摘 要: 基于孔口出流的原理，研究設(shè)計了圓孔式新型流量計。通過試驗(yàn)研究的方法研究了圓孔式流量計的輸水流量與輸水開度，壓力水頭之間的關(guān)系。研究表明，該裝置在輸水開度一定時，輸水流量隨著壓力水頭的增大而增大，呈乘冪函數(shù)關(guān)系，開度對壓力敏感系數(shù)的影響不大; 壓力水頭一定時，輸水開度隨著輸水流量的增大趨勢而增大; 同時擬合得到了該流量計輸水流量、開度、壓力水頭之間的經(jīng)驗(yàn)公式，經(jīng)驗(yàn)公式的計算值與實(shí)測值有較好的一致性。研究為該新型流量計在現(xiàn)代工業(yè)中被推廣使用具有重要價值。
( College of Water Ｒesources Science and Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，Shanxi Province，China)Abstract: Based on the principle of orifice outflow，this paper designed round hole of the new flow meter． The relationship between the wateropening degree，the pressure head and the flow of round hole of flow meter is obtained by experimental research． The results show that thewater flow rate of the device increases with the increase in the pressure head when the water opening degree of the device is constant，whichis multiplied by the power function． And the water opening degree has little effect on the pressure sensitivity coefficient． When the pressurehead is constant，
the opening of the water outlet increases with the distribution flow． And it obtains the empirical formula of the flow rate，
water opening degree and pressure head of the flow meter，
and there is a good consistency with the measured value． The research on thispaper is of great value for the popularization and application of the new flow meter in modern industry．
0、引 言：
制流量的作用［5］。閥門裝置可以有效地控制流量，但卻不能準(zhǔn)確地測量流量。因此，設(shè)計了一種圓孔式新型流量計，其在不需要使用電源的情況下，配合壓力表以及流量計本身的開度，就可以達(dá)到準(zhǔn)確測量流量和控制流量的目的。該設(shè)計具有適用性強(qiáng)，功能多，成本低廉，節(jié)能減耗，耐久穩(wěn)定性高，流量調(diào)節(jié)精度準(zhǔn)確，調(diào)節(jié)范圍寬的優(yōu)點(diǎn)。該圓孔式新型流量計的設(shè)計研究對推動流量計的發(fā)展具有重要作用。
本研究設(shè)計了圓孔式新型流量計，其用于管道流量的測量，與用于渠道的閘、涵量水不同。輸水通道、流量測量系統(tǒng)、開度指示系統(tǒng)和擋板四部分構(gòu)成了該新型流量計。本設(shè)計基于孔口出流原理［6］，通過確定壓力敏感系數(shù)與流量系數(shù)，從而得出流量與開度、壓力水頭之間的關(guān)系公式，在已知某一定壓力水頭的前提下，配合裝置本身的開度調(diào)節(jié)和指示裝置控制其輸水開度，從而實(shí)現(xiàn)測量流量和控制流量的目的。工作時，水流從輸水管進(jìn)入流量計的進(jìn)水口，壓環(huán)，套圈，從流量筒下的圓孔流出，構(gòu)成流量計輸水通道，進(jìn)水口位于套圈的中間位置，壓環(huán)和套圈使得流量計與輸水管道雙側(cè)相連，加強(qiáng)抗壓能力，擴(kuò)大流量調(diào)節(jié)范圍。其獨(dú)特地將出水口改造成多排細(xì)致的小孔，由于本設(shè)計在有壓管道中進(jìn)行，并不會造成堵塞與淤積問題。流量筒與流量桿通過螺紋鎖密結(jié)構(gòu)相接，通過控制流量桿的推進(jìn)距離，使得流量筒上的圓形小孔數(shù)目連續(xù)變化，進(jìn)而調(diào)節(jié)控制流量，構(gòu)成流量測量系統(tǒng)。指針與開度刻度盤構(gòu)成開度指示系統(tǒng)，用來指示出水流量。設(shè)置擋板結(jié)構(gòu)，上部為半圓形、下部為梯形，在水流從連續(xù)排孔流出時可對水流進(jìn)行進(jìn)一步的消能。具體設(shè)計如圖 1 所示。
為了研究圓孔式流量計的輸水特性，試驗(yàn)開展了在不同輸水開度下，圓孔式流量計不同壓力水頭的輸水流量研究。試驗(yàn)以流量計的輸水開度及壓力水頭為變量，分別測量了圓孔式流量計在十個開度( 0．1～1) ，以出水孔面積占總出水面積的比例為依據(jù)，18 個壓力水頭( 0．1、0．3、0．5、0．7、1．0、1．5、2．0、2．5、3．0、3．5、4．0、4．5、5．0、6．0、7．0、8．0、9．0、10．0 m) 下的輸水流量。該試驗(yàn)系統(tǒng)由水泵、調(diào)節(jié)閥、管路、設(shè)計裝置、壓力表、流量計等組成。
2．2、試驗(yàn)結(jié)果分析：
依據(jù)實(shí)際情況對孔口出流公式冪指數(shù)進(jìn)行修正，圓孔式流量計可將壓力敏感系數(shù) α 修正為 0．494 24。因此，不同開度和壓力下的流量關(guān)系式為:Q = μ Amaxe( 2g H)0．494 24( 1)式中: μ 為流量系數(shù); e 為輸水開度; Q 為流量，m3/ s; H 為工作水頭，m; Amax為出水口的***大出流面積，m2。由式( 1) 可見，可以反向推導(dǎo)出流量系數(shù)的公式:μ =Qe Amax( 2g H)0．494 24( 2)由式( 2) 計算得出圓孔式流量計在不同開度下的流量系數(shù)見圖 4。對流量系數(shù) μ 進(jìn)行擬合，擬合變化趨勢近似于關(guān)于開度 e的乘冪分布，由此可以得出流量系數(shù) μ 為:μ = 0．157 e－ 0．766( 3)因此，圓孔式流量計輸水流量與開度，壓力水頭的關(guān)系為:Q = 0．157 Amaxe0．234( 2g H)0．494 24( 4)該公式的使用可以更直接準(zhǔn)確地用于該流量計對流量的測量。將實(shí)測流量與計算流量的比較結(jié)果見圖 5 中，從圖中可以清晰地看出實(shí)測流量、計算流量之間有較強(qiáng)的一致性。因此，上述公式適用于這種裝置的測流要求，可以用于生產(chǎn)實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)對流量的測量和調(diào)節(jié)控制。
3、結(jié) 語：
