专利名称：一种超声波流量计系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种超声波流量计系统，属于水电站流量计量领域。
技术背景
为了有效地利用有限的水力资源和提高电力供应，需要对水轮发电机组的效率特 性进行精确的评估，这就需要进行效率试验。有效的流量和效率试验结果是水轮机交接验 收、优化运行、设备改造评估和制定检修计划的重要依据。所以水电站都希望进行精确的流 量测量和绝对效率试验，近十几年来国际上这种需求在稳步增长。
目前，随着现有电厂计算机监控系统的完善和机组在线监测及状态检修系统的逐 渐形成，对机组流量和效率的监测需要日益迫切，这有助于电厂的优化运行和机组性能的 准确评估，为电厂降低运行成本，保证安全生产提供可靠的科学依据。所以有必要实现电站 机组在线绝对流量监测。
低水头水电站在电力系统占有重要地位，相当多的世界级的大型水电站都是低水 头型的。由于低水头电站的流态复杂多变、相邻机组间运行干扰大，使我们很难根据机组模 型试验结果或闸门开度来判断机组实际流量和效率。因此开发可用于低水头电站的新型流 量效率在线测量设备很有必要。
在很长时间内，用于低水头电站的绝对流量测量技术仅限于流速仪法。由于流速 仪法不仅不能长期在线监测，而且试验时要在流道内安装大量的机械式流速仪，需耗费大 量的人力、物力、经费和时间，近年已很少采用。发明内容
本发明的目的在于提出一种超声波流量计系统，特别是针对流速仪法的缺陷。
—种超声波流量计系统，其特征在于依次包括换能器，换能器通过电缆连接端子 箱，端子箱通过电缆流量计主机；流量计主机采用多声道超声波流量计。
一种超声波流量计系统，其特征在于换能器采用内贴式可调节换能器。
一种超声波流量计系统，其特征在于换能器的电缆均套不锈钢管保护，不锈钢护 管的固定采用两种方式，对于混凝土管壁由不锈钢管卡和膨胀螺栓固定在混凝壁上，对于 钢管壁采用焊接的方式。
一种超声波流量计系统，其特征在于主机采用2台7510P1US型主机，分别测量 两个流道，经累加计算，监测总流量的累积及最终的显示。本发明系统安装后，实现机组流 量在线监测，实现在机组效率试验，可以绘制综合特性曲线，为机组安全运行及最优效率区 提供有利科学依据，为以后机组出现异常状况，提供可靠判断数据，将来进行机组状态检修 时，提供可靠的决策依据。


图1 超声波流量计系统布置示意图
图2 超声波流量计系统原理框图
图中1.换能器101左侧流道换能器102右侧流道换能器
2.电缆；3.转轮；4.水流；5.超声波系统主机501主机1 502主机2 ；
6.蜗壳；7.端子箱701左侧端子箱702右侧端子箱；8.穿缆器801穿缆器1 802穿缆器2 803穿缆器3 804穿缆器4 ;9.通信电缆；10.上位机。
具体实施方式
下面结合图1详细说明本实施例。
白山水电站位于第二松花江干流上游，总装机170万千瓦，设计年平均发电量 24. 77亿千瓦时，其中白山地下水电站为三台30万千瓦混流式水轮发电机组；白山左岸 水电站为两台30万千瓦混流式水轮发电机组；距白山下游39公里的红石水电站为四台5 万千瓦轴流定浆式水轮发电机组。在系统中担负调峰、调频、事故备用作用。
考虑到红石电站进水流道的复杂性，拟采用美国ACXUS0NIC公司的7510Plus系 列的多声道超声波流量计，这是因为ACCUS0NIC公司是国际上最著名的大口径多声道超 声波流量计生产厂家，其投入运行的大口径流量计超过3000台；ACXUS0NIC公司首先将超 声波流量计用于水电站的流量和效率监测，并在几百台机组上推广应用(其中包括几十 台大型和巨型机组)，有丰富的业绩和成功的经验；ACCUS0NIC公司参加了美国国家标准 ASME PTC18和国际电工委员会IEC41规程的起草和制定，其流量计完全符合国际规程要 求；ACCUS0NIC公司是国际上唯一拥有用于大型电站复杂流态的18声路超声波流量计，并 在多个电站投入运行和试验；ACCUS0NIC公司是国际上唯一用超声波流量计解决了低水头 机组流量效率在线监测的公司。
1. 2、流量计主机(电子机箱)配置
流量计主机系统由一台7510+C 8声路主机和一台7510+B 8声路主机构成，由于 红石机组流道为双孔流道，因此两台机分别测量两个流道的过水流量，并在7510+C 8声路 主机上进行最终的显示和总流量的累积。
1.3、超声波换能器选型
