【學員問題】水泵流量的測定方法解析？

【解答】中華人民共和國國家標準——水泵流量的測定方法（GB/T3214-91代替?GB3214-82）

1主題內容與適用范圍

本標準規(guī)定了水泵流量測量方法。

本標準適用于離心泵、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?引用標準

GB2624??流量流量?節(jié)流裝置?節(jié)流件為角接取壓、法蘭取壓的標準孔板和角接取壓的標準噴嘴。

GB3216??離心泵、混流泵、軸流泵和旋渦泵試驗方法

JJG198??渦輪流量變送器檢定規(guī)程

3?量的名稱、符號、定義及單位

本標準采用的量的名稱、符號、定義及單位。

4?標準孔板、標準噴嘴和標準文丘里噴嘴

4.1?標準孔板、標準噴嘴

使用孔板和噴嘴測定流量時，應采用符合GB2624規(guī)定的標準孔板和標準噴嘴。

4.1.1?測量管的內表面應清潔，沒有坑凹和沉積物，至少在節(jié)流件上游10D和下游4D的長度范圍內不能結垢。

4.1.2?測量流體溫度超出常溫范圍時，測量管段和法蘭至少應在所要求的整個直管段上保溫。

4.1.3?從節(jié)流件算起2D以外，節(jié)流件與上游阻力件或擾流件之間的管道可以由一個管段也可以由幾個管段組成。

只要任何兩個管段之間的錯位y不超過0.3%D，流量系數就沒有附加的不確定度。

如果任何兩個管段之間的錯位y超過0.3%D，但滿足（1）式或（2）式關系則對流量系數的不確定度應算術相加±0.2%的附加不確定度；若錯位大于（1）式或（2）式給出的極限值，即為安裝不符合本標準的要求。

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在±3%之內。

4.1.4?管道應設置排氣孔，但在進行流量測量的過程中，不應有流體流經這些排氣孔。排氣孔不得設置在節(jié)流件附近，如果不得不設置在節(jié)流件附近時，則這些排氣孔的直徑應小于0.08D，而且它們的位置距節(jié)流件同一側的取壓孔的直線距離應大于0.5D.

4.1.5?節(jié)流件和取壓環(huán)室外的安裝位置應滿足下列要求：

a.節(jié)流件應與管道中心線垂直，其偏差應在±1.0°范圍內。

b.節(jié)流件應與管道同心。如果采用取壓環(huán)，則應與取壓環(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應滿足（3）式關系：

ex≤0.0005D/0.1+2.3β4?????????（3）

若ex為（4）式關系時，則應對流量系數a的不確定度算術相加±0.3%的附加不確定度，若ex為（5）式關系時，即為超出本標準：

0.0005D/0.1+2.3β4

ex>0.005D/0.1+2.3β4??????????（5）

c.當采用取壓環(huán)時，應使取壓環(huán)不突入管內。

4.1.6?夾緊方法和墊圈應滿足下列要求：

a.節(jié)流件安裝在適當的位置后，應保持不動。當節(jié)流件固定在法蘭之間時，應能自由熱膨脹以避免皺曲和變形；

b.使用墊圈時，墊圈應沒有任何一點突入管內。當使用角接取壓時，也不得擋住取壓孔或取壓槽。墊圈應盡可能薄，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，墊圈不得突入環(huán)室內。

4.1.7?標準孔板流量系數的不確定度：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.

標準噴嘴流量系數的不確定度：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β≤0.6時，為0.8%；

當β>0.6時，為（2β-0.4）%.

4.1.8?管道條件和安裝要求均應符合GB2624第4章的規(guī)定。

流量的調節(jié)，建議用設置在節(jié)流件下游側的閥門來進行。當需要用節(jié)流件上游側閥門來調節(jié)流量時，可采用整流器。

4.1.8.1?整流器安裝在節(jié)流件與上游側調節(jié)閥門之間的直管段上。閥門與整流器之間的直管段長度至少應等于20D，整流器出口和節(jié)流件之間的長度至少應等于22D.而且只有當整流器的阻流小管周圍有小的間隙，使之沒有能妨礙正確作用的旁通流時，整流器才是充分有效的。使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?整流器的標準形式分A．B．C三種，如圖1所示。這類整流器都會造成壓力損失，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（每一個孔有一個槽）所組成。圖1中給出了主要尺寸，各種板應具有適當的強度，但不應有不必要的厚度。

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。好在孔的上游面有倒角，而且每塊板上開孔的總面積應該大于管橫截面積的40%.板的厚度與孔徑的比至少是1.0，孔的直徑應小于管徑的1/20.三塊板應當用棒或螺栓連在一起，棒或螺栓應環(huán)境管的內圓周分析，而且盡可能象孔直徑那樣小，并且有所需的強度。

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的平行的管子所組成。重要的是要各個管子彼此平行，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對流動引起干擾。至少要有19根管子，其長度應大于或等于20d，管子應連接在一起，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準4.3條的規(guī)定進行。

4.2?標準文丘里噴嘴

標準文丘里噴嘴包括由兩個圓弧曲面構成的入口噴嘴部分、圓筒形喉部及錐形擴散管三部分組成。用于不同管徑的標準文丘里噴嘴，其結構形式是幾何相似的。

4.2.1?標準文丘里噴嘴的入口噴嘴部分的尺寸和技術要求應符合GB2624標準中3.3.2條有關規(guī)定。

4.2.2?取壓鉆孔中心至錐形擴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。這部分內表面加工要求應符合GB2624標準中3.3.2條的規(guī)定。

4.2.3?錐形擴散管直接與圓筒形喉部連接，無需圓弧過渡，其擴散角φ大可至30°。擴散管的長度實際上對流量系數沒有影響，然而與擴散角聯(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，其取壓裝置的結構形式和技術要求按GB2624標準中2.4條的規(guī)定。

4.2.5?當管徑D為0.065～0.500m、直徑比β為0.32～0.77及雷諾數Re為1.5×105～2×106時，在光滑管道中的標準文丘里噴嘴的光管流量系數a列，表中列出β4的數值與流量系數a的關系。

4.2.6?在流通部分的外表面上應刻有表示標準文丘里噴嘴安裝方向的符號（+、-）、制造編號、安裝方向、管道內徑D的設計尺寸值和圓筒形喉部直徑d的實際尺寸值。

4.2.7?管道條件和安裝要求應符合本標準4.1.8條的規(guī)定。

4.2.8?檢驗方法按GB2624標準第5章的規(guī)定進行。

4.2.9?標準文丘里噴嘴流量系數的不確定度，當適用范圍在4.2.5條的限值內時，假定β為已知而且沒有誤差，則流量系數a值的相對不確定度由式（6）計算：

δa/a=±（1.2+1.5β4）%????????（6）

4.3?流量測量的不確定度的估算

4.3.1?不確定度的定義

用標準孔板、標準噴嘴和標準文丘里噴嘴測量流量時的不確定度是估計實測值的95%落在真值的這一數值范圍之內，即置信概率為95%.

流量測量的不確定度可用相對項表示：

a.對體積流量

流量=Q±δQ或?流量=Q（1±e）；

b.對質量流量

流量=q±δq或?流量=q（1±e）。

式中不確定度δQ、δq應與Q、q的量綱相同，當e=δQ/Q或e=δq/q時，則e為無量綱。

這樣定義的流量不確定度等于統(tǒng)計學術語的標準偏差的兩倍。標準偏差是由計算流量時所用的有關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，許多彼此無關的量）。雖然對于一個單獨的測量裝置和測量所用的系數而言，這些不確定度中的某幾個實際上可能是系統(tǒng)誤差的結果（其中只有它們的值的估計值是已知的），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?不確定度的實用計算法流量的不確定度的實際計算公式如下：

