ГЛАВНАЯ Комплексные решения Измерения расхода воды в гидротехнических сооружениях и естественных руслах

Измерения расхода воды в гидротехнических сооружениях и естественных руслах

В современном мире, как никогда остро, встает вопрос экономии природных ресурсов, и особенно пресной воды, запасы которой крайне ограничены. Все большее внимание уделяется рациональному использованию воды для ирригации, водоснабжения, эффективной и безопасной генерации энергии. В большинстве стран законодательство предъявляет к водопользователям все более жесткие требования по ведению водохозяйственного учета. Таким образом, точное непрерывное измерение расхода воды становится одной из наиболее актуальных задач. Акустический (multipath transit-time) метод применяется с 60-х годов двадцатого века и, без сомнения, заслужил хорошую репутацию. Постоянное непрерывное измерение расхода - это фундаментальная информация для водного менеджмента в целях контроля процессов в гидро-, тепловой и атомной энергетике, в промышленности, а также в области гидрологии, водоснабжения и водоочистки. Метод закреплен в российских и международных стандартах (IEC60041, ANSI/ASME MFC-5M, ANSI/ASME PTC-18, ISO 6416, ГОСТ Р 51657.5-2001), имеет тысячи реализаций во всем мире. По сути, акустическая система измерения расхода является неотъемлемым атрибутом всех современных электрических станций и других крупных водопользователей. Совершенствование акустического метода стало катализатором стремительного развития установки расходомеров для различных применений. Метод позволяет с высокой точностью (до 0,5% и выше) и достоверностью определять расход воды в водоводах большого поперечного сечения различной конфигурации, с напорным, безнапорным и переменным (напорно-безнапорным) течением.

Специальная конструкция элементов расходомеров создает возможность применять их в наиболее ответственных сооружениях, в т.ч. при высоких скоростях обтекания, высоком давлении, в сложных климатических условиях при долговременном отсутствии возможности осушения водоводов и доступа к первичным акустическим преобразователям.

Интеграция данных в АСУ ТП позволяет накапливать многолетние исторические данные для различных режимов работы, постоянно и непрерывно осуществлять мониторинг и повышение КПД гидроагрегатов, перераспределять нагрузку между гидроагрегатами с целью увеличения интегрального КПД электростанции, получать данные для мониторинга состояния энергетического оборудования, осуществлять мониторинг протечек и разрывов водоводов.

Более чем 25-летний опыт в области гидротехники, гидродинамики и акустики позволил нашей компании при разработке собственной линейки оборудования учесть все основные особенности применения расходомеров на реальных объектах.

Оборудование серии «Волга» прошло метрологическую аттестацию, многочисленные лабораторные и натурные испытания. Оно отвечает требованиям самых высоких мировых стандартов.

НКФ «Волга» реализует комплексный подход –от разработки ТЭО и технического задания, до проектирования, поставки, монтажа, пуско-наладки и обслуживания оборудования для измерения расхода, качества воды, как на крупных объектах энергетики и промышленности, так и в системах коммунального хозяйства, в том числе: создание узлов коммерческого учета расхода воды «под ключ», систем автоматизации очистных сооружений и систем экологического мониторинга водных объектов.

Описание расходомера Волга МЛ

Предназначен для измерения объемного расхода и объема воды в водоводах, преимущественно среднего и большого размера, в условиях напорного, безнапорного и комбинированного (напорно-безнапорного) режимов течения. В основе работы расходомера лежит ультразвуковая «времяимпульсная» многолучевая технология измерения скорости течения в измерительном створе. Для измерения расхода в водоводах с комбинированным или безнапорным режимом течения дополнительно используются датчики (преобразователи) глубины - гидростатические, радарные бесконтактные, ультразвуковые подводные или ультразвуковые бесконтактные. При наличии отложений, влияющих на форму и площадь живого сечения потока, используются датчики уровня наносов.

