Погрешность ультразвукового расходомера, установленного в турбинном водоводе ГЭС «Три ущелья»

Погрешность ультразвукового расходомера, установленного в турбинном водоводе ГЭС «Три ущелья»

Погрешность ультразвукового расходомера, установленного в турбинном водоводе ГЭС «Три ущелья»

Chi Wang∗, Tao Meng, He-ming Hu, Liang Zhang

Отдел термометрии и оценки материалов, Национальный институт метрологии, No. 18, North Third Ring Road East, Chaoyang Dist, Beijing, China

 

Информация

Ключевые слова:

Ультразвуковой расходомер

Эксперимент на физической модели

CFD – численное моделирование динамики потоков жидкости

Погрешность измерений

 

Реферат

Всегда сложно производить измерения параметров потока в больших водоводах. Ультразвуковые расходомеры, разработанные в последние годы, пригодны для водоводов с большим расходом, в первую очередь - для испытаний производительности турбин на гидроэлектростанциях, поскольку они удобны в монтаже. Однако их точность трудно оценить, и нет признанного метода интерпретации исходных данных для условий, отличных от стандартных. Погрешность ультразвукового расходомера, установленного на электростанции «Три ущелья», была проанализирована как экспериментально, так и с помощью численного CFD анализа с целью оценки влияния сложного поля течения на погрешность измерений. Для проведения ряда экспериментов была создана экспериментальная установка - физическая модель в уменьшенном масштабе (1:24). Результаты исследований на физической модели показывают, что ошибка измерения расхода, связанная со сложным полем течения, составляет около 0,3%. Полученное с использованием численного моделирования поле течения в турбинном водоводе ГЭС «Три Ущелья» дало расчетную погрешность, близкую к экспериментальному результату. Анализ погрешности, основанный на модельных исследованиях и натурных​​ измерениях расходомером на ГЭС «Три ущелья» показывает, что погрешность расходомера составляет менее 1%, т.е. расходомер имеет достаточную точность для испытания производительности турбин на электростанции.

 

1. Введение

ГЭС «Три Ущелья» - самый крупный гидроэнергетический проект в мире с суммарной установленной мощностью 22,5 млн. кВт и плановой годовой выработкой 85,7 млрд. кВт часов. КПД турбин – важная техническая характеристика гидроэлектростанции. Снижение КПД турбин на 2% приведет к снижению выработки на 1,5 млрд. кВт часов ежегодно. Поэтому, оценка эффективности работы агрегатов и корректировка рабочей зоны очень важны, в то время как расход воды через турбину является наиболее важным параметром для определения КПД. На электростанции «Три Ущелья» КПД измерялся для трех гидроагрегатов у правого берега с использованием ультразвуковых расходомеров трех различных производителей. Хотя все три расходомера имели один и тот же времяимпульсный ультразвуковой принцип измерения и схожую конфигурацию, погрешность, заявленная производителями, была разной - от 0,3% до 1%. Погрешности расходомера уделяется особое значение вследствие её существенного влияния на определение КПД турбины. Для подтверждения характеристик турбогенератора погрешность измерения расхода должна быть не выше ±1%. В результате ограничений со стороны ГЭС ультразвуковые расходомеры должны были быть установлены за пределами входного участка турбинного водовода, как показано на рис. 1. В итоге, ультразвуковые расходомеры расположены очень близко к поворотному колену сверху по течению и к турбине - снизу, с очень короткими прямыми участками водовода сверху и снизу, что существенно расходится с правилами установки, определенными стандартом IEC41 Международной электротехнической комиссии и PTC18 Американского общества инженеров-механиков, в которых содержится требование необходимых прямых участков, как минимум 10 диаметров до и 3 диаметра - после измерительного створа, как необходимых условий достижения полностью сформировавшегося турбулентного течения. Поэтому на погрешность расходомера будет оказывать существенное влияние поле течений в турбинном водоводе на входе и в самом измерительном створе. Кроме того, электростанция «Три Ущелья» - крупнейшая в мире ГЭС с турбинными водоводами огромного диаметра - до 12,4 м, огромным расходом – до 970 м3/с и максимальной скоростью потока до 9 м/с. Таким образом, необходимая погрешность не может быть получена стандартным способом измерения расхода, и не существует общепринятого метода калибровки, т.к. ультразвуковые расходомеры появились не так давно. В результате, метрологическая служба не имела возможности проверить погрешность, заявленную производителем, что, в свою очередь, делает задачу оценки КПД турбины на станции «Три ущелья» невыполнимой. Для решения данной проблемы три года назад Корпорация «Три ущелья» попросила техническую поддержку у AQSIQ (Управления по надзору за качеством, инспекции и карантину). Национальный институт метрологии изучил методы моделирования погрешности измерений ультразвуковых расходомеров с целью дать достоверную оценку погрешности расходомеров, установленных на ГЭС «Три ущелья».

 

Работа времяимпульсного расходомера основывается на времени прохождения ультразвуковой волны через поток жидкости. Два акустических преобразователя, как показано на рис. 2, используются для измерения времени распространения волны вниз по течению td,i, и вверх по течению tu,i, с определением средней скорости акустического луча как,

 

 где Li - длина акустического луча и φi - угол акустического луча.

