转子式流速仪区域性应用技术研究

张文韬+曹燕文

【摘 要】水文测量在防汛抗旱过程中起到了十分重要的作用，近年来，转子式流速仪的配备的数量出现了井喷式的发展，但是在实际使用中存在一定的误区。论文主要针对不同类型的流速仪的性能和测流的区域性差别进行了分析，提出了在测流过程中搭配流速仪的方法。

【Abstract】Hydrological survey has played a very important role in the process of flood control and drought relief. In recent years， there has been a spurt in the development of the rotor type current meter， but there are some mistakes in practical use. This paper analyzes the performance and regional differences of the current meter and puts forward a method to match the current meter in the process of flow measurement.

【关键词】转子式流速仪；维修保养；使用环境；搭配使用

【Keywords】rotor type current meter； maintenance； use of the environment； mix-wise use

【中图分类号】P335 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）09-0149-02

1 引言

流量对于江河内水资源量的测量来说，具有十分重要的作用，是反映水量变化的基本资料，通常采用的灌区流量测验，其落脚点在于渠道经调节后的径流情况和径流资料。在这种目的下，我们最常用的方法是流速面积法。

2 转子式流速仪测量技术分析

2.1 转子式流速仪的使用

转子式流速仪施测流量的测量方法具有十分长久的使用历史，在国内外流量测量中占据重要地位。根据国际标准的规定，极限相对误差应该在1%～2%，体现出转子式流速仪测量的精确性和科学性。

转子式流速仪是根据水流对流速仪转子的动量传递而进行工作的。当水流流过流速仪转子时，水流的直线运动能量对转子产生转矩，此转矩客服转子的惯量、轴承等内摩擦，以及水流及转子之间相对运动引起的流体阻力，从而使流速仪转子转动。在一定水流速度范圍内，流速仪转子的转速与水流速度呈现比较稳定的近似线性关系。

2.2 转子式流速仪的常识性了解

转子式流速仪涵盖的范围较为广泛，按照转子的不同分为两大类：

①旋杯式流速仪

旋杯均匀安装在旋盘的圆周上，组成一旋杯部件，当放入水流中时，旋杯部件旋转。代表流速仪：LS68、LS45、LS78、LB50-1C、LB70-1C、LB70-2D；

②旋浆式流速仪

由两个或两个以上的螺旋状桨叶环绕着桨柱，组成一旋浆，当放入水流中时，此旋浆能环绕水平轴转动。代表流速仪：LS25系列、LS20B、LS1206b。

按照使用范围的不同分为两大类：

①低速流速仪：在流速仪≤0.5m/s的情况下使用。代表流速仪：LS45、LS78、LB50-1C、LB70-1C；

②高速流速仪：使用范围≥0.5m/s 。代表流速仪：LS68、LB70-2D 、LS25系列、LS20B、LS1206b。

按照信号产生机理的不同分为三类：

①接触丝类：LS68、LS25系列；

②干簧管类： LS78、LB70-1C、LB70-2D 、LS20B、LS1206b；

③霍尔元件类：LS45、LB50-1C。

2.3 工作原理

水流会对流速转子仪产生动能，从而根据动量传递进行实际工作，在水流直线运动能量的作用下开始运行，作用的最终结果则是在固定时间内、且一定流速范围内水量速度与流速仪转子的转速两者呈现出简单而明了的近线性关系，其公式具体如下：

V=bn+a

其中，V是测点流速，其单位是m/s；

n是转子转速；

a是流速仪转子的水里螺旋，m/s；

b是水力常数。

2.4 转子式流速仪的维修养护

①在转子式流速仪使用之前，必须确保仪器不存在污损、旋转灵活、接触丝与信号活动正常以及任何零件都未变形。在使用过程中移动仪器时要避免过分撞击和震动，要确定流速仪零件螺丝旋紧，避免测速途中仪器掉落水中。使用过后要保证仪器的干净、无水渍，并按仪器使用说明书规定的方法拆洗干净，并加仪器润滑油，以避免仪器后期生锈。长期储藏备用的流速仪，易锈部件应涂黄油保护。流速仪装入仪器箱内时，转子部分应悬空搁置。仪器箱应放在干燥通风处，并远离高温和有腐蚀性的物质，仪器箱上不可堆放重物。

