中华人民共和国国家标准--水泵流量的测定方法
　GB/T 3214-91代替　GB 3214-82　
　　
Methods for measurement of capacity of pump　　　　

1　主题内容与适用范围
　　本标准规定了水泵流量测量方法。
　　本标准适用于离心泵、混流泵、轴流泵和旋涡泵等水泵流量的测定。其他泵也可参照使用。

2　引用标准
　　GB2624　　流量流量　节流装置　第一部分：节流件为角接取压、法兰取压的标准孔板和角接取压的标准喷嘴。
　　GB3216　　离心泵、混流泵、轴流泵和旋涡泵试验方法
　　JJG198　　涡轮流量变送器检定规程

3　量的名称、符号、定义及单位
　　本标准采用的量的名称、符号、定义及单位见表1～表3。
　　　　　　　　　　　　　　　　　表1　量的名称、符号及单位 

　　　　　　　　　　　　　　表2　量的名称、符号、定义及单位

　　　　　　　　　　　　　　　表3　符号与右下角码意义

4　标准孔板、标准喷嘴和标准文丘里喷嘴

4.1　标准孔板、标准喷嘴
　　使用孔板和喷嘴测定流量时，应采用符合GB2624规定的标准孔板和标准喷嘴。

4.1.1　测量管的内表面应清洁，没有坑凹和沉积物，至少在节流件上游10D和下游4D的长度范围内不能结垢。
4.1.2　测量流体温度超出常温范围时，测量管段和法兰至少应在所要求的整个直管段上保温。
4.1.3　从节流件算起2D以外，节流件与第一个上游阻力件或扰流件之间的管道可以由一个管段也可以由几个管段组成。
　　只要任何两个管段之间的错位y不超过0.3%D，流量系数就没有附加的不确定度。
　　如果任何两个管段之间的错位y超过0.3%D，但满足(1)式或(2)式关系则对流量系数的不确定度应算术相加±0.2%的附加不确定度；若错位大于(1)式或(2)式给出的极限值，即为安装不符合本标准的要求。
　　　Y/D≤0.002·j/D+0.4／0.1+2.3β⁴　　　　　　　　　(1)
　　　Y/D≤0.05　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(2)
　　下游直管段的管径至少在沿节流件上游端面2D的长度上，与上游直管段的平均直径的差应在±3%之内。
4.1.4　管道应设置排气孔，但在进行流量测量的过程中，不应有流体流经这些排气孔。排气孔不得设置在节流件附近，如果不得不设置在节流件附近时，则这些排气孔的直径应小于0.08D，而且它们的位置距节流件同一侧的取压孔的直线距离应大于0.5D。
4.1.5　节流件和取压环室外的安装位置应满足下列要求：
　　a.节流件应与管道中心线垂直，其偏差应在±1.0°范围内。
　　b.节流件应与管道同心。如果采用取压环，则应与取压环同心。开孔的中心线与上游和下游的管中心线之间的距离e_x应满足(3)式关系：
　　　　e_x≤0.0005D/0.1+2.3β⁴　　　　　　　　　(3)
　　若e_x为(4)式关系时，则应对流量系数a的不确定度算术相加±0.3%的附加不确定度，若e_x为(5)式关系时，即为超出本标准：
　　　　0.0005D/0.1+2.3β⁴<e_x≤0.005D/0.1+2.3β⁴　　　　(4)
　　　　e_x>0.005D/0.1+2.3β⁴　　　　　　　　　　(5)
　　c.当采用取压环时，应使取压环不突入管内。
4.1.6　夹紧方法和垫圈应满足下列要求：
　　a.节流件安装在适当的位置后，应保持不动。当节流件固定在法兰之间时，应能自由热膨胀以避免皱曲和变形；
　　b.使用垫圈时，垫圈应没有任何一点突入管内。当使用角接取压时，也不得挡住取压孔或取压槽。垫圈应尽可能薄，在任何情况下不得大于0.03D；
　　c.如在节流件和取压环之间使用垫圈时，垫圈不得突入环室内。
4.1.7　标准孔板流量系数的不确定度：假定β、D、Re和k/D为已知而且没有误差，则a值的相对不确定度见表4。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表4

