具有矩形流道的水轮机的流量测量方法技术

本发明专利技术提供了一种具有矩形流道的水轮机的流量测量方法，矩形流道具有在第一方向上间隔排列的第一侧壁和第二侧壁，以及在第二方向上间隔排列的第三侧壁和第四侧壁；流量测量方法包括：选取矩形流道的一过流断面为测量断面；在测量断面布置沿第一方向直线排列的多个流速仪；控制多个流速仪从第三侧壁起始，沿第二方向朝第四侧壁平移，并在平移期间进行多次流速测量；根据多个流速仪多次测量得到的流速值，计算矩形流道的流量

【技术实现步骤摘要】
具有矩形流道的水轮机的流量测量方法


[0001]本专利技术涉及水轮机流量测试领域，特别是涉及一种具有矩形流道的水轮机的流量测量方法
。

技术介绍

[0002]水轮机绝对流量的测试方法有流速仪法
、
压力时间法
、
热力学法
、
超声波法等
。
几种方法的适用范围和测量条件各有不同
。
[0003]压力时间法适用于长引水管路水轮机，通过甩负荷紧急关闭进水闸门或阀门，根据管路内水压变化计算流量
。
这种方法对水轮机和管路存在一定损害，应用极少
。
热力学法适用于
100m
以上水头水轮机，通过预埋高低压侧测量管路，利用
0.001K
精度的传感器测量水体温度，计算水轮机流量
。
超声波法适用于所有类型水轮机，但要求被测水轮机具有较长直管段，测量断面流态分布对称
。
流速仪法适用于所有类型水轮机，圆形
、
矩形流道水轮机均适用
。
[0004]由上可见，对
100m
以上水头的水轮机，若预埋了热力学法需要的测量管路，优先采用热力学法开展绝对流量的测量；若无预留测量管路，无法采用热力学法测量
。
对具有较长直管段且流态分布较为对称的水轮机，可采用超声波法测量绝对流量，多用于圆形流道水轮机；矩形流道通常流速分布杂乱，易受工况
、
水头
、
紊流扰动，超声波法无法获得可靠的测量数据
。
[0005]流速仪法可应用于所有类型水轮机，圆形
、
矩形测量断面均可布置流速仪进行绝对流量的测量
。
目前流速仪法在圆形流道上应用较多，测点布置
、
流量计算方法较为成熟
。
但对于矩形流道的水轮机，行业内尚未有成熟的流速仪法绝对流量测量方法，主要体现在两个方面：流速测点布置没有统一的策略标准；矩形流道通常尺寸较大，需要较多的流速测点，测量实施难度大
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的一个目的是为了克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种能够对矩形流道的水轮机的绝对流量进行有效测量的测量方法
。
[0007]本专利技术的进一步的目的是要减少流速测点的数量，进而减少流速仪的投入，提高测量效率
。
[0008]特别地，本专利技术提供了一种具有矩形流道的水轮机的流量测量方法，所述矩形流道具有在第一方向上间隔排列的第一侧壁和第二侧壁，以及在第二方向上间隔排列的第三侧壁和第四侧壁；所述流量测量方法包括：
[0009]选取所述矩形流道的一过流断面为测量断面；
[0010]在所述测量断面布置沿所述第一方向直线排列的多个流速仪；
[0011]控制所述多个流速仪从所述第三侧壁起始，沿所述第二方向朝所述第四侧壁平移，并在平移期间进行多次流速测量；
[0012]根据所述多个流速仪多次测量得到的流速值，计算所述矩形流道的流量
。
[0013]可选地，每个流速仪在平移期间，首次测量点位于所述第三侧壁，末次测量点位于所述第四侧壁；且“根据所述多个流速仪多次测量得到的流速值，计算所述矩形流道的流量”的步骤包括：
[0014]计算所述多个流速仪每次测量的流速值在所述第一方向的加权流速
V
t
，
t
＝1，2，
…
，
n
‑1，
n
；
t
为测量次序，
n
为每个流速仪流速测量总次数；
[0015]根据各次加权流速
V
t
，通过下述公式计算所述矩形流道的流量
Q
：
[0016][0017]式中，
U
为所述流速仪的平移速度，
W
为所述第一侧壁与所述第二侧壁的间距
。
[0018]可选地，“计算所述多个流速仪每次测量的流速值在所述第一方向的加权流速
V
t”的步骤包括：根据下述公式计算加权流速
V
t
：
[0019][0020]式中，
2p+1
为所述多个流速仪的总数，
p
