水輪機蝸殼流量計研制

  1、引言

    目前，中國各大電站都在尋求能測量水輪機組流量的一種流量計。測水輪機組的流量主要有兩種，即流量和相對流量。流量的測量對測量儀器的設計、安裝和維護都要求很高，實施很困難。而采用蝸殼壓差法進行的相對流量試驗則比較簡便易行。針對此種情況，哈爾濱大電機研究所開發研制了水輪機蝸殼流量計，其設計簡單、使用方便，功能齊全、成本低。現在，國內各水電站所安裝的流量計都比較陳舊，存在著使用、維修不方便、精度低等缺點。在國外如日本、瑞典等一些國家都采用電子數字式流量計。它的優點是維護使用方便、精度高。哈大電機研究所研制的流量計就具有此優點，它采取了當前上較*的技術和電子元器件，從而使該儀器達到了較*的水平，為我國*了這項產品的空白，給電站帶來了可觀的經濟效益，而成本是進口儀器價格的20%。

    2、水輪機蝸殼流量計原理及結構

    2.1原理

    本流量計的測量原理是采用Winter-Kennedy法即指數法測流量。

    流量的公式為：Q=K△H^0.5

    式中：Q：流過水輪機的流量。
          K：流量系數
         △H：渦殼徑向斷面上兩固定測壓孔間的壓差。

    在裝有金屬蝸殼的水輪機用Winter-Kennedy法測量流量時壓孔的布置見圖1根據水輪機的相似性原理，水輪機上的流量系數K可以通過在與其幾何相似的模型水輪機上進行的模型試驗結果推算出來，即

    K=（D_p/D_m）²K_m，而K_m=Q_m/△H_m^0.5

    式中：D_p：原型機轉輪名義直徑。
          D_m：模型機轉輪名義直徑。

    則水輪機流量Q=（D_p/D_m）²K_m△H_m0.5。

    為保證水輪機流量計的準確性，我們生產的每一臺水輪機流量計都在哈爾濱大電機研究所水輪機室的高水頭試驗臺上進行了模型試驗。

    2.2結構

    水輪機流量計包括壓力測量系統、壓力信號變換及流量記錄和顯示系統。

    壓力測量系統包括：渦殼測壓點的引水管、兩緩沖罐、供校驗用的水銀差壓計和測量壓力的傳感器。

    壓力信號變換及流量記錄和顯示系統；這部分的作用是把壓力傳感器測得得壓力信號轉化為電信號再進行開方運算，zui后由記錄顯示儀記錄下瞬時流量，指示出流量瞬時值再由計數器記下累計流量，這部分包括：

    （1）配電器：它得作用之一是為差壓傳感器提供電源，作用之二是把傳感器送來得電流信號變成隔離得1~5V電壓信號輸出。
    （2）開方運算器：直接和配電器連接，把傳感器測得得與壓差值成正比的電信號進行開方運算，其輸出電壓信號與流量值成正比。
    （3）比率給定器：調整該儀器的比率系數，使輸出電流值直接表示出流量的大小。
    （4）分配器：這是一個具有250Ω阻抗的標準電阻，它和具有80Ω阻抗的隔離器相串聯，作為比率給定器的負載。
    （5）顯示記錄儀：把從分配器引進與流量成正比的1~5V電壓信號記錄顯示出來，表示流量的瞬時值，量程為0~30m³/s。
    （6）積分運算器：把從分配器引來的1~5V模擬量變換成每秒0~20的脈沖的數字量并送到計數器。
    （7）計數器：把從積分器引來的脈沖信號，累積記錄，顯示出總的流量，單位為每個字103m³。
    （8）隔離器：把從比率給定器取出電流信號送到中控室的總表，參加加法運算，記錄電站總流量。

    目前研制的水輪機蝸殼流量計，已將流量的記錄和顯示系統采用微電腦技術合成一體。（其系統流程圖見圖2）

    水輪機蝸殼流量計外形見圖3

    3、應用業績

    哈爾濱大電機研究所自1992年為土耳其卡拉橋倫電站研制水輪機蝸殼流量計1臺和為菲律賓安蓋特電站研制水輪機蝸殼流量計2臺投入使用到1999~2000年為伊朗卡倫電站I號、III號機組研制水輪機蝸殼流量計8臺均運行良好。

    4、結論

    隨著電站的需求不斷增加，對水輪機蝸殼流量計的系統功能要求也各異。通過十幾年不斷探索，我所產品已由第1代集成電路進入第2代計算機時代，輸出方式以由紙帶記錄儀轉為LCD顯示，并可遠程輸出信號，技術上已達到*水平。水輪機蝸殼流量計的調試過去需專業人員調試儀器內部的元器件才能對其進行調試，現只需工作人員按說明書或簡單培訓即可在操作面板上調試。因此水輪機蝸殼流量計產品目前性能更加完善，尤其微電腦技術的引用，使其系統的成本大大降低的同時，也使其在設計多樣化上有了長足的發展。我所對水輪機蝸殼流量計流量的顯示、數據的記錄、數據遠程傳輸以及標定和調試等不斷更新換代，使其系統已適用不同電站的各種要求。