　　标准喷嘴流量系数的不确定度：假定β、D、Re和k/D为已知而且没有误差，则a值的相对不确定度：
　　当β≤0.6时，为0.8%；
　　当β>0.6时，为(2β-0.4)%。
4.1.8　管道条件和安装要求均应符合GB 2624第4章的规定。
　　流量的调节，建议用设置在节流件下游侧的阀门来进行。当需要用节流件上游侧阀门来调节流量时，可采用整流器。
4.1.8.1　整流器安装在节流件与上游侧调节阀门之间的直管段上。阀门与整流器进口之间的直管段长度至少应等于20D，整流器出口和节流件之间的长度至少应等于22D。而且只有当整流器的阻流小管周围有最小的间隙，使之没有能妨碍正确作用的旁通流时，整流器才是充分有效的。使用符合上述安装条件的整流器，不必加任何附加的不确定度。
4.1.8.2　整流器的标准形式分A、B、C三种，如图1所示。这类整流器都会造成压力损失，对A型整流器近似为5(1/2·pu²)；B型近似为15(1/2·pu²)；C型近似为5(1/2·pu²)。
　　A型，ZanKer式整流器。是由有规定尺寸圆孔的穿孔薄板及其后面由很多平板交叉形成的槽道（每一个孔有一个槽）所组成。图1中给出了主要尺寸，各种板应具有适当的强度，但不应有不必要的厚度。
　　B型，Sprenkle式整流器。是由三块穿孔金属板串连而成，相邻的两板之间的间距为一倍管径。最好在孔的上游面有倒角，而且每块板上开孔的总面积应该大于管横截面积的40%。板的厚度与孔径的比至少是1.0，孔的直径应小于管径的1/20。三块板应当用棒或螺栓连在一起，棒或螺栓应环境管的内圆周分析，而且尽可能象孔直径那样小，并且有所需的强度。
　　C型，管束式整流器。是由很多固定在一起并且刚性地固定在管内的平行的管子所组成。重要的是要保证各个管子彼此平行，因而也与管轴平行。如这一要求不能满足，则整流器本身可能会对流动引起干扰。至少要有19根管子，其长度应大于或等于20d，管子应连接在一起，并且使管束和管道相切。
　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　
注：为减少压力损失，孔的入口可做成45°的斜面。
4.1.9　流量测量的不确定度的估算方法按本标准4.3条的规定进行。

4.2　标准文丘里喷嘴
　　标准文丘里喷嘴包括由两个圆弧曲面构成的入口喷嘴部分、圆筒形喉部及锥形扩散管三部分组成，如图2所示。
　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　
　　用于不同管径的标准文丘里喷嘴，其结构形式是几何相似的。
4.2.1　标准文丘里喷嘴的入口喷嘴部分的尺寸和技术要求应符合GB2624标准中3.3.2条有关规定。
4.2.2　取压钻孔中心至锥形扩散管始端的圆筒形部分e'的长度为0.40～0.45d，这部分圆筒形和入口喷嘴的圆筒形喉部合起来决定了直径为d的圆筒形喉部的总长。这部分内表面加工要求应符合GB2624标准中3.3.2条的规定。
4.2.3　锥形扩散管直接与圆筒形喉部连接，无需圆弧过渡，其扩散角φ最大可至30°。扩散管的长度实际上对流量系数没有影响，然而与扩散角联系在一起对剩余压力损失有影响。
4.2.4　取压方式仅采用角接取压法，其取压装置的结构形式和技术要求按GB2624标准中2.4条的规定。
4.2.5　当管径D为0.065～0.500m、直径比β为0.32～0.77及雷诺数Re为1.5×10⁵～2×10⁶时，在光滑管道中的标准文丘里喷嘴的光管流量系数a列于表5，表中列出β⁴的数值与流量系数a的关系。
　　　　　　　　　　　　　　　　　表5　流量系数a值

