CN102032934A - 一种超声波流量计系统 - Google Patents

Abstract

一种超声波流量计系统，属于水电站流量计量领域。该系统，其特征在于：依次包括换能器，换能器通过电缆连接端子箱，端子箱通过电缆流量计主机；流量计主机采用多声道超声波流量计。换能器采用内贴式可调节换能器。换能器的电缆均套不锈钢管保护，不锈钢护管的固定采用两种方式，对于混凝土管壁由不锈钢管卡和膨胀螺栓固定在混凝壁上，对于钢管壁采用焊接的方式。本系统安装后，实现机组流量在线监测，实现在机组效率试验，可以绘制综合特性曲线，为机组安全运行及最优效率区提供有利科学依据，为以后机组出现异常状况，提供可靠判断数据，将来进行机组状态检修时，提供可靠的决策依据。

Description

一种超声波流量计系统

技术领域

本发明涉及一种超声波流量计系统，属于水电站流量计量领域。

背景技术

为了有效地利用有限的水力资源和提高电力供应，需要对水轮发电机组的效率特性进行精确的评估，这就需要进行效率试验。有效的流量和效率试验结果是水轮机交接验收、优化运行、设备改造评估和制定检修计划的重要依据。所以水电站都希望进行精确的流量测量和绝对效率试验，近十几年来国际上这种需求在稳步增长。

目前，随着现有电厂计算机监控系统的完善和机组在线监测及状态检修系统的逐渐形成，对机组流量和效率的监测需要日益迫切，这有助于电厂的优化运行和机组性能的准确评估，为电厂降低运行成本，保证安全生产提供可靠的科学依据。所以有必要实现电站机组在线绝对流量监测。

低水头水电站在电力系统占有重要地位，相当多的世界级的大型水电站都是低水头型的。由于低水头电站的流态复杂多变、相邻机组间运行干扰大，使我们很难根据机组模型试验结果或闸门开度来判断机组实际流量和效率。因此开发可用于低水头电站的新型流量效率在线测量设备很有必要。

在很长时间内，用于低水头电站的绝对流量测量技术仅限于流速仪法。由于流速仪法不仅不能长期在线监测，而且试验时要在流道内安装大量的机械式流速仪，需耗费大量的人力、物力、经费和时间，近年已很少采用。

发明内容

本发明的目的在于提出一种超声波流量计系统，特别是针对流速仪法的缺陷。

一种超声波流量计系统，其特征在于：依次包括换能器，换能器通过电缆连接端子箱，端子箱通过电缆流量计主机；流量计主机采用多声道超声波流量计。

一种超声波流量计系统，其特征在于：换能器采用内贴式可调节换能器。

一种超声波流量计系统，其特征在于：换能器的电缆均套不锈钢管保护，不锈钢护管的固定采用两种方式，对于混凝土管壁由不锈钢管卡和膨胀螺栓固定在混凝壁上，对于钢管壁采用焊接的方式。

一种超声波流量计系统，其特征在于：主机采用2台7510Plus型主机，分别测量两个流道，经累加计算，监测总流量的累积及最终的显示。本发明系统安装后，实现机组流量在线监测，实现在机组效率试验，可以绘制综合特性曲线，为机组安全运行及最优效率区提供有利科学依据，为以后机组出现异常状况，提供可靠判断数据，将来进行机组状态检修时，提供可靠的决策依据。

附图说明

图1：超声波流量计系统布置示意图

图2：超声波流量计系统原理框图

图中：1.换能器  101左侧流道换能器  102右侧流道换能器

2.电缆；3.转轮；4.水流；5.超声波系统主机  501主机1  502主机2；

6.蜗壳；7.端子箱  701左侧端子箱  702右侧端子箱；8.穿缆器  801穿缆器1  802穿缆器2  803穿缆器3  804穿缆器4；9.通信电缆；10.上位机。

具体实施方式

下面结合图1详细说明本实施例。

白山水电站位于第二松花江干流上游，总装机170万千瓦，设计年平均发电量24.77亿千瓦时，其中：白山地下水电站为三台30万千瓦混流式水轮发电机组；白山左岸水电站为两台30万千瓦混流式水轮发电机组；距白山下游39公里的红石水电站为四台5万千瓦轴流定浆式水轮发电机组。在系统中担负调峰、调频、事故备用作用。

考虑到红石电站进水流道的复杂性，拟采用美国ACCUSONIC公司的7510Plus系列的多声道超声波流量计，这是因为：ACCUSONIC公司是国际上最著名的大口径多声道超声波流量计生产厂家，其投入运行的大口径流量计超过3000台；ACCUSONIC公司首先将超声波流量计用于水电站的流量和效率监测，并在几百台机组上推广应用(其中包括几十台大型和巨型机组)，有丰富的业绩和成功的经验；ACCUSONIC公司参加了美国国家标准ASME PTC18和国际电工委员会IEC41规程的起草和制定，其流量计完全符合国际规程要求；ACCUSONIC公司是国际上唯一拥有用于大型电站复杂流态的18声路超声波流量计，并在多个电站投入运行和试验；ACCUSONIC公司是国际上唯一用超声波流量计解决了低水头机组流量效率在线监测的公司。