 

Для однолучевого расходомера существует определенная зависимость между средней скоростью потока в створе измерения и скоростью акустического луча, но эта зависимость изменяется при изменении профиля скорости. Точность измерения расходомером повышается с увеличением числа акустических лучей и интегрированием результатов по формуле,

 

 где R - радиус водовода, ωi - весовые коэффициенты и N – число акустических лучей.

 

Для определения оптимального положения акустических лучей и соответственных весовых коэффициентов ультразвуковых расходомеров обычно используется метод интегрирования Гаусса, что отражено в стандартах IEC41 [1] и PTC18 [2]. Принцип работы расходомера показывает, что погрешность измерения скорости напрямую зависит от точности измерения длины и времени прохождения акустического луча, при этом точность интегрирования расхода зависит от конкретного поля течений в измерительном створе. Поэтому в данном исследовании при оценке точности расходомера на ГЭС «Три ущелья» рассматриваются три фактора. При установке расходомера на «Три ущелья» были произведены дополнительные замеры геометрии измерительного створа, как фактора, влияющего на погрешность расходомера. Неточность результатов измерений связана как с инструментом для определения координат и методом определения формы водовода, так и с изменениями температуры и давления воды. Для измерений времени прохождения сигнала было разработано стандартное устройство, позволяющее проводить автономные калибровки измерений временной задержки системы расходомера. Кроме того, погрешность времяимпульсных измерений расходомера на «Три ущелья» оценивалась на основе несоответствий измерений так называемого «нулевого расхода» и разрешающей способности счетчика временных задержек, заявленной производителями расходомеров. Влияние искажения поля течений является самой важной проблемой при оценке погрешности расходомеров на «Три ущелья», что также является предметом настоящего исследования. На «Три ущелья», ультразвуковой расходомер расположен очень близко к поворотному колену вверх по течению и ко входу в спиральную камеру турбины - вниз по течению. Поэтому, была спроектирована конфигурация расходомера с 18-ю лучами (см. Рис. 3). Это максимально используемое на сегодняшний день количество акустических лучей в ультразвуковых расходомерах. Хотя теоретически этого достаточно для точного описания сложного поля течений, все же необходимо тщательно оценивать влияние искажений.

 

Рис. 1. Эскиз проточного тракта электростанции (1 - затвор, 2 - турбинный водовод, 3 - расходомер, 4 - турбина).

 

 Рис. 2. Измерение скорости акустического луча.

 

 Рис. 3. Конфигурация расходомера на «Три ущелья». (Символы маркировки означают последовательно: плоскость A/B, вверх (U) и вниз (D) по течению, номер луча. Стрелки показывают направление потока).

 

 2. Экспериментальные исследования

Для исследований характеристик течения часто используются модельные эксперименты, например, при прогнозировании и оценке эффективности турбины [3]. В данном исследовании, для оценки погрешности измерения ультразвукового расходомера, вызванной нерегулярным распределением скоростей, для моделирования распределения скорости в проточном тракте использовалась масштабная модель, созданная на основе принципов гидравлического подобия. Для напорных течений эксперименты должны проводиться на основе закона подобия Рейнольдса. Однако при соблюдении этого условия для калибровки фактического расхода скорость будет слишком высокой, поэтому использовались фактические скорости в водоводе ГЭС. Численное (CFD) моделирование с использованием модели иного масштаба показало, что погрешность измерений ультразвукового расходомера на малой модели будут намного выше, нежели на большой, что согласуется с характеристиками расходомера [4]. Поэтому моделирование водоводов меньшего размера даст более консервативный результат для точности измерения.

 

 2.1. Конструкция физической модели

Существующая экспериментальная установка позволяет использовать диаметр трубы модели только 500 мм, поэтому линейный масштаб модели по отношению к прототипу составил 1: 24,8. Проектирование модели базировалось на соблюдении этого масштаба. Модельный турбинный водовод был разделен на пять частей по течению сверху вниз, включая верхний наполнительный резервуар, подводящий водовод, ультразвуковой расходомер, спиральную камеру и отсасывающую трубу, как показано на рис. 4. Прототип имеет два колена сверху по течению и снизу - перед спиральной камерой, что непосредственно влияет на распределение скоростей и, следовательно, на показания расходомера. Это было также ключевым моментом при конструировании модельного водовода. Конструирование формы водовода было максимально приближено к натурным данным, полученным при установке расходомера на «Три ущелья». Другим ключевым моментом конструирования модели был модельный расходомер. Как и на прототипе, модельный расходомер представлял собой ультразвуковой расходомер с 18-ю акустическими лучами под углом 65 ° и акустическими преобразователями, расположенными в соответствии со стандартом PTC18 [2]. Проточная часть электростанции «Три ущелья» на модели была упрощена. Например, наполнительный резервуар на модели был использован для моделирования входных условий из водохранилища, а внутри спиральной камеры был смоделирован только направляющий аппарат, