CN108843479A - 筒形阀过流特性测试方法和测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了筒形阀过流特性测试方法及装置，在原型水轮发电机组和其所在的引水道系统和尾水道系统进行筒形阀多种开度下的过流特性测试；在关闭筒形阀过程中，测定筒形阀不同开度对应的流量、测量点的水压、过流面积数据、阀门位移量；通过筒形阀流量特性转换和记录装置计算筒形阀不同开度的过流特性，并绘制成曲线。本发明对于筒形阀的关闭过程的过流特性，找到了所需要的测量元素以及所需的测量位置和测量要求，符合性较好，可预测筒形阀动水关闭试验过程，并计算分析，确保筒形阀动水关闭试验安全，并可建立筒形阀过流特性数据库，全面了解和掌握这一水轮机附属设备的特性，确保电站运行安全。
Description
技术领域
本发明涉及水利水电工程，尤其涉及筒形阀过流特性测试方法和测量装置。
背景技术
筒形阀是水轮发电机组中的一种附属装置，装设在水轮机的活动导叶和固定导叶之间，作为水轮机事故状态的后备保护措施，担负着非常重要的作用。然而由于用于机组发电的引水道和尾水道都非常长，在筒形阀关闭过程中会产生比较大的水击压力，而水击压力与筒形阀在不同开度下的过流特性有密切关系，由于筒形阀正常运行工况，或者全部关闭，或者全部开启，对于过流特性均未开展测试。尤其在原型水轮机，水头高，尺寸大，还未发现有类似的筒形阀过流特性测试方法或者装置。而在模型水轮机试验当中，一般不进行筒形阀的过流特性试验，主要原因在模型试验中，筒形阀的流量特性难以准确模拟。因此亦没有办法针对筒形阀的关闭过程进行精确的模拟计算分析。因此，这给筒形阀关闭试验带来了不确定风险。为了了解和仿真筒形阀动水关闭水击压力变化，亟须找出一种方法和试验装置用于测量和验证筒形阀的过流特性，用于确保水力发电站的运行安全和事故保护装置的有效性。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种筒形阀过流特性测试方法，能在原型水轮发电机组正常运行过程中，针对筒形阀的关闭过程的过流特性进行测试。为此，本发明采用以下技术方案：
筒形阀过流特性测试方法，其特征在于，在原型水轮发电机组和其所在的引水道系统和尾水道系统进行筒形阀多种开度下的过流特性测试；
在引水道系统压力钢管内壁固定超声测流探头，或者采用外插入式将超声测流探头固定在引水道系统压力钢管内壁；
在引水道系统压力钢管内壁固定第一压力传感器，或者采用外插入式将第一压力传感器固定在引水道系统压力钢管内壁；在筒形阀筒壁后方所在的水轮机流道内壁固定第二压力传感器，或者采用外插入式将第二压力传感器固定在筒形阀所在的水轮机流道内壁；
在筒形阀筒壁安装测量筒形阀过流面积的数据采集及传输装置的传感器，在筒形阀筒壁外侧的接力器附近安装筒形阀开度位移传感器；
将所述超声测流探头通过测流传输线缆与流量数据采集及传输装置连接，将所述第一压力传感器和第二压力传感器与筒形阀前后水头差压数据采集及记录装置连接，将所述筒形阀开度位移传感器与测量筒形阀开度的数据采集及传输装置连接；
将流量数据采集及传输装置、筒形阀前后水头差压数据采集及记录装置、测量筒形阀过流面积的数据采集及传输装置、测量筒形阀开度的数据采集及传输装置与筒形阀流量特性转换和记录装置无线或有线数据连接；
在原型水轮发电机组正常运行过程中，在机组稳定运行后，启动机组筒形阀关闭命令；在关闭筒形阀过程中，利用超声测流探头测定筒形阀不同开度对应的流量，流量数据采集及传输装置将数据输入到筒形阀流量特性转换和记录装置中；利用第一压力传感器、第二压力传感器采集筒形阀不同开度下测量点的水压；利用测量筒形阀过流面积的数据采集及传输装置采集筒形阀不同开度下的过流面积数据；利用所述筒形阀开度位移传感器采集筒形阀不同开度下的阀门位移量；