1.2、流量计主机(电子机箱)配置

流量计主机系统由一台7510+C 8声路主机和一台7510+B 8声路主机构成，由于红石机组流道为双孔流道，因此两台机分别测量两个流道的过水流量，并在7510+C 8声路主机上进行最终的显示和总流量的累积。

1.3、超声波换能器选型

考虑到红石机组进水流道呈矩形喇叭状，这种渐变的进水流道结构给换能器安装提出一个挑战，因此拟采用ACCUSONIC公司专为该类型流道设计的7618型内贴式可调节换能器。这是一种球形结构的换能器，可以上下左右全方位调整，安装调试非常方便，无需平整表面。这种换能器的设计允许声路方向沿着流道顶与预计的水流方向平行，可以消除潜在的因垂向偏离轴线所造成影响的矫正。

1.4、换能器信号电缆选型

水下部分选用ACCUSONIC专用HDPE双护套防水型信号电缆，该电缆不仅有良好的信号传输功能，而且机械强度高，防水性能好，从而使电缆护管仅用于机械防护不需密封，安装施工方便。引到洞外后，由接线端子箱至主机部分的信号电缆可根据资金情况采用国产电缆替代。

2、流量测量断面位置选择

对于红石电厂机组，流量测量断面选在工作闸门和蜗壳进口断面之间的收缩段。

3、声路配置

红石电厂水轮机为单元引水，每台机组的进水口及尾水管设有隔墩，故有两个进水口和出水口。从工作闸门到蜗壳进口断面之间的过水流道为渐变收缩段，且距离很短。因此流速分布很不均匀，流态变化复杂，给流量测量带来很大困难。为确保测量精度，设计采用多声路超声波时差测量法进行流量测量。进水口每个流道均采用交叉断面8声路(4x4声路阵列)布置，两个流道共计16个声路。每对交叉声路的高程布置根据“高斯(Gaussian)”积分方法要求的间距来确定，然后对应该布置的加权系数将应用于声路流速对整个过流断面的数字积分中。高斯积分技术是国际相关规程指定的流量积分方法(例如IEC规程)，专门为矩形断面的流量测量提供声路布置高程和相关的权系数。根据现场的具体条件，当进口流态分布可能产生较大变化时，可配置比4x 4声路阵列更多的声路以便在流态分布中获取更多的采样点来保持流量测量精度。

4、换能器电缆引出路径

换能器信号电缆沿蜗壳侧壁引至人孔处，在人孔处有外露管壁的位置开孔焊接穿缆器，换能器电缆由穿缆器引出，引出后接至现地端子箱，再经端子箱将信号电缆引至流量计主机。

5、换能器安装固定方式

内贴式换能器安装在专门制作的基座上，基座通过不锈钢膨胀螺栓固定在流道的混凝土侧壁上。

6、电缆护管安装固定方式

为了防止换能器信号电缆被水流冲击损坏，在水流中的的信号电缆均套不锈钢管保护，由于安装断面处存在混凝土和钢两种管壁结构，因此不锈钢护管的固定需采用两种方式，对于混凝土管壁可由专门制作的不锈钢管卡和膨胀螺栓固定在混凝壁上，对于钢管壁可采用焊接的方式将护缆管和管卡焊接在管壁上。电缆护管仅起机械防护作用，不须密封。

7、系统配置方案

根据被测流道结构及现场条件，该方案采用美国Accusonic公司的2台7510Plus型主机来在线实时监测泵站进水口2个流道的分流量和总流量；换能器采用7618型内贴式可调节换能器。每个流道的声路布置均采用交叉8声路，换能器电缆通过穿缆器引出。

本发明在机组进行转轮更换改造时，东北电科院进行了试验数据采集验证，效率曲线验证结果与转轮模型试验相符，机组运行中流量与负荷率相符。

Claims (4)

1.一种超声波流量计系统，其特征在于：依次包括换能器，换能器通过电缆连接端子箱，端子箱通过电缆流量计主机；流量计主机采用多声道超声波流量计。

2.根据权利要求1所述的一种超声波流量计系统，其特征在于：换能器采用内贴式可调节换能器。

3.根据权利要求1所述的一种超声波流量计系统，其特征在于：换能器的电缆均套不锈钢管保护，不锈钢护管的固定采用两种方式，对于混凝土管壁由不锈钢管卡和膨胀螺栓固定在混凝壁上，对于钢管壁采用焊接的方式。

4.根据权利要求1所述的一种超声波流量计系统，其特征在于：主机采用2台7510Plus型主机分别测量两个流道。

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