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外夹式超声波流量计在水电站中的应用

超声波流量计可用来测量不易接触、不易观察的流体流量和大管径流量，其对流体的温度、粘度、密度等因素不敏感，灵敏度高，安装维修方便，通用性好。目前其应用领域已经涉及到工业、农业、水利和污水处理等行业。

超声波流量计在流体中传播会载上流体的流速信息，通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速信息，进而可换算成流量。根据对信号的检测原理，超声波流量计可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、空间滤波法、噪声法等类型。传播速度差法是测量超声波脉冲顺水流和逆水流时的速度差来反映流体流速，从而测出流量。多普勒法是应用超声波的多普勒效应测得顺水流和逆水流的频 差来反映流体流速，从而测出流量。传播速度差法又包括时差法、相位差法、直接时差法等。一般而言，被测流体中不含大浓度的悬浮颗粒时，采用时差法; 当被测流体中悬浮颗粒比较多时，采用多普勒法。水电站中一般在引水隧洞、机组蜗壳前的压力钢管等部位需要安装超声波流量计，而电站这些部位水质比较清洁，因此，在水电站中应用时差法超声波流量计较为广泛。

根据超声波流量计在管道中的反射次数，外夹式超声波流量计可分为“Z”型、“V”型、“N”型等安装方式。对于“Z”型安装的超声波流量计，超声波在管道中直接传输，没有折射，信号衰减小，建议300mm以上管径优先选用“Z”型安装。“V”型安装的超声波流量计的超声波波束在管道中反射1次，穿过流体2次;“N”型安装的超声波流量计的超声波波束在管道中反射2次，穿过流体3次。由于超声波传播时间越长，测量精度就越高，因此，在测量小口径管道中的流体流量时，可采取多次反射的方法，增大超声波的传播路径，进而增大其传播时间，提高超声波流量计的测量精度。但每次反射都会造成超声波流量计信号的衰减，故传播次数也不宜过多。故“V”型安装与“N”型安装相比，“V”型安装更为常用，管径在100～300mm时可优先选用“V”型安装。

南美某水电站位于南美洲厄瓜多尔萨莫拉·钦奇佩省境内的萨莫拉河上，工程开发的主要任务为发电，该电站为低闸长引水式电站，装设3台冲击式水轮发电机组，单机容量60MW。根据业主要求，该电站在每台机组进水阀前的压力钢管上安装1套单声道外夹式超声波流量计，用于测量机组进口的流量，压力钢管内径为1400mm。超声波流量计的安装布置，换能器采用“Z”型安装，两换能器水平平齐，与管道轴线水平方向一致，换能器电缆接入控制箱。确定好换能器具体安装位置后，用拧紧固定螺丝将换能器安装框架在管道外壁固定好，在管道周围缠绕安装带，安装带的松紧程度通过安装带调节螺母进行调节，通过安装带对换能器安装框架加固。再将涂有耦合剂的换能器装入换能器安装框架，拧紧换能器的固定螺丝，将换能器紧紧固定在预定的安装位置。控制箱通过螺栓和螺钉在墙上固定。