基于分流取样法的水电站水轮机过流量在线测量系统

摘要

本发明公开的基于分流取样法的水电站水轮机过流量在线测量系统，包括压力主管道及旁路管道，旁路管道的进水口与出水口分别与压力主管道的侧壁连通，旁路管道上还设有第一阀门、第二阀门及流量计，流量计位于第一阀门与第二阀门之间，压力主管道内设有分流取样管，分流取样管的侧壁开有若干个取样口，分流取样管的一端的端部与旁路管道的进水口连接。本发明通过分流取样大大减小了流量计的体积，缩小了安装空间，进而降低了测量成本；由于分流取样管直径相比主压力钢管大大减小，使得流量计的选择更加多样化，可优先选择精度高、运行可靠的流量计；流量计无需现场标定，不正常影响生产，且校核方便。

权利要求

1.基于分流取样法的水电站水轮机过流量在线测量系统，其特征在于，包括压力主管道(1)及旁路管道(4)，所述旁路管道(4)的进水口与出水口分别与压力主管道(1)的侧壁连通，所述旁路管道(4)上还设有第一阀门(5)、第二阀门(7)及流量计(6)，所述流量计(6)位于第一阀门(5)与第二阀门(7)之间，所述压力主管道(1)内设有分流取样管(3)，所述分流取样管(3)的侧壁开有若干个取样口(2)，所述分流取样管(3)的一端的端部与旁路管道(4)的进水口连接；

所述第一阀门(5)及第二阀门(7)均为球阀；

所述流量计(6)为V锥流量计或涡轮流量计。

2.如权利要求1所述的基于分流取样法的水电站水轮机过流量在线测量系统，其特征在于，所述取样口(2)的个数为3～5个。

3.如权利要求1所述的基于分流取样法的水电站水轮机过流量在线测量系统，其特征在于，所述压力主管道(1)为一等径直管段。

4.如权利要求1所述的基于分流取样法的水电站水轮机过流量在线测量系统，其特征在于，所述旁路管道(4)的进水口处管道与压力主管道(1)轴线的夹角α(8)为90°～120°。

5.如权利要求1所述的基于分流取样法的水电站水轮机过流量在线测量系统，其特征在于，所述旁路管道(4)的出水口处管道与压力主管道(1)轴线的夹角θ(9)为90°～120°。

说明书

基于分流取样法的水电站水轮机过流量在线测量系统

技术领域

[0001] 本发明属于水电站测试技术领域，具体涉及一种基于分流取样法的水电站水轮机过流量在线测量系统。

背景技术

[0002] 提高水轮机运行效率，保障其在高效率区工作，对于实现水电站经济运行、提高经济效益和增强管理水平具有十分重要的现实意义。研究表明，即使水轮机运行效率0.1％也会带来巨大的经济效益；同时，水轮机过流量高效准确的测量还为制定科学合理的发电机组控制策略、监测水电机组运行状态提供了重要参考依据。因此，原型水轮机的效率试验(主要包括流量测量、功率测量、工作水头测量)极为关键，而其中流量测量则是最重要的环节，同时也难度最大、工作量最多，已成为制约水电站运行管理的瓶颈和技术难题。

[0003] 水电站水轮机过流量的主要特点是流量大，压力钢管直径大，例如，三峡水电站单机过流量可达3.5×106m3/h，蜗壳入口段前的压力管道直径为12.4m。因此，绝大多数现有的流量计和测量方法都难以满足水轮机过流量的测量要求。目前国内外水轮机效率试验常采用的流量测量手段有水锤法(压力-时间法)、流速仪法、蜗壳差压法、超声波法等。水锤法国际上应用较多，测流范围也较宽，但是仅适用于高、中水头的电站，不能用于河床式水电站，对测量管段有一定要求，并且不能用于机组流量的长期连续在线监测；流速仪法适用于各种类型的水电站，是目前国内外水轮机效率试验仍然广泛采用的测流方法。但是该方法的流速仪及其支架布置对流态干扰较大，影响测量精度，且试验前后需停机放水，影响发电；此外，流速仪法不适于水电站流量效率的长期在线监测；蜗壳压差法是测量通过水轮机流量最简便的一种方法，只要有蜗壳的水电站理论上都可以采用。但是该方法只能测得流量、效率的相对值，必须用其它精确测流方法(如速仪法或水锤法)为其标定流量系数后才能应用，在水轮机小开度小流量时测量误差较大。由于室内试验条件的限制，流量系数必须在现场进行实流标定，否则无法实时准确监测水轮机的过流量和运行效率。超声波法是近年来发展最快的测量方法，其准确可靠，并且现场安装简便、实时性好、不干扰流场，可以很好地应用到水轮机效率试验中。但超声波法价格昂贵，并且由于测量条件的限制，要求机组有一段足够长的直管段，而对于一些短流道、变截面的轴流式、贯流式机组难以满足，如何将超声波测流法应用到这类机组将有待研究。

