GB_T 35717-2024 水轮机、蓄能泵和水泵水轮机流量的测量 超声传播时间法.docx
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1、ICS27.140CCSKSS中华人民共和家标准GB/1357172024代GBZZ357172017水轮机、蓄能泵和水泵水轮机流量的测量超声传播时间法Dischargemeasurementforhydrau1.icturbinesfstoragepumpsandpump-turbines-U1.trasonictransit-timemethod2024T201实施2024-05-28发布国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会wm112侦急性引用文件13术语和定义143S测量JK理31.1 基本朦理1.2 超声拘持时间的窝,1.3 声its平均的计算1.4 *的tH6 要求66.1 费量
2、管段选算66.2 声道JCjt66.3 费流”77 触与M试7.1 换能卷定位安装7.2 几何介敷流7.3 配量与调试8淘海朋*8.2定期第踪讦价10附录(短范性)声道高度与权魔不皴H附录B(规范性)it速代表性分考IMR13附录C(M范性)原形汰道能源装量的几何效赛重15KftD(贵科性)纯水中的声速18附录E(拐范性)不确定度辨定方法19附录F(资料性)超声传指时间量能力能试21参考文献22本文件按照GBT1.1-2020标潴化工作导则第I部分:标准化文件的结构和起草规则的规定本文件代替GB/Z35717-2017水轮机、蓄能菜和水泵水轮机流量的测量超声传播时间法3,与GR/Z35717-
3、2017相比,除结构调整和编辑性改动外,主要技木变化如下:增加了装置参数配置与四试(见73);增加了测流数据定期次踪泮价(见&2).请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的员任。本文件由中国电器工业协会提出本文件由全国水轮机标准化技术委员会(SAe/TC175)归口0本文件起草单位:中国计成科学研究院、国网甘用省电力公司电力科学研究院、中国水利水电科学研究院、北京市水资源调吱管理事,务中心、哈尔滨大电机研究所有限公司、河海大学、中国长江电力股份有限公司、水利部农村电气化研究所、国电南瑞科技股份有限公司、水利部机电研究所、声岛港万水技木有限公司、雅布I词冰电开发有限公
4、司、清华大学、北京华声量测科技布限公司、西安理工大学、南京申瑞电气系统控制有限公司、东方电气集团东方电机有限公司、中国电建生团华东勘测设计研究院有限公司、大唐水电科学技术研究院有限公司、北京唯恩传感技术有限公司、中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司、国能大波河流域水电开发有限公司、汇中仪表股价有限公司、西华大学,*f三B1.e声道与流道轴戏之间的夹角。3.9声道充度u1.trasonicpathheight声道相对于波道中心的高度注:声道高度的绝对值为声道与流道轴址间的嫩明琢以流道中心以上为汨乱以下为负(ft政下过流道中心的为呼,相对声道高度为声道高度与半径的比值,3.10JBiKMftAu
5、1.trasonicpathhehtan*1.e对于阳形流道,出道高度与半径比值的正弦tfu寸应的角度,亦即利用经纬仪is行换能器安装时的俯仰角投影到断面上的角度。注:声道高咬角倾晒佻2.3.11换能器凸出高度trans圆形断面直径或矩形断面等效直径,单位为米(m).di:那道i的声道高度,冷位为米(m10H:矩形流道断面高度,单位为米(m).U声道i的声道长度,单位为米(m)。声道i的自管壁起算的声道长度,单位为米Gn)。N:声道数,Q流道断面流量,单位为立方米每秒(m).R:圆形流道半径,单位为米(m)ta:声道i的顺流传播时间,单位为秒。1.i:声道i的相时声道高度.tu:声道i的逆流传
6、播时间,单位为秒(三).UP阿i:声道i的河道投影流速,单位为米每秒(m机V1:声道i的声道轴向流速,单位为米每杪(nV.:的声道角,单位为度()。a;:声道i的声道高度角,单位为度()。t:超声传播时间差,单位为秒国。w:声道i的权重系数.5w*三aa三*f1.三超声传播时间法通过测砧超声在流体中传播的时间来计算流体的流速和流G,如图1G所示,一对换能器以河道长度1.、山道角力安装在流道两侧,流体中汽速C会与声道投影流速VPm-vco加,造成出声逆流传播时间tu大于顺流传播时间ai,=1.(C-vw)vw-(1.t-1.r.)1./2G-1.(C+wrt)JIC-(1.,+1.)1./2由公
