ICS27.140CCSK55代替GB/Z35717—2017水輪機、蓄能泵和水泵水輪機流量的測量超聲傳播時間法國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會國家市場監(jiān)督管理總局發(fā)布國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會IGB/T35717—2024 Ⅲ 12規(guī)范性引用文件 1 1 3 35.1基本原理 35.2超聲傳播時間的測量 45.3聲道層平均流速的計算 4 56裝置技術(shù)要求 66.1測量管段選擇 66.2聲道配置 66.3測流裝置 77裝置安裝與調(diào)試 87.1換能器定位安裝 87.2幾何參數(shù)測量 87.3參數(shù)配置與調(diào)試 9 98.1測量不確定度 98.2定期跟蹤評價 附錄A(規(guī)范性)聲道高度與權(quán)重系數(shù) 附錄B(規(guī)范性)流速代表性參考數(shù)據(jù) 附錄C(規(guī)范性)圓形流道測流裝置的幾何參數(shù)測量 附錄D(資料性)純水中的聲速 附錄E(規(guī)范性)不確定度評定方法 附錄F(資料性)超聲傳播時間測量能力測試 ⅢGB/T35717—2024本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件代替GB/Z35717—2017《水輪機、蓄能泵和水泵水輪機流量的測量超聲傳播時間法》,與GB/Z35717—2017相比，除結(jié)構(gòu)調(diào)整和編輯性改動外，主要技術(shù)變化如下：—-—增加了裝置參數(shù)配置與調(diào)試(見7.3);請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由中國電器工業(yè)協(xié)會提出。本文件由全國水輪機標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC175)歸口。本文件起草單位：中國計量科學(xué)研究院、國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院、中國水利水電科學(xué)申瑞電氣系統(tǒng)控制有限公司、東方電氣集團(tuán)東方電機有限公司、中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司、大唐水電科學(xué)技術(shù)研究院有限公司、北京唯恩傳感技術(shù)有限公司、中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計研本文件及其所代替文件的歷次版本發(fā)布情況為：—2017年首次發(fā)布為GB/Z35717—2017;--—本次為第一次修訂。1GB/T35717—2024超聲傳播時間法1范圍本文件描述了水輪機、蓄能泵和水泵水輪機流量測量的超聲傳播時間法，包括測量原理本文件適用于水輪機、蓄能泵和水泵水輪機的現(xiàn)場流量測量，斷面為圓形或矩形的有壓管道，直徑或等效直徑不小于0.8m。本文件適用于采用內(nèi)貼式或外插式換能器的超聲傳播時間法測流裝置的流量測量，不適用于采用外貼式換能器的測流裝置的流量測量。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T35138封閉管道中流體流量的測量渡越時間法液體超聲流量計JJF1358非實流法校準(zhǔn)DN1000～DN15000液體超聲流量計校準(zhǔn)規(guī)范3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。超聲傳播時間法ultrasonictransit-timemethod利用超聲在流體中逆流傳播時間與順流傳播時間之差求出聲道軸向流速，通過積分算法計算面平均流速并與面積相乘得到流量的方法。超聲換能器ultrasonictransducer超聲測流裝置中利用壓電陶瓷來實現(xiàn)電輸出和機械振動輸出相互轉(zhuǎn)換的部件。注：亦稱超聲探頭。固定在流道內(nèi)壁上的超聲換能器。從流道外壁插入安裝固定的超聲換能器。3.5超聲傳播時間法測流裝置dischargemeasurementdeviceofultrasonictransit-timemethod超聲換能器直接安裝在現(xiàn)有流道上，采用超聲傳播時間法進(jìn)行流量測量的裝置。2GB/T35717—20243.6聲道ultrasonicpath超聲在成對的超聲換能器間傳播的實際路徑。3.7成對換能器之間超聲在水介質(zhì)中傳播的實際距離。3.8聲道角ultrasonicpathangle聲道與流道軸線之間的夾角。