为正整数，所述多个流速仪从所述第一侧壁至所述第二侧壁的方向上依次编号为1至
2p+1
，第1号流速仪与所述第一侧壁的距离为
x1，第2号至第
2p+1
号流速仪中每个流速仪与前一流速仪的距离为
x2，
x3，
…
x
2p
，
x
2p+1
，第
2p+1
号流速仪与所述第二侧壁的距离为
x
2p+2
。
[0021]可选地，每个流速仪在平移期间进行连续测量，首次测量点位于所述第三侧壁，末次测量点位于所述第四侧壁；
[0022]“根据所述多个流速仪多次测量得到的流速值，计算所述矩形流道的流量”的步骤包括：
[0023]根据所述多个流速仪连续测量得到的流速值，计算各次测量流速值的加权流速
V
与时间
t
的关系
V
＝
V(t)
，
0≤t≤H/U
；
U
为所述流速仪的平移速度，
H
为所述第三侧壁与所述第四侧壁的间距；
[0024]通过下述公式计算所述矩形流道的流量
Q
：
[0025][0026]式中，
W
为所述第一侧壁与所述第二侧壁的间距
。
[0027]可选地，所述第一方向中央部位处的流速仪布置密度小于所述第一侧壁和所述第二侧壁处的流速仪布置密度
。
[0028]可选地，设所述多个流速仪的总数为
2p+1
个，
p
为正整数，并从所述第一侧壁至所
述第二侧壁的方向上依次编号为1至
2p+1
；
[0029]第
p+1
号流速仪位于所述矩形流道在所述第一方向上的正中央，其余各所述流速仪分布在第
p+1
号流速仪两侧，且相对于第
p+1
号流速仪呈轴对称布置
。
[0030]可选地，“在所述测量断面布置沿所述第一方向直线排列的多个流速仪”的步骤包括：
[0031]布置所述多个流速仪，以使各所述流速仪的位置满足以下关系：
[0032][0033]式中，
w
i
为位于第
p+1
号流速仪两侧且与之相隔
i
‑1个流速仪的流速仪与第
p+1
号流速仪的间距，
W
为所述第一侧壁与所述第二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种具有矩形流道的水轮机的流量测量方法，所述矩形流道具有在第一方向上间隔排列的第一侧壁和第二侧壁，以及在第二方向上间隔排列的第三侧壁和第四侧壁；所述流量测量方法包括：选取所述矩形流道的一过流断面为测量断面；在所述测量断面布置沿所述第一方向直线排列的多个流速仪；控制所述多个流速仪从所述第三侧壁起始，沿所述第二方向朝所述第四侧壁平移，并在平移期间进行多次流速测量；根据所述多个流速仪多次测量得到的流速值，计算所述矩形流道的流量
。2.
根据权利要求1所述的具有矩形流道的水轮机的流量测量方法，其中每个流速仪在平移期间，首次测量点位于所述第三侧壁，末次测量点位于所述第四侧壁；且“根据所述多个流速仪多次测量得到的流速值，计算所述矩形流道的流量”的步骤包括：计算所述多个流速仪每次测量的流速值在所述第一方向的加权流速
V
t
，
t
＝1，2，
…
，
n
‑1，
n
；
t
为测量次序，
n
为每个流速仪流速测量总次数；根据各次加权流速
V
t
，通过下述公式计算所述矩形流道的流量
Q
：式中，
U
为所述流速仪的平移速度，
W
为所述第一侧壁与所述第二侧壁的间距
。3.
根据权利要求2所述的具有矩形流道的水轮机的流量测量方法，其中“计算所述多个流速仪每次测量的流速值在所述第一方向的加权流速
V
t”的步骤包括：根据下述公式计算所述加权流速
V
t
：式中，
2p+1
为所述多个流速仪的总数，
p
为正整数，所述多个流速仪从所述第一侧壁至所述第二侧壁的方向上依次编号为1至
2p+1
，第1号流速仪与所述第一侧壁的距离为
x1，第2号至第
2p+1
号流速仪中每个流速仪与前一流速仪的距离为
x2，
x3，
…
x
2p
，
x
2p+1
，第
2p+1
号流速仪与所述第二侧壁的距离为
x
2p+2
。4.
根据权利要求1所述的具有矩形流道的水轮机的流量测量方法，其中每个流速仪在平移期间进行连续...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹登峰，周叶，邹志超，刘娟，江翠伟，王俊杰，付志远，程光超，陈张华，程大勇，司浩男，何捷，李立罡，陈泽方，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：