所述流量数据采集及传输装置、筒形阀前后水头差压数据采集及记录装置、测量筒形阀过流面积的数据采集及传输装置、测量筒形阀开度的数据采集及传输装置将数据输入到所述筒形阀流量特性转换和记录装置中，计算筒形阀不同开度的过流特性，并绘制成曲线。
本发明的另一个目的是提供一种筒形阀过流特性测量装置，能在原型水轮发电机组正常运行过程中，针对筒形阀的关闭过程的过流特性进行测量。为此，本发明采用以下技术方案：
筒形阀过流特性测量装置，其特征在于，所述装置包括：
固定在引水道系统压力钢管内壁或者外插入式的超声测流探头，超声测流探头通过测流传输线缆与流量数据采集及传输装置连接；
固定在引水道系统压力钢管内壁或者外插入式的测筒形阀前压力的第一压力传感器、固定在筒形阀所在的水轮机流道内壁或者外插入式的第二压力传感器，第一压力传感器和第二压力传感器与筒形阀前后水头差压数据采集及记录装置连接；
测量筒形阀过流面积的数据采集及传输装置，所述测量筒形阀过流面积的数据采集及传输装置的传感器安装在筒形阀筒壁；
固定在筒形阀筒壁外侧的接力器附近的筒形阀开度位移传感器，所述筒形阀开度位移传感器与测量筒形阀开度的数据采集及传输装置连接；
流量数据采集及传输装置、筒形阀前后水头差压数据采集及记录装置、测量筒形阀过流面积的数据采集及传输装置、测量筒形阀开度的数据采集及传输装置与筒形阀流量特性转换和记录装置无线或有线数据连接。
本发明对于筒形阀的关闭过程的过流特性，找到了所需要的测量元素以及所需的测量位置和测量要求，借助水轮发电装置，专门在特定的位置和部位，设置了计算筒形阀过流特性所需的流量、压力以及筒形阀的工作水头，反算出筒形阀在不同开度、不同位移下的过流特性。所发明的测量装置能在原型水轮发电机组正常运行过程中，针对筒形阀的关闭过程的过流特性进行准确测量，提供分析依据和进行分析，得到筒形阀不同开度下的流量特性。根据得到筒形阀不同开度下的流量特性反演筒形阀动水关闭过程中的流量、压力以及筒形阀的工作水头，并与试验值进行比对，符合性较好，说明本发明的筒形阀过流特性真实、可靠，由于同一水头段的筒形阀特性可用于指导不同电站的筒形阀动水关闭的过渡过程试验，借助此项技术，可预测筒形阀动水关闭试验过程，并计算分析，确保筒形阀动水关闭试验安全，并可建立筒形阀过流特性数据库，全面了解和掌握这一水轮机附属设备的特性，确保电站运行安全。
附图说明
图1为本发明的筒形阀过流特性测试装置示意图。
图2为本发明筒形阀流量特性转换和记录装置绘制成的曲线。
图3为某工况下机组流量实测与计算变化对比曲线。
图4为某工况下机组蜗壳进口（筒形阀前）压力变化对比曲线。
具体实施方式
参照附图。筒形阀过流特性测量装置包括：
固定在引水道系统压力钢管1内壁或者外插入式的超声测流探头2，超声测流探头2通过测流传输线缆与流量数据采集及传输装置4连接，流量数据采集及传输装置4由射频信号电缆以及传输光缆、流速以及流量计算模块、测量断面面积以及测量时间存储模块，流量显示模块。
固定在引水道系统压力钢管1内壁或者外插入式的测筒形阀前压力的第一压力传感器7）固定在筒形阀所在的水轮机流道9内壁或者外插入式的第二压力传感器10，第一压力传感器7和第二压力传感器10与筒形阀前后水头差压数据采集及记录装置6连接，筒形阀前后水头差压数据采集及记录装置6由压力数据存储模块、计算模块以及压差数据输出模块和数据显示模块组成。
测量筒形阀过流面积的数据采集及传输装置11，所述测量筒形阀过流面积的数据采集及传输装置11的传感器与筒形阀8筒壁连接和固定，测量筒形阀过流面积的数据采集及传输装置11由筒形阀行程数据存储模块、筒形阀过流面积计算模块和显示模块以及数据输出模块组成。