3.9聲道相對于流道中心的高度。注：聲道高度的絕對值為聲道與流道軸線之間的最短距離。以流道中心以上為正值，以下為負(fù)值，正好過流道中心的為零。相對聲道高度為聲道高度與半徑的比值。3.10聲道高度角ultrasonicpathheightangle仰角投影到斷面上的角度。3.11換能器外形最高點到內(nèi)壁的垂直距離。3.12換能器凸出高度與圓形流道斷面直徑(或矩形流道斷面寬度)之比。3.13聲道高度相同的兩個聲道所在的層面。3.14聲道面ultrasonicplane聲道角相同的一組聲道所在的流道斜截面。3.15測流裝置利用傳播時間直接測到的流速分量。注：亦即聲道上的實際流速的線平均值投影到聲道方向上的分量。3.16聲道軸向流速ultrasonicpath聲道投影流速除以聲道角的余弦值得到的流速。3.173GB/T35717—20243.18面平均流速cross-sectionalaveragevelocity過流量除以過流斷面面積得到的流速。3.19超聲波從一個換能器出發(fā)開始計時，到達(dá)另一個換能器結(jié)束計時所測到的時間。一對換能器互為收發(fā)測量超聲傳播時間時，逆流傳播時間和順流傳播時間的差值。下列符號適用于本文件。A:流道斷面面積，單位為平方米(m2)。B:矩形流道斷面寬度，單位為米(m)。C:介質(zhì)聲速，單位為米每秒(m/s)。D:圓形斷面直徑或矩形斷面等效直徑，單位為米(m)。d;:聲道i的聲道高度，單位為米(m)。H:矩形流道斷面高度，單位為米(m)。L;:聲道i的聲道長度，單位為米(m)。Lw.:聲道i的自管壁起算的聲道長度，單位為米(m)。N:聲道數(shù)。Q:流道斷面流量，單位為立方米每秒(m3/s)。R:圓形流道半徑，單位為米(m)。t;:聲道i的相對聲道高度。tu:聲道i的逆流傳播時間，單位為秒(s)。Vproj,:聲道i的聲道投影流速，單位為米每秒(m/s)。v;:聲道i的聲道軸向流速，單位為米每秒(m/s)。w;:聲道i的權(quán)重系數(shù)。5測量原理超聲傳播時間法通過測量超聲在流體中傳播的時間來計算流體的流速和流量。如圖1a)所示，一對換能器以聲道長度L、聲道角φ安裝在流道兩側(cè)，流體中聲速C會與聲道投影流速vproi=vcosφ疊加，造成超聲逆流傳播時間t.大于順流傳播時間td。-……………(1)4GB/T35717—2024由公式(1)可以得到聲道軸向流速v,見公式(2): 式中，超聲傳播時間差△t=t?！猼a,是超聲傳播時間法的關(guān)鍵測量參數(shù)。聲道軸向流速的計算不依賴于聲速，介質(zhì)聲速變化不會直接影響流速的測量結(jié)果。a)聲道軸向流速的測量b)用多個聲道積分計算流量圖1超聲傳播時間法原理示意圖在實際應(yīng)用中，經(jīng)常在流道中不同聲道高度z;上平行布置若干聲道。如圖1b)所示，每條聲道的聲道軸向流速v;代表其上下一定面積內(nèi)的平均流速，利用多個聲道軸向流速v;更好地估計流道的面平均流速v,進(jìn)而得到流道的流量Q,見公式(3):Q=Av=A·f(v?,v?,…,vn)…………(3)式中：A——流道斷面面積；5.2超聲傳播時間的測量測流裝置聲道長度通常在米量級，超聲傳播時間通常在毫秒量級，時間差通常在微秒量級，時間差的測量準(zhǔn)確度要求要遠(yuǎn)高于傳播時間。測流裝置采用過零檢測、波形相關(guān)分析等方法測量傳播時間和時間差，應(yīng)提高單位時間內(nèi)的采樣次數(shù)進(jìn)行多次平均處理。測流裝置需要測量換能器之間水介質(zhì)中的超聲傳播時間來計算聲道軸向流速，主機應(yīng)消除信號電纜中的信號傳播時間、換能器匹配層中的傳播時間、電子設(shè)備中的信號處理時間等造成的時間延遲。5.3聲道層平均流速的計算測流裝置所處流道可能具有較強的橫向流動，交叉聲道面配置可有效削弱橫向流動的干擾。聲道投影流速與垂直于聲道面的流速分量無關(guān)，假設(shè)聲道層內(nèi)兩聲道上的線平均流速分量相等，其流速矢量記為節(jié)aye,與流道軸向的夾角記為θ,如圖2所示。Oaye可分解為軸向流速vax和橫向流速v,其中vax是測流裝置希望測到的聲道軸向流速。當(dāng)存在橫向流速vu時，測到的聲道投影流速分別為Vpro,A=Vlsercos(φ?+0)和Vproj,B=Vlayecos(φp-θ),進(jìn)一步換算到A、B兩聲道面的聲道軸向流速見公式(4)和公式(5):5利用幾何計算可得到待測聲道軸向流速見公式(6):Vax=Vlayercosθ=(vAtangs+vgtanga)/(tanφA+tangb)…(6)Vax=(wA十vp)/2………如果采用單聲道面配置，將存在較大的流速測量誤差，利用交叉聲道面可以有效提高測流裝置的準(zhǔn)確度。圖2存在橫向流動時聲道軸向流速示意圖換能器安裝時通常會凸出于流道邊壁，如圖3所示。