CN102914339B - 基于钢管道上平段容积法测量水轮机导叶漏水量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于钢管道上平段容积法测量水轮机导叶漏水量的方法，钢管道包括上平段、斜井段、下平段、连接于所述上平段和斜井段之间的第一竖弯管、连接于所述下平段和斜井段之间的第二竖弯管，其中，所述方法包括：步骤一，计算所述上平段的容积；步骤二，计算所述第一竖弯管下端面中点距离所述上平段的体积；步骤三，依据落门后的压力曲线变化趋势，计算所述上平段上部流量系数，建立漏水量曲线。本发明可以实现导叶漏水量自动计算，可以减少人为误差，提高计算的准确性。

Description

基于钢管道上平段容积法测量水轮机导叶漏水量的方法

技术领域

本发明涉及一种水电行业中测量水轮机导叶漏水量的方法，尤其涉及一种基于钢管道上平段容积法测量水轮机导叶漏水量的方法。

背景技术

水轮机备用期间，虽然其导叶已全部关闭，但由于导叶立面间隙及端面间隙，在高水头压力作用下水轮机导叶存在一定的漏水情况。但是该漏水不应超过一定限度，导叶立面间隙允许局部最大不超过0.25mm，其长度不超过导叶高度的25%。水轮机导叶漏水量的测量对水电站水库入库流量计算、水轮机检修质量评价以及加强水电厂生产管理等都具有重大意义。由于导叶漏水量测量计算的复杂性，发电企业关于导叶漏水量的管理没有明确的量化指标。但对于大容量中、高水头的电站，导叶漏水量是不能忽视的问题，一般采用人工目测钢管水压下降的全过程，计算钢管道斜井段的出流系数，并换算成正常水头的测量方法，由于该方法测量精度低，人为因素较大，其结果偏差较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于钢管道上平段容积法测量水轮机导叶漏水量的方法，已解决现有技术存在的测量精度低、人为因素较大等问题。

为了实现本发明的目的，本发明提供的基于钢管道上平段容积法测量水轮机导叶漏水量的方法中，钢管道包括上平段、斜井段、下平段、连接于所述上平段和斜井段之间的第一竖弯管、连接于所述下平段和斜井段之间的第二竖弯管，其中，所述方法包括：步骤一，计算所述上平段的容积；步骤二，计算所述第一竖弯管下端面中点距离所述上平段的体积；步骤三，依据落门后的压力曲线变化趋势，计算所述上平段上部流量系数，建立漏水量曲线。

根据上述方法的一种优选实施方式，其中，在步骤三中，根据伯努利方程，将压力换算成压力水头：H=P/ρg，ρ为水的密度，g为重力加速度；计算导叶漏水量Q=V/t+Qz，t为钢管道压力变化值时间间隔，V为所述上平段的容积，Qz为闸门漏水量。

根据上述方法的一种优选实施方式，其中，根据压力换算压力水头计算容积，压力水头按下式修正：

h为计算水头，H为压力水头；a为动能段修正系数，为1.0；υ。为用推求流量除以过流水断面积而得的流速。

本发明建立了以钢管道上平段为主的容积法导叶漏水量计算模型，实现导叶漏水量自动计算，可以减少人为误差，提高计算的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的发电引水洞（局部）纵剖图；

图2为上平段容积变化曲线图；

图3为水轮机落门后的压力变化曲线图；

图4为导叶漏水量曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例的钢管道（局部发电引水洞）包括上平段1、斜井段3、下平段5、连接于上平段1和斜井段3之间的竖弯管2、连接于下平段5和斜井段3之间的竖弯管4、通气孔6、快速闸门7。

在本实施例中，上平段1、斜井段3、下平段5分别长31.887、33.081和23m。快速闸门7前为3.8米长5*6m矩形连接段（上部为通气孔6），上平段1部分为9m长的渐变段，由5*6m矩形断面变成洞径6m的圆形断面，斜井段3长33.081m，坡长55°，两端由曲径18m、中心角55°的竖弯管2、4与上、下平段衔接。下平段5长23m。上平段1中心高程h1为：655.75m，进入水轮机断面中心高程h2为613.30m。

