CN110080923A - 一种管道水轮机的测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种管道水轮机的测试系统，包括：容水箱、水泵、流量计、压力传感器A、管道水轮机、压力传感器B、主控制器及水泵控制器其中，所述管道水轮机带有调节阀，所述管道水轮机的旁通上设有水轮动力装置，该管道水轮机通过调节阀调节旁通内水流的压力，所述水轮动力装置上设置有扭矩检测仪和转速检测仪，所述扭矩检测仪和所述转速检测仪与所述主控制器连接。本发明中通过流量计A检测水管道内的流量Q1；压力传感器A测量管道水轮机进水端前端水的压力P1；扭矩检测仪和转速检测仪检测出水轮动力装置中的扭矩T和转速n；压力传感器B测量管道水轮机出水端水的压力P2，可以计算分析出管道水轮机的整体特性曲线。
Description
技术领域
本发明涉及水轮机测试系统领域，特别涉及一种管道水轮机的测试系统。
背景技术
电是一种重要的能源，人们的生产生活都离不开电，发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备，水流发电通过水轮机带动发电机进行发电。
对于管道水轮机生产制造完成之后的性能测试的实验装置是十分必要的，管道水轮机的性能参数关系到管道水轮机在后期投入运行的稳定性、可靠性；
目前的水轮机测试装置和系统往往只针对单一的水轮机进行，没有跟随调节阀进行共同测试，所以本发明提供了一种能够测试带调节阀的管道水轮机性能的实验装置。
发明内容
为了解决目前对于带有调节阀的管道水轮机性能参数测试装置存在极大的稀缺的问题，提供一种管道水轮机的测试系统。
本发明提供一种管道水轮机的测试系统，包括：
容水箱，其中盛有水，用于给所述管道水轮机的测试系统供水；
水泵，所述水泵进水端与所述容水箱连接，用于提供所需的压力和流量；
流量计A，所述流量计A的进水端与水泵的出水端连接，用于检测管道内的流量；
压力传感器A，所述压力传感器A进水端与所述流量计A出水端连接；
管道水轮机，所述管道水轮机的进水端与所述压力传感器A的出水端连接；
压力传感器B，所述压力传感器B的进水端与所述管道水轮机的出水端相连；
主控制器，与所述压力传感器A、压力传感器B和流量计A相连，用于接收所述压力传感器A、压力传感器B和流量计A的信号；及
水泵控制器，与所述主控制器相连，用于接收所述主控制器的信息和传输信息给所述主控制器，所述水泵控制器与所述水泵相连，用于控制所述水泵的输出功率；
其中，所述管道水轮机带有调节阀，所述管道水轮机的旁通上设有水轮动力装置，该管道水轮机通过调节阀调节旁通内水流的压力，所述水轮动力装置上设置有扭矩检测仪和转速检测仪，所述扭矩检测仪和所述转速检测仪与所述主控制器连接。
进一步地，所述主控制器带有显示器。
进一步地，还包括流量计B、压力传感器C和压力传感器D，流量计B和压力传感器C设置于所述水轮动力装置的进水端；所述压力传感器D设置于所述水轮动力装置的出水端，所述流量计B、压力传感器C和压力传感器D与所述主控制器相连。
进一步地，还包括流量计C、压力传感器E和压力传感器F，流量计C和压力传感器E设置于所述调节阀的进水端；所述压力传感器F设置于所述调节阀的出水端，所述流量计C、压力传感器E和压力传感器F与所述主控制器相连。
进一步地，还包括手动蝶阀，所述水泵和所述容水箱之间设有所述手动蝶阀，所述压力传感器B和所述容水箱之间设有所述手动蝶阀。
进一步地，还包括过滤器，所述过滤器设置于所述容水箱和所述水泵之间。
进一步地，所述主控制器为西门子S7-300PLC。
进一步地，所述水泵控制器为ACS510变频器。
上述一种管道水轮机的测试系统包括以下优点：
1. 本发明中通过流量计A3检测水管道内的流量Q1；压力传感器A4测量管道水轮机5进水端前端水的压力P1；扭矩检测仪17和转速检测仪18检测出水轮动力装置15的扭矩T和转速n；压力传感器B6测量管道水轮机5出水端水的压力P2，可以计算分析出管道水轮机5的整体特性曲线。
