CN203629870U - 用于模型试验的调压室阻抗系数测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了用于模型试验的调压室阻抗系数测量系统，调压室进口管道内设有流量计和第一压力传感器，流量计用来测量调压室进口管道内的流量，第一压力传感器用来测量调压室进口管道内测点处的水压；调压室内设有第二压力传感器，用来测量调压室内测点处的水压，调压室顶部还设有水位测量装置，用来测量调压室内波动水面到调压室顶部的距离随时间的变化，从而间接获得流进留出调压室的流量。本实用新型系统在水电站模型试验中可动态获取调压室阻抗系数及其随时间的变化。

Description

用于模型试验的调压室阻抗系数测量系统

技术领域

本实用新型涉及一种水电站模拟试验装置，尤其涉及一种用于模型试验的调压室阻抗系数测量系统。 

背景技术

调压室阻抗系数指水流流进或流出调压室阻抗孔前后的水头损失系数。调压室阻抗系数是水电站设计过程中的重要参数，阻抗系数的取值不仅关系到调压室涌浪计算的高低，而且影响其他调保参数计算的准确性。以往在数值计算中采用的调压室阻抗系数，大部分是根据经验公式估值获得，而且把恒定流时的阻抗系数用于非恒定流的计算过程中。事实上，无论水电站机组处于任何工作状况下，只要调压室水位有波动，流入流出调压室的流量均不是固定值，而是随时间变化的。 

调压室阻抗系数不能直接测量得到，因为阻抗系数大小与流量、水头均相关的，因此需要在不同的测定位置设置流量计和压力传感器。但对于流入流出调压室的流量，由于调压室是竖直的圆筒形结构，其和管道直接相连，且断面面积一般较大，难以通过设置流量计的方式测量流入流出调压室的流量。但可以通过测量调压室的水位波动过程来计算调压室的流量过程，而调压室水位波动过程的测量相对容易。 

目前国内很多电站都进行模型试验，如果通过模型试验来量测模拟调压室阻抗系数值及其化规律，对于工程中调压室阻抗系数取值将具有很大的指导意义。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于模型试验的调压室阻抗系数测量系统，该系统能量测调压室水流动态过程中的阻抗系数及其变化规律。 

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是： 

用于模型试验的调压室阻抗系数测量系统，调压室进口管道内设有流量计和第一压力传感器，流量计用来测量调压室进口管道内的流量，第一压力传感器用来测量调压室进口管道内测点处的水压；调压室内设有第二压力传感器，用来测 量调压室内测点处的水压，调压室顶部还设有水位测量装置，用来测量调压室内波动水面到调压室顶部的距离随时间的变化，从而间接获得流进流出调压室的流量。 

上述流量计为电磁流量计。 

上述水位测量装置为超声测距仪。 

上述第一压力传感器设置于调压室进口管道内壁，且保证其位于水中。 

上述第二压力传感器设置在调压室内侧壁且位于调压室底板附近，且保证其位于水中。 

本实用新型采用的压力传感器可连续监测测点水压，且具有抗液压冲击性能。超声测距仪测量距离具有非接触性，不需要与水接触即可测量水面距测点的距离。超声测距仪由超声波传感器组成，能连续监测调压室水面到超声波传感器的距离，测量精度为1mm及以上，且对水面反射具有较高的敏感性。 

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果： 

本实用新型在调压室进口管道和调压室内分别设置压力传感器，测量对应测点的水头及其随时间的变化；在进口管道安装流量计测量进口管道内流量及其随时间的变化；在调压室顶部设置水位测量装置测量调压室内水位及其随时间的变化，根据调压室内水位变化可计算调压室内流量变化。根据压力传感器测点测量的水头差及进口管道、调压室内的流量计算调压室阻抗系数值及其随时间的变化。 

采用本实用新型系统，利用水位测量装置测量的水位可间接获得调压室内流量，无需采用流量计测量调压室流量。用于水电站模型试验中可动态获取调压室阻抗系数及其随时间的变化。 