固定在筒形阀筒壁外侧的接力器附近的筒形阀开度位移传感器13，所述筒形阀开度位移传感器13与测量筒形阀开度的数据采集及传输装置12连接，测量筒形阀开度的数据采集及传输装置12主要由开度数据采集模块、开度数据存储模块、开度数据输出模块等组成。
所述筒形阀过流特性测试装置还包括筒形阀流量特性转换和记录装置5，筒形阀流量特性转换和记录装置5主要包括数据通信模块以及筒形阀流量、压力、差压水头、筒形阀过流面积以及开度的数据存储模块、特性计算模块和显示模块、以及压力、流量以及差压水头的理论计算模块、压力、流量以及差压水头的理论计算与试验数据对比分析模块，理论计算和实验数据的分析图生成模块，数据通信模块负责与流量数据采集及传输装置4、筒形阀前后水头差压数据采集及记录装置6、测量筒形阀过流面积的数据采集及传输装置11和测量筒形阀开度的数据采集及传输装置12进行数据通信。
流量数据采集及传输装置4、筒形阀前后水头差压数据采集及记录装置6、测量筒形阀过流面积的数据采集及传输装置11、测量筒形阀开度的数据采集及传输装置12与筒形阀流量特性转换和记录装置5无线或有线数据连接。
附图标号14为蜗壳及尾水管流道。附图标号15为尾水管。
本发明筒形阀过流特性测试方法如下：
在正常运行过程中，在机组稳定运行后，启动机组筒形阀关闭命令。
在关闭筒形阀过程中，利用超声测流探头2测定筒形阀不同开度对应的流量，流量数据采集及传输装置4将数据输入到筒形阀流量特性转换和记录装置5中；利用第一压力传感器7、第二压力传感器10采集筒形阀不同开度下测量点的水压力，并计算得到前后差压水头；利用测量筒形阀过流面积的数据采集及传输装置11采集筒形阀不同开度下的过流面积数据；利用所述筒形阀开度位移传感器13采集筒形阀不同开度下的阀门位移量；
所述流量数据采集及传输装置4、筒形阀前后水头差压数据采集及记录装置6、测量筒形阀过流面积的数据采集及传输装置11、测量筒形阀开度的数据采集及传输装置12将数据输入到所述筒形阀流量特性转换和记录装置5中，计算筒形阀不同开度的过流特性，并绘制成曲线，如图2所示本发明实施例筒形阀流量特性转换和记录装置绘制成的曲线，其中横坐标为筒形阀的开度，采用相对值表示；纵坐标为筒形阀的流量系数（即纵坐标上的筒形阀损失系数），表示了筒形阀在不同开度下的流量系数。
利用过渡过程计算软件，根据筒形阀在动水关闭过程前的上述各项参数，对筒形阀动水关闭过程中的流量，筒形阀前后的压力进行计算分析，如图3和4。如果流量和压力变化计算值和实测值较一致，偏差在允许范围内，则说明筒形阀过流特性符合、真实，准确，可以用于下一次过渡过程计算（尤其是对筒形阀动水关闭的极值工况中的各项参数进行预测分析），可确保电站的安全运行。
本发明对筒形阀过流特性在机组进行筒形阀的动水关闭试验过程中的采样科学、合理，经理论计算分析，筒形阀不同开度下的流量理论计算值与试验数据对比一致；在筒形阀关闭过程中，筒形阀前压力随时间变化的过程线理论计算值与试验数据对比分析一致，证明了本发明方案的有效性，对于机组安全保证提供了理论分析的基础数据。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的保护范围之中。
Claims (3)
1.筒形阀过流特性测试方法，其特征在于，在原型水轮发电机组和其所在的引水道系统和尾水道系统进行筒形阀多种开度下的过流特性测试；
在引水道系统压力钢管（1）内壁固定超声测流探头（2），或者采用外插入式将超声测流探头（2）固定在引水道系统压力钢管（1）内壁；
在引水道系统压力钢管（1）内壁固定第一压力传感器（7），或者采用外插入式将第一压力传感器（7）固定在引水道系统压力钢管（1）内壁；在筒形阀后所在的水轮机流道内壁固定第二压力传感器（10），或者采用外插入式将第二压力传感器（10）固定在筒形阀所在的水轮机流道内壁；
