超声波流量计在大型泵站流量测试中的应用

文章编号:10072228420100320130202超声波流量计在大型泵站流量测试中的应用孙振华江苏省江都水利工程管理处江苏江都225200摘要:简述了超声波流量计测量原理结合江都三站现场测试得出超声波流量计测量数据准确可信度高比较适合于低扬程大流量泵站现场测试。超声波流量计的成功应用对掌握大型泵站机组性能以及泵站运行管理将起到积极推动作用。关键词:超声波流量计大型泵站流量测量现场测试中图分类号:TV675文献标识码:A收稿日期:2009210220基金项目:水利部“948”资助研究项目200420。作者简介:孙振华19772男硕士工程师。低扬程大流量泵站由于进出水河道的开敞性、进水流道不规则性等现场条件的限制使得水泵机组的流量测定最为复杂成为泵站现场测试中的1个难点。随着测试技术的不断发展测流方法和测流设备不断推出常用方法有流速仪法、差压法、盐水浓度法、ADCP法、超声波流量计法等1。其中超声波流量计法具有不影响流态、无压力损失测流精度高可靠性高等特点比较适合于低扬程大流量泵站现场测试。江苏省水利厅新引进了2套美国ACCUSONIC公司生产的Model7510P型便携式多声路超声波流量计随后在我处江都三站8号机组进行了现场测试现将测试原理、方法及测试数据介绍如下。1超声波流量计测量原理超声波流量计的测量原理利用了超声波在液体中的传播特性。当被测液体静止时对换能器超声波探头发出的超声波信号没有影响当有流速时由于液体的流动使得超声波的传播时间产生微小变化这个微小的变化信号与液体流速有关2。Model7510P型超声波流量计采用的是时差法。如图1所示超声波在静止液体中的速度为c当液体流速为v时顺流、逆流的传播时间T1、T2分别为:T1ScvcosT2Sc0vcos1式中:S为换能器距离v为被测液体流速为流道轴线与换能器声路之间的夹角。求得:VS2cos1T1-1T22图1原理示意图式中S2cos为常数所以只需精确测出超声波在液体中顺流、逆流的传播时间T1、T2就可以求出出液体的流速使用速度面积法进行积分即可求得流量。2超声波流量计的安装换能器的安装是整个测流系统安装中的关键。江都三站机组进水流道分左右孔中间为支墩。所以在2个进水孔中分别安装一套超声波流量计传感器。每孔安装8个声路共16个换能器换能器电缆经流道进人孔引出。2.1确定换能器声路角度确定流道孔的进水、出水断面取其中点连线作为JD22激光经纬仪的骑轴线分别将经纬仪水平盘调为65、115、245、2954个角度打开经纬仪激光转动经纬仪竖盘在流道边壁上的4条竖线即为换能器的安装位置如图2所示。2.2换能器高程确定实测左右孔进水、出水断面的高度如表1所示。根据表2中ACCUSONIC公司提供的安装资料确定每列换能器的高程。安装好的换能器分布如图3所示。031中国农村水利水电?2010年第3期图2换能器角度定位示意图表1左右孔进水、出水断面实测高度左孔进水断面高度/mm出水断面高度/mm右孔进水断面高度/mm出水断面高度/mmHB12542HA12324HB12533HA12321HB22540HA22324HB22533HA22295HB32539HA32325HB32532HA32312HB42537HA42325HB42534HA42305HB52536HA52326HB52532HA52315HB62535HA62326HB62535HA62324HBavg2538HAavg2325HBavg2533HAavg2312hb1269ha1162.5hb1266.5ha1156注:HBavg为HB1HB6均值hbHBavg/2HAavg为HA1HA6均值haHAavg/2。表2换能器安装高度计算公式A换能器阵列A阵列高程B换能器阵列B阵列高程1Aha-ha0.8611Bhb-hb0.8612Aha-ha0.3402Bhb-hb0.3403Ahaha0.3403Bhbhb0.3404Ahaha0.8614Bhbhb0.8615Aha-ha0.8615Bhb-hb0.8616Aha-ha0.3406Bhb-hb0.3407Ahaha0.3407Bhbhb0.3408Ahaha0.8618Bhbhb0.8612.3安装注意事项1安装时使用环氧聚酯板作为换能器支架固定在流道内壁上再将换能器按高程位置安装在环氧支架上便于加工固定2每个换能器带有一根专用电缆敷设前必须对电缆和图3换能器分布图换能器对应编号以免混淆3换能器固定后还应用激光瞄准工具将每对换能器发射方向精确定位然后才能所仅换能器发射面。2.4无水测试换能器安装后必须对进行无水测试检测换能器性能及电缆连接。具体方法是:轻轻敲击换能器发射面在相应电缆的另一侧用万用表交流200mV档位检测电压是否有波动正常情况下应有电压输出。3江都三站现场测试3.1江都三站简介江都三站于1968年建成是南水北调东线龙头江都水利枢纽主力泵站之一。该站装有10台ZL13.528型立式可逆全调节轴流泵配用1600kW可逆电动/发电同步电机单机设计流量13.5m3/s设计扬程8m。至2006年底单机累计运行时间7600086000h共抽水363亿m3发电7699万kWh。3.2测试方案和数据通过江都枢纽的江都站、江都西闸、江都东闸、芒稻闸、运盐闸、邵仙闸的联合运用控制江都站上下游水位保持抽水站上游水位在6.8m调节控制下游水位在-0.21.4m范围内对水泵机组5个不同水泵叶片角度的10个工况点进行测量同时记录电机功率、上下游水位、机组噪声、温度等参数3。现场测试数据如表3所示。