Области применения расходомера:

  • Турбинные водоводы высоко-, средне- и низконапорных (в том числе русловых) ГЭС, деривационные каналы;
  • Водоводы систем технического водоснабжения ТЭС (КЭС, ТЭЦ и пр.) и АЭС;
  • Объекты ЖКХ (очистные сооружения, станции водоподготовки, судоходные и транспортные магистрали, канализационные системы, насосные станции и др.);
  • Системы ирригации и мелиорации, естественные русла;
  • Узлы коммерческого учета для взаиморасчетов между хозяйствующими субъектами.

Основные преимущества расходомера:

  • Разработан специально для условий многолетней эксплуатации на гидротехнических сооружениях в любой климатической зоне;
  • Может быть использован в коротких водоводах сложной изменяющейся по длине формы;
  • Гибкая модульная разветвленная архитектура позволяет существенно снизить стоимость системы измерений для большого количества измерительных створов;
  • Высокая точность измерения;
  • Полноцветный сенсорный экран с интуитивно понятным интерфейсом;
  • Широкий ряд высоконадежных акустических преобразователей для водоводов любой формы поперечного сечения и типа (скрытые в скале, грунте, открытые);
  • Полное соответствие требованиям стандартов МЭК IEC60041, ASME PTC-18, ISO6416, ГОСТ Р 51657.5-2002;
  • Возможность имитационной периодической поверки без демонтажа расходомера;
  • Режим самодиагностики;
  • Регистрация времени наработки, ведение журналов событий и ошибок.

Технические характеристики

Основные компоненты расходомера:

  • Вторичный блок (ВБ);
  • Комплект акустических преобразователей (АП);
  • Удаленный блок-трансивер (БТ) (опция);
  • Устройство для вывода кабелей (сальник) из напорного водовода (С) (опция);
  • Датчики глубины (ДГ) (опция);
  • Датчики наносов (ДН) (опция).

Схема основных элементов расходомера

Принцип работы расходомера
Что такое времяимпульсный метод измерения?

Времяимпульсный метод измерения объемного расхода жидкости основан на разном времени прохождения акустического сигнала под углом к вектору скорости потока в прямом по течению и обратном направлениях. После замера разницы времени прохождения сигнала в прямом и обратном направлении, при известной длине акустического луча, становится возможным определить компоненту скорости, добавленную течением воды. Для реализации этого метода на противоположных стенках
водовода устанавливаются акустические преобразователи, которые формируют акустический луч под углом θ к потоку, излучая и принимая ультразвуковой сигнал. Величина угла θ определяется в процессе проектирования створа измерения, и зависит от нескольких факторов, обычно принимаются значения от нормального - 45о до максимума - 65°.

Что означает многолучевой?

Основным препятствием на пути определения средней скорости течения является неопределенность истинного пространственного профиля скорости. Для того, чтобы как можно точнее описать профиль скорости, используют не один, а несколько кустических
лучей, расположенных в измерительном створе специальным образом. При этом, чем больше акустических лучей используется, тем точнее описывается профиль скорости и, следовательно, точнее определяется средняя скорость.


Что такое модульная система построения?

Один комплект расходомера Волга МЛ может быть использован для измерения расхода в нескольких створах измерения, с возможностью подключения до 100 (!) акустических лучей. Таким образом, например, одним комплектом расходомера можно одновременно измерить расход в 20-ти створах измерения с 5 акустическими лучами в каждом. В случае удаленности створов измерения от вторичного блока используются удаленные блоки-трансиверы. Такая особенность позволяет получить существенную экономию при реализации системы измерений на объектах с большим количеством водоводов, например, на насосных станциях или русловых ГЭС.

Схемы возможных конфигураций модульной системы построения

Каким образом измеряется расход при безнапорном режиме течения?

