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超聲波流量計在大型泵站流量測試中的應(yīng)用
Updated:2019-7-4 10:01:35 Browse:1857 Close window Print this page
 [導(dǎo)讀] 肩述了超聲波流量計測量原理,結(jié)合江都三站現(xiàn)場測試,得出超聲波流量計測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,可信度高,比較適合于低揚程大流量泵站現(xiàn)場測試。超聲波流量計的成功應(yīng)用,對掌握大型泵站機組性能以及泵站運行管理將起到積極推動作用。
 
 
 
    低揚程大流量泵站由于進(jìn)出水河道的開敞性、進(jìn)水流道不規(guī)則性等現(xiàn)場條件的限制,使得水泵機組的流量測定最為復(fù)雜,成為泵站現(xiàn)場測試中的1個難點。
 
 
 
    隨著測試技術(shù)的不斷發(fā)展,測流方法和測流設(shè)備不斷推出,常用方法有流速儀法、差壓法、鹽水濃度法、ADCP法、超聲波流量計法等[1]。其中,超聲波流量計法具有不影響流態(tài)、無壓力損失,測流精度高,可靠性高等特點,比較適合于低揚程大流量泵站現(xiàn)場測試。
 
    江蘇省水利廳新引進(jìn)了2套美國ACCUSONIC公司生產(chǎn)的Model7510P型便攜式多聲路超聲波流量計,隨后在我處江都三站8號機組進(jìn)行了現(xiàn)場測試,現(xiàn)將測試原理、方法及測試數(shù)據(jù)介紹如下。
 
    1 超聲波流量計測量原理
 
    超聲波流量計的測量原理利用了超聲波在液體中的傳播特性。當(dāng)被測液體靜止時,對換能器(超聲波探頭)發(fā)出的超聲波信號沒有影響;當(dāng)有流速時,由于液體的流動使得超聲波的傳播時間產(chǎn)生微小變化,這個微小的變化信號與液體流速有關(guān)[2]。
 
    Model7510P型超聲波流量計采用的是時差法。如圖1所示,超聲波在靜止液體中的速度為c,當(dāng)液體流速為v時,順流、逆流的傳播時間T1、T2分別為:
 
        (1)
 
    式中:S為換能器距離;v為被測液體流速;α為流道軸線與換能器聲路之間的夾角。
 
    求得:    (2)
 
 
 
圖1 原理示意圖
 
    式中為常數(shù),所以只需精確測出超聲波在液體中順流、逆流的傳播時間T1、T2就可以求出出液體的流速,使用速度面積法進(jìn)行積分即可求得流量。
 
    2 超聲波流量計的安裝
 
    換能器的安裝是整個測流系統(tǒng)安裝中的關(guān)鍵。江都三站機組進(jìn)水流道分左右孔,中間為支墩。所以在2個進(jìn)水孔中分別安裝一套超聲波流量計傳感器。每孔安裝8個聲路共16個換能器,換能器電纜經(jīng)流道進(jìn)人孔引出。
 
    2.1 確定換能器聲路角度
 
    確定流道孔的進(jìn)水、出水?dāng)嗝?,取其中點連線作為JD-2激光經(jīng)緯儀的騎軸線,分別將經(jīng)緯儀水平盤調(diào)為65°、115°、245°、295°4個角度,打開經(jīng)緯儀激光,轉(zhuǎn)動經(jīng)緯儀豎盤,在流道邊壁上的4條豎線即為換能器的安裝位置,如圖2所示。
 
 
 
圖2 換能器角度定位示意圖
 
    2.2 換能器高程確定
 
    實測左右孔進(jìn)水、出水?dāng)嗝娴母叨热绫?所示。
 
表1 左右孔進(jìn)水、出水?dāng)嗝鎸崪y高度
 
 
 
    根據(jù)表2中ACCUSONIC公司提供的安裝資料,確定每列換能器的高程。
 
表2 換能器安裝高度計算公式
 
 
 
    安裝好的換能器分布如圖3所示。
 
 
 
圖3 換能器分布圖
 
    2.3 安裝注意事項
 
    (1)安裝時使用環(huán)氧聚酯板作為換能器支架,固定在流道內(nèi)壁上,再將換能器按高程位置安裝在環(huán)氧支架上,便于加工固定;
 
    (2)每個換能器帶有一根專用電纜,敷設(shè)前必須對電纜和換能器對應(yīng)編號,以免混淆;
 
    (3)換能器固定后,還應(yīng)用激光瞄準(zhǔn)工具將每對換能器發(fā)射方向精確定位,然后才能所僅換能器發(fā)射面。
 
    2.4 無水測試
 
    換能器安裝后,必須對進(jìn)行無水測試,檢測換能器性能及電纜連接。具體方法是:輕輕敲擊換能器發(fā)射面,在相應(yīng)電纜的另一側(cè)用萬用表交流200mV檔位檢測電壓是否有波動,正常情況下應(yīng)有電壓輸出。
 
    3 江都三站現(xiàn)場測試
 
    3.1 江都三站簡介
 
    江都三站于1968年建成,是南水北調(diào)東線龍頭江都水利樞紐主力泵站之一。該站裝有10臺ZL13.5-28型立式可逆全調(diào)節(jié)軸流泵,配用1600kW可逆電動/發(fā)電同步電機,單機設(shè)計流量13.5m3/s,設(shè)計揚程8m。至2006年底,單機累計運行時間76000~86000h,共抽水363億m3,發(fā)電7699萬kWh。
 
    3.2 測試方案和數(shù)據(jù)
 
    通過江都樞紐的江都站、江都西閘、江都東閘、芒稻閘、運鹽閘、邵仙閘的聯(lián)合運用,控制江都站上下游水位,保持抽水站上游水位在6.8m,調(diào)節(jié)控制下游水位在-0.2~1.4m范圍內(nèi),對水泵機組5個不同水泵葉片角度的10個工況點進(jìn)行測量,同時記錄電機功率、上下游水位、機組噪聲、溫度等參數(shù)[3]。現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)如表3所示。
 
表3 現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)
 
 
 
    4 分析與結(jié)論
 
    對所得測量數(shù)據(jù)分析后,可以得出以下結(jié)論:
 
    (1)測試中,超聲波流量計能夠準(zhǔn)確反映出機組在不同葉片角度、不同工況下的流量變化趨勢,與水泵性能曲線趨勢基本一致,所測數(shù)據(jù)具有較高的可信度。
 
    (2)超聲波流量計內(nèi)貼式安裝方法區(qū)別于其他測流手段,對水泵進(jìn)水流態(tài)基本沒有任何影響,也不產(chǎn)生壓力損失,不受現(xiàn)場條件干擾,可靠性較高,比較適合于低揚程大流量泵站現(xiàn)場測試。
 
    (3)超聲波流量計在現(xiàn)場測試中無需人工干預(yù),自動采集測試數(shù)據(jù),避免了人為誤差的產(chǎn)生,測試所得數(shù)據(jù)精確度較高。
 
    (4)超聲波流量計能夠?qū)Ρ谜緳C組進(jìn)行精確在線測量,快捷方便,便于計算機系統(tǒng)自動監(jiān)測。
 
    (5)通過這次測試,全面了解江都三站機組的運行性能,包括泵裝置的流量、揚程、功率、效率可靠的數(shù)據(jù),為大型泵站運行管理提供了各種重要參數(shù),也為今后提升大型泵站運行管理水平以及泵站經(jīng)濟運行提供了重要依據(jù)。
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