轉(zhuǎn)子式流速儀區(qū)域性應(yīng)用技術(shù)研究

張文韜+曹燕文

【摘 要】水文測量在防汛抗旱過程中起到了十分重要的作用，近年來，轉(zhuǎn)子式流速儀的配備的數(shù)量出現(xiàn)了井噴式的發(fā)展，但是在實際使用中存在一定的誤區(qū)。論文主要針對不同類型的流速儀的性能和測流的區(qū)域性差別進(jìn)行了分析，提出了在測流過程中搭配流速儀的方法。

【Abstract】Hydrological survey has played a very important role in the process of flood control and drought relief. In recent years， there has been a spurt in the development of the rotor type current meter， but there are some mistakes in practical use. This paper analyzes the performance and regional differences of the current meter and puts forward a method to match the current meter in the process of flow measurement.

【關(guān)鍵詞】轉(zhuǎn)子式流速儀；維修保養(yǎng)；使用環(huán)境；搭配使用

【Keywords】rotor type current meter； maintenance； use of the environment； mix-wise use

【中圖分類號】P335 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）09-0149-02

1 引言

流量對于江河內(nèi)水資源量的測量來說，具有十分重要的作用，是反映水量變化的基本資料，通常采用的灌區(qū)流量測驗，其落腳點在于渠道經(jīng)調(diào)節(jié)后的徑流情況和徑流資料。在這種目的下，我們最常用的方法是流速面積法。

2 轉(zhuǎn)子式流速儀測量技術(shù)分析

2.1 轉(zhuǎn)子式流速儀的使用

轉(zhuǎn)子式流速儀施測流量的測量方法具有十分長久的使用歷史，在國內(nèi)外流量測量中占據(jù)重要地位。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，極限相對誤差應(yīng)該在1%～2%，體現(xiàn)出轉(zhuǎn)子式流速儀測量的精確性和科學(xué)性。

轉(zhuǎn)子式流速儀是根據(jù)水流對流速儀轉(zhuǎn)子的動量傳遞而進(jìn)行工作的。當(dāng)水流流過流速儀轉(zhuǎn)子時，水流的直線運動能量對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，此轉(zhuǎn)矩客服轉(zhuǎn)子的慣量、軸承等內(nèi)摩擦，以及水流及轉(zhuǎn)子之間相對運動引起的流體阻力，從而使流速儀轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。在一定水流速度范圍內(nèi)，流速儀轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與水流速度呈現(xiàn)比較穩(wěn)定的近似線性關(guān)系。

2.2 轉(zhuǎn)子式流速儀的常識性了解

轉(zhuǎn)子式流速儀涵蓋的范圍較為廣泛，按照轉(zhuǎn)子的不同分為兩大類：

①旋杯式流速儀

旋杯均勻安裝在旋盤的圓周上，組成一旋杯部件，當(dāng)放入水流中時，旋杯部件旋轉(zhuǎn)。代表流速儀：LS68、LS45、LS78、LB50-1C、LB70-1C、LB70-2D；

②旋漿式流速儀

由兩個或兩個以上的螺旋狀槳葉環(huán)繞著槳柱，組成一旋漿，當(dāng)放入水流中時，此旋漿能環(huán)繞水平軸轉(zhuǎn)動。代表流速儀：LS25系列、LS20B、LS1206b。

按照使用范圍的不同分為兩大類：

①低速流速儀：在流速儀≤0.5m/s的情況下使用。代表流速儀：LS45、LS78、LB50-1C、LB70-1C；

②高速流速儀：使用范圍≥0.5m/s 。代表流速儀：LS68、LB70-2D 、LS25系列、LS20B、LS1206b。

按照信號產(chǎn)生機(jī)理的不同分為三類：

①接觸絲類：LS68、LS25系列；

②干簧管類： LS78、LB70-1C、LB70-2D 、LS20B、LS1206b；

③霍爾元件類：LS45、LB50-1C。

2.3 工作原理

水流會對流速轉(zhuǎn)子儀產(chǎn)生動能，從而根據(jù)動量傳遞進(jìn)行實際工作，在水流直線運動能量的作用下開始運行，作用的最終結(jié)果則是在固定時間內(nèi)、且一定流速范圍內(nèi)水量速度與流速儀轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速兩者呈現(xiàn)出簡單而明了的近線性關(guān)系，其公式具體如下：

V=bn+a

其中，V是測點流速，其單位是m/s；

n是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；

a是流速儀轉(zhuǎn)子的水里螺旋，m/s；

b是水力常數(shù)。

2.4 轉(zhuǎn)子式流速儀的維修養(yǎng)護(hù)

①在轉(zhuǎn)子式流速儀使用之前，必須確保儀器不存在污損、旋轉(zhuǎn)靈活、接觸絲與信號活動正常以及任何零件都未變形。在使用過程中移動儀器時要避免過分撞擊和震動，要確定流速儀零件螺絲旋緊，避免測速途中儀器掉落水中。使用過后要保證儀器的干凈、無水漬，并按儀器使用說明書規(guī)定的方法拆洗干凈，并加儀器潤滑油，以避免儀器后期生銹。長期儲藏備用的流速儀，易銹部件應(yīng)涂黃油保護(hù)。流速儀裝入儀器箱內(nèi)時，轉(zhuǎn)子部分應(yīng)懸空擱置。儀器箱應(yīng)放在干燥通風(fēng)處，并遠(yuǎn)離高溫和有腐蝕性的物質(zhì)，儀器箱上不可堆放重物。