2. 通过流量计B22和压力传感器C16可以检测出管道水轮机5旁通中水轮动力装置15进水端的流量Q2和压力P3；通过压力传感器D19可以检测出管道水轮机5旁通中水轮动力装置15出水端的压力P4，可以计算分析出管道水轮机5中水轮动力装置15的特性曲线。
3. 通过流量计C23、压力传感器E20可以检测出管道水轮机5旁通中调节阀14进水端的流量Q3和压力P5；通过压力传感器F21可以检测出管道水轮机5旁通中调节阀14出水端的压力P6，可以计算分析出管道水轮机5中调节阀14的特性曲线。
4.本发明中由ACS510变频器控制水泵，可以准确的提供系统所需要的压力和流量。
5.通过采用S7-300PLC通用性强、灵活性好、功能齐全具有面向工业控制的鲜明特点，可靠性高、抗干扰能力强，而且其有丰富的开关量和模拟量模块，可以根据需要进行选择。
6.ACS510变频器通过PROFIBUS - DP通讯与S7-300PLC连接，可以准确、快速的传输信息，精度高，速度快。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的控制器的示意图。
图3为本发明的管道水轮机及其传感器示意图。
附图标号：1-容水箱；2-水泵；3-流量计A；4-压力传感器A；5-管道水轮机；6-压力传感器B；8-过滤器；11-主控制器；12-水泵控制器；13-水泵；14-调节阀；15-水轮动力装置；16-压力传感器C；17-扭矩检测仪；18-转速检测仪；19-压力传感器D；20-压力传感器E；21-压力传感器F；22-流量计B；23-流量计C。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
请参阅图1、图2、图3为一实施例中一种管道水轮机的测试系统，包括：
容水箱1，其中盛有水，用于给所述管道水轮机的测试系统供水；具体地，容水箱1可为水箱，其中盛有水，该水箱两侧有两个接口用于进水和出水。
水泵2，所述水泵2进水端与所述容水箱1连接，用于提供所需的压力和流量；具体地，水泵2由ACS510变频器控制，可以准确的提供系统所需要的压力和流量，
流量计A3，所述流量计A3的进水端与水泵2的出水端连接，用于检测水管道内的流量；具体地，流量计A3通过检测水管道内的瞬时流量Q,可以统计一段时间内管道内流经的平均流量，便于分析管道水轮机特性时使用。
压力传感器A4，所述压力传感器A4进水端与所述流量计A3出水端连接；具体地，压力传感器A4设置在管道水轮机5的进水端的前端用于测量管道水轮机5进水端前端水的压力P1，用于分析管道水轮机5特性时使用。
管道水轮机5，所述管道水轮机5的进水端与所述压力传感器A4的出水端连接；所述管道水轮机5带有调节阀14，所述管道水轮机5的旁通路上设有水轮动力装置15，该管道水轮机5通过调节阀14调节旁通管路内水流的压力，且水轮动力装置的出口水压力对调节阀的开度具有反馈作用，所述水轮动力装置15上设置有扭矩检测仪17和转速检测仪18，所述扭矩检测仪17和所述转速检测仪18与所述主控制器11连接，具体地，通过设置在水轮动力装置15上的扭矩检测仪17可以检测水轮动力装置15的扭矩T，通过设置在水轮动力装置15上的转速检测仪18可以检测出水轮动力装置15的转速n,通过扭矩检测仪17和转速检测仪18可以检测出水轮动力装置15的扭矩T和转速n,有利于下面分析管道水轮机特性。
压力传感器B6，所述压力传感器B6的进水端与所述管道水轮机5的出水端相连；通过设置在管道水轮机5出水端的压力传感器B6，可以检测出管道水轮机5出水端的压力P2,通过利用设置在管道水轮机5的出水端的压力传感器B6测量管道水轮机5出水端水的压力P2，便于分析管道水轮机5特性时使用。