7、式(I)可以得到声道轴向流速v,见公式2:上.-0斗一1.-91.2)cos92es91.c,taJ2an,”.式中,超声传播时间差Ai=(uta,是招再传播时间法的关键测年参数,潭道轴向流速的计算不依赖F声速,介麻声速变化不会直接影响流速的测吊结果“图1超声传播时间法原理示意图在实际应用中,经常在流道中不同声道高度z;上平行布河若干声道。1.1.ff1.1.b)所示,好条声道的河道轴向流速v:代表其上下一定面积内的平均流速,利用多个内道轴向流速v:更好地估计流道的面平均流速V,进而得到流道的流量Q.见公式(3):Q=Av=Af(vt.v2Un)式中;A流道断面面枳:N声道数.5.2 超声传播
8、时间的测测流谀胆声道长度通常在米量级.超声传播时间通常在罡秒盘级,时间差通常在微秒眼级,时间差的测泯准确度要求要远离于传搭时间。测流装置采用过零检测、波形相关分析等方法测tf播时间和时间差,应提高单位时间内的采样次数进行多次平均处理.测流装置需要测凝换能器之间水介鲂中的蚓声住搭时间来计算泮道轴向流速,主机应消除信号电缆中的信号传播时间、换能器兀配层中的传播时间、电子设备中的信号处理时间等造成的时间延迟.5.3 声道层平均流速的计算测流装汽所处流道可能具有较覆的横向流动,交叉声道面配置可有效削弱横向流动的干扰,声道投影流速与垂直于声道间的波速分Jft无关.假设声道层内两声道上的线平均流速分技相等
9、.其流速矢量记为ba,与流道轴向的夹角记为0,如图2所示。TSC可分解为向流速Va和横向流速V.其中丫是测流装配带里测到的声道轴向流速。当存在横向流速V,时,测到的声道投影流速分别为0ps.A=vsccos(A+0)vpa.B-V1.ogcos(和公式(5):VA-VIayercososUB-VIa”代os(s-0Z8sB(5)利用几何计算可得到待测声道轴向流速见公式(6):vax=V1.aycrcosO=(vAangs+vptangAy(tanpA+tans)(6)当声遒角ArpB时,可以简化为公式(7):Vax=vA+vBV2(7)如果采用单声道面配置,将存在较大的流速测笊误差,利用交叉小
10、道面可以有效提高测流装范的准确度。换能器安装时通常会凸出于流道边壁,如图3所示.换能器凸出将造成:a)换能器附近波动存在旋涡,局部声道投影潦速与无换能潺时相比存在明显差异:h)出道轴向流速实际采样范围【,与预期采样范围1.w(边境到边般的距离)不同.两者均I1.接影响声道轴向流速的测架,球致液凝测法的系统偏差。图3换能滂凸出即响示意图5.4 流量的计算测流装置在不同声道高度z:上平行布置若干声道.洪测盘声道轴向流速并计算流量,如图1b)所示。通常用相对声道高度1.i=d:/R(圆形流道,R为其半径)、1.:=d:*W2)(矩形流道,H为其符度)来衣征出道的安装位置.其中圆形流道还可用声道高度角
11、;=arc$int;来描述相对户道高度,相对声道高度应符合附录A的要求,换能战应严格按照表A.1安装.嗣形流道通常采用制斯-雅克比枳分法(GauSS-JKbi)和圆形优化枳分法(OW1.CS)计算流中,后者考虑了边壁附近的零流速,系统偏差略小.对于充分发展的流动具行一定优势.表AJ给出了两种方法在相同的声道高度布置条件下的权重系数,%流量Q采用加权平均的方式按公式8)计算.MMQ-R2.vt1.tf,2R,.若令W1.=w;COSa,流础计轨E可简化为公式。Q2R1.W.v4高斯-雅克比积分法的相对声道而度和权无系&可以去达为公式(10)hCM-r,212NN-.(10)*r-KFTIsin1
12、.AFTi电形流道条用高斯-勒让镌法枳分法(Gdgi-1.egSdH)和矩形优化枳分法(OWIRS)计算流量。Q-Br叽f.(ID*式中:B矩形流道宽度.对于交叉声道面配置的测流装设,宜先按公式(6)或公式(7)对同一层的两个声道轴向流速vAi和VB.进行平均.计算声道层平均流速,再按公式(9)和公式UD进行加权求和计算流!Q.6装置技术要求6.1 测量管段选择测流装置换能零安装位置的选择.尽可能远禹扰流区(如产生速度分布不对称、施涡或大范围紊流的弯曲段),尽可能减少或消除干扰测流装置信号质业的气泡、沉淀物和噪声等,测流装置换能器安装优先选择淤露式钢管部位,以便采用外播式换传器.在可选IM形流
13、道和矩形流道的情况下,应优先选择圆形流道安装.典型情况如下。对于中高水头混流式水轮机,测流装置宜选择安装在蜗光前的压力钠管水平直管段上对于而能采,测流装汽宜安装在直管段最长的圆形压力钢管上:若无阴形流道,也可安装在上游渐变矩形流道内,但我测破不确定度会彳r较大增加.对于水泵水轮机.测流装置可安装在期克前的压力钢管水平直管段上,或尾水管进出口流道内。超声测流装置的的后血管段长度宜满足前IOD后3D(的后出管段长度计尊时.以所有换能零的中心阍向.为参照),对于水泵水轮机宜满足前IOD后ICID.无法满足该条件时.超声测波装置仍可应用,但测量不确定度应附加领外的复杂流场影响项.可按照附录B中的方法进
