CN106404091B - 一种基于体积法的泵站流量测法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于体积法的泵站流量测法，本方法依据体积法和水位‑流量关系，快速测定泵站开机、关机时出水池的水位随时间变化数据，并储存于电子设备。再根据水力学理论和数学计算，得出不同水位时，出水池的出水流量，即为泵站的流量。数据收集设备为便携式，简单轻便，适合野外操作；连接普通便携式电脑或平板电脑后即能记录数据，整个测定过程时间短，不受外界条件干扰；测试原理明确，后期计算过程简单易行，结果准确可靠。

Description

一种基于体积法的泵站流量测法
技术领域
一种测法，特别是一种基于体积法的泵站流量测法。
背景技术
江苏南部、上海及其他环太湖地区分布大量的提水灌区，低压管道输水技术被普遍采用。由于地势较为平缓，泵站多采用轴流泵或混流泵，水流加压进入出水池，通过与之连接的低压管道输送到田间，使得传统的渠道流速测量仪无法使用。
由于轴流泵进出水管道顺直段较短，难以满足超声波及电磁流量计的安装和测流要求。对于已经建成的泵站，需要重新安装管道测流设备才能进行测定，不仅费时费力，测量成本高，且会对泵站及输水管网的安全运行产生不利影响。现有技术还未解决这样的问题。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种适用于出水池和管道的泵站流量测算方法，由数据采集系统和计算方法组成，能高效、准确地测算泵站不同净扬程或出水位的出水流量。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种基于体积法的泵站流量测法，包括如下步骤：
步骤一：将水位计置于出水池底部，并打开水泵；
步骤二：利用水位计，采集出水池水位的数据保存于电脑中，数据的读取周期为1/8秒；
步骤三：以时间为横坐标，水位为纵坐标，绘制水位变化曲线图；
步骤四：在上述水位变化曲线图上选取任一水深做一水平线；
若水平线与水位变化曲线图有两个交点，分别位于进水及退水曲线上，对该两点前后各1/2秒时间内做微分运算；
计算公式：k1＝(h1-h1′)/(t1-t1′)，
式中k1为第一个交点的斜率，h1、t1分别对应第一个交点前1/2秒的水位、时间，h1′和t1′分别对应第一个交点后1/2秒的水位、时间，分别得出两个交点的斜率k1和k2，乘以出水池面积后分别得出出水池水位上升形成的Q1和由出水池排出的流量Q2，则可得出泵站在该水位下的流量Q＝Q1+Q2。
若在上述水位变化曲线图上选取的水深为最大值时，则考虑水泵关机水位开始下降前的最后一个水位点；对退水曲线进行抛物线拟合，计算该点的斜率q，即可得到泵站在该水位下的流量Q＝Aq，A为过水断面面积，或者在该点向后取1秒，做微分计算；
计算公式：k1＝(h1-h1′)/(t1-t1′)，
得出Δh2/Δt2，并算出Q2，则此时Q＝Q2；
t1和h1分别表示水泵关机水位开始下降前的最后一个水位点的时间和水位，t1’和h1’分别表示水泵关机水位开始下降前的最后一个水位点后1秒的时间和水位，k1表示水泵关机水位开始下降前的最后一个水位点的斜率，Δt2表示水泵关机水位开始下降前的最后一个水位点和其后1秒的水位点的时间差，即(t1-t1′)＝1s，Δh2表示Δt2水泵关机水位开始下降前的最后一个水位点和其后1秒的水位点水位变化量，即(h1-h1′)，Q2表示出水池排出的流量。
前述的一种基于体积法的泵站流量测法，通过重复步骤一到步骤四测定2～3次开机和关机过程得出的数值的平均值为最终数值，后续开机时间在前次水位降低到出水管顶部之前。
本发明的有益之处在于：本方法依据体积法和水位-流量关系，快速测定泵站开机、关机时出水池的水位随时间变化数据，并储存于电子设备。再根据水力学理论和数学计算，得出不同水位时，出水池的出水流量，即为泵站的流量。数据收集设备为便携式，简单轻便，适合野外操作；连接普通便携式电脑或平板电脑后即能记录数据，整个测定过程时间短，不受外界条件干扰；测试原理明确，后期计算过程简单易行，结果准确可靠。
附图说明
图1是本发明的数据采集系统在泵站出水池流量测定时的示意图；
图2是本发明一种实施例的水位变化曲线图；
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
一种基于体积法的泵站流量测法，包括如下步骤：
步骤一：如图一所示将水位计置于出水池底部，并打开水泵；
步骤二：利用水位计，采集出水池水位的数据保存于电脑中，数据的读取周期为1/8秒，数据采集频率为8Hz；