主控制器11，与所述压力传感器A4、压力传感器B6和流量计A3相连，用于接收所述压力传感器A4、压力传感器B6和流量计A3的信号；具体地，主控制器11为S7-300PLC，其上组态有多个模拟量模块，压力传感器A4、压力传感器B6和流量计A3分别与模拟量模块相连，通过模拟量模块来采集压力传感器A4、压力传感器B6、流量计A3、流速检测仪A19和流速检测仪B20的模拟量信号给S7-300PLC，采用S7-300PLC通用性强、灵活性好、功能齐全具有面向工业控制的鲜明特点，可靠性高、抗干扰能力强，在设计中强化了PLC的抗干扰能力，使之能抵抗诸如电噪声、电源波动、振动、电磁干扰等的干扰，编程简单、使用方便，模块化结构、安装简单、调试方便，而且其有丰富的开关量和模拟量模块，可以根据需要进行选择。
水泵控制器12，与所述主控制器11相连，用于接收所述主控制器的信息和传输信息给所述主控制器11，所述水泵控制器12与所述水泵2相连，用于控制所述水泵2的输出功率；具体地，水泵控制器12为ACS510变频器，ACS510变频器通过PROFIBUS - DP通讯与S7-300PLC连接，通过PROFIBUS - DP通讯可以准确、快速的传输信息，精度高，速度快；ACS510是ABB变频器的一个系列，风机和水泵专用的一个系列；通过采用ACS510变频器来控制水泵2，可以准确方便的来控制水泵2。
本发明实施例的一个可选实施方式中，所述主控制器11带有显示器。具体地，主控制器11与上位机连接，可以通过上位机来显示主控制器11的信息并输出信息给控制器11，优选的，主控制器11为S7-300PLC中的CPU315-2DP,该CPU中有两个DP接口，一个DP接口连接ACS510变频器，另一个DP接口通过PROFIBUS - DP通讯与上位机连接。通过选用CPU315-2DP，其两个DP接口可以方便的解决变频器与上位机的连接问题。
本发明实施例的一个可选实施方式中，还包括流量计B22、压力传感器C16和压力传感器D19，流量计B22和压力传感器C16设置于所述水轮动力装置15的进水端；所述压力传感器D19设置于所述水轮动力装置15的出水端，所述流量计B22、压力传感器C16和压力传感器D19与所述主控制器11相连。具体地，通过流量计B22和压力传感器C16可以检测出管道水轮机5的水轮动力装置15进水端的流量Q2和压力P3,通过压力传感器D19可以检测出管道水轮机5的水轮动力装置15出水端的压力P4，可以便于分析管道水轮机5中水轮动力装置15的效率。
本发明实施例的一个可选实施方式中，还包括流量计C23、压力传感器E20和压力传感器F21，流量计C23和压力传感器E20设置于所述调节阀14的进水端；所述压力传感器F21设置于所述调节阀14的出水端，所述流量计C23、压力传感器E20和压力传感器F21与所述主控制器11相连。具体地，通过流量计C23、压力传感器E20可以检测出管道水轮机5的调节阀14进水端的流量Q3和压力P5,通过压力传感器F21可以检测出管道水轮机5的调节阀14出水端的压力P6，可以便于分析管道水轮机5中调节阀14开度不同时，通过调节阀14的能量损失特性。
具体地，通过流量计A3检测水管道内的流量Q1；压力传感器A4测量管道水轮机5进水端前端水的压力P1；扭矩检测仪17和转速检测仪18检测出水轮动力装置15的扭矩T和转速n；压力传感器B6测量管道水轮机5出水端水的压力P2；流量计B22和压力传感器C16可以检测出管道水轮机5旁通中水轮动力装置15进水端的流量Q2和压力P3；通过压力传感器D19可以检测出管道水轮机5旁通中水轮动力装置15出水端的压力P4；通过流量计C23、压力传感器E20可以检测出管道水轮机5旁通中调节阀14进水端的流量Q3和压力P5；通过压力传感器F21可以检测出管道水轮机5旁通中调节阀14出水端的压力P6；
由能量守恒定理:
其中为管道水轮机5进水端的能量，为管道水轮机5内的能量损耗，为管道水轮机5出水端的能量。
由伯努利方程可知：
其中为管道水轮机5进水端前端的水流压力，为管道水轮机5进水端前端的水流流速，为管道水轮机5进水端管道的截面积，为流量计A3检测水管道内的流量，为一定时间。
其中为管道水轮机5出水端的水流压力，为管道水轮机5出水端的水流流速，为管道水轮机5出水端管道的截面积，为流量计A3检测水管道内的流量，为一定时间。
可以得出：
由扭矩计算公式：
其中为水轮动力装置15的扭矩，为水轮动力装置15的功率，为水轮动力装置15的转速。