[0004] 综上所述，目前虽然水电站水轮机过流量测量方法众多，并且不断涌现出一些新方法和新技术，但是如何实现水轮机过流量的低成本、实时在线测量仍然是制约水电站高效经济运行的关键。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种基于分流取样法的水电站水轮机过流量在线测量系统，通过分流取样减小了流量计的体积，缩减了安装空间，进而大大降低了测量成本。

[0006] 本发明所采用的技术方案是：基于分流取样法的水电站水轮机过流量在线测量系统，包括压力主管道及旁路管道，旁路管道的进水口与出水口分别与压力主管道的侧壁连通，旁路管道上还设有第一阀门、第二阀门及流量计，流量计位于第一阀门与第二阀门之间，压力主管道内设有分流取样管，分流取样管的侧壁开有若干个取样口，分流取样管的一端的端部与旁路管道的进水口连接。

[0007] 本发明的特点还在于：

[0008] 第一阀门及第二阀门均为球阀。

[0009] 流量计为V锥流量计或涡轮流量计。

[0010] 取样口的个数为3～5个。

[0011] 压力主管道为一等径直管段。

[0012] 旁路管道的进水口处管道与压力主管道轴线的夹角α为90°～120°；

[0013] 旁路管道的出水口处管道与压力主管道轴线的夹角θ为90°～120°。

[0014] 本发明的有益效果是：通过分流取样大大减小了流量计的体积，缩小了安装空间，进而降低了测量成本；由于分流取样管直径相比主压力钢管大大减小，使得流量计的选择更加多样化，可优先选择精度高、运行可靠的流量计；流量计无需现场标定，不正常影响生产，且校核方便。

附图说明

[0015] 图1是本发明的基于分流取样法的水电站水轮机过流量在线测量系统的结构示意图。

[0016] 图中，1.压力主管道，2.取样口，3.分流取样管，4.旁路管道，5.第一阀门，6.流量计，7.第二阀门，8.夹角α，9.夹角θ。

具体实施方式

[0017] 下面结合附图以及具体实施方式对本发明进行详细说明。

[0018] 本发明提供了一种基于分流取样法的水电站水轮机过流量在线测量系统，如图1所示，包括压力主管道1及旁路管道4，旁路管道4的进水口与出水口分别与压力主管道1的侧壁连通，旁路管道4上还设有第一阀门5、第二阀门7及流量计6，流量计6位于第一阀门5与第二阀门7之间，压力主管道1内设有分流取样管3，分流取样管3的侧壁开有若干个取样口2，分流取样管3的一端的端部与旁路管道4的进水口连接。

[0019] 第一阀门5及第二阀门7均为球阀。

[0020] 流量计6为V锥流量计或涡轮流量计。

[0021] 取样口2的个数为3～5个。

[0022] 压力主管道1为一等径直管段。

[0023] 旁路管道4的进水口处管道与压力主管道1轴线的夹角α8为90°～120°；

[0024] 旁路管道4的出水口处管道与压力主管道1轴线的夹角θ9为90°～120°。

[0025] 使用时，压力主管道1内充满水流，且为一等径直管段；取样口2的数量根据流动情况和压力主管道1直径设置3～5个；取样口2位于能够代表压力主管道1截面典型流速分布处，如取样口2为4个时，可分别位于压力主管道1中心线处、3/4压力主管道1半径处、1/2压力主管道1半径处以及1/4压力主管道1半径处；分流取样管3的直径由分流取样体积流量和分流取样系数确定，其截面形状为流线型，以减少流动损失；旁路管道4的进水口处管道与压力主管道1轴线的夹角α8为90°～120°；旁路管道4的出水口处管道与压力主管道1轴线的夹角θ9为90°～120°；分流取样体积流量为主压力管道1体积流量的5％～20％。

[0026] 旁路管道4上安装有第一阀门5、第二阀门7和一台流量计6。第一阀门5及第二阀门7分别位于流量计6两侧；所选用的流量计应具有直管段短、测量范围较宽、压力损失小等优点，如V锥流量计、涡轮流量计等。

[0027] 实施方法为：1)选择和安装流量计6、第一阀门5及第二阀门7等辅助设备；流量计6选择V锥流量计；

[0028] 2)通过室内试验或现场试验确定测量系统的分流取样系K，其中K为分流旁路管道4内的流量QX与压力主管道1内的流量QM之比，K＝QX/QM；

[0029] 3)测量流经旁路管道4内的流量QX；

[0030] 4)计算压力主管道1内的流量QM，其中，QM＝KQX。

[0031] 本发明的有益效果是：通过分流取样减小了流量计的体积，缩减了安装空间，进而大大降低了测量成本；V锥流量计精度高、运行可靠，使得流量测量精度完全满足现场需求；无需现场标定，不正常影响生产，且校核方便。