換能器凸出將造成：a)換能器附近流動存在旋渦，局部聲道投影流速與無換能器時相比存在明顯差異；b)聲道軸向流速實際采樣范圍L與預(yù)期采樣范圍Lw(邊壁到邊壁的距離)不同。兩者均直接影響聲道軸向流速的測量，導(dǎo)致流量測量的系統(tǒng)偏差。圖3換能器凸出影響示意圖5.4流量的計算測流裝置在不同聲道高度z;上平行布置若干聲道，來測量聲道軸向流速并計算流量，如圖1b)所示。通常用相對聲道高度t;=d;/R(圓形流道，R為其半徑)、t;=d:/(H/2)(矩形流道，H為其高度)來表征聲道的安裝位置，其中圓形流道還可用聲道高度角α?=arcsint;來描述相對聲道高度。相對聲道高度應(yīng)符合附錄A的要求，換能器應(yīng)嚴(yán)格按照表A.1安裝。6GB/T35717—2024圓形流道通常采用高斯-雅克比積分法(Gauss-Jacobi)和圓形優(yōu)化積分法(OWICS)計算流量，后者考慮了邊壁附近的零流速，系統(tǒng)偏差略小，對于充分發(fā)展的流動具有一定優(yōu)勢。表A.1給出了兩種方法在相同的聲道高度布置條件下的權(quán)重系數(shù)w,流量Q采用加權(quán)平均的方式按公式(8)計算。 (8)若令W;=w;cOsα;,流量計算還可簡化為公式(9)。 (9)高斯-雅克比積分法的相對聲道高度和權(quán)重系數(shù)還可以表達(dá)為公式(10)。i=1,2, ,N (10)矩形流道采用高斯-勒讓德法積分法(Gauss-Legendre)和矩形優(yōu)化積分法(OWIRS)計算流量。 (11)式中：對于交叉聲道面配置的測流裝置，宜先按公式(6)或公式(7)對同一層的兩個聲道軸向流速vA.;和VB,;進(jìn)行平均，計算聲道層平均流速，再按公式(9)和公式(11)進(jìn)行加權(quán)求和計算流量Q。6裝置技術(shù)要求6.1測量管段選擇測流裝置換能器安裝位置的選擇，盡可能遠(yuǎn)離擾流區(qū)(如產(chǎn)生速度分布不對稱、旋渦或大范圍紊流的彎曲段),盡可能減少或消除干擾測流裝置信號質(zhì)量的氣泡、沉淀物和噪聲等。測流裝置換能器安裝優(yōu)先選擇暴露式鋼管部位，以便采用外插式換能器。在可選圓形流道和矩形流道的情況下，應(yīng)優(yōu)先選擇圓形流道安裝，典型情況如下。-—對于中高水頭混流式水輪機，測流裝置宜選擇安裝在蝸殼前的壓力鋼管水平直管段上?！獙τ谛钅鼙茫瑴y流裝置宜安裝在直管段最長的圓形壓力鋼管上；若無圓形流道，也可安裝在上游漸變矩形流道內(nèi)，但其測量不確定度會有較大增加?！獙τ谒盟啓C，測流裝置可安裝在蝸殼前的壓力鋼管水平直管段上，或尾水管進(jìn)出口流道內(nèi)。超聲測流裝置的前后直管段長度宜滿足前10D后3D(前后直管段長度計算時，以所有換能器的中心斷面為參照),對于水泵水輪機宜滿足前10D后10D。無法滿足該條件時，超聲測流裝置仍可應(yīng)用，但測量不確定度應(yīng)附加額外的復(fù)雜流場影響項，可按照附錄B中的方法進(jìn)行評價。6.2聲道配置本文件最低配置要求為雙面交叉4聲道(8聲道)。無法滿足6.1中的直管段條件時，宜采用更多的聲道以提高復(fù)雜流場條件下的面平均流速準(zhǔn)確度，并宜對流道內(nèi)的流速分布進(jìn)行流體仿真分析或模型試驗測試，以確定最適合的聲道高度和權(quán)重系數(shù)。圓形流道和矩形流道換能器的典型布置分別如圖4和圖5所示。聲道層宜在水平方向布置。聲道角宜在36°~75°范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)計，直管段長度較短時可采用較大的聲道角。7俯視圖俯視圖A2'&A3Al′&A4水流A1'&A4B1'&B4'B2'&B3A2'&A3聲道面B4正視圖聲道1聲道2聲道3聲道4側(cè)視圖圖4圓形流道雙面交叉4聲道布置聲道面A聲道面AA4換能器A1A2A3A4BI'B2'B3'B4'俯視圖B聲道1聲道2聲道4A2'B2A1A2A3B1B2B3B4A1'A2'A3A4A4B4Q正視圖側(cè)視圖圖5矩形流道雙面交叉4聲道布置6.3測流裝置測流裝置應(yīng)在測量管段選擇和聲道配置確定的情況下進(jìn)行選型。測流裝置換能器有外插式和內(nèi)貼式兩種安裝形式，應(yīng)優(yōu)先選擇外插式換能器。外插式換能器安裝下更換換能器；內(nèi)貼式換能器安裝到管道內(nèi)壁，信號電纜經(jīng)穿纜器引出，換能器及穿線管都會存在擾流在保證信號強度的前提下，應(yīng)優(yōu)先選擇尺寸較小的換能器及其安裝座。換能器凸出會影響測流裝置的準(zhǔn)確度，凸出比越大，引起的測量偏差越大。應(yīng)按照附錄B對換能器凸出影響進(jìn)行評估或修正。