可得出：
单位时间内水轮动力装置15总功率为：
从而可以得出当前管道水轮机5旁通内流量为Q2和压力为P3时的效率：
可以得到关于和当前调节阀14开度的关系曲线。
调节阀14的开度固定，通过调节P1得值可以得到关于和P1的关系曲线。
同理，可得到水轮动力装置15的效率公式：
其中 为管道水轮机5中水轮动力装置15的效率，为水轮动力装置15出水端的总能量，为水轮动力装置15进水端的总能量，为水轮动力装置15出水端的水流速度，为水轮动力装置15出水端的管道截面积；为水轮动力装置15进水端的水流速度，为水轮动力装置15进水端的管道截面积。
调节阀14的效率公式：
其中 为管道水轮机5中调节阀14的效率，为调节阀14出水端的总能量，为调节阀14进水端的总能量，为调节阀14出水端的水流速度，为调节阀14出水端的管道截面积；为调节阀14进水端的水流速度，为调节阀14进水端的管道截面积。
本发明实施例的一个可选实施方式中，还包括手动蝶阀，所述水泵和所述容水箱之间设有所述手动蝶阀，所述压力传感器B和所述容水箱之间设有所述手动蝶阀。具体地，通过在容水箱1两端设置手动蝶阀可以方便的拆卸容水箱1，容易对容水箱1进行清理操作。
本发明实施例的一个可选实施方式中，还包括过滤器8，所述过滤器8设置于所述容水箱1和所述水泵2之间。具体地，通过设置在容水箱1和水泵2之间的过滤器8可以过滤管道中杂质，使系统更加稳定的运行，通过设置在过滤器8进水端前端的控制阀A9，可以方便的拆卸过滤器8来进行清理和更换。
Claims (8)
1.一种管道水轮机的测试系统，其特征在于，包括：
容水箱，其中盛有水，用于给所述管道水轮机的测试系统供水；
水泵，所述水泵进水端与所述容水箱连接，用于提供所需的压力和流量；
流量计A，所述流量计A的进水端与水泵的出水端连接，用于检测管道内的流量；
压力传感器A，所述压力传感器A进水端与所述流量计A出水端连接；
管道水轮机，所述管道水轮机的进水端与所述压力传感器A的出水端连接；
压力传感器B，所述压力传感器B的进水端与所述管道水轮机的出水端相连；
主控制器，与所述压力传感器A、压力传感器B和流量计A相连，用于接收所述压力传感器A、压力传感器B和流量计A的信号；及
水泵控制器，与所述主控制器相连，用于接收所述主控制器的信息和传输信息给所述主控制器，所述水泵控制器与所述水泵相连，用于控制所述水泵的输出功率；
其中，所述管道水轮机带有调节阀，所述管道水轮机的旁通上设有水轮动力装置，该管道水轮机通过调节阀调节旁通内水流的压力，所述水轮动力装置上设置有扭矩检测仪和转速检测仪，所述扭矩检测仪和所述转速检测仪与所述主控制器连接。
2.根据权利要求1所述的管道水轮机的测试系统，其特征在于，所述主控制器带有显示器。
3.根据权利要求1或2所述的管道水轮机的测试系统，其特征在于，还包括流量计B、压力传感器C和压力传感器D，流量计B和压力传感器C设置于所述水轮动力装置的进水端；所述压力传感器D设置于所述水轮动力装置的出水端，所述流量计B、压力传感器C和压力传感器D与所述主控制器相连。
4.根据权利要求1或2所述的管道水轮机的测试系统，其特征在于，还包括流量计C、压力传感器E和压力传感器F，流量计C和压力传感器E设置于所述调节阀的进水端；所述压力传感器F设置于所述调节阀的出水端，所述流量计C、压力传感器E和压力传感器F与所述主控制器相连。
5.根据权利要求1或2所述的管道水轮机的测试系统，其特征在于，还包括手动蝶阀，所述水泵和所述容水箱之间设有所述手动蝶阀，所述压力传感器B和所述容水箱之间设有所述手动蝶阀。
6.根据权利要求1或2所述的管道水轮机的测试系统，其特征在于，还包括过滤器，所述过滤器设置于所述容水箱和所述水泵之间。
7.根据权利要求1所述的管道水轮机的测试系统，其特征在于，所述主控制器为西门子S7-300PLC。
8.根据权利要求1所述的管道水轮机的测试系统，其特征在于，所述水泵控制器为ACS510变频器。
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