В случае безнапорного режима течения, кроме средней по сечению скорости, необходимо также измерять глубину потока. Расходомер имеет возможность выполнять данную задачу двумя способами:
Используя один дополнительный акустический преобразователь из собственной линейки, при этом преобразователь устанавливается на дне водовода и определяет расстояние до поверхности воды;
Используя измеритель глубины и уровня воды любого типа, любого производителя с унифицированным токовым сигналом 4-20 мА: гидростатический, ультразвуковой бесконтактный, радарный бесконтактный, лазерный и т.д.
Выбор того или иного измерителя глубины зависит от многих факторов и делается на этапе разработки основных конструктивных решений. Расходомер позволяет одновременно использовать несколько измерителей глубины, при этом приоритетность выбора того или иного глубиномера (уровнемера) определяется пользователем при программировании.

Схема измерения расхода при безнапорном режиме течения

А как быть, если в водоводе есть наносы на дне и их уровень непостоянный?

Расходомер обладает еще одной уникальной способностью – измерять уровень наносов в реальном времени. Для выполнения такой задачи используется один ультразвуковой преобразователь из линейки Волга МЛ, который обычно устанавливается на стенке водовода и определяет расстояние от своей позиции до твердых наносов. Расходомер принимает во внимание величину измеренных наносов при вычислении расхода. Эта опция доступна как при напорном, так и при безнапорном или комбинированном режимах течения.

Схема измерения уровня наносов


А что, если водовод имеет очень короткий прямой участок или не имеет его вовсе?

В случае отсутствия протяженных прямых участков, требуемых до и после места установки створа измерения (по причине наличия изгибов водовода или других конструктивных элементов, оказывающих влияние на распределение скорости течения), специальный вычислительный алгоритм расходомера позволяет использовать так называемую двухплоскостную перекрестную схему расположения акустических лучей. Это позволяет частично нивелировать влияние деформации эпюры скорости на измеряемый расход. В очень сложных случаях (короткие водоводы сложной формы с переменным сечением) при высоких требованиях к точности измерений, необходимо дополнительно выполнить специальные гидравлические исследования (физические: модельные и/или натурные и математические). Данные, полученные в результате исследований, используются при настройке расходомера.

Перекрестная схема расположения акустических лучей

Гидравлическая математическая модель

Как выполняется периодическая поверка расходомера Волга МЛ ?
Помимо стандартной процедуры прохождения периодической поверки в специализированных и аттестованных центрах метрологии, стандартизации и испытаний, расходомер Волга МЛ имеет возможность прохождения периодической поверки имитационным методом на месте установки оборудования без его демонтажа. Специально для подтверждения метрологических характеристик (периодической поверки), диагностики работы расходомера в процессе эксплуатации нами разработан имитатор расхода Волга ИР. Имитатор расхода Волга ИР подключается к расходомеру вместо акустических преобразователей и позволяет имитировать расход в широком диапазоне значений. Специальное программное обеспечение имитатора расхода позволяет задавать как общий имитируемый расход, так и скорость жидкости через каждый акустический луч.

Есть ли у расходомера режим самодиагностики?

Да, расходомер оснащен таким режимом. В режиме самодиагностики электроника сама модулирует эталонный ультразвуковой сигнал и обрабатывает его так, как если бы это был сигнал с первичных преобразователей. Далее происходит обработка сигнала стандартными алгоритмами программного обеспечения расходомера, в результате чего выдается заключение о состоянии работы аппаратного и программного обеспечения. В случае выявления неисправности по итогам самодиагностики может быть выведен релейный сигнал для системы сигнализации. Самодиагностика осуществляется непрерывно в фоновом режиме работы расходомера. Выполнить настройки и получить более подробную информацию о результатах диагностики можно из специального меню Диагностика. Кроме того, расходомер может оповещать о коммуникационных проблемах и проблемах с акустическими преобразователями. Наличие таких возможностей позволяет своевременно оповещать эксплуатационный персонал о сбоях в работе расходомера и необходимости их устранения, а ведение расходомером архива нештатных ситуаций позволяет осуществлять их анализ и принятие действий по недопущению подобных ситуаций в будущем.