8GB/T35717—2024測流裝置主機是用于激勵換能器、測量傳播時間、計算流速和流量、顯示和記錄測量結(jié)果的電子設(shè)備，其應(yīng)保證換能器正常發(fā)射和接收超聲脈沖信號并通過有效性檢查，確保超聲脈沖信號在上、下游方向都能被檢測到，且具有適用的信號質(zhì)量。測流裝置主機選型應(yīng)滿足以下要求： 單臺主機具有至少8聲道測量能力；——超聲傳播時間差的測量精度優(yōu)于1ns;-—主機中流量積算模型的權(quán)重系數(shù)可見，且可根據(jù)實測聲道高度進(jìn)行配置，流量積算模型具有合理的聲道缺失補償算法；測流裝置應(yīng)具備一定的抗干擾能力，在信號質(zhì)量惡化甚至信號丟失時，有良好的應(yīng)對措施。水中的和主機選擇時具有足夠的信號增益余量，以保證測流裝置在全壽命周期內(nèi)的信號有效。7裝置安裝與調(diào)試7.1換能器定位安裝外插式換能器定位參照管道外部特征進(jìn)行，分為斜插式和直插式兩種，前者精度較高，且不需要手動旋轉(zhuǎn)對正，宜優(yōu)先采用。內(nèi)貼式換能器定位參照管道內(nèi)部軸線進(jìn)行。換能器的精確定位安裝是測流裝置施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，施工控制水平直接影響測量準(zhǔn)確度。換能器定位安裝應(yīng)由專業(yè)人員進(jìn)行，宜采用全站儀等三維測量設(shè)備進(jìn)行輔助定位。內(nèi)貼式換能器，也可采用經(jīng)緯儀與鋼卷尺相結(jié)合的方式。換能器應(yīng)安裝到預(yù)期位置，聲道角偏差應(yīng)不大于2°,相對聲道高度偏差應(yīng)不大于0.05。換能器及其信號線纜的固定應(yīng)足夠牢固，確保長期監(jiān)測過程中不損壞。外插式換能器線纜不在流道內(nèi)，可避免對流場的擾動。對于內(nèi)貼式換能器，信號電纜護(hù)管直徑與流道直徑(或等效直徑)之比宜不大于1:50,沿周長方向的信號電纜護(hù)管應(yīng)布置在測量斷面下游側(cè)，且到最近的換能器的距離應(yīng)大同一聲道的一對換能器宜采用相等長度的線纜。線纜長度存在明顯差異時，應(yīng)能提供靜水條件進(jìn)行零點修正。7.2幾何參數(shù)測量幾何參數(shù)是測流裝置流量積算模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括管道半徑(矩形流道則為寬度和高度)、聲道長幾何參數(shù)測量方法分為流道內(nèi)部測量法和流道外部測量法，應(yīng)按照附錄C中的方法，由專業(yè)人員實施測量，并優(yōu)先選擇流道內(nèi)部測量法。幾何參數(shù)宜采用全站儀等三維測量設(shè)備進(jìn)行測量，通過掃描流道形狀建立虛擬管道軸線，無需實物靶板。內(nèi)部測量法可采用經(jīng)緯儀進(jìn)行測量，需要搭建實物靶板。流道直徑應(yīng)在測量斷面內(nèi)確定，測量范圍應(yīng)包圍所有換能器。采用三維坐標(biāo)測量時，壁面采樣點不少于50個；采用經(jīng)緯儀測量時，至少等間距測量5個截面，每個截面測量不少于6次等分直徑，如圖6所示。9GB/T35717—2024圖6圓形流道直徑測量位置示意圖7.3參數(shù)配置與調(diào)試換能器安裝完成后應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場安裝情況整理確定流量積算模型的參數(shù)，包括：--—換能器凸出效應(yīng)修正：根據(jù)換能器及其安裝座的凸出比確定。參數(shù)計算完成后，應(yīng)完成以下裝置調(diào)試工作：——有水條件下檢查各聲道的超聲波形是否正常，并記錄各聲道信號強度和質(zhì)量指標(biāo)；—-—有水條件下檢查各聲道聲速的合理性和一致性，由溫度換算聲速見附錄D中公式(D.1),核查實測聲速的合理性，流動條件下各聲道聲速應(yīng)具有一致性；-—流動條件下檢查聲道流速分布的合理性，包括流動分布的對稱性、雙聲道面流速分布的一致性等； 如有明確的靜水條件，應(yīng)在靜水條件下進(jìn)行零點流速修正。修正信息；—-—各聲道超聲波形的圖形表達(dá)，以及信號強度和質(zhì)量指標(biāo)等；—記錄一段時間內(nèi)瞬時流量的波動過程，統(tǒng)計其均值和標(biāo)準(zhǔn)差；——各聲道流速分布，統(tǒng)計一段時間內(nèi)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。8測流數(shù)據(jù)質(zhì)量評價8.1測量不確定度測流裝置在安裝調(diào)試完畢并經(jīng)過一段時間的試運行后，應(yīng)在安裝調(diào)試報告基礎(chǔ)上，進(jìn)行測流裝置不確定度評價工作。