②转子式流速仪在使用过程中要注意进行定期测试和养护。常用流速仪应在实际使用50～80h时应比测一次，日常比测中，如果比测条件差在5%以内，比测结果偏差保持在3%以内、系统偏差在±1%之间的流速仪属于正常，可继续用于实际测量。通常是两年以内，就要进行检定。

3 使用环境

中国水文地理条件地域差异较大，不同区域的水文特点可以说是完全不同的。①东北地区降水时段比较集中，汛期分为主汛期（6～10月份）和凌汛期（12月份至来年3月份），水文监测主要为河流汇入水库过程中的流量监测和凌汛对河道的影响，特点是平原区水库库容量较小，易造成水库水位的陡涨陡落，对库区周围产生危害；②华北及华东地区降水量偏少，全年只有主汛期（6～10月份）为主要的水文监测时段，观测重点为河流中流量对于所经过的人口或产业密集区域的影响，特点是瞬时流量极大，过程较短，容易产生较大的危害；③华南及西南地区汛期分为梅雨汛期（3～4月份）和主汛期（6～10月份），梅雨汛期降雨量不大，但是持续时间长，容易造成城市内涝，水文监测的重点为城市区域降水与排水之间的关系，预防内涝的产生，主汛期降雨量巨大，经常出现24小时降雨超150mm的降雨过程，且区域广大，河网密集，多条支流同时产生的洪峰流量容易同时作用产生较大洪峰，对沿河区域产生较大影响。④西北及内蒙、新疆、西藏区域，水资源较为匮乏，不存在汛期的时间段，降水时段短，降雨量不大，主要集中在水资源的有效控制上，河流的流速都不大。endprint

4 搭配使用

在测流的工程中因为时段的不同，在测流工程中所使用的流速仪也可以进行不同的搭配。①东北地区降水时段比较集中，东北大部分的河道周边都为农业生产区域，河道中的漂浮物是十分常见的并且体积都较大，同时地形由多以平原区为主，河流的流速一般不会出现暴涨暴落的情况，同时因为使用传统的音响器+秒表与先进的二次仪表直测这两种方式的测站比例大体相当，所以应以接触丝类仪器为主，干簧管类仪器为辅，低速流速仪适当搭配的仪器搭配形式。日常测量时采用接触丝类，其流速测量覆盖面广（0.05m/s～5.0m/s），但缺点是信号采集时长较长，这在日常测量的过程中并不是问题，但是上游出现较大洪水时，可能在河道里出现较大漂浮物的时候容易造成仪器的损坏，所以在这种情况下应使用干簧管类仪器，干簧管类仪器的特点是转子旋转一圈可以采集1～2个信号，在大流速的情况下短时间内就可以采集到流速信息，同时因为采集速度快，只能使用二次仪表进行采集。因为有很多的观测点在使用LS68型流速仪，所以常会搭配使用LS78型低速流速仪，当出现LS68+LS78搭配使用的情况，建议多配备一台LS25系列流速仪作为辅助流速仪进行使用。②华北及华东地区降水量偏少，全年只有主汛期（6～10月份）为主要的水文监测时段，华北和华东地區很多的河流属于陡涨陡落性质的河流，所以在需要测流的时间段河道中的流速和漂浮物是不得不考虑的问题，同时又需要区分山区河道和平原河道的不同，所以山区河道应该以干簧管类仪器为主，接触丝类仪器为辅，平原河道接触丝类和干簧管类仪器都可为主，适当配以低速流速仪为辅。③华南及西南地区汛期分为梅雨汛期（3～4月份）和主汛期（6～10月份），在多山地区，河道中洪峰带有极大的破坏力，且流速更是能够达到5m/s以上，对于一般的流速仪存在很大的使用风险，一般都是使用表面测流的方法，所以应该以高速干簧管类流速仪为主（测流上限≤5.0m/s），以高速接触丝类仪器为辅。在平原地区河流断面长度较大（一般≥100m），流速也较大（一般在2.0m/s～5.0m/s），应选择干簧管类高速仪器加二次仪表为主，接触丝类仪器加秒表音响器为辅。④西北及内蒙、新疆、西藏区域，水资源较为匮乏，不存在汛期的时间段，以适合低水位测流的仪器为主（LS45、LS1206b等），以干簧管配二次仪表为辅以应对突发情况。

中国地区广阔，不同地域水文地质情况也存在很大的差异，因此在不同的区域不同的流速仪搭配使用也是十分必要的。希望本论文能起到应有的作用。endprint