以采用液位测量的方式,并基于Manning-Principle曼宁原理进行水力学计算,获得溢流量。

l 如上所述,通常在翻转堰/堰板式可调堰的上下游设置液位计,实时测量液位,用于控制堰门的开启和关闭。根据此两个液位计的测量液位值,结合适合的水力学公式,可以结算溢流量。之前介绍的文丘里,也是类似的测量思路。


截流井翻转堰/堰板式可调堰的溢流量测量方法和设备选择(图2)

 


 

  • 也可以选择倾角测定仪,根据堰门的旋转角度,计算溢流量;

 

根据现场的应用条件,可以选择不同的安装位置和水力学计算公式。

 

 

3.1 有回水的情况

 

当有回水情况下,可以用上下游的液位计测量上下游的液位差。

  • 接收水的回水会影响液位测量精度; 

  • 使用水力计算的方式,通过前后液位测量优化流量测量结果。

 

截流井翻转堰/堰板式可调堰的溢流量测量方法和设备选择(图3)

 

还原值C的计算公式如下:


截流井翻转堰/堰板式可调堰的溢流量测量方法和设备选择(图4)

其中:

hu:堰下游液位

H0:堰上游液位

 

3.2 有切向进水的情况

 

可以采用两台超声波液位计进行同步测量,测量不同位置的液位差。

 

这种方式应用在:

  • 切向进水门槛;

  • 活动堰;

使用水力计算的方式,通过前后液位测量优化流量测量结果。

 

截流井翻转堰/堰板式可调堰的溢流量测量方法和设备选择(图5)

 


平均溢流高度的计算公式如下:


截流井翻转堰/堰板式可调堰的溢流量测量方法和设备选择(图6)

 3.3 倾角测定仪

 

倾角测定仪采用电容测量法测量堰门的倾角(角度测量),并根据自流条件下的Manning-Principle曼宁原理的Q/h关系,获得流量。

 

截流井翻转堰/堰板式可调堰的溢流量测量方法和设备选择(图7)

 


 

4堰溢流量的组合测量

根据上面的分析,我们建议将超声波液位计和倾角测定仪进行组合测量,用于翻转堰/堰板式可调堰的溢流量测量。这个系统主要由下面的设备组成:

  • 超声波或雷达液位计;

  • NDW Ex倾角测定仪;

  • 集成变送器。


截流井翻转堰/堰板式可调堰的溢流量测量方法和设备选择(图8)

 

超声波液位计和倾角测定仪的组合测量,可以基本解决截流井溢流测量过程中遇到的各种困难。

5设备选择

翻转堰/堰板式可调堰溢流量的测量系统,由超声波液位计和倾角测定仪组成。此设备组合,可以解决翻转堰/堰板式可调堰出水自流、回水等不同情况下的流量测量问题。

 

5.1 NDW Ex倾角测定仪

 

NDW Ex倾角测定仪将高精度和操作安全性与稳健的设计结合起来。由于测量原理不使用可移动部件,因此紧凑型装置无磨损,因此即使在洪水条件下也能提供可靠的测量结果。

 

NDW Ex倾角测定仪提供与倾角成比例的4-20mA信号(0-90°)以获取溢流量。可以结合以下设备,如HydraulicCalculator Plus、NivuCont Plus、NivuFlow\NivuLog或PCS/SCADA系统,使用特定数据来计算准确的溢流量。

 

 

编号

项目

内容

1

供电

18至28 V DC,本安电路

最大28V/110mA



2

功率

‘+4, +12, +20 mA(两线制)

3

输出

两线

负载:最大 500 欧姆 



4

测量范围

0至90°

5

外壳

保护:IP68

材料:压铸铝



6

电缆

2芯电缆

7

电缆长度

10/20/30/50米,特殊长度可以定制

8

防爆等级

II 2 G Ex ib IIB T4

9

操作温度

-25至+60℃

10

存储温度

-30至+70℃

11

最大湿度

80%,非凝结

 


截流井翻转堰/堰板式可调堰的溢流量测量方法和设备选择(图9)

 


 

5.2 超声波液位计

NIVUS的i系列传感器是P系列超声波液位计的新发展,自带集成变送器,并提供4-20 mA信号。i系列传感器可用于测量液体和散装固体的距离、液位(或高度)、空间或体积等,需要高精度液位测量的场所。

 

编号

项目

内容

1

电源

10 - 28 V DC

2

输出

4 - 20 mA (3.8 - 22 mA)

HART® – 回路供电 (2-线)



3

功能

液位、距离、空体积、使用16个点进行线性化的容积

4

操作温度

-40 至 80 °C

5

配置

用于参数设置、回声评估、线性化和规避虚假回声的PC软件

6

传感器主体材料

Valox 357 PBT, 选择项: PVDF

7

保护

IP68

8

防爆

II 2 GD Ex m IIC T4 or II 1 GD Ex ia IIC T4

9

启动时间

通常4秒

10

测量范围

0.125 m - 15 m

11

测量不确定性

±0.25 %

12

误差

2 mm

13

安装

1” NPT / BSP

 


截流井翻转堰/堰板式可调堰的溢流量测量方法和设备选择(图10)

 


 

 

6 产品特点

由超声波液位计和倾角测定仪组成的翻转堰/堰板式可调堰溢流量的测量系统,具有如下特点:

  • 免磨损;

  • 防腐蚀;

  • 没有活动部件;

  • 稳健的设计;

  • 安装简单;

  • 中等测量精度;

  • 基本免维护;

  • 可靠的测量方法;

  • 操作安全性高。

7 应用案例

下图为NDW Ex倾角测定仪用于截流井溢流量测量的现场应用照片。


截流井翻转堰/堰板式可调堰的溢流量测量方法和设备选择(图11)

 

鉴于排水管网和水体的流量和液位测量的复杂性,如果您有测量需求,建议您通过电话、微信或微信公众号直接联系我们。我们将根据您的测量需求和预算范围,选择合适的流量计和安装方式,并可以提供后续的数据分析等增值服务。

 

我们的观点:不仅要了解产品性能,更重要的看到实际使用的效果;不仅仅关注测量精度,更重要的是设备的广适应、少维护、数据质量稳定可靠。我们欢迎各位朋友联系我们,进行现场的测量或比对,以便您更深入的了解NIVUS的各类产品。

 

我们非常乐意接受各种挑战,并和全球顶尖的测量和仪表工程师团队一起为您提供持续的技术服务,协助您解决这些难题。


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