在筒形阀的筒壁（82）安装测量筒形阀过流面积的数据采集及传输装置（11）的传感器，在筒形阀的筒壁（82）外侧的接力器附近安装筒形阀开度位移传感器（13）；
将所述超声测流探头（2）通过测流传输线缆与流量数据采集及传输装置（4）连接，将所述第一压力传感器（7）和第二压力传感器（10）与筒形阀前后水头差压数据采集及记录装置（6）连接，将所述筒形阀开度位移传感器（13）与测量筒形阀开度的数据采集及传输装置（12）连接；
将流量数据采集及传输装置（4）、筒形阀前后水头差压数据采集及记录装置（6）、测量筒形阀过流面积的数据采集及传输装置（11）、测量筒形阀开度的数据采集及传输装置（12）与筒形阀流量特性转换和记录装置（5）无线或有线数据连接；
在原型水轮发电机组正常运行过程中，在机组稳定运行后，启动机组筒形阀关闭命令；在关闭筒形阀过程中，利用超声测流探头（2）测定筒形阀不同开度对应的流量，流量数据采集及传输装置（4）将数据输入到筒形阀流量特性转换和记录装置（5）中；利用第一压力传感器（7）、第二压力传感器（10）采集筒形阀不同开度下测量点的水压；利用测量筒形阀过流面积的数据采集及传输装置（11）采集筒形阀不同开度下的过流面积数据；利用所述筒形阀开度位移传感器（13）采集筒形阀不同开度下的阀门位移量；
所述流量数据采集及传输装置（4）、筒形阀前后水头差压数据采集及记录装置（6）、测量筒形阀过流面积的数据采集及传输装置（11）、测量筒形阀开度的数据采集及传输装置（12）将数据输入到所述筒形阀流量特性转换和记录装置（5）中，计算筒形阀不同开度的过流特性，并绘制成曲线。
2.筒形阀过流特性测量装置，其特征在于，所述装置包括：
固定在引水道系统压力钢管（1）内壁或者外插入式的超声测流探头（2），超声测流探头（2）通过测流传输线缆与流量数据采集及传输装置（4）连接；
固定在引水道系统压力钢管（1）内壁或者外插入式的测筒形阀前压力的第一压力传感器（7）、固定在筒形阀筒壁后方所在的水轮机流道内壁或者外插入式的第二压力传感器（10），第一压力传感器（7）和第二压力传感器（10）与筒形阀前后水头差压数据采集及记录装置（6）连接；
测量筒形阀过流面积的数据采集及传输装置（11），所述测量筒形阀过流面积的数据采集及传输装置（11）的传感器与筒形阀的筒壁（82）连接；
固定在筒形阀筒壁（82）外侧的接力器附近的筒形阀开度位移传感器（13），所述筒形阀开度位移传感器（13）与测量筒形阀开度的数据采集及传输装置（12）连接；
流量数据采集及传输装置（4）、筒形阀前后水头差压数据采集及记录装置（6）、测量筒形阀过流面积的数据采集及传输装置（11）、测量筒形阀开度的数据采集及传输装置（12）与筒形阀流量特性转换和记录装置（5）无线或有线数据连接。
3.如权利要求2所述的筒形阀过流特性测量装置，其特征在于，筒形阀流量特性转换以及记录装置（5）包括数据通信模块以及筒形阀开度数据存储模块、筒形阀前后差压水头存储模块、筒形阀流量数据存储模块、筒形阀前压力数据存储模块、筒形阀随开度变化的过流面积数据存储模块、筒形阀随开度变化的流量系数计算模块、筒形阀随开度变化的流量系数显示模块、筒形阀随开度变化的流量系数存储模块、筒形阀流量理论计算与实测对比计算模块、筒形阀前后压力变化理论计算与实测对比计算模块，理论计算和实验数据的分析图生成模块，数据通信模块负责与流量数据采集及传输装置（4）、筒形阀前后水头差压数据采集及记录装置（6）、测量筒形阀过流面积的数据采集及传输装置（11）和测量筒形阀开度的数据采集及传输装置（12）进行数据通信。
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