附图说明

图1为本实用新型系统的结构示意图。 

图中，1-调压室；2-进口管道；3-流量计；4、6-压力传感器；5-出口管道；7-调压室底板；8-超声波测距仪；9-调压室顶部；10-阻抗孔；11-管道中心线。 

具体实施方式

下面将结合图1进一步说明本实用新型的具体实施方式。 

见图1，调压室1包括侧壁和底板7，底部7上设有阻抗孔10，进口管道2和出口管道5通过阻抗孔10与调压室1连通。进口管道2内设置有电磁流量计3，用来测量进口管道2内流量及其随时间的变化，电磁流量计3所测流量记为Q₁(t)（单位：m³/s），t表示时刻。进口管道2内壁设置有压力传感器4，用来测量测点的压力及其随时间的变化，压力传感器4所测压力记为P₁(t)（单位：Pa）t表示时刻。调压室底板7内侧附近设置有压力传感器6，用来测量调压室底板7内侧附近的压力及其随时间的变化，压力传感器6测点高程为Z₂（单位：m），压力传感器6所测压力记为P₂(t)（单位：Pa），t表示时刻。调压室顶部9设置有超声波测距仪8，用来测量调压室波动水面到调压室顶部9的距离及其随时间的变化，超声波测距仪8所测距离记为L(t)（单位：m），t表示时刻。 

以调压室管道中心线11为基准高程，记为管道中线，基准高程为Z₁（单位：m），调压室顶部9到基准高程的距离为M，则任意时刻调压室内波动水面到基准高程的距离为N(t)=M-L(t)。记调压室横截面积为A₂（单位：m²），流进调压室的流量为Q₂(t)（单位：m³/s），根据水位与流量间的关系： 

${\∫}_{t1}^{t2}{Q}_2\left(t\right)\mathrm{dt}=A_2(N\left(t2\right)-N\left(t1\right))---\left(1\right)$

则有： $Q_2\left(t\right)=\frac{N^{\′}\left(t\right)}{A_2}=\frac{-L^{\′}\left(t\right)}{A_2}---\left(2\right)$

由于L(t)为已知值，因此可根据公式（2）此计算调压室内流量Q₂(t)。 

根据阻抗前后总能量平衡原理： 

$Z_1+\frac{P_1\left(t\right)}{r}+\frac{{Q^2}_1\left(t\right)}{2g{A}_1^2}=Z_2+\frac{P_2\left(t\right)}{r}+\frac{{Q^2}_2\left(t\right)}{2g{A}_2^2}+\mathrm{\ϵ}\left(t\right)\frac{{Q^2}_2\left(t\right)}{2g{A}_2^2}---\left(3\right)$

式（3）中： 

Z₁为基准高程，单位：m； 

Z₂为压力传感器6安装点的高程，单位：m； 

r为水位容重，根据调压室体积确定，本具体实施中，r为9810N/m³； 

ε(t)为调压室阻抗系数； 

A₁为进口管道2横断面面积，单位：m²； 

A₂为调压室横截面积，单位：m²； 

g为重力加速度。 

根据公式（3）可获得调压室阻抗系数ε(t)及其随时间的变化，即： 

$\mathrm{\ϵ}\left(t\right)=\frac{Z_1-Z_2+\frac{P_1\left(t\right)}{r}-\frac{P_2\left(t\right)}{r}+\frac{{Q^2}_1\left(t\right)}{2g{A}_1^2}-\frac{{Q^2}_2\left(t\right)}{2g{A}_2^2}}{\frac{{Q^2}_2\left(t\right)}{{2\mathrm{gA}}_2^2}}---\left(4\right).$

Claims (5)

1.用于模型试验的调压室阻抗系数测量系统，其特征在于： 

调压室进口管道内设有流量计和第一压力传感器，流量计用来测量调压室进口管道内的流量，第一压力传感器用来测量调压室进口管道内测点处的水压；调压室内设有第二压力传感器，用来测量调压室内测点处的水压，调压室顶部还设有水位测量装置，用来测量调压室内波动水面到调压室顶部的距离随时间的变化，从而间接获得流进流出调压室的流量。 

2.如权利要求1所述的用于模型试验的调压室阻抗系数测量系统，其特征在于： 

所述的流量计为电磁流量计。 

3.如权利要求1所述的用于模型试验的调压室阻抗系数测量系统，其特征在于： 

所述的水位测量装置为超声测距仪。 

4.如权利要求1所述的用于模型试验的调压室阻抗系数测量系统，其特征在于： 

所述的第一压力传感器设置于调压室进口管道内壁，且保证其位于水中。 

5.如权利要求1所述的用于模型试验的调压室阻抗系数测量系统，其特征在于： 

所述的第二压力传感器设置在调压室内侧壁，且保证其位于水中。 

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