[發(fā)明專利]一種水電機(jī)組效率試驗(yàn)裝置及優(yōu)化測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810173631.1
• 申請日: 2018-03-02
• 公開（公告）號: CN108414931B
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周葉;潘羅平;曹登峰;劉永強(qiáng);余江成;程大勇;李立罡;譚志鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 中國水利水電科學(xué)研究院
• 主分類號: G01R31/34
• 分類號: G01R31/34
• 代理公司: 成都方圓聿聯(lián)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51241
• 代理人: 曹少華

1.一種水電機(jī)組效率試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括：水輪機(jī)、高壓側(cè)管路(1)、低壓側(cè)管路(4)、高壓測量裝置(2)和低壓測量裝置(3)；

所述水輪機(jī)兩端分別連接高壓側(cè)管路(1)和低壓側(cè)管路(4)；

所述高壓測量裝置(2)從高壓側(cè)管路(1)中取水，再對取樣的水流進(jìn)行參數(shù)測量；

所述低壓測量裝置(3)安裝在低壓側(cè)管路(4)內(nèi)，直接在水流中測量主水流的壓力、溫度參數(shù)；

所述高壓測量裝置(2)包括：引水探針(5)、壓力鋼管焊接法蘭(6)、主調(diào)節(jié)閥門(7)、加強(qiáng)筋(8)、水箱主體(9)、壓力傳感器(10)、流量測量管(11)，壓緊套(12)、高精度溫度傳感器(13)、電磁流量計(jì)(14)、微調(diào)節(jié)閥(15)、取樣水箱絕熱罩(16)和保溫材料注入孔(17)；

在高壓側(cè)管路(1)管壁上開孔，焊接壓力鋼管焊接法蘭(6)，試驗(yàn)時，引水探針(5)插入壓力鋼管焊接法蘭(6)中，水流流入引水探針(5)，經(jīng)過主調(diào)節(jié)閥門(7)，流入水箱主體(9)中，并從流量測量管(11)流入電磁流量計(jì)(14)，最后從微調(diào)節(jié)閥(15)排出；

所述水箱主體(9)左側(cè)固定設(shè)置壓緊套(12)，從壓緊套(12)插入的高精度溫度傳感器(13)測量水箱主體(9)內(nèi)的水流溫度；所述水箱主體(9)下側(cè)插入的壓力傳感器(10)測量取樣水流壓力；水流從微調(diào)節(jié)閥(15)排出前，電磁流量計(jì)(14)測量取樣水流量；

所述水箱主體(9)與壓力鋼管焊接法蘭(6)之間設(shè)置主調(diào)節(jié)閥門(7)，用于控制進(jìn)入水箱主體(9)的水流大小；

所述微調(diào)節(jié)閥門(15)設(shè)置在電磁流量計(jì)(14)之后用于進(jìn)行水流和溫度的微調(diào)；

所述低壓測量裝置(4)，包括主測量桿(18)、4至6根取水管(19)、取水口(20)、電磁閥(21)、測溫傳感器(22)和壓力傳感器(23)；

所述主測量桿(18)由三組十字管路組成，三組十字管路從上至下兩兩連接，十字管路剩余的八個末端都設(shè)有電磁閥(21)，電磁閥(21)的另一端用于連接取水管(19)，取水管(19)的另一頭設(shè)置取水口(20)；

所述測溫傳感器(22)和壓力傳感器(23)設(shè)置在主測量桿(18)中心交匯處，用于測量多點(diǎn)流至中心的溫度和壓力。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水電機(jī)組效率試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述水箱主體(9)與壓力鋼管焊接法蘭(6)之間設(shè)有加強(qiáng)筋(8)，用于加強(qiáng)固定水箱主體(9)、壓力鋼管焊接法蘭(6)、主調(diào)節(jié)閥門(7)的連接關(guān)系。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種水電機(jī)組效率試驗(yàn)裝置，其特征在于：試驗(yàn)時在取樣水箱上安裝取樣水箱絕熱罩(16)，取樣水箱絕熱罩(16)從保溫罩保溫材料注入孔(17)注入的內(nèi)部填充的泡沫絕熱材料。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水電機(jī)組效率試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述4至6根取水管(19)，根據(jù)低壓側(cè)管路(4)的流道形狀，安裝在主測量桿(18)所組成的形狀要和低壓側(cè)管路(4)的流道形狀匹配，沒有連接取水管(19)的電磁閥(21)處于關(guān)閉狀態(tài)，連接取水管(19)的電磁閥(21)通過遠(yuǎn)程操控打開和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)不同管路的溫度和壓力測量。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水電機(jī)組效率試驗(yàn)裝置的水電機(jī)組效率優(yōu)化測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步：測量計(jì)算得到初步流量Q₀；

在高壓側(cè)開孔并安裝高壓測量裝置(2)，測量水輪機(jī)高壓側(cè)的壓力P_abs11、溫度θ₁₁、流速V₁₁；

低壓側(cè)布置低壓測量裝置(3)，測量低壓側(cè)尾水流道的壓力P_abs2、溫度θ₂，流速V₂設(shè)為0，從而計(jì)算得到水輪機(jī)的單位機(jī)械能E_m,公式如下：

式中，P_abs11、V₁₁、Z₁₁-分別為水輪機(jī)高壓側(cè)取樣水箱的絕對壓力、流速、高程；

P_abs2、V₂、Z₂分別為水輪機(jī)出口側(cè)/低壓側(cè)測量斷面中心處的絕對壓力、流速、高程；

-兩測量斷面高程重力加速度的平均值；

θ₁₁、θ₂分別代表水輪機(jī)高壓側(cè)取樣水箱和低壓側(cè)測量支架的平均溫度，

為水的絕熱系數(shù)；

為水的比熱；

δE_m是單位機(jī)械能的修正項(xiàng)；

同時，測量得到發(fā)電機(jī)的軸功率P，進(jìn)一步得到水輪機(jī)輸出的機(jī)械功率P_m，而對水輪機(jī)的機(jī)械功率P_m，有：

P_m＝E_m·ρQ

式中：

ρ-水的密度；

Q-水輪機(jī)過機(jī)流量；

故結(jié)合E_m和P_m，初步得到流量Q₀；

第二步：迭代計(jì)算實(shí)際流量Q；

根據(jù)第一步的計(jì)算結(jié)果流量Q₀，和低壓測量斷面的面積，得到第2次的尾水測量斷面流速V_{2_1}，將V_{2_1}替換第一步中的V₂，開展第一步的計(jì)算過程，得到第2次的水輪機(jī)過機(jī)流量Q₁；

第三步：多次迭代計(jì)算最終流量Q；

多次重復(fù)第一步和第二步，直到流量Q₁和流速V₂收斂，得到最終流量Q；

第四步：計(jì)算水輪機(jī)效率；

已知水輪機(jī)過機(jī)流量后，水輪機(jī)效率可以通過包括水輪機(jī)工作水頭和機(jī)組功率的參數(shù)直接計(jì)算得出。