4.2.6　在流通部分的外表面上应刻有表示标准文丘里喷嘴安装方向的符号(+、-)、制造编号、安装方向、管道内径D的设计尺寸值和圆筒形喉部直径d的实际尺寸值。
4.2.7　管道条件和安装要求应符合本标准4.1.8条的规定。
4.2.8　检验方法按GB 2624标准第5章的规定进行。
4.2.9　标准文丘里喷嘴流量系数的不确定度，当适用范围在4.2.5条的限值内时，假定β为已知而且没有误差，则流量系数a值的相对不确定度由式(6)计算：
　　　　δa/a=±(1.2+1.5β⁴)%　　　　　　　　(6)

4.3　流量测量的不确定度的估算

4.3.1　不确定度的定义
　　用标准孔板、标准喷嘴和标准文丘里喷嘴测量流量时的不确定度是估计实测值的95%落在真值的这一数值范围之内，即置信概率为95%。
　　流量测量的不确定度可用绝对项或相对项表示：
　　a.对体积流量
　　　　　流量=Q±δ_Q或　流量=Q(1±e)；
　　b.对质量流量
　　　　　流量=q±δq或　流量=q(1±e)。
　　式中不确定度δ_Q、δq应与Q、q的量纲相同，当e=δ_Q/Q或e=δq/q时，则e为无量纲。
　　这样定义的流量不确定度等于统计学术语的标准偏差的两倍。标准偏差是由计算流量时所用的有关各量的不确定度合成得到的（假定这些不确定度是比较小的，许多彼此无关的量）。虽然对于一个单独的测量装置和一次测量所用的系数而言，这些不确定度中的某几个实际上可能是系统误差的结果（其中只有它们的最大绝对值的估计值是已知的），但是，如果把它们看作是符合拉普拉斯—高斯正态分布的偶然误差，也允许把它们合成。

4.3.2　不确定度的实用计算法
　　流量的不确定度的实际计算公式如下：
　　δ_Q/Q=±[(δa/a)²+4(β⁴/a)²(δ_D/D)²+4(1+β⁴/a)²(δ_d/d)²+1/4·(δ_ΔP/ΔP)²+1/4·(δ_P1/P₁)²]^½　　　(7)
式中：δa/a——流量系数的不确定度，在本标准中4.1.7条和4.2.9条给出；
　　　δ_D/D——管道内径的不确定度，由GB2624标准中4.3.2.1条所给的规定得出的最大值；
　　　δ_d/d——节流件开孔直径不确定度，由GB2624标准中2.2.2.7条和3.3.2.5条所给的规定得出的最大值；
　　　δ_ΔP/ΔP——差压的不确定度，根据测量方法而定；
　　　δ_P1/P₁——密度的不确定度，根据测量方法而定。

4.4　差压的测定
　　标准孔板、标准喷嘴和标准文丘里喷嘴的差压ΔP，可用差压计来测量。ΔP的测量不确定度(δ_ΔP/ΔP)根据采用的差压计来确定，若采用液柱差压计应做到：
　　a.液柱差压计的玻璃管内径为6～12mm；
　　b.压力导管内和液柱差压计内的空气必须完全排出；
　　c.压力导管一般可用内径6～12mm的连接管，连接管可根据不同系统压力选用不锈钢管、紫铜管、胶管、透明塑料管等；
　　d.液柱差压计的差压ΔP测量的不确定度应在±1.0%以内。

4.5　标准孔板、标准喷嘴、标准文丘里喷嘴的标定
　　凡符合GB2624和本标准规定制造的标准孔板、标准喷泉嘴和标准文丘里喷嘴，应定期进行尺寸检查或在具有高一级不确定度装置上进行标定（一般规定为一年）。