Можно ли использовать расходомер в системах сигнализации о протечках и разрывах водоводов?

В линейке Волга МЛ есть специальная версия расходомера – Волга МЛ МП, которая является готовой к внедрению системой сигнализации о протечках и разрывах водоводов. При наступлении нештатной или аварийной ситуации расходомером Волга МЛ МП выдаются соответствующие релейные сигналы. Специальные математические алгоритмы анализа переходных процессов и гибкие настройки позволяют настроить расходомер применительно к специфике работы каждого конкретного объекта, что практически исключает ложные срабатывания сигнализации и повышает надежность работы в целом. 
На базе расходомера Волга МЛ МП можно реализовать две основные схемы обнаружения протечек и разрывов водоводов:

Одноканальная - с установкой одного измерительного створа (при этом измеренный расход через водовод сравнивается с историческими накопленными данными и характеристиками гидроагрегата (ГЭС) или насосного агрегата (насосная станция);
Двухканальная (дифференциальная) - с установкой двух измерительных створов (при этом в непрерывном режиме контролируется участок водовода между измерительными створами, сравнивая значения расхода в них).


Акустические преобразователи

Используя акустические преобразователи из линейки расходомера Волга МЛ, можно организовать систему измерения расхода практически на любом водоводе из любого материала и с любой формой поперечного сечения. Для установки акустического преобразователя применяются те или иные монтажные элементы, исходя из конструктивных особенностей водовода.

Врезной способ монтажа акустических преобразователей

Врезной способ монтажа акустических преобразователей является предпочтительным, когда имеется беспрепятственный доступ к наружным стенкам водовода. Основной моделью акустического преобразователя для врезного способа монтажа является модель П9111 с использованием монтажного элемента М9111. Особенностью данной модели монтажного элемента является наличие шарового крана, что позволяет извлекать тело акустического преобразователя из монтажного элемента для его замены или
обслуживания без осушения водовода и снятия рабочего давления. Максимально допустимое давление в водоводе для данного комплекта – 3 МПа.


Накладные изнутри акустические преобразователи П9211/М9211 и П9210Д/М9210Д

Для водоводов, в которых использование врезных преобразователей нецелесообразно или недоступно, разработаны монтажные элементы, позволяющие установить акустические преобразователи изнутри на стенках водовода. Типовые случаи: открытые водоводы с железобетонными облицовками, открытые каналы с естественными или искусственными руслами, водоводы, проложенные под землей или в скале.
П9211/М9211 - самые популярные акустические преобразователи для данного типа монтажа. Материал изготовления – ПВХ, опционально изготавливаются из нержавеющей стали. Обладают высокой стойкостью к механическим повреждениям.
Отличительной особенностью комплекта П9210Д/М9210Д является наличие двух излучающих элементов, что повышает надежность работы расходомера. В случае выхода из строя одного излучающего элемента можно подключить второй, что позволит продолжать измерения без проведения ремонтных работ в самом измерительном створе. Такие акустические преобразователи используются, как правило на объектах, где затруднено осушение водовода для замены тела акустического преобразователя. Материал изготовления акустического преобразователя – ПВХ, монтажного элемента – нержавеющая сталь. Частота акустического сигнала 1 МГц, максимальное давление 5 МПа.

      

Накладные изнутри акустические преобразователи П9310/М9310

Для использования в водоводах большого размера (шириной до 500 м) и реках используется комплект П9310/М0310. Частота акустического сигнала – 200 КГц. 

Накладные изнутри акустические преобразователи П9510/М9510

Данная модель акустического преобразователя была разработана специально для использования в прямоугольных водоводах с непараллельными стенками, например, на подводящих водоводах низконапорных ГЭС. Отличительной особенностью этой модели является поворотный излучающий элемент, который позволяет производить юстировку угла поворота акустического луча в пределах ± 15О. Частота акустического сигнала 1 МГц, максимальное давление 1 МПа.

