[发明专利]一种水电机组效率试验装置及优化测量方法

说明书

本发明公开了一种水电机组效率试验装置及优化测量方法，包括高压测量装置和低压测量装置，所述高压测量装置从高压侧中取水，对取样的水流进行参数测量。所述低压测量装置安装在低压侧，直接在水流中测量主水流的压力、温度参数。优化测量方法包括：测量计算得到初步流量；迭代计算实际流量；多次迭代计算最终流量；计算水电机组效率。在本发明的优点在于：扩展了热力学法的应用范围；避开了采用引水容器造成的绝热困难的问题；满足了对测点数目的要求，同时满足封闭式测量断面和敞开式测量断面测试要求；对每个测点能够单独测量、计算和比较的要求，提高了试验精度。

技术领域

本发明涉及水轮机技术领域，特别涉及一种水电机组效率试验装置及优化测量方法。

背景技术

水轮机效率是水电站的重要技术指标之一，尤其是国际工程的验收移交过程中，水轮机效率指标担当着重要的角色，因此大多数要求开展水轮机绝对效率试验。而水轮机效率的测量难点在于绝对流量的测量，对水轮机(含蓄能泵、水泵水轮机)而言，按照流量参数的测量方法，可分为流速仪法、压力时间法、超声波法和热力学法，前三种方法都是直接测得机组的绝对流量，再计算得到效率。

根据“IEC60041-1991 Field acceptance tests to determine the hydraulicperformance of hydraulic turbines,storage pumps and pump-turbines”和“GB/T20043水轮机、蓄能泵和水泵水轮机水力性能现场验收试验规程”中“效率测试的热力学法”说明，可以利用水轮机的单位机械能和水力比能来确定效率，而无需测量流量。

热力学法效率测试是1914年法国人Poison提出，其依据是热力学第一定律。在机组实际运行中，传递到水轮机轴的单位质量水体的能量，可以通过性能参数(压力、温度、流速和高程)和水的热力学参数进行确定。这种能量的交换称为“单位机械能”。而在理想化的机组运行过程中(如不考虑水流的摩擦)，可以采用同样的计算过程单位质量水体在理想状态下传递至水轮机轴的能量。该能量仅与水的特性以及机组参数有关，通常称它为“单位水能”。

在实际过程中，水流经过水轮机流道时，必将产生摩擦、漩涡、脱流等一系列水力损失，这些损失将转化为热能，加热水流，使水流流经水轮机的进出口断面产生一个温差，温差的大小与水轮机结构参数及工作水头有关。热力学法正是通过测量该温差实现对水轮机效率的测定。

根据GB/T20043-2005的规定描述，如果测量断面在主流中测量有困难，可以设计专门的引水容器来测定温度和压力。

由于热力学法测量方法中，水流的温差极小，对水流的温度测量精度要求高，通常需要测温传感器精度达到0.001K，因此在高精度测温传感器未普及前，通常采用精度较低的铂电阻测温，再利用高低压侧测温电桥连接的方式，来测得两个测量断面的温差，应用范围也限制在水头>100m以上的机组。

另外，由于高压侧引水容器需要较高的耐压性能，对100米到500米水头的电站，通常需要1MPa到5MPa的耐压等级，除了加强容器本身的壁厚，各个连接部位均是薄弱环节。如果两个测量断面均采用引水容器，引水管道距离过长，绝热效果难以保证，容易出现试验失败的情况。

现有技术：

专利申请号：CN201210117358.3，专利名称为：绝热保温测量容器和热力学法测效率装置及其适用方法；

该发明提出了一种保温绝热、数据采集简便、结构简单且测量结果精确的绝热保温测量容器，该容器可以在热力学法的水轮机效率试验中得以应用。高低压测量断面采用了两个相同的测量容器，分别集成了铂电阻传感器、压力传感器、流量传感器，并通过测温电桥将铂电阻传感器连接，以测量其温差。

两测量容器将进口断面和出口断面的水流各自引入，且处于同一等高平面；测量容器外壳由外层、保温层、内层复合而成。容器保温层填充材料采用了橡胶保温材料，其内层为不锈钢钢板，以实现耐压性能。