5　水堰

5.1　水堰的结构
　　水堰由堰板和堰槽构成。

5.1.1.1　堰口与内侧面成直角，唇厚为2mm。向外侧倒45°倾斜面，毛刺应清除干净。
　　　　　　　　　　　　　
5.1.1.2　堰口棱缘要修整成锐棱，不得呈圆形。堰板内侧面要平滑，特别是从上端至100mm的区域。
5.1.1.3　堰板应采用不锈和耐腐蚀的材料。
5.1.1.4　堰板安装时必须铅直。堰口应位于堰槽宽度的中央，与堰槽两侧壁成直角。
5.1.1.5　各种水堰的堰口如图5所示。直角三角堰的直角等分线应当铅直，直角允差为±5'。全宽堰和矩形堰的堰口下缘应保证水平，堰口的直角允差为±5'，堰口宽度允差为±0.001b。
　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
5.1.2　堰槽由导入部分、整流装置部分及整流部分构成。
5.1.2.1　堰槽（包括支承板）要坚固不易变形，可用钢板或者混凝土制成。
5.1.2.2　在堰槽上游应设置整流装置（4～5道整流栅板），以减少水面的波动，推荐的栅孔尺寸如图6所示。整流部分的宽度等于导入部分的宽度。
　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
5.1.2.3　堰槽的底面和两侧面应平坦，侧面和底面应垂直。
5.1.2.4　全宽堰槽的两侧面应向外延长，如图5所示。延长壁应和两侧面一样平坦，与堰口边缘垂直，直角允差±5'。延长壁上应设置通气孔，通气孔应靠近堰口并在水头的下面，以保证测量时水头内侧空气畅通，通气孔的面积。
　　A≥Bh_max/140　　　　　　　　　(8)
式中：h_max——最大堰水头，即水流的最高水面至堰口底点（直角三角堰）或堰口下边缘（矩形堰、全宽堰）的垂直距离，m。
5.1.2.5　导入部分的容量应可能大此，这部分的宽度和深度不应小于整流装置下游的宽度和深度，导水管应埋没在水中。
5.1.2.6　堰槽的长度如图7所示，尺寸列于表6。
　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表6　堰槽长度尺寸　　　　　　　　　　　　　m

5.2　堰的水头测定装置

5.2.1　在堰槽侧壁上设有小孔与另一小水桶相通，在桶内测量水位。桶和堰的连接管长应适应，以保证测量方便准确，管径10～30mm。
　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
5.2.2　小孔的位置距堰口(4～5)h_max，距堰口的下边缘及堰槽底面的尺寸不得小于50mm，小孔不应有毛刺，小孔的轴心线应和堰槽壁垂直。

5.3　堰的水头测定方法
5.3.1　应当在越过堰口流下来的水流与堰板不附着的情况下进行测量。
5.3.2　水堰的堰口至堰口外水池水面的高度不得少于100mm。
5.3.3　可以采用钩针水位计或浮筒水位计（如图9所示）来测量水位，但水位不稳定时不能使用钩针水位时，应将针先沉入水内再提上对准水平面，以消除表面张力的影响。除上述水位计外，也可采用水位测量精度不低于这两种水位计的其他水位计。
　　　　　　　
　　　　　　　　　　
5.3.4　水头测量的水位计零点的确定，其误差应在0.2mm以内。
5.3.4.1　矩形堰、全宽堰的确定方法：
　　a.先将临时测量用的特制的带钩针的水位测量仪卡固在堰口上，并用水平仪找平，读出图中“G”数值；
　　b.将水放入堰槽中，并使水面低于堰口；
　　c.再将特制的带钩针的水位测量仪的钩针下降并浸入水中，然后将钩针慢慢提起使针尖和水面一平，并读出图中“F”数值，读数G、F数值之差(“G-F”)即是堰口至堰槽中水面之间的距离；
　　d.将预先安装在至堰口(4～5)h_max的测量截面处或小水桶内的永久性的测量水头的水位计的钩针下降，使针尖和水面一平，并读出刻度数值。该读数值减去“G-F”数值，得到的数值即是测量水头的永久性水位计的零点数值。
　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　
5.3.4.2　直角三角堰的确定方法
　　a.在堰口上放置和堰槽长轴平行的特制的直径D的圆棒，并用水平仪找平；
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　b.将临时测量用的特制的带钩针的水位测量仪放置在圆棒上面，钩针针尖和圆棒轴线切面的底线相接触，然后按照矩形堰、全宽堰测量方法中的b、c、d进行。把永久性的水位计的读数值减去“G-F”的数值，再减去0.2071D值，得到的数值即是永久性水位计的零点值。