專利名稱：一種超聲波流量計系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲波流量計系統(tǒng)，屬于水電站流量計量領(lǐng)域。
技術(shù)背景
為了有效地利用有限的水力資源和提高電力供應(yīng)，需要對水輪發(fā)電機組的效率特 性進(jìn)行精確的評估，這就需要進(jìn)行效率試驗。有效的流量和效率試驗結(jié)果是水輪機交接驗 收、優(yōu)化運行、設(shè)備改造評估和制定檢修計劃的重要依據(jù)。所以水電站都希望進(jìn)行精確的流 量測量和絕對效率試驗，近十幾年來國際上這種需求在穩(wěn)步增長。
目前，隨著現(xiàn)有電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的完善和機組在線監(jiān)測及狀態(tài)檢修系統(tǒng)的逐 漸形成，對機組流量和效率的監(jiān)測需要日益迫切，這有助于電廠的優(yōu)化運行和機組性能的 準(zhǔn)確評估，為電廠降低運行成本，保證安全生產(chǎn)提供可靠的科學(xué)依據(jù)。所以有必要實現(xiàn)電站 機組在線絕對流量監(jiān)測。
低水頭水電站在電力系統(tǒng)占有重要地位，相當(dāng)多的世界級的大型水電站都是低水 頭型的。由于低水頭電站的流態(tài)復(fù)雜多變、相鄰機組間運行干擾大，使我們很難根據(jù)機組模 型試驗結(jié)果或閘門開度來判斷機組實際流量和效率。因此開發(fā)可用于低水頭電站的新型流 量效率在線測量設(shè)備很有必要。
在很長時間內(nèi)，用于低水頭電站的絕對流量測量技術(shù)僅限于流速儀法。由于流速 儀法不僅不能長期在線監(jiān)測，而且試驗時要在流道內(nèi)安裝大量的機械式流速儀，需耗費大 量的人力、物力、經(jīng)費和時間，近年已很少采用。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種超聲波流量計系統(tǒng)，特別是針對流速儀法的缺陷。
—種超聲波流量計系統(tǒng)，其特征在于依次包括換能器，換能器通過電纜連接端子 箱，端子箱通過電纜流量計主機；流量計主機采用多聲道超聲波流量計。
一種超聲波流量計系統(tǒng)，其特征在于換能器采用內(nèi)貼式可調(diào)節(jié)換能器。
一種超聲波流量計系統(tǒng)，其特征在于換能器的電纜均套不銹鋼管保護(hù)，不銹鋼護(hù) 管的固定采用兩種方式，對于混凝土管壁由不銹鋼管卡和膨脹螺栓固定在混凝壁上，對于 鋼管壁采用焊接的方式。
一種超聲波流量計系統(tǒng)，其特征在于主機采用2臺7510P1US型主機，分別測量 兩個流道，經(jīng)累加計算，監(jiān)測總流量的累積及最終的顯示。本發(fā)明系統(tǒng)安裝后，實現(xiàn)機組流 量在線監(jiān)測，實現(xiàn)在機組效率試驗，可以繪制綜合特性曲線，為機組安全運行及最優(yōu)效率區(qū) 提供有利科學(xué)依據(jù)，為以后機組出現(xiàn)異常狀況，提供可靠判斷數(shù)據(jù)，將來進(jìn)行機組狀態(tài)檢修 時，提供可靠的決策依據(jù)。


圖1 超聲波流量計系統(tǒng)布置示意圖
圖2 超聲波流量計系統(tǒng)原理框圖
圖中1.換能器101左側(cè)流道換能器102右側(cè)流道換能器
2.電纜；3.轉(zhuǎn)輪；4.水流；5.超聲波系統(tǒng)主機501主機1 502主機2 ；
6.蝸殼；7.端子箱701左側(cè)端子箱702右側(cè)端子箱；8.穿纜器801穿纜器1 802穿纜器2 803穿纜器3 804穿纜器4 ;9.通信電纜；10.上位機。
具體實施方式
下面結(jié)合圖1詳細(xì)說明本實施例。
