静态质量法液体流量标准装置的节能设计

何成跃（大庆油田技术监督中心油气水计量检定站）

随着计量科学的不断进步，流量计量技术在冶金、煤炭、电力、石油、化工、食品、交通等各种领域得到了广泛的应用，社会对流量计量技术的要求也越来越高，在这种大环境下，流量标准装置的研究就显得十分重要。

1 装置的工作原理

图1 静态质量法液体流量标准装置的工作原理示意图

静态质量法液体流量标准装置的工作原理如图1所示。首先水泵将水打入稳压容器中，接着打开截止阀，水先后流过被检表、调节阀、换向器，通过换向器改变液体流动方向，流入标准器中或经过旁通管流回水池。换向器的换向动作会同时触发计数器、计时器的启动或停止，从而保证检定过程中各数值的同步累积。实验开始时，换向器先至于旁通管一侧，待流量稳定后，换向器换至标准器一侧开始注水，同时启动计数器、计时器，当注入设定水量后，换向器换回旁通管一侧，计数器、计时器停止，流程结束。

2 装置的整体设计

静态质量法液体流量标准装置通常由水循环系统、流量调节系统、标准器组、控制系统等构成。

2.1 水循环系统

根据装置整体规模，多台水泵组合使用，能够覆盖装置的流量范围即可。

可根据需要，采用变频调速系统单独控制各个水泵的运转状态，以达到节能环保的目的。多台不同功率水泵组合使用可以避免大功率水泵长时间工作在低效区。水泵抽水应使用正压法，避免水中夹带空气，进水口要加过滤网。

稳压容器容积应满足最大流量设计下的稳压要求，输出流体压力波动值稳定在0.1%以内。

水池首先要满足实验用水量，其次为了保证水质和保护水泵，应定期换水或在水池内设置有效的过滤装置。

2.2 标准器组

容器应满足检定最大流量和最小流量时的用水量，外形要方便搬离电子秤平台。

根据装置设计的最大流量和最小流量所需时间，以及被检表的准确等级，合理选择不同量程、不同分辨率的电子秤。

换向器应满足JJG164—2000《液体流量标准装置检定规程》[1]的有关要求，换向时不应出现溅水现象。

2.3 控制系统

一套完整的控制系统应包括系统控制和数据的通信、采集、显示、处理等功能。系统控制体现在对各个阀门的动作、水泵的启停、换向器的动作等的控制。数据通信体现为和各个设备之间的信号传递；数据采集包含对被检表输出信号、计数器/计时器累积量、温度、压力的采集；数据显示是将采集到的需要操作者明确看到的数据在上位机显示出来；数据处理包括将采集到的数据进行计算、保存、打印等功能。

3 装置整体的节能降耗效果

系统使用变频调速来实现恒压供水，与用调节阀门来实现恒压供水相比，节能效果十分显著：

1）优化的节能控制软件，使水泵实现最大限度的节能运行。

2）根据实际用水情况设定压力，调整水泵的电源频率，泵的平均转速降低，输出功率也会下降，达到自动控制水泵出水量的目的。

3）由变频器实现泵的软启动，使水泵实现由工频到变频的无冲击切换。

恒压供水系统除了具有显著的节能效果外，还有以下几点优势：

1）恒压供水系统采用变频器改变电动机电源频率，可以调节水泵转速，改变水泵出口压力，有效降低管道阻力，大大减少截流损失。

2）由于泵工作在变频工况，其出口流量小于额定流量，泵转速降低，减少了轴承的磨损和发热，可延长泵和电动机的机械使用寿命。

3）采用软启动方式，按设定的加速时间加速，避免了电动机启动时电流冲击对电网电压造成波动的影响，同时也避免了电动机突然加速造成泵系统的喘振，彻底消除水锤现象。

4）实现恒压自动控制，不需要频繁操作，降低了操作人员的劳动强度，节省了人力。

4 结束语

由于电子秤能直接输出信号，因此静态质量法液体流量标准装置更容易实现检定过程的自动化，加上变频调速系统的配合，提高了工作效率，降低了工作能耗；但在检定大口径流量计上成本较高，制约了其在大口径流量计检定领域的发展。

[1]段慧明,翟秀贞.JJG164—2000液体流量标准装置检定规程.北京:国家质量监督检验检疫总局,2000.