表3现场测试数据序号时间/h:min叶片角度/上游水位/m下游水位/m扬程/m左孔流量/m3右孔流量/m3总流量/m3功率/kW效率/1123026.740.875.887.27407.088014.3620134361.692124006.730.835.907.15907.013014.1720131962.1931250-26.750.785.976.50406.417012.9210122062.0341300-46.730.736.005.81405.658011.4720110261.2751310-66.710.696.024.98504.93709.9220100758.196135026.66-0.036.697.01306.881013.8940142863.857140006.75-0.076.826.75006.614013.3640138264.7081410-26.70-0.116.816.40406.225012.6290131364.2691420-46.72-0.176.895.44605.321010.7670117062.20101430-66.75-0.206.954.63504.59909.2340107558.56下转第135页131超声波流量计在大型泵站流量测试中的应用孙振华图7设计流量下X方向测点加速度实时频谱图图8设计流量下Y方向测点加速度实时频谱图图9设计流量下Z方向测点加速度实时频谱图4结语离心泵内部流动诱导振动噪声的研究是本学科的前沿。1本文结合虚拟仪器与数字信号处理技术利用图形化编程软件LabVIEW和离心泵振动测试闭式试验台组建开发了离心泵振动测试和分析系统。2系统具有数据实时处理、开发周期短、扩展性强、硬件设备投入少及测试性能优良等优势可以适应振动测试的多种不同方案。利用1台计算机和LabVIEW软件代替了原有的信号放大器、频谱仪和滤波器等试验仪器说明该系统在保证了一定试验精度的前提下以软件代替了一部分硬件的功能简化了传统离心泵振动测试系统。3试验测试表明本文建立的离心泵振动测试系统是可行的可以进行离心泵流动诱导振动规律的研究。参考文献:1倪永燕袁寿其潘中永等.利用振动特性诊断流程泵的运行工况J.排灌机械2007252:49-52.2BehzadMBastamiARMaassoumlanM.FaultdiagnosisofacentrifugalpumpbyvibrationanalysisCProceedingsofthe7thBiennialConferenceonEngineeringSystemsDesignandAnal2ysis.2004:221-226.3王信旗吕玉奇.诊断监测和故障诊断技术在高速离心泵上的应用J.流体机械19942212:36-39.4傅其凤崔彦平张自力等.供水泵振动测量及故障诊断J.水泵技术20002:34-36.5林凯何川毛乐山.基于LabVIEW的多通道振动测试与分析系统J.清华大学学报自然科学版2003435:659-661.6赵永立杨建成张玉红.基于LabVIEW的虚拟振动测试分析系统J.天津工业大学学报2006254:77-80.7章罡本彭学院张成兵.基于LabVIEW的压缩机振动测试与分析J.压缩机技术20055:1-3.8汤跃金立江.泵试验理论与方法M.北京:兵器工业出版社1995:109-115.9Jong2SooChoiDennisKMcLaughlinDonaldEThompson.Ex2perimentontheunsteadyflowfieldandnoisegenerationinacen2trifugalpumpimpellerJ.JournalofSoundandVibration2003263:493-514.10GulichJF.CentrifugalPumpsM.Springer2007.11黄义刚朱荣生陈松等.泵振动的原因及其消除措施J.排灌机械2007256:56-59.12ICPAccelerometerInstallationandOperationManualZ.2002.上接第131页4分析与结论对所得测量数据分析后可以得出以下结论:1测试中超声波流量计能够准确反映出机组在不同叶片角度、不同工况下的流量变化趋势与水泵性能曲线趋势基本一致所测数据具有较高的可信度。2超声波流量计内贴式安装方法区别于其他测流手段对水泵进水流态基本没有任何影响也不产生压力损失不受现场条件干扰可靠性较高比较适合于低扬程大流量泵站现场测试。3超声波流量计在现场测试中无需人工干预自动采集测试数据避免了人为误差的产生测试所得数据精确度较高。4超声波流量计能够对泵站机组进行精确在线测量快捷方便便于计算机系统自动监测?通过这次测试全面了解江都三站机组的运行性能包括泵装置的流量、扬程、功率、效率可靠的数据为大型泵站运行管理提供了各种重要参数也为今后提升大型泵站运行管理水平以及泵站经济运行提供了重要依据。参考文献:1李继珊.泵站测试技术M.北京:水利电力出版社1987:17-19.2南京申瑞电气系统控制有限公司.7510Portable流量计技术参考手册Z.南京:附录A4.3江苏省江都水利工程管理处.江都三站现场测试试验方案Z.江苏江都:2006.4汤正军黄季艳仇宝云等.大型泵站流量测定方法研究J.中国农村水利水电200612:67-69.5杨红玲马树升张加义等.超声波法与流速仪法在明渠测流中的比较研究J.山东农业大学学报自然科学版2008392:301-304.531基于虚拟仪器的离心泵振动测试系统设计裴吉袁寿其袁建平等