步骤三：将电脑中的数据转化为EXCEL格式后，通过数据滤波，以时间为横坐标，水位为纵坐标，绘制水位变化曲线图，如图2所示；其中左侧上升部分为开机后的进水曲线，右侧为停机后的退水曲线。
步骤四：在上述水位变化曲线图上选取任一水深做一水平线；
若水平线与水位变化曲线图有两个交点，分别位于进水及退水曲线上，对该两点前后各1/2秒时间内做微分运算；
计算公式：k1＝(h1-h1′)/(t1-t1′)，
式中k1为第一个交点的斜率，h1、t1分别对应第一个交点前1/2秒的水位、时间，h1′和t1′分别对应第一个交点后1/2秒的水位、时间，分别得出两个交点的斜率k1和k2，乘以出水池面积后分别得出出水池水位上升形成的Q1和由出水池排出的流量Q2，则可得出泵站在该水位下的流量Q＝Q1+Q2。
若在上述水位变化曲线图上选取的水深为最大值时，则考虑水泵关机水位开始下降前的最后一个水位点；对退水曲线进行抛物线拟合，计算该点的斜率q，即可得到泵站在该水位下的流量Q＝Aq，A为过水断面面积，或者在该点向后取1秒，做微分运算；
计算公式：k1＝(h1-h1′)/(t1-t1′)，
得出Δh2/Δt2，并算出Q2，则此时Q＝Q2；
t1和h1分别表示水泵关机水位开始下降前的最后一个水位点的时间和水位，t1’和h1’分别表示水泵关机水位开始下降前的最后一个水位点后1秒的时间和水位，k1表示水泵关机水位开始下降前的最后一个水位点的斜率，Δt2表示水泵关机水位开始下降前的最后一个水位点和其后1秒的水位点的时间差，即(t1-t1′)＝1s，Δh2表示Δt2水泵关机水位开始下降前的最后一个水位点和其后1秒的水位点水位变化量，即(h1-h1′)，Q2表示出水池排出的流量。
通过重复步骤一到步骤四测定2～3次开机和关机过程得出的数值的平均值为最终数值，后续开机时间在前次水位降低到出水管顶部之前。
本方法依据体积法和水位～流量关系，快速测定泵站开机、关机时出水池的水位随时间变化数据，并储存于电子设备。再根据水力学理论和数学计算，得出不同水位时，出水池的出水流量，即为泵站的流量。数据收集设备为便携式，简单轻便，适合野外操作；连接普通便携式电脑或平板电脑后即能记录数据，整个测定过程时间短，不受外界条件干扰；测试原理明确，后期计算过程简单易行，结果准确可靠。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种基于体积法的泵站流量测法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：将水位计置于出水池底部，并打开水泵；
步骤二：利用水位计，采集出水池水位的数据保存于电脑中，数据的读取周期为1/8秒；
步骤三：以时间为横坐标，水位为纵坐标，绘制水位变化曲线图；
步骤四：在上述水位变化曲线图上选取任一水深做一水平线；
若水平线与水位变化曲线图有两个交点，分别位于进水及退水曲线上，对该两点前后各1/2秒时间内做微分运算；
计算公式：k1＝(h1-h1′)/(t1-t1′)，
式中k1为第一个交点的斜率，h1、t1分别对应第一个交点前1/2秒的水位、时间，h1′和t1′分别对应第一个交点后1/2秒的水位、时间，分别得出两个交点的斜率k1和k2，乘以出水池面积后分别得出出水池水位上升形成的Q1和由出水池排出的流量Q2，则可得出泵站在该水位下的流量Q＝Q1+Q2；
若在上述水位变化曲线图上选取的水深为最大值时，则考虑水泵关机水位开始下降前的最后一个水位点；对退水曲线进行抛物线拟合，计算该点的斜率q，即可得到泵站在该水位下的流量Q＝Aq，A为过水断面面积，或者在该点向后取1秒，做微分运算；
计算公式：k1＝(h1-h1′)/(t1-t1′)，
得出Δh2/Δt2，并算出Q2，则此时Q＝Q2；
t1和h1分别表示水泵关机水位开始下降前的最后一个水位点的时间和水位，t1’和h1’分别表示水泵关机水位开始下降前的最后一个水位点后1秒的时间和水位，k1表示水泵关机水位开始下降前的最后一个水位点的斜率，Δt2表示水泵关机水位开始下降前的最后一个水位点和其后1秒的水位点的时间差，即(t1-t1′)＝1s，Δh2表示Δt2水泵关机水位开始下降前的最后一个水位点和其后1秒的水位点水位变化量，即h1-h1′，Q2表示出水池排出的流量。
2.根据权利要求1所述的一种基于体积法的泵站流量测法，其特征在于，通过重复上述步骤一到步骤四测定2～3次开机和关机过程得出的数值的平均值为最终数值，后续开机时间在前次水位降低到出水管顶部之前。
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