②轉(zhuǎn)子式流速儀在使用過程中要注意進(jìn)行定期測試和養(yǎng)護(hù)。常用流速儀應(yīng)在實際使用50～80h時應(yīng)比測一次，日常比測中，如果比測條件差在5%以內(nèi)，比測結(jié)果偏差保持在3%以內(nèi)、系統(tǒng)偏差在±1%之間的流速儀屬于正常，可繼續(xù)用于實際測量。通常是兩年以內(nèi)，就要進(jìn)行檢定。

3 使用環(huán)境

中國水文地理條件地域差異較大，不同區(qū)域的水文特點可以說是完全不同的。①東北地區(qū)降水時段比較集中，汛期分為主汛期（6～10月份）和凌汛期（12月份至來年3月份），水文監(jiān)測主要為河流匯入水庫過程中的流量監(jiān)測和凌汛對河道的影響，特點是平原區(qū)水庫庫容量較小，易造成水庫水位的陡漲陡落，對庫區(qū)周圍產(chǎn)生危害；②華北及華東地區(qū)降水量偏少，全年只有主汛期（6～10月份）為主要的水文監(jiān)測時段，觀測重點為河流中流量對于所經(jīng)過的人口或產(chǎn)業(yè)密集區(qū)域的影響，特點是瞬時流量極大，過程較短，容易產(chǎn)生較大的危害；③華南及西南地區(qū)汛期分為梅雨汛期（3～4月份）和主汛期（6～10月份），梅雨汛期降雨量不大，但是持續(xù)時間長，容易造成城市內(nèi)澇，水文監(jiān)測的重點為城市區(qū)域降水與排水之間的關(guān)系，預(yù)防內(nèi)澇的產(chǎn)生，主汛期降雨量巨大，經(jīng)常出現(xiàn)24小時降雨超150mm的降雨過程，且區(qū)域廣大，河網(wǎng)密集，多條支流同時產(chǎn)生的洪峰流量容易同時作用產(chǎn)生較大洪峰，對沿河區(qū)域產(chǎn)生較大影響。④西北及內(nèi)蒙、新疆、西藏區(qū)域，水資源較為匱乏，不存在汛期的時間段，降水時段短，降雨量不大，主要集中在水資源的有效控制上，河流的流速都不大。endprint

4 搭配使用

在測流的工程中因為時段的不同，在測流工程中所使用的流速儀也可以進(jìn)行不同的搭配。①東北地區(qū)降水時段比較集中，東北大部分的河道周邊都為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域，河道中的漂浮物是十分常見的并且體積都較大，同時地形由多以平原區(qū)為主，河流的流速一般不會出現(xiàn)暴漲暴落的情況，同時因為使用傳統(tǒng)的音響器+秒表與先進(jìn)的二次儀表直測這兩種方式的測站比例大體相當(dāng)，所以應(yīng)以接觸絲類儀器為主，干簧管類儀器為輔，低速流速儀適當(dāng)搭配的儀器搭配形式。日常測量時采用接觸絲類，其流速測量覆蓋面廣（0.05m/s～5.0m/s），但缺點是信號采集時長較長，這在日常測量的過程中并不是問題，但是上游出現(xiàn)較大洪水時，可能在河道里出現(xiàn)較大漂浮物的時候容易造成儀器的損壞，所以在這種情況下應(yīng)使用干簧管類儀器，干簧管類儀器的特點是轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一圈可以采集1～2個信號，在大流速的情況下短時間內(nèi)就可以采集到流速信息，同時因為采集速度快，只能使用二次儀表進(jìn)行采集。因為有很多的觀測點在使用LS68型流速儀，所以常會搭配使用LS78型低速流速儀，當(dāng)出現(xiàn)LS68+LS78搭配使用的情況，建議多配備一臺LS25系列流速儀作為輔助流速儀進(jìn)行使用。②華北及華東地區(qū)降水量偏少，全年只有主汛期（6～10月份）為主要的水文監(jiān)測時段，華北和華東地區(qū)很多的河流屬于陡漲陡落性質(zhì)的河流，所以在需要測流的時間段河道中的流速和漂浮物是不得不考慮的問題，同時又需要區(qū)分山區(qū)河道和平原河道的不同，所以山區(qū)河道應(yīng)該以干簧管類儀器為主，接觸絲類儀器為輔，平原河道接觸絲類和干簧管類儀器都可為主，適當(dāng)配以低速流速儀為輔。③華南及西南地區(qū)汛期分為梅雨汛期（3～4月份）和主汛期（6～10月份），在多山地區(qū)，河道中洪峰帶有極大的破壞力，且流速更是能夠達(dá)到5m/s以上，對于一般的流速儀存在很大的使用風(fēng)險，一般都是使用表面測流的方法，所以應(yīng)該以高速干簧管類流速儀為主（測流上限≤5.0m/s），以高速接觸絲類儀器為輔。在平原地區(qū)河流斷面長度較大（一般≥100m），流速也較大（一般在2.0m/s～5.0m/s），應(yīng)選擇干簧管類高速儀器加二次儀表為主，接觸絲類儀器加秒表音響器為輔。④西北及內(nèi)蒙、新疆、西藏區(qū)域，水資源較為匱乏，不存在汛期的時間段，以適合低水位測流的儀器為主（LS45、LS1206b等），以干簧管配二次儀表為輔以應(yīng)對突發(fā)情況。

中國地區(qū)廣闊，不同地域水文地質(zhì)情況也存在很大的差異，因此在不同的區(qū)域不同的流速儀搭配使用也是十分必要的。希望本論文能起到應(yīng)有的作用。endprint