小型水電站水輪機(jī)流量的測(cè)量方法

孫中穎

1.概述

棗莊市當(dāng)前灌溉水量的計(jì)量，一般都是通過(guò)水文站設(shè)在河道或渠道上的流量站或水文觀測(cè)進(jìn)行測(cè)量的，水電站沒(méi)有測(cè)定流量的裝置，作為發(fā)電調(diào)度用水，在河道上或渠道上測(cè)得的流量值是很不精確的，得到的也不是連續(xù)的數(shù)值，而且得到的數(shù)據(jù)也很不及時(shí)，根本不能依次確定水輪發(fā)電機(jī)組在各種運(yùn)行工況下發(fā)電流量、水頭和機(jī)組效率之間的關(guān)系，也更不能依靠這些數(shù)值進(jìn)行水電站的優(yōu)化調(diào)度和保證機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。如果能夠較精確的測(cè)定出水輪機(jī)的流量就可以依據(jù)設(shè)備廠家提供的機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線，確定水輪機(jī)在各種運(yùn)行工況下的效率值，從而對(duì)發(fā)電進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。近幾年，經(jīng)按廠家提供的水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線，對(duì)岸堤水庫(kù)水電站進(jìn)行過(guò)粗略的發(fā)電調(diào)度，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.測(cè)量方法

對(duì)水輪機(jī)的流量測(cè)量，在國(guó)際電工委員會(huì)的水輪機(jī)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中提出了若干方法，但比較常用的是：流速儀測(cè)量法、蝸殼壓差測(cè)量法和超聲波測(cè)量法。鑒于山東省小型水電站的實(shí)際情況，筆者建議，對(duì)于具有金屬蝸殼或混凝土蝸殼的水輪機(jī)應(yīng)優(yōu)先采用蝸殼壓差測(cè)量法。此種方法流量測(cè)量精度完全能夠滿足發(fā)電運(yùn)行的需要，而且方法簡(jiǎn)單，裝置費(fèi)用低廉。

L.A.Winter和.A.M.Kennedy發(fā)現(xiàn)，在蝸殼外圓與靠近水輪機(jī)座環(huán)兩點(diǎn)處的壓力差可以可靠地確定水輪機(jī)流量，且流量是其壓差平方根的函數(shù)，其壓力可以從設(shè)于蝸殼上的W—K測(cè)流管確定。確定水輪機(jī)的流量的一般公式為：

Q=K（△P）n

式中：Q為水輪機(jī)流量：K為率定常數(shù)：△P為W—K測(cè)壓管的壓差；n是指數(shù)，一般等于0.5（一些原型試驗(yàn)表明，對(duì)于金屬蝸殼上安裝的側(cè)管，其n值可在0.49～0.51間變化；對(duì)于混凝上蝸殼，其值約0.48～0.52）。

由W—K測(cè)管測(cè)流的精度取決于K值率定方法的精度。目前多采用較先進(jìn)的超聲波流量計(jì)來(lái)率定K值，精度可達(dá)±0.5%，同時(shí)還能測(cè)出機(jī)組在某一水頭下的出力（N）和效率（）曲線，機(jī)組的最大過(guò)流量，每臺(tái)機(jī)組導(dǎo)葉和閥門(mén)的漏量等，為水電站優(yōu)化運(yùn)行及水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度提供第一手的資料。

測(cè)量蝸殼壓差法的方式通常有：U型玻璃管，壓力變送器，壓差變送器等。經(jīng)比較，可采用壓差變送器。