根據(jù)測流裝置基本原理，其不確定度來源主要包括傳播時間及時間差測量、幾何參數(shù)測量、流速代表性等三項，見表2。不確定度評價方法應(yīng)符合JJF1358,各分項分別評估后，按照方和根方法可以計算測流裝置的總不確定度，具體評估方法應(yīng)符合附錄E。測流裝置未達(dá)到規(guī)定安裝條件時，流速代表性GB/T35717—2024引入的不確定度難以準(zhǔn)確評估，宜采用模型試驗、數(shù)值仿真等方法進(jìn)行評價。表2測流裝置不確定度評價項目評價方式具體方法描述傳播時間及時間差測量引入的不確定度超聲波形質(zhì)量檢查現(xiàn)場靜水條件下檢查與測試非水介質(zhì)延時檢查零點流速檢查聲速及其一致性檢查傳播時間差測量能力測試將同型號的主機和換能器送實驗室檢測附錄F傳播時間測量能力測試幾何參數(shù)測量引入的不確定度流道面積針對已安裝的換能器，現(xiàn)場復(fù)測其幾何參數(shù)聲道長度聲道角度聲道高度水壓及溫度變化影響流速代表性引入的不確定度直管段長度影響評價根據(jù)現(xiàn)場安裝信息進(jìn)行評估，或開展模型試驗/數(shù)值仿真分析評估換能器凸出效應(yīng)評價流速分布合理性檢查流量計算模型檢查采用交叉4聲道配置，其流量測量的擴展不確定度估計在1.0%～2—2005。按照本文件設(shè)計和施工的超聲測流裝置，正常工作狀態(tài)下流量測量的擴展不確定度通常為2%左右，具體數(shù)值應(yīng)以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟淮_定度評價結(jié)果為準(zhǔn)。8.2定期跟蹤評價測流裝置應(yīng)在首次全面評價的基礎(chǔ)上，進(jìn)行定期的原始數(shù)據(jù)跟蹤評價，以確定測流裝置是否處于正常工作狀態(tài)。跟蹤評價應(yīng)導(dǎo)出主機存儲的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，必要時還可新增高頻次診斷數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。跟蹤評價主要包括超聲波形質(zhì)量檢查、聲速分布的一致性、流速分布規(guī)律是否變化、是否出現(xiàn)聲道缺失、零點是否變化等。根據(jù)跟蹤評價結(jié)果，對測流數(shù)據(jù)的不確定度進(jìn)行確認(rèn)或更新，同時對測流裝置提出運行維護(hù)意見。如流道上安裝了其他在線測流裝置，如水輪機工況蝸殼壓差、水泵工況進(jìn)水肘管壓差等，宜用超聲測流裝置對其定期比對，以校核兩者數(shù)據(jù)的有效性。GB/T35717—2024(規(guī)范性)聲道高度與權(quán)重系數(shù)A.1典型聲道配置除圖4和圖5的圓形流道和矩形流道交叉4聲道配置(8聲道)外，典型的聲道配置還包括交叉5聲道(10聲道)、交叉9聲道(18聲道)。A.2相對聲道高度及權(quán)重系數(shù)換能器應(yīng)精確安裝在設(shè)計的相對聲道高度位置上，可按照表A.1中的權(quán)重系數(shù)加權(quán)求和計算流量。對于圓形流道，表A.1按照高斯-雅克比積分法給出相對聲道高度和聲道高度角，并分別給出兩種不同積分法在該聲道高度下的權(quán)重系數(shù)；對于矩形流道，表A.1按照高斯-勒讓德積分法給出相對聲道高度，并分別給出兩種不同積分法在該聲道高度下的權(quán)重系數(shù)。在此基礎(chǔ)上，可以按照公式(8)和公式(11)分別計算圓形流道和矩形流道的流量。表A.1相對聲道高度與權(quán)重系數(shù)聲道數(shù)N序號i圓形流道矩形流道相對聲道高度聲道高度角權(quán)重系數(shù)w;相對聲道高度高斯-雅克比積分法圓形優(yōu)化積分法高斯-勒讓德積分法矩形優(yōu)化積分法4120.8090170.30901754.000.3693160.5975660.3652220.5986400.8611360.3399810.3478550.6521450.3369840.65552751230.8660250.5000000.00000060.0030.000.000.2617990.4534500.5235990.2581350.4558360.5215040.9061800.5384690.0000000.2369270.4786290.5688890.2280940.4854020.56270561230.9009690.6234900.22252164.2938.570.1947270.3508850.4375470.1924600.3518490.4372690.9324700.6612090.2386190.1713