水輪機(jī)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(jī)組流量的一種流量計。測水輪機(jī)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(shè)計、安裝和維護(hù)都要求很高，實(shí)施很困難。而采用蝸殼壓差法進(jìn)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(jī)研究所開發(fā)研制了水輪機(jī)蝸殼流量計，其設(shè)計簡單、使用方便，功能齊全、成本低。現(xiàn)在，國內(nèi)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(diǎn)。在國外如日本、瑞典等一些國家都采用電子數(shù)字式流量計。它的優(yōu)點(diǎn)是維護(hù)使用方便、精度高。哈大電機(jī)研究所研制的流量計就具有此優(yōu)點(diǎn)，它采取了當(dāng)前上較*的技術(shù)和電子元器件，從而使該儀器達(dá)到了較*的水平，為我國*了這項產(chǎn)品的空白，給電站帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，而成本是進(jìn)口儀器價格的20%。

    2、水輪機(jī)蝸殼流量計原理及結(jié)構(gòu)

    2.1原理

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

    流量的公式為：Q=K△H^0.5

    式中：Q：流過水輪機(jī)的流量。
          K：流量系數(shù)
         △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(jī)用Winter-Kennedy法測量流量時壓孔的布置見圖1根據(jù)水輪機(jī)的相似性原理，水輪機(jī)上的流量系數(shù)K可以通過在與其幾何相似的模型水輪機(jī)上進(jìn)行的模型試驗結(jié)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(jī)轉(zhuǎn)輪名義直徑。
          D_m：模型機(jī)轉(zhuǎn)輪名義直徑。

    則水輪機(jī)流量Q=（D_p/D_m）²K_m△H_m0.5。

    為保證水輪機(jī)流量計的準(zhǔn)確性，我們生產(chǎn)的每一臺水輪機(jī)流量計都在哈爾濱大電機(jī)研究所水輪機(jī)室的高水頭試驗臺上進(jìn)行了模型試驗。

    2.2結(jié)構(gòu)

    水輪機(jī)流量計包括壓力測量系統(tǒng)、壓力信號變換及流量記錄和顯示系統(tǒng)。

    壓力測量系統(tǒng)包括：渦殼測壓點(diǎn)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(tǒng)；這部分的作用是把壓力傳感器測得得壓力信號轉(zhuǎn)化為電信號再進(jìn)行開方運(yùn)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(shù)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(yùn)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(jìn)行開方運(yùn)算，其輸出電壓信號與流量值成正比。
    （3）比率給定器：調(diào)整該儀器的比率系數(shù)，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(biāo)準(zhǔn)電阻，它和具有80Ω阻抗的隔離器相串聯(lián)，作為比率給定器的負(fù)載。
    （5）顯示記錄儀：把從分配器引進(jìn)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(yùn)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(shù)字量并送到計數(shù)器。
    （7）計數(shù)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(yùn)算，記錄電站總流量。

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

    水輪機(jī)蝸殼流量計外形見圖3

    3、應(yīng)用業(yè)績

    哈爾濱大電機(jī)研究所自1992年為土耳其卡拉橋倫電站研制水輪機(jī)蝸殼流量計1臺和為菲律賓安蓋特電站研制水輪機(jī)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(jī)組研制水輪機(jī)蝸殼流量計8臺均運(yùn)行良好。

    4、結(jié)論

    隨著電站的需求不斷增加，對水輪機(jī)蝸殼流量計的系統(tǒng)功能要求也各異。通過十幾年不斷探索，我所產(chǎn)品已由第1代集成電路進(jìn)入第2代計算機(jī)時代，輸出方式以由紙帶記錄儀轉(zhuǎn)為LCD顯示，并可遠(yuǎn)程輸出信號，技術(shù)上已達(dá)到*水平。水輪機(jī)蝸殼流量計的調(diào)試過去需專業(yè)人員調(diào)試儀器內(nèi)部的元器件才能對其進(jìn)行調(diào)試，現(xiàn)只需工作人員按說明書或簡單培訓(xùn)即可在操作面板上調(diào)試。因此水輪機(jī)蝸殼流量計產(chǎn)品目前性能更加完善，尤其微電腦技術(shù)的引用，使其系統(tǒng)的成本大大降低的同時，也使其在設(shè)計多樣化上有了長足的發(fā)展。我所對水輪機(jī)蝸殼流量計流量的顯示、數(shù)據(jù)的記錄、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸以及標(biāo)定和調(diào)試等不斷更新?lián)Q代，使其系統(tǒng)已適用不同電站的各種要求。