白山水電站位于第二松花江干流上游，總裝機170萬千瓦，設(shè)計年平均發(fā)電量 24. 77億千瓦時，其中白山地下水電站為三臺30萬千瓦混流式水輪發(fā)電機組；白山左岸 水電站為兩臺30萬千瓦混流式水輪發(fā)電機組；距白山下游39公里的紅石水電站為四臺5 萬千瓦軸流定漿式水輪發(fā)電機組。在系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)調(diào)峰、調(diào)頻、事故備用作用。
考慮到紅石電站進(jìn)水流道的復(fù)雜性，擬采用美國ACXUS0NIC公司的7510Plus系 列的多聲道超聲波流量計，這是因為ACCUS0NIC公司是國際上最著名的大口徑多聲道超 聲波流量計生產(chǎn)廠家，其投入運行的大口徑流量計超過3000臺；ACXUS0NIC公司首先將超 聲波流量計用于水電站的流量和效率監(jiān)測，并在幾百臺機組上推廣應(yīng)用(其中包括幾十 臺大型和巨型機組)，有豐富的業(yè)績和成功的經(jīng)驗；ACCUS0NIC公司參加了美國國家標(biāo)準(zhǔn) ASME PTC18和國際電工委員會IEC41規(guī)程的起草和制定，其流量計完全符合國際規(guī)程要 求；ACCUS0NIC公司是國際上唯一擁有用于大型電站復(fù)雜流態(tài)的18聲路超聲波流量計，并 在多個電站投入運行和試驗；ACCUS0NIC公司是國際上唯一用超聲波流量計解決了低水頭 機組流量效率在線監(jiān)測的公司。
1. 2、流量計主機(電子機箱)配置
流量計主機系統(tǒng)由一臺7510+C 8聲路主機和一臺7510+B 8聲路主機構(gòu)成，由于 紅石機組流道為雙孔流道，因此兩臺機分別測量兩個流道的過水流量，并在7510+C 8聲路 主機上進(jìn)行最終的顯示和總流量的累積。
1.3、超聲波換能器選型
考慮到紅石機組進(jìn)水流道呈矩形喇叭狀，這種漸變的進(jìn)水流道結(jié)構(gòu)給換能器安裝 提出一個挑戰(zhàn)，因此擬采用ACCUS0NIC公司專為該類型流道設(shè)計的7618型內(nèi)貼式可調(diào)節(jié)換 能器。這是一種球形結(jié)構(gòu)的換能器，可以上下左右全方位調(diào)整，安裝調(diào)試非常方便，無需平 整表面。這種換能器的設(shè)計允許聲路方向沿著流道頂與預(yù)計的水流方向平行，可以消除潛 在的因垂向偏離軸線所造成影響的矯正。
1. 4、換能器信號電纜選型
水下部分選用ACCUS0NIC專用HDPE雙護(hù)套防水型信號電纜，該電纜不僅有良好的 信號傳輸功能，而且機械強度高，防水性能好，從而使電纜護(hù)管僅用于機械防護(hù)不需密封， 安裝施工方便。引到洞外后，由接線端子箱至主機部分的信號電纜可根據(jù)資金情況采用國 產(chǎn)電纜替代。
2、流量測量斷面位置選擇
對于紅石電廠機組，流量測量斷面選在工作閘門和蝸殼進(jìn)口斷面之間的收縮段。
3、聲路配置
紅石電廠水輪機為單元引水，每臺機組的進(jìn)水口及尾水管設(shè)有隔墩，故有兩個進(jìn) 水口和出水口。從工作閘門到蝸殼進(jìn)口斷面之間的過水流道為漸變收縮段，且距離很短。因 此流速分布很不均勻，流態(tài)變化復(fù)雜，給流量測量帶來很大困難。為確保測量精度，設(shè)計采 用多聲路超聲波時差測量法進(jìn)行流量測量。進(jìn)水口每個流道均采用交叉斷面8聲路0x4聲 路陣列)布置，兩個流道共計16個聲路。每對交叉聲路的高程布置根據(jù)“高斯(Gaussian)” 積分方法要求的間距來確定，然后對應(yīng)該布置的加權(quán)系數(shù)將應(yīng)用于聲路流速對整個過流斷 面的數(shù)字積分中。高斯積分技術(shù)是國際相關(guān)規(guī)程指定的流量積分方法(例如IEC規(guī)程)，專 門為矩形斷面的流量測量提供聲路布置高程和相關(guān)的權(quán)系數(shù)。根據(jù)現(xiàn)場的具體條件，當(dāng)進(jìn) 口流態(tài)分布可能產(chǎn)生較大變化時，可配置比4x 4聲路陣列更多的聲路以便在流態(tài)分布中 獲取更多的采樣點來保持流量測量精度。