240.3607620.4679140.1656950.3636900.467005712340.9238800.7071070.3826830.00000067.5045.0022.500.000.1502790.2776800.3628070.3926990.1482960.2788850.3618730.3935620.9491080.7415310.4058450.0000000.1294850.2797050.3818300.4179590.1248400.2830850.3790190.420611812340.9396930.7660440.5000000.17364870.0050.0030.000.1193880.2243750.3023000.3437630.1179660.2250640.3019610.3438660.9602900.7966660.5255320.1834350.1012290.2223810.3137070.3626840.0978450.2243770.3126420.3630209l23450.9510570.8090170.5877850.3090170.00000072.0054.0036.000.000.0970810.1846580.2541600.2987830.3131590.0958490.1853620.2536700.2991760.3137960.9681600.8360310.6133710.3242530.0000000.0812740.1806480.2606110.3123470.3302390.0784030.1827000.2589530.3138330.328802注：表中只給出聲道高度非負(fù)的一半聲道，另一半聲道與之呈鏡面對稱，聲道高度和高度角變?yōu)樨?fù)號，權(quán)重系數(shù)不變。A.3實測聲道高度下的權(quán)重系數(shù)換能器安裝后復(fù)測時，聲道高度通常會與設(shè)計值存在一定差異，宜根據(jù)實測的聲道高度修正相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)。對于交叉聲道面測流裝置，如同一聲道層的兩聲道存在差異，可采用先平均聲道軸向流速后積分計算流量的方式，此時需要將聲道高度也做平均處理，即t;=(tA.;+tp.i)/2。本文件中的積分法可共用一套權(quán)重系數(shù)修正的解析表達(dá)式，參數(shù)κ對不同的積分法具有不同的值。式中，參數(shù),其數(shù)值可查表A.2;f;({tx})為展開后的N+1-2j次方項。表A.2權(quán)重系數(shù)修正公式(A.1)中的系數(shù)積分方法圓形流道矩形流道高斯-雅克比積分法r=0.5圓形優(yōu)化積分法K=0.6高斯-勒讓德積分法矩形優(yōu)化積分法R=0.1520.3926990.3603250.5567530.1963500.1743510.315143g4(k)0.1227180.1063110.2158520.0859030.0729590.162469特別地，對于典型的交叉4聲道和9聲道配置，其權(quán)重系數(shù)修正公式分別見公式(A.2)和對于圓形流道，若測流裝置采用公式(8)計算流量，權(quán)重系數(shù)應(yīng)設(shè)置為w;;若采用公式(9)計算流量，權(quán)重系數(shù)應(yīng)設(shè)置為W?=w;cOSα;。(規(guī)范性)流速代表性參考數(shù)據(jù)測流裝置所在流場對其流量測量結(jié)果的影響可用流速代表性來描述。其一是面流速代表性，描述的是聲道高度方向上有限個聲道層流速采樣加權(quán)平均結(jié)果與面平均流速的差異；其二是線流速代表性，描述的是聲道軸向流速和待測聲道層實際軸向流速的差異。前者源自數(shù)值積分誤差，流場越復(fù)雜該流動干擾也與上、下游直管段長度有關(guān)。B.2數(shù)值積分誤差圖B.1給出了不同單面聲道數(shù)條件下的積分誤差參考范圍，其中豎線代表的是統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)差。測流裝置積分誤差的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差都隨著聲道數(shù)的增加呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢。整體來看，圓形優(yōu)化積分法具有一定的優(yōu)勢，尤其在聲道數(shù)較少時優(yōu)勢明顯。0-—0.145--圓形優(yōu)化積分法單面聲道數(shù)N圖B.1數(shù)值積分誤差范圍的參考值B.3直管段長度影響擾流件影響表現(xiàn)為積分誤差和橫向流動干擾，如采用交叉聲道面配置，橫向流動干擾可基本抵消。