靜態質量法液體流量標準裝置的節能設計

何成躍（大慶油田技術監督中心油氣水計量檢定站）

隨著計量科學的不斷進步，流量計量技術在冶金、煤炭、電力、石油、化工、食品、交通等各種領域得到了廣泛的應用，社會對流量計量技術的要求也越來越高，在這種大環境下，流量標準裝置的研究就顯得十分重要。

1 裝置的工作原理

圖1 靜態質量法液體流量標準裝置的工作原理示意圖

靜態質量法液體流量標準裝置的工作原理如圖1所示。首先水泵將水打入穩壓容器中，接著打開截止閥，水先后流過被檢表、調節閥、換向器，通過換向器改變液體流動方向，流入標準器中或經過旁通管流回水池。換向器的換向動作會同時觸發計數器、計時器的啟動或停止，從而保證檢定過程中各數值的同步累積。實驗開始時，換向器先至于旁通管一側，待流量穩定后，換向器換至標準器一側開始注水，同時啟動計數器、計時器，當注入設定水量后，換向器換回旁通管一側，計數器、計時器停止，流程結束。

2 裝置的整體設計

靜態質量法液體流量標準裝置通常由水循環系統、流量調節系統、標準器組、控制系統等構成。

2.1 水循環系統

根據裝置整體規模，多臺水泵組合使用，能夠覆蓋裝置的流量范圍即可。

可根據需要，采用變頻調速系統單獨控制各個水泵的運轉狀態，以達到節能環保的目的。多臺不同功率水泵組合使用可以避免大功率水泵長時間工作在低效區。水泵抽水應使用正壓法，避免水中夾帶空氣，進水口要加過濾網。

穩壓容器容積應滿足最大流量設計下的穩壓要求，輸出流體壓力波動值穩定在0.1%以內。

水池首先要滿足實驗用水量，其次為了保證水質和保護水泵，應定期換水或在水池內設置有效的過濾裝置。

2.2 標準器組

容器應滿足檢定最大流量和最小流量時的用水量，外形要方便搬離電子秤平臺。

根據裝置設計的最大流量和最小流量所需時間，以及被檢表的準確等級，合理選擇不同量程、不同分辨率的電子秤。

換向器應滿足JJG164—2000《液體流量標準裝置檢定規程》[1]的有關要求，換向時不應出現濺水現象。

2.3 控制系統

一套完整的控制系統應包括系統控制和數據的通信、采集、顯示、處理等功能。系統控制體現在對各個閥門的動作、水泵的啟停、換向器的動作等的控制。數據通信體現為和各個設備之間的信號傳遞；數據采集包含對被檢表輸出信號、計數器/計時器累積量、溫度、壓力的采集；數據顯示是將采集到的需要操作者明確看到的數據在上位機顯示出來；數據處理包括將采集到的數據進行計算、保存、打印等功能。

3 裝置整體的節能降耗效果

系統使用變頻調速來實現恒壓供水，與用調節閥門來實現恒壓供水相比，節能效果十分顯著：

1）優化的節能控制軟件，使水泵實現最大限度的節能運行。

2）根據實際用水情況設定壓力，調整水泵的電源頻率，泵的平均轉速降低，輸出功率也會下降，達到自動控制水泵出水量的目的。

3）由變頻器實現泵的軟啟動，使水泵實現由工頻到變頻的無沖擊切換。

恒壓供水系統除了具有顯著的節能效果外，還有以下幾點優勢：

1）恒壓供水系統采用變頻器改變電動機電源頻率，可以調節水泵轉速，改變水泵出口壓力，有效降低管道阻力，大大減少截流損失。

2）由于泵工作在變頻工況，其出口流量小于額定流量，泵轉速降低，減少了軸承的磨損和發熱，可延長泵和電動機的機械使用壽命。

3）采用軟啟動方式，按設定的加速時間加速，避免了電動機啟動時電流沖擊對電網電壓造成波動的影響，同時也避免了電動機突然加速造成泵系統的喘振，徹底消除水錘現象。

4）實現恒壓自動控制，不需要頻繁操作，降低了操作人員的勞動強度，節省了人力。

4 結束語

由于電子秤能直接輸出信號，因此靜態質量法液體流量標準裝置更容易實現檢定過程的自動化，加上變頻調速系統的配合，提高了工作效率，降低了工作能耗；但在檢定大口徑流量計上成本較高，制約了其在大口徑流量計檢定領域的發展。

[1]段慧明,翟秀貞.JJG164—2000液體流量標準裝置檢定規程.北京:國家質量監督檢驗檢疫總局,2000.