高程652.75m以上水平断面的弯管部分可通过三维建模计算得到其容积：289.894m³。

计算上平段1的体积（容积）为：V_上=上平段直管段+门前段+弯管3上部+渐变段=1567.72m³。

根据椭圆公式及钢管倾斜角度（55°）计算斜井段水平断面面积：

在斜井段3起始位置：竖弯管3下端面中点距离上平段655.75m低7.68m，高程为：648.07m。弯管下端面中点距离上平段652.75m的体积约为：V_斜上=7.68×3×3×π=217m³。

建立计算模型，利用Excel工作表相关函数按工程体积计算公式分平面计算,对于竖弯管3高程652.75m以上水平断面的弯管部分及渐变段部分可按每1cm进行差值计算，建立不同平面钢管容积变化曲线，详见图2所示的压力钢管上平段容积变化曲线。

物理学帕斯卡定律规定，在平衡液体中，边界上的压强将等值地传递到液体的一切点上。也就是说，等压面既是等势面，图3为水轮机落门后的压力变化曲线图，通过计算上平段上部计算流量系数，建立漏水量曲线，如图4所示，计算公式如下：

根据伯努利方程，将压力换算成压力水头：H=P/ρg，ρ为水的密度，可以取999.964kg/m³，g为重力加速度，根据当地高程取值9.7334。

导叶漏水量Q=V/t+闸门漏水量Qz，t为按监控***钢管压力变化值时间间隔，V为容积,根据压力换算压力水头计算容积，压力水头应考虑过流水面流速的影响，可按下式修正：

$h=H+\frac{{\mathrm{a\υ}}_0}{2g}$

h为计算水头，H为压力水头；a---动能段修正系数，一般可用1.0；υ。为流速，其值可用推求流量除以过流水断面积而得，钢管断面积较大时此项可忽略不计。

根据淹没流孔口流量公式：上、下游过流断面面积都很大，故流速水头忽略不计，流量公式为：μ=0.62。

可根据流量结果，计算孔口面积A。

进行监控***钢管压力数据采集，根据实际测量结果分析，监控***对于钢管压力值取值死区应设置为0.002MPa为宜，将监控***记录的压力变化数据精确导入Excel工作表，本计算模型上平段数据录入18组压力变化值，由计算机自动完成计算。详见图3，机落门后钢管p-t变化曲线。

分析测量***误差如下：

上平段钢管体积计算误差：E1=±0.5%。

弯管体积计算误差：E2=±0.5%。

管道半径测量误差：Er=±0.36%。

流量沿管道空间变化的误差：Ev=±0.5%考虑。

钢管压力变送器误差：Ep=±0.2%。

脉动压力计算误差：Ei=±1.15%。

监控***时间测量误差：Es=±0.2%。

计算测量***误差：

$f_z=\±\sqrt{E_1^2+E_2^2+E_r^2+E_V^2+E_P^2+E_i^2}=\±1.51\%.$

水位测量***误差：fsw=±1.0%。

综上因数计算漏水量***误差：

综上，由于上平段钢管道中心高程相对容积较大，其高程与正常水头较为接近，同时通过钢管压力变化曲线容易判定起始时间，因此，本发明选择上平段中部压力变化计算导叶漏水量比较理想，条件是应根据钢管结构，精确计算上平段钢管道容积变量，实现导叶漏水量自动计算，可以减少人为误差。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种基于钢管道上平段容积法测量水轮机导叶漏水量的方法，钢管道包括上平段、斜井段、下平段、连接于所述上平段和斜井段之间的第一竖弯管、连接于所述下平段和斜井段之间的第二竖弯管，其特征在于，所述方法包括：

步骤一，计算所述上平段的容积；

步骤二，计算所述第一竖弯管下端面中点距离所述上平段的体积；

步骤三，依据落门后的压力曲线变化趋势，计算所述上平段上部流量系数，建立漏水量曲线。

2.根据权利要求1所述的基于钢管道上平段容积法测量水轮机导叶漏水量的方法，其特征在于，在步骤三中，根据伯努利方程，将压力换算成压力水头：H=P/ρg，ρ为水的密度，g为重力加速度；

计算导叶漏水量Q=V/t+Qz，t为钢管道压力变化值时间间隔，V为所述上平段的容积，Qz为闸门漏水量。

3.根据权利要求2所述的基于钢管道上平段容积法测量水轮机导叶漏水量的方法，其特征在于，根据压力换算压力水头计算容积，压力水头按下式修正：

h为计算水头，H为压力水头；a为动能段修正系数，为1.0；υ₀为用推求流量除以过流水断面积而得的流速。