测量水轮机流量

第7章水轮机流量的测量Š主要内容1、流量测量的意义与目的2、流量测量的特点3、流量测量的方法Š重点难点1、蜗壳差压测流的原理2、蜗壳流量系数的特点3、流速仪测流的原理4、水锤法测流的原理第7.1节水轮机流量测量概述一、水轮机流量测量的意义与目的1、测量意义有利于实现水电站的经济运行。即在保证一定出力的情况下，使总的耗水量最小；或在一定流量下使机组的出力为最大。简言之：使机组在进行能量转换时总效率最高。2、测量目的Š准确获得原型机的真实效率；Š制订机组之间或电站之间的优化运行方案；Š准确掌握水库的运行情况，推求水库的漏水量。二、水轮机流量测量的特点Š水轮机流量大，实验室方法不适用于原型机，而且测量方法还受水轮机进水流道和出水流道的结构和布置的限制；Š水轮机流道内流速分布曲线不规律，切随水轮机工框的变化而变化；Š为保证电能的安全生产，安装时间和试验次数受到限制，给试验的组织与测定工作带来不便；Š对测量精度的提高很困难。三、水轮机流量测量的基本方法Š容器法（重量法、容积法）Š节流法（孔板、喷嘴、文丘里管、文丘里喷嘴等）Š堰流法（直角三角形堰、矩形堰、全宽堰）Š差压法（蜗壳差压、弯头差压、流道差压、尾水管差压）Š流速面积法Š水锤法Š浓度法Š超声波法Š计量仪表法（电磁流量计、涡轮流量计、涡街流量计等）第7.2节水轮机蜗壳测流一、蜗壳测流的基本原理蜗壳测流即蜗壳差压测流，是测量通过水轮机流量最简便的一种方法，大中型机组均采用此法测流。蜗壳中的水流是按等速度矩定律分布的，这样距机组中心越近，流速越大，压力越低；反之，流速越小，压力越高。因此，蜗壳任一断面上距机组中心不同的两点间存在着差压。蜗壳差压测流原理就是利用差压计测定蜗壳中两点的压力差，然后根据压差与流量之间的对应关系来确定水轮机的流量。流量与压差之间存在关系式式中K为蜗壳流量系数，K具有如下特点：Š对于某一蜗壳上两个固定测压孔，K是一个常数；Š对于不同机组蜗壳或同一蜗壳上不同测压孔，K是另一个不同的常数；Š在不同水头下K保持为一常数，但在水头不大于10m时，需进行必要修正。hKQ=二、测压孔的布置为了得到准确的水轮机流量与蜗壳压差的关系，必须很好地选择测压断面和测压孔的位置。Š测压断面：应选在蜗壳的前半部当水流旋转45~90度角的地方。Š测压孔：可以布置在同一径向断面上，也可布置在蜗壳的任意两点，只要能符合所希望得到的压差值。一般低压测压孔应尽可能靠近水轮机旋转轴，设在两个固定导叶之间上方的蜗壳内缘壁上；高压测压孔应设在离旋转中心最远的地方，即蜗壳的外缘壁上，这样可获得较大的压差，且水的流态相对稳定，有利于提高测量精度。三、蜗壳流量系数K的率定蜗壳流量系数K在不同开度和不同水头下始终保持一个常数，这给蜗壳差压测流带来很大的便利。但K值只有通过机组的原型效率试验才能率定。K值的率定通常是与机组原型效率试验同时进行的，即在效率试验过程中实测各开度下的流量，同时用差压计测出相应流量下的蜗壳压差，根据不同开度下一系列实测的流量与压差值，就可绘制流量与压差均方根之间的关系曲线。如果已有原型机组的运转综合特性曲线，则可通过测量机组出力与蜗壳差压，即可有根据运转曲线由出力求出机组流量，然后就可绘制流量与压差均方根之间的关系曲线。第7.3节流速仪法测流一、流速仪法测流的基本原理Š流速仪法测流，是一种古老的测流方法，在最佳测试条件下可达到1~1.5%的精度，成果可靠，使用较广。我国绝大多数电站水轮机的效率试验都采用此法。Š使用流速仪法测流，是将若干个流速仪布置在测流断面上，测出断面上各测点的流速，然后对断面流速分布进行积分，即可得到流量。Š水轮机测流只能用旋桨式流速仪。二、测流断面的选择采用流速仪法测流的主要条件是必须选择良好的测流断面，以保证最大可能的测流精度。Š测流断面应具有一定的尺寸，以确保测流的精度；Š测流断面必须具有规则的几何形状，并能进行几何丈量；Š测流断面应与水流方向垂直；Š测流断面应位于管道的直线段；Š测流断面与水轮机进口（或出口）断面间不允许存在流量损失；Š必须防止冰块、脏物、悬浮物进入测流断面。三、流速仪台数及其布置方式的确定测流断面选定后，须进一步确定断面测速点数及其布置方式。Š测速点数的多少应以能反映断面上流速分布的全貌为原则。测点过少，每点流速代表的面积较大，影响测流精度；测点过多，扰乱水流速度的自然分部，也影响精度。Š对矩形或梯形断面，测点位置的布置主要根据断面流速分布情况来确定，在断面中部流速分布较均匀，测点间距可大些；在侧壁、底部和水面附近，流速变化较大，测点间距应小些；Š对圆形断面，测点常布置在通过断面圆心的互相垂直且与水平呈45度的直径测杆上，并对称于圆心，流速仪的间距用等面积法来确定。第7.4节水锤法测流水锤法，又称压差-时间法，由美国人N.R.吉普逊于1923年提出，故又称吉普逊法。当机组突然甩掉负荷、水轮机导叶迅速关闭时，压力钢管中水流速度很快减小到零，水流的动量转变成冲量，从而引起钢管内水压的升高，这种现象称水锤。水压力的升高与水流速度变化快慢有关，即与导叶关闭时间长短有关。导叶关闭时间越短，水流速度变化越快，因而水压力升高也越大。如能测出压力钢管中水压力变化的数值与过程，就可算出水流速度，从而可求出导叶关闭前通过水轮机的流量。水锤法最基本的原理是牛顿第二运动定律。