1、引言

目前，中國(guó)各大電站都在尋求能測(cè)量水輪機(jī)組流量的一種流量計(jì)。測(cè)水輪機(jī)組的流量主要有兩種，即流量和相對(duì)流量。流量的測(cè)量對(duì)測(cè)量?jī)x器的設(shè)計(jì)、安裝和維護(hù)都要求很高，實(shí)施很困難。而采用蝸殼壓差法進(jìn)行的相對(duì)流量試驗(yàn)則比較簡(jiǎn)便易行。針對(duì)此種情況，哈爾濱大電機(jī)研究所開(kāi)發(fā)研制了水輪機(jī)蝸殼流量計(jì)，其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、使用方便，功能齊全、成本低。現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)各水電站所安裝的流量計(jì)都比較陳舊，存在著使用、維修不方便、精度低等缺點(diǎn)。在國(guó)外如日本、瑞典等一些國(guó)家都采用電子數(shù)字式流量計(jì)。它的優(yōu)點(diǎn)是維護(hù)使用方便、精度高。哈大電機(jī)研究所研制的流量計(jì)就具有此優(yōu)點(diǎn)，它采取了當(dāng)前上較的技術(shù)和電子元器件，從而使該儀器達(dá)到了較的水平，為我國(guó)這項(xiàng)產(chǎn)品的空白，給電站帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，而成本是進(jìn)口儀器價(jià)格的20%。

2、水輪機(jī)蝸殼流量計(jì)原理及結(jié)構(gòu)

2.1原理

本流量計(jì)的測(cè)量原理是采用Winter-Kennedy法即指數(shù)法測(cè)流量。

流量的公式為：Q=K△H^0.5

式中：Q：流過(guò)水輪機(jī)的流量。
K：流量系數(shù)
△H：渦殼徑向斷面上兩固定測(cè)壓孔間的壓差。

在裝有金屬蝸殼的水輪機(jī)用Winter-Kennedy法測(cè)量流量時(shí)壓孔的布置見(jiàn)圖1根據(jù)水輪機(jī)的相似性原理，水輪機(jī)上的流量系數(shù)K可以通過(guò)在與其幾何相似的模型水輪機(jī)上進(jìn)行的模型試驗(yàn)結(jié)果推算出來(lái)，即

K=（D_p/D_m）²K_m，而K_m=Q_m/△H_m^0.5

式中：D_p：原型機(jī)轉(zhuǎn)輪名義直徑。
D_m：模型機(jī)轉(zhuǎn)輪名義直徑。

則水輪機(jī)流量Q=（D_p/D_m）²K_m△H_m0.5。

為保證水輪機(jī)流量計(jì)的準(zhǔn)確性，我們生產(chǎn)的每一臺(tái)水輪機(jī)流量計(jì)都在哈爾濱大電機(jī)研究所水輪機(jī)室的高水頭試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了模型試驗(yàn)。

2.2結(jié)構(gòu)

水輪機(jī)流量計(jì)包括壓力測(cè)量系統(tǒng)、壓力信號(hào)變換及流量記錄和顯示系統(tǒng)。

壓力測(cè)量系統(tǒng)包括：渦殼測(cè)壓點(diǎn)的引水管、兩緩沖罐、供校驗(yàn)用的水銀差壓計(jì)和測(cè)量壓力的傳感器。

壓力信號(hào)變換及流量記錄和顯示系統(tǒng)；這部分的作用是把壓力傳感器測(cè)得得壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)再進(jìn)行開(kāi)方運(yùn)算，zui后由記錄顯示儀記錄下瞬時(shí)流量，指示出流量瞬時(shí)值再由計(jì)數(shù)器記下累計(jì)流量，這部分包括：

（1）配電器：它得作用之一是為差壓傳感器提供電源，作用之二是把傳感器送來(lái)得電流信號(hào)變成隔離得1~5V電壓信號(hào)輸出。
（2）開(kāi)方運(yùn)算器：直接和配電器連接，把傳感器測(cè)得得與壓差值成正比的電信號(hào)進(jìn)行開(kāi)方運(yùn)算，其輸出電壓信號(hào)與流量值成正比。
（3）比率給定器：調(diào)整該儀器的比率系數(shù)，使輸出電流值直接表示出流量的大小。
（4）分配器：這是一個(gè)具有250Ω阻抗的標(biāo)準(zhǔn)電阻，它和具有80Ω阻抗的隔離器相串聯(lián)，作為比率給定器的負(fù)載。
（5）顯示記錄儀：把從分配器引進(jìn)與流量成正比的1~5V電壓信號(hào)記錄顯示出來(lái)，表示流量的瞬時(shí)值，量程為0~30m³/s。
（6）積分運(yùn)算器：把從分配器引來(lái)的1~5V模擬量變換成每秒0~20的脈沖的數(shù)字量并送到計(jì)數(shù)器。
（7）計(jì)數(shù)器：把從積分器引來(lái)的脈沖信號(hào)，累積記錄，顯示出總的流量，單位為每個(gè)字103m³。
（8）隔離器：把從比率給定器取出電流信號(hào)送到中控室的總表，參加加法運(yùn)算，記錄電站總流量。

目前研制的水輪機(jī)蝸殼流量計(jì)，已將流量的記錄和顯示系統(tǒng)采用微電腦技術(shù)合成一體。（其系統(tǒng)流程圖見(jiàn)圖2）

水輪機(jī)蝸殼流量計(jì)外形見(jiàn)圖3

3、應(yīng)用業(yè)績(jī)

哈爾濱大電機(jī)研究所自1992年為土耳其卡拉橋倫電站研制水輪機(jī)蝸殼流量計(jì)1臺(tái)和為菲律賓安蓋特電站研制水輪機(jī)蝸殼流量計(jì)2臺(tái)投入使用到1999~2000年為伊朗卡倫電站I號(hào)、III號(hào)機(jī)組研制水輪機(jī)蝸殼流量計(jì)8臺(tái)均運(yùn)行良好。

4、結(jié)論

隨著電站的需求不斷增加，對(duì)水輪機(jī)蝸殼流量計(jì)的系統(tǒng)功能要求也各異。通過(guò)十幾年不斷探索，我所產(chǎn)品已由第1代集成電路進(jìn)入第2代計(jì)算機(jī)時(shí)代，輸出方式以由紙帶記錄儀轉(zhuǎn)為L(zhǎng)CD顯示，并可遠(yuǎn)程輸出信號(hào)，技術(shù)上已達(dá)到水平。水輪機(jī)蝸殼流量計(jì)的調(diào)試過(guò)去需專業(yè)人員調(diào)試儀器內(nèi)部的元器件才能對(duì)其進(jìn)行調(diào)試，現(xiàn)只需工作人員按說(shuō)明書(shū)或簡(jiǎn)單培訓(xùn)即可在操作面板上調(diào)試。因此水輪機(jī)蝸殼流量計(jì)產(chǎn)品目前性能更加，尤其微電腦技術(shù)的引用，使其系統(tǒng)的成本大大降低的同時(shí)，也使其在設(shè)計(jì)多樣化上有了長(zhǎng)足的發(fā)展。我所對(duì)水輪機(jī)蝸殼流量計(jì)流量的顯示、數(shù)據(jù)的記錄、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸以及標(biāo)定和調(diào)試等不斷更新?lián)Q代，使其系統(tǒng)已適用不同電站的各種要求。