Накладные изнутри акустические преобразователи П9320/М9320

Данный комплект акустического преобразователя и монтажного элемента применяется главным образом в открытых каналах среднего размера (шириной до 20 м). Также данный акустический преобразователь может быть использован в качестве ультразвукового измерителя глубины, при установке на дно водовода, или измерителя уровня наносов, при установке на стенку. Материал изготовления акустического преобразователя – ПВХ, монтажного элемента – нержавеющая сталь.

      

Монтаж, обслуживание и техническая поддержка

Как вывести кабели за пределы водовода при использовании накладных изнутри акустических преобразователей?

Сделать это можно двумя способами: 
Используя смежные конструктивные элементы водовода, например, аэрационные шахты водоводов ГЭС;
Используя специальный сальник из комплекта Волга МЛ, выполненный из нержавеющей стали, обеспечивающий вывод кабелей из водовода под давлением до 5 МПа. Монтаж сальника на водоводе или фланцах отводов может осуществляться как приварным, так и компрессионным способом.

Почему в линейке акустических преобразователей нет моделей с накладным способом монтажа снаружи водовода без нарушения его целостности?

По мнению большинства авторитетных отечественных и зарубежных специалистов в области акустики и ультразвуковых измерений, накладные акустические преобразователи, устанавливаемые снаружи водовода, могут быть использованы только в портативных системах учета. И могут применяться только в случаях необходимости измерения расхода воды в течение непродолжительного времени. Для систем измерения расхода, систем обнаружения протечек и разрывов водовода на ответственных гидротехнических объектах данный тип акустических преобразователей не подходит по многим причинам, например -неконтролируемое обрастание внутренней поверхности водовода, что влияет на точность измерений с непредсказуемой погрешностью вследствие прохождения акустического сигнала на своем пути через несколько сред. Кроме того, использование такого способа монтажа прямо противоречит требованиям таких авторитетных стандартов в области гидроэнергетики, как МЭК IEC60041.

Сколько составляет гарантийный срок на ваши приборы?

НКФ «Волга» предоставляет гарантию от производственных дефектов сроком на:
12 месяцев с момента монтажа на объекте, но не более 18-ти месяцев с момента отгрузки с нашего склада;
24 месяца с момента монтажа на объекте с привлечением технических специалистов НКФ «Волга», но не более 30 месяцев с момента отгрузки с нашего склада.
Все сервисное и гарантийное обслуживание контрольно-измерительного оборудования осуществляется на нашей производственной базе в г. Москва высококвалифицированным персоналом. В сервисном центре всегда в наличии комплектующие и расходные материалы, что позволяет производить ремонт и доукомплектовку изделий в кратчайшие сроки.

Монтаж, обслуживание и техническая поддержка

Для моего объекта расходомер Волга МЛ не подходит по некоторым техническим параметрам, а указанные акустические преобразователи не подходят для моего водовода. 

В случае уникальности стоящих перед Вами задач по измерению расхода воды, реализацию которых невозможно осуществить при помощи стандартных решений на базе расходомера Волга МЛ, наш конструкторский отдел готов подготовить для Вас индивидуальное решение на базе расходомера Волга МЛ, разработать уникальные монтажные элементы и приспособления для монтажа акустических преобразователей. Возможна разработка программного обеспечения и его метрологической аттестации.

Можете ли Вы предложить услуги по внедрению Вашего оборудования на нашем объекте?

Располагая штатом высококвалифицированных сотрудников, мы оказываем весь комплекс услуг "под ключ", связанных с внедрением системы измерения расхода воды, включающий в себя:

разработку проектно-сметной документации;
строительно-монтажные работы, шеф-монтажный надзор;
пусконаладочные работы;
сервисное обслуживание на регулярной основе или по запросу;
поставка комплектующих и запасных частей. 



Заказать звонок

Нажимая на кнопку, я даю свое согласие на обработку персональных данных.

Спасибо! Ваша заявка отправлена.