考虑到红石机组进水流道呈矩形喇叭状，这种渐变的进水流道结构给换能器安装 提出一个挑战，因此拟采用ACCUS0NIC公司专为该类型流道设计的7618型内贴式可调节换 能器。这是一种球形结构的换能器，可以上下左右全方位调整，安装调试非常方便，无需平 整表面。这种换能器的设计允许声路方向沿着流道顶与预计的水流方向平行，可以消除潜 在的因垂向偏离轴线所造成影响的矫正。
1. 4、换能器信号电缆选型
水下部分选用ACCUS0NIC专用HDPE双护套防水型信号电缆，该电缆不仅有良好的 信号传输功能，而且机械强度高，防水性能好，从而使电缆护管仅用于机械防护不需密封， 安装施工方便。引到洞外后，由接线端子箱至主机部分的信号电缆可根据资金情况采用国 产电缆替代。
2、流量测量断面位置选择
对于红石电厂机组，流量测量断面选在工作闸门和蜗壳进口断面之间的收缩段。
3、声路配置
红石电厂水轮机为单元引水，每台机组的进水口及尾水管设有隔墩，故有两个进 水口和出水口。从工作闸门到蜗壳进口断面之间的过水流道为渐变收缩段，且距离很短。因 此流速分布很不均勻，流态变化复杂，给流量测量带来很大困难。为确保测量精度，设计采 用多声路超声波时差测量法进行流量测量。进水口每个流道均采用交叉断面8声路0x4声 路阵列)布置，两个流道共计16个声路。每对交叉声路的高程布置根据“高斯(Gaussian)” 积分方法要求的间距来确定，然后对应该布置的加权系数将应用于声路流速对整个过流断 面的数字积分中。高斯积分技术是国际相关规程指定的流量积分方法(例如IEC规程)，专 门为矩形断面的流量测量提供声路布置高程和相关的权系数。根据现场的具体条件，当进 口流态分布可能产生较大变化时，可配置比4x 4声路阵列更多的声路以便在流态分布中 获取更多的采样点来保持流量测量精度。
4、换能器电缆引出路径
换能器信号电缆沿蜗壳侧壁引至人孔处，在人孔处有外露管壁的位置开孔焊接穿 缆器，换能器电缆由穿缆器引出，引出后接至现地端子箱，再经端子箱将信号电缆引至流量 计主机。
5、换能器安装固定方式
内贴式换能器安装在专门制作的基座上，基座通过不锈钢膨胀螺栓固定在流道的 混凝土侧壁上。
6、电缆护管安装固定方式
为了防止换能器信号电缆被水流冲击损坏，在水流中的的信号电缆均套不锈钢管 保护，由于安装断面处存在混凝土和钢两种管壁结构，因此不锈钢护管的固定需采用两种 方式，对于混凝土管壁可由专门制作的不锈钢管卡和膨胀螺栓固定在混凝壁上，对于钢管 壁可采用焊接的方式将护缆管和管卡焊接在管壁上。电缆护管仅起机械防护作用，不须密 封。
7、系统配置方案
根据被测流道结构及现场条件，该方案采用美国Accusonic公司的2台7510Plus 型主机来在线实时监测泵站进水口 2个流道的分流量和总流量；换能器采用7618型内贴式 可调节换能器。每个流道的声路布置均采用交叉8声路，换能器电缆通过穿缆器引出。
本发明在机组进行转轮更换改造时，东北电科院进行了试验数据采集验证，效率 曲线验证结果与转轮模型试验相符，机组运行中流量与负荷率相符。
权利要求
1.一种超声波流量计系统，其特征在于依次包括换能器，换能器通过电缆连接端子 箱，端子箱通过电缆流量计主机；流量计主机采用多声道超声波流量计。
2.根据权利要求1所述的一种超声波流量计系统，其特征在于换能器采用内贴式可 调节换能器。
3.根据权利要求1所述的一种超声波流量计系统，其特征在于换能器的电缆均套不 锈钢管保护，不锈钢护管的固定采用两种方式，对于混凝土管壁由不锈钢管卡和膨胀螺栓 固定在混凝壁上，对于钢管壁采用焊接的方式。
4.根据权利要求1所述的一种超声波流量计系统，其特征在于主机采用2台 7510Plus型主机分别测量两个流道。
全文摘要
一种超声波流量计系统，属于水电站流量计量领域。该系统，其特征在于依次包括换能器，换能器通过电缆连接端子箱，端子箱通过电缆流量计主机；流量计主机采用多声道超声波流量计。换能器采用内贴式可调节换能器。换能器的电缆均套不锈钢管保护，不锈钢护管的固定采用两种方式，对于混凝土管壁由不锈钢管卡和膨胀螺栓固定在混凝壁上，对于钢管壁采用焊接的方式。本系统安装后，实现机组流量在线监测，实现在机组效率试验，可以绘制综合特性曲线，为机组安全运行及最优效率区提供有利科学依据，为以后机组出现异常状况，提供可靠判断数据，将来进行机组状态检修时，提供可靠的决策依据。
文档编号G01F1/66GK102032934SQ20101054940
公开日2011年4月27日 申请日期2010年11月19日 优先权日2010年11月19日
发明者乔木, 刘淑娟, 尉青连, 张策, 朴顺花, 潘月国, 程振江, 胡海平, 辛峰, 高连伟 申请人:白山发电厂