14、行评价.6.2 声道配置本文件最低配置要求为双面交叉4声道(8声道).无法满足6.1中的设管段条件时.宜采用更多的声道以提商契杂流场条件下的面平均流速准确度,并宜对通道内的流速分布进行流体仿真分析或模型送胎测试,以确定最适合的声道尚度和权流系数。圆形流道和矩形流道换能器的典型布词分别如图4和图5所示。声道层宜在水平方响布置。声道角宜在3675范附内进行设计,电管段长度较短时可采用较大的声道角。BB5矩形流道双面交叉4声道布6.3 测海H潮流装置应在测依首段选报和声道鼠置确定的情况下进行选型.利流装Wt换能器仃外描式和内贴式两种安装杉式府优先选择外插式换傥端.外插式换傥2;安装到管道外壁,配有专
15、门的换能器安装座,换能器凸出壁面较少,产生的扰流效应也较小,尺可在带水条件下变换换的5S:内贴式换链器安装到管道内壁.伯号电缆势穿续磔引出.换能:及穿线管都会存在抗流效应。在保证信号强度的前提下,应优先选择尺寸较小的换能器及其安装座.换能器凸出会影响测流装N的点确度,凸出比魁大,羽心的测质偏基植大,内拉腆川.改B对映健舞凸出彬响进行过估段修正.测流装置主机是用于激励换能渊.测破传播时间、计算流速和流量、显示和记录测Ift结果的电子设.其应保证换能器正常发射和接收超声脓冲信号并通过有效性检查.确保超声脉冲信号在上、下的方向都能被检测到,且具布适用的信号质1.it.测流袋置主机选型应满足以下要求:
16、一一单台主机具有至少8声道测盘能力:超声传播时间差的测收精度优于1ns;主机中流呆枳算模型的权1E系数可见,且可根据实测声道高度进行配置,流仪积算模型具有合理的声道缺失补偿算法:-具各超声波形显示和诊阍功能,具有信号质Ift指标体系:具备原始数据的长期存储能力,包括各泮道的流速、声速、传播时间、信号强度及质量等。测流装汽应具热一定的抗干扰能力,在信号桢情恶化甚至信号丢失时,有良好的应对措施,水中的气泡、混沙、杂质、环境噪声等可能引起超声信号大幅衰减和失XU造成部分数据拈误或缺失,在换能器和主机选择时具有足弊的信号墙益余量,以保证测流装困在全寿命冏期内的信号有效,7奘安奘与mC7.1 按“定位安
17、装外插式换能器定位参照管遒外部特征进行,分为新插式和直插式两种,前者精度我高,且不需要手动旋转对正,宜优先采用。内贴式换能器定位参照管道内部轴线进行。换能器的精确定位安奘是测流笠置施工的关键环节,施工控制水平直接影响冽麻准确度.换能器定位安装应由专业人员进行,宣采用全站仪等三维测址设备进行辅助定位.内贴式换能器,也可采用经纬仪与钢卷尺相结合的方式.换能器应安装到预期位置.声道角(ft基应不大于2,Mi对声道高度偏差应不大于0.05.摸旎牌及其信号线缆的固定应足修牢固,确保长期监测过程中不损坏.外插式换能器线拗不在流道内,可避免对流场的扰动.对于内贴式换能器,信号电缆护管直径与流道直径(或等效直
18、径)之比宜不大于1:50,沿周长方向的信号电缆护管应布置在洌量断面下游倒,且到最近的换能器的距离应大于1D.同一声道的一对换能揩宜果用相等长度的纹统.线缆长度存在明显差异时,应旎提供静水条件进行零点修正,7.2 几何几何参数是测流装置流责积算模型的基础数据.包括管道半径(矩形流道则为宽度和高度)、声道氏度、声道角、声道高度等.几何参数测盘方法分为流道内部测量法和流道外部测破法,应按照附录C中的方法,由专业人员实施测量,井优先选择流道内部冽量法。几何金数宜采用全站仪等三维测状设茶进行测量,通过扫描流道形状建立虚拟管道轴线,无需实物靶板。内部测做法可采用经蟀仪进行测网,需要搭建实物靶板,流道宜径应
19、在测绘断面内确定,测出范围应包阚所行换能揖.采用三维坐标测1时.型而采样点不少于50个;采用经玮仪测衣时,至少等间距测吊:5个破面,号个破面测理不少于6次等分直径,如图6所示,8B6B彩流镇亶径位示:图7.3 NME与辑试换能安该完成后应根据现场安装情况将理确定流技积算模型的参数.包括:几何参数:I堀形流道半径(或矩形流道宽度、高度)、声道长度、声道角:一一权重系数:根据实测出道高度计算的权境系数:一非水介质廷时:包含1.1.维廷时、换能器廷时主机延时等:换能器凸出效应悻正:根楙换能静及其安装座的凸出比确定.参数计算完成后,应完成以下装置调试工作:根据主机的操作要求,输入配置参数;一一有水条件
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