測流裝置典型的安裝環(huán)境為水輪機蝸殼上游處；通常情況下前后直管段非常短，應(yīng)采用交叉聲道面配置。當(dāng)直管段長度不足時應(yīng)采用交叉聲道面配置，且評估較大的不確定度。彎管引入的擴展不確定度可參考表B.1中的數(shù)據(jù)。表B.1彎管引入的擴展不確定度參考值直管段長度單面聲道數(shù)擴展不確定度GB/T35717—2024利用流場仿真法或模型試驗法可以對測流裝置的擾流件影響進(jìn)行修正，降低其測量不確定度。如某混流式機組中12.4m口徑的測流裝置，采用交叉9聲道(18聲道)配置，利用流場仿真和模型試驗兩種方法共同得到：擾流件影響將引起0.3%的系統(tǒng)偏差，修正后擴展不確定度為0.6%。B.4換能器凸出效應(yīng)換能器凸出會影響測流裝置的系統(tǒng)偏差，換能器凸出比越大，引起的測量偏差越大。當(dāng)換能器凸出比大于0.4%時，宜進(jìn)行有效的模型試驗或流體仿真來修正換能器凸出造成的系統(tǒng)偏差。表B.2給出了圓形流道和矩形流道在不同換能器凸出比時引起的系統(tǒng)偏差，可作為不確定度評估時的參考。表B.2換能器凸出導(dǎo)致的系統(tǒng)偏差參考值流道類型圓形流道矩形流道直徑或?qū)挾?mm20002000換能器凸出高度/mm凸出比0.8%0.4%2.2%相對系統(tǒng)偏差2.50%0.35%2.80%對于圓形流道，凸出比為各換能器凸出比的算術(shù)平均值。GB/T35717—2024(規(guī)范性)圓形流道測流裝置的幾何參數(shù)測量幾何參數(shù)是測流裝置流量計算模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。換能器安裝完成后，應(yīng)對流道直徑、聲道長度、聲道角及聲道高度等幾何參數(shù)進(jìn)行精確測量。當(dāng)條件允許時，宜進(jìn)入管道內(nèi)部進(jìn)行幾何參數(shù)測量，可采用三維坐標(biāo)測量法或經(jīng)緯儀法；管道外部測量只能用三維坐標(biāo)測量法。C.2管道內(nèi)部測量法C.2.1三維坐標(biāo)測量法該方法利用三維坐標(biāo)測量儀器采集管道壁面點和換能器中心點的三維坐標(biāo)，建立空間位置關(guān)系，基于柱面擬合計算測流裝置的幾何參數(shù)。對于較大流道，可用全站儀進(jìn)行測量；對于全站儀無法進(jìn)入的較小流道，可使用關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量機等其他儀器進(jìn)行測量。以全站儀為例，見圖C.1,測量步驟如下：a)選擇合適位置在流道底部架設(shè)全站儀，使其能無遮擋的測到所有換能器中心點；b)利用全站儀掃描流道內(nèi)部壁面點，測點數(shù)量至少為50個，并盡量均勻覆蓋換能器安裝的管段范圍，利用最小二乘法由內(nèi)壁測點擬合流道柱面，并計算流道半徑和虛擬軸線；c)利用全站儀目鏡對準(zhǔn)換能器中心，逐個測量換能器坐標(biāo)，所有換能器測量完成后至少復(fù)測2遍，得到不少于3組換能器坐標(biāo)數(shù)據(jù)；d)利用換能器坐標(biāo)和流道虛擬軸線，按照各自定義分別計算聲道長度、聲道角、聲道高度；e)計算多次測量的算術(shù)平均值，并結(jié)合其重復(fù)性分析不確定度。圖C.1三維坐標(biāo)測量儀器管內(nèi)測量方法示意該方法利用經(jīng)緯儀進(jìn)行換能器定位安裝和幾何參數(shù)測量，見圖C.2,具體步驟如下：GB/T35717—2024a)在換能器安裝段上、下游兩端固定安裝靶板；b)分別在兩端靶板上繪制流道軸心，確定流道等效軸線并測量流道直徑；c)將經(jīng)緯儀架固定在安裝段中點，調(diào)整經(jīng)緯儀使經(jīng)緯儀物鏡軸線與流道軸線重合；d)利用經(jīng)緯儀確定換能器的理論位置，然后對換能器凸出引起的偏移進(jìn)行修正，并在設(shè)計位置安裝換能器；C.3管道外部測量法圖C.2經(jīng)緯儀測量方法示意該方法利用三維坐標(biāo)測量儀器從管道外部采集管道壁面點的三維坐標(biāo)，結(jié)合壁厚進(jìn)行柱面擬合獲得虛擬軸線；采集外插式換能器外部特征點的三維坐標(biāo)，并向內(nèi)推導(dǎo)換能器中心點的坐標(biāo)，進(jìn)而計算測流裝置的幾何參數(shù)，如圖C.3所示。該方法只適用于外插式換能器。三維坐標(biāo)測量儀器宜采用激光跟蹤儀(具有較好的精度),也可采用全站儀。