大中型泵站现场流量测试技术及应用

1　引　言

    多声路超声波流量计因其测量精度高、对流道结构的影响小、实时性强而被大量应用于具有规则断面流道的流量测量中。近几年,很多具有渐变、收缩进水流道的低 水头水电站或泵站也要求高精度的流量测试。在20世纪90年代前,在这种低水头水电站或泵站的进水流道内测流的方法,几乎都采用流速仪法(流速仪阵列)。 但由于流速仪法测试繁琐,对流道流态有较大影响,因此限制了该方法的推广使用。世界上一些流量计生产厂家一直致力于研究在这种渐变、收缩流道内的流量测量 方法,美国ACCUSONIC公司从20世纪90年代开始,研究开发应用于低水头电站或泵站的超声波流量测量系统,并在北美许多低水头电站或泵站推广应 用。

    在国内,应用多声路超声波流量计在大中型低水头泵站进行流量测量及效率试验处于初级阶段,主要靠引进国外先进国家的测流技术,来测量这种低水头泵站的流 量。2005年江苏省水利厅引进了2套美国ACCUSONIC公司的7510P型移动式测流设备,计划用于江苏省大中型泵站的流量和效率试验,2006年 初,有关单位共同在江都二站4号机组上进行了验收试验,取得了初步成果,现将测试原理、方法及测试成果介绍如下。

2　超声波流量计流量测试原理

2·1　流速测量原理

    超声波流量计是利用超声波作为媒介来测量流体的流速,如图1所示,TD1,TD2分别为安装在流道上、下游的两个超声波换能器。V为水的流速,C为超声波在静水中的声速,L为两个换能器间的距离,即声路长,θ为超声波传播路径与流道轴线的夹角,即声路角。

    当换能器TD1发射,TD2接收,顺着水流的传播时间:

其中,声路长L,声路角θ为几何尺寸,安装时在流道内用测量工具测得。T12、T21由流量计高精度的电子电路测得。这样,流速便可以精确地测出来。

2·2　流量测量原理

2·2·1　规则断面的流量测量[1,2]

    在具有规则断面(圆形或方形)的流道内的流量测量,一般应在流道中布置多个声路,来测量多个流速。然后对流速进行加权积分计算流量。多个声路是按照国际规 程中规定的要求来布置的,流量计测出多个声路的流速后,用加权积分的方法可将流速对断面面积积分,即可得到流量。

    在具有规则断面的流道内测量流量的精度比较高[5],精度可达0·5%。

2·2·2　非规则断面的流量测量

    低水头泵站的进水流道,多为不规则的多涵洞结构,一般具有流道的直段短,流道断面沿水流方向是渐变收缩的特点,因此要在这种流道内进行流量的精确测量难度 较大。通常需要在每个流道内布置多个声路,超声波声路的高程按照国际规程[1,2]中认可的高斯(GAUSS)积分技术[3]规定的高程安装,并采用该积 分技术来计算流量。每个流道内的声路数目根据流道结构、水力学条件来确定,一般采用交叉4声路,且声路必须交叉布置[4],如图3进水流道是2孔的泵站流 量测试声路布置示意图。如果有可能还可适当增加声路数,如采用交叉9声路布置。用测得的流速对断面积分,即可以得到流量。