4、換能器電纜引出路徑
換能器信號電纜沿蝸殼側(cè)壁引至人孔處，在人孔處有外露管壁的位置開孔焊接穿 纜器，換能器電纜由穿纜器引出，引出后接至現(xiàn)地端子箱，再經(jīng)端子箱將信號電纜引至流量 計主機。
5、換能器安裝固定方式
內(nèi)貼式換能器安裝在專門制作的基座上，基座通過不銹鋼膨脹螺栓固定在流道的 混凝土側(cè)壁上。
6、電纜護(hù)管安裝固定方式
為了防止換能器信號電纜被水流沖擊損壞，在水流中的的信號電纜均套不銹鋼管 保護(hù)，由于安裝斷面處存在混凝土和鋼兩種管壁結(jié)構(gòu)，因此不銹鋼護(hù)管的固定需采用兩種 方式，對于混凝土管壁可由專門制作的不銹鋼管卡和膨脹螺栓固定在混凝壁上，對于鋼管 壁可采用焊接的方式將護(hù)纜管和管卡焊接在管壁上。電纜護(hù)管僅起機械防護(hù)作用，不須密 封。
7、系統(tǒng)配置方案
根據(jù)被測流道結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場條件，該方案采用美國Accusonic公司的2臺7510Plus 型主機來在線實時監(jiān)測泵站進(jìn)水口 2個流道的分流量和總流量；換能器采用7618型內(nèi)貼式 可調(diào)節(jié)換能器。每個流道的聲路布置均采用交叉8聲路，換能器電纜通過穿纜器引出。
本發(fā)明在機組進(jìn)行轉(zhuǎn)輪更換改造時，東北電科院進(jìn)行了試驗數(shù)據(jù)采集驗證，效率 曲線驗證結(jié)果與轉(zhuǎn)輪模型試驗相符，機組運行中流量與負(fù)荷率相符。
權(quán)利要求
1.一種超聲波流量計系統(tǒng)，其特征在于依次包括換能器，換能器通過電纜連接端子 箱，端子箱通過電纜流量計主機；流量計主機采用多聲道超聲波流量計。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波流量計系統(tǒng)，其特征在于換能器采用內(nèi)貼式可 調(diào)節(jié)換能器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波流量計系統(tǒng)，其特征在于換能器的電纜均套不 銹鋼管保護(hù)，不銹鋼護(hù)管的固定采用兩種方式，對于混凝土管壁由不銹鋼管卡和膨脹螺栓 固定在混凝壁上，對于鋼管壁采用焊接的方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波流量計系統(tǒng)，其特征在于主機采用2臺 7510Plus型主機分別測量兩個流道。
全文摘要
一種超聲波流量計系統(tǒng)，屬于水電站流量計量領(lǐng)域。該系統(tǒng)，其特征在于依次包括換能器，換能器通過電纜連接端子箱，端子箱通過電纜流量計主機；流量計主機采用多聲道超聲波流量計。換能器采用內(nèi)貼式可調(diào)節(jié)換能器。換能器的電纜均套不銹鋼管保護(hù)，不銹鋼護(hù)管的固定采用兩種方式，對于混凝土管壁由不銹鋼管卡和膨脹螺栓固定在混凝壁上，對于鋼管壁采用焊接的方式。本系統(tǒng)安裝后，實現(xiàn)機組流量在線監(jiān)測，實現(xiàn)在機組效率試驗，可以繪制綜合特性曲線，為機組安全運行及最優(yōu)效率區(qū)提供有利科學(xué)依據(jù)，為以后機組出現(xiàn)異常狀況，提供可靠判斷數(shù)據(jù)，將來進(jìn)行機組狀態(tài)檢修時，提供可靠的決策依據(jù)。
文檔編號G01F1/66GK102032934SQ20101054940
公開日2011年4月27日 申請日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者喬木, 劉淑娟, 尉青連, 張策, 樸順花, 潘月國, 程振江, 胡海平, 辛峰, 高連偉 申請人:白山發(fā)電廠