具體步驟如下：a)在待測管道附近不同位置布置多個轉(zhuǎn)站標(biāo)記點(一般不少于8個),為多站測量提供定位功能；b)利用三維坐標(biāo)測量儀器采集管道壁面點坐標(biāo)，并擬合出現(xiàn)場管道，測點盡量覆蓋整個管道，根據(jù)現(xiàn)場管道實際情況選擇轉(zhuǎn)站次數(shù)；c)選擇合理的外插式換能器外部特征點，以內(nèi)推換能器中心點準(zhǔn)確可靠為原則，分別在合適的測站采樣換能器特征點；d)利用三維建模軟件進(jìn)行管道內(nèi)徑、聲道長度、聲道角、聲道高度等幾何參數(shù)的計算分析。圖C.3三維坐標(biāo)測量儀器管外測量方法示意C.4水壓和水溫變化的修正在流道內(nèi)部開展幾何參數(shù)測量只能在無水狀態(tài)下進(jìn)行，測流裝置實際運行時由于水壓的增加將導(dǎo)致流道膨脹，除了直接引起直徑增加外，對聲道長度和聲道角也有影響，對于高水頭電站水壓可能引起0.2%的系統(tǒng)偏差，應(yīng)進(jìn)行修正和評估。另外，測流裝置在不同時間運行時的水溫和水壓也可能發(fā)生變化，水壓變化和水溫變化導(dǎo)致的幾何參數(shù)不確定度也應(yīng)進(jìn)行評估。具體修正方法應(yīng)符合GB/T35138GB/T35717—2024(資料性)純水中的聲速純水中的聲速v可按公式(D.1)計算。…………(D.1)式中：tn=t/100,其中t為純水的溫度，單位為攝氏度(℃);A=1402.39;B=1478.5625;C=0.69494542;D=0.16618854;E=—0.0160586;F=0.02192692。公式(D.1)的適用條件為：溫度0℃~90℃,標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(101325Pa)。純水中的聲速隨壓強升高而增大，增幅約為1.5×10-?(m/s)/Pa,相當(dāng)于每增加1m水深，聲速增加0.015m/s。GB/T35717—2024(規(guī)范性)不確定度評定方法E.1數(shù)學(xué)模型測流裝置通過在測流截面上布設(shè)多對換能器，得到若干條聲道線上的聲道軸向速度，然后根據(jù)各聲道權(quán)重不同用加權(quán)積分的方法按公式(E.1)計算流量?！?E.1)測流裝置的流量由幾何參數(shù)、時間參數(shù)、面平均流速模型等三部分計算得到，測流裝置的不確定度主要源于幾何參數(shù)測量、傳播時間及時間差測量、流速代表性。分別評估各分項后，按照方和根方法可以評估測流裝置的總不確定度。E.2幾何參數(shù)測量引入的不確定度結(jié)合附錄C中的測量方法，先由測量儀器自身的不確定度和測量數(shù)據(jù)的重復(fù)性計算流道等效直徑R、各聲道長度Li、各聲道角φ;的不確定度u(R)/R、u(L;)/L;、u(φi),再按公式(E.2)進(jìn)行合成。…………(E.2)通常，利用經(jīng)緯儀測量方法進(jìn)行幾何參數(shù)測量引入的擴展不確定度在0.5%左右，利用全站儀測量方法進(jìn)行幾何參數(shù)測量引入的擴展不確定度在0.2%左右。管道外部測量法應(yīng)根據(jù)實際測量情況附加一項不確定度。E.3傳播時間及時間差測量引入的不確定度分析現(xiàn)場采樣數(shù)據(jù)，根據(jù)超聲波形質(zhì)量檢查、非水介質(zhì)延時檢查、聲速及其一致性檢查等數(shù)據(jù)，進(jìn)行傳播時間及時間差測量引入的不確定度的評估。表E.1給出了不同聲道長度和聲道投影流速下的傳播時間和時間差，可供評估相對不確定度時參考。表E.1不同聲道長度和聲道投影流速下的傳播時間和時間差L/mVpm;/(m/s)tu/μsta/μs△t/μs675.8675.60.1826676.1675.20.91310.91314.56567576756676167529.131GB/T35717—2024E.4流速代表性引入的不確定度E.4.1概述流速代表性引入的不確定度可參考附錄B中的數(shù)據(jù)。在測流裝置無法滿足直管段長度要求或換能器凸出比較大的情況下，建議雙方協(xié)商或選擇以下兩種方法進(jìn)行流量積算模型的修正和流速代表性引入不確定度的評估。E.4.2流場仿真法根據(jù)測流裝置現(xiàn)場流道尺寸、上下游擾流件幾何形狀、換能器及其安裝座等，對測流裝置所處流道系統(tǒng)內(nèi)部流動進(jìn)行仿真，得到測流裝置處流速分布情況，可評估測流裝置在該流場條件下的流速代表性。E.4.3模型試驗法利用相似性原理，在流量校準(zhǔn)裝置上進(jìn)行測流裝置的模型試驗，來評估測流裝置的流速代表性。GB/T35717—2024(資料性)超聲傳播時間測量能力測試F.1概述超聲傳播時間和時間差是測流裝置測量的量值，傳播時間的測量能力是測流裝置的基礎(chǔ)。同型號的測流裝置主機和換能器具有相同的測量能力，可通過實驗室測試方法