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]？???（7）

式中：δa/a——流量系數的不確定度，在本標準中4.1.7條和4.2.9條給出；

δD/D——管道內徑的不確定度，由GB2624標準中4.3.2.1條所給的規(guī)定得出的大值；

δd/d——節(jié)流件開孔直徑不確定度，由GB2624標準中2.2.2.7條和3.3.2.5條所給的規(guī)定得出的大值；

δΔP/ΔP——差壓的不確定度，根據測量方法而定；

δP1/P1——密度的不確定度，根據測量方法而定。

4.4?差壓的測定

標準孔板、標準噴嘴和標準文丘里噴嘴的差壓ΔP，可用差壓計來測量。ΔP的測量不確定度（δΔP/ΔP）根據采用的差壓計來確定，若采用液柱差壓計應做到：

a.液柱差壓計的玻璃管內徑為6～12mm；

b.壓力導管內和液柱差壓計內的空氣必須排出；

c.壓力導管一般可用內徑6～12mm的連接管，連接管可根據不同系統(tǒng)壓力選用不銹鋼管、紫銅管、膠管、透明塑料管等；

d.液柱差壓計的差壓ΔP測量的不確定度應在±1.0%以內。

4.5?標準孔板、標準噴嘴、標準文丘里噴嘴的標定

凡符合GB2624和本標準規(guī)定制造的標準孔板、標準噴泉嘴和標準文丘里噴嘴，應定期進行尺寸檢查或在具有高一級不確定度裝置上進行標定（一般規(guī)定為一年）。

5?水堰

5.1?水堰的結構

水堰由堰板和堰槽構成。

5.1.1.1?堰口與內側面成直角，唇厚為2mm.向外側倒45°傾斜面，毛刺應清除干凈。

5.1.1.2?堰口棱緣要修整成銳棱，不得呈圓形。堰板內側面要平滑，特別是從上端至100mm的區(qū)域。

5.1.1.3?堰板應采用不銹和耐腐蝕的材料。

5.1.1.4?堰板安裝時必須鉛直。堰口應位于堰槽寬度的中央，與堰槽兩側壁成直角。

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當鉛直，直角允差為±5‘。全寬堰和矩形堰的堰口下緣應水平，堰口的直角允差為±5’，堰口寬度允差為±0.001b.

5.1.2?堰槽由導入部分、整流裝置部分及整流部分構成。

5.1.2.1?堰槽（包括支承板）要堅固不易變形，可用鋼板或者混凝土制成。

5.1.2.2?在堰槽上游應設置整流裝置（4～5道整流柵板），以減少水面的波動，推薦的柵孔尺寸如圖6所示。整流部分的寬度等于導入部分的寬度。

5.1.2.3?堰槽的底面和兩側面應平坦，側面和底面應垂直。

5.1.2.4?全寬堰槽的兩側面應向外延長，如圖5所示。延長壁應和兩側面一樣平坦，與堰口邊緣垂直，直角允差±5‘。延長壁上應設置通氣孔，通氣孔應靠近堰口并在水頭的下面，以測量時水頭內側空氣暢通，通氣孔的面積。

A≥Bhmax/140?????????（8）

式中：hmax——大堰水頭，即水流的高水面至堰口底點（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?導入部分的容量應可能大此，這部分的寬度和深度不應小于整流裝置下游的寬度和深度，導水管應埋沒在水中。

5.1.2.6?堰槽的長度

5.2?堰的水頭測定裝置

5.2.1?在堰槽側壁上設有小孔與另一小水桶相通，在桶內測量水位。桶和堰的連接管長應適應，以測量方便，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，小孔不應有毛刺，小孔的軸心線應和堰槽壁垂直。

5.3?堰的水頭測定方法

5.3.1?應當在越過堰口流下來的水流與堰板不附著的情況下進行測量。

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?可以采用鉤針水位計或浮筒水位計（如圖9所示）來測量水位，但水位不穩(wěn)定時不能使用鉤針水位時，應將針先沉入水內再提上對準水平面，以消除表面張力的影響。除上述水位計外，也可采用水位測量精度不低于這兩種水位計的其他水位計。

5.3.4?水頭測量的水位計確定，其誤差應在0.2mm以內。

5.3.4.1?矩形堰、全寬堰的確定方法：

a.先將臨時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”數值，讀數G、F數值之差（“G-F”）即是堰口至堰槽中水面之間的距離；

d.將預先安裝在至堰口（4～5）hmax的測量截面處或小水桶內的的測量水頭的水位計的鉤針下降，使針尖和水面一平，并讀出刻度數值。該讀數值減去“G-F”數值，得到的數值即是測量水頭的水位計的數值。

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進行。把水位計的讀數值減去“G-F”的數值，再減去0.2071D值，得到的數值即是水位計的值。

以上內容均根據學員實際工作中遇到的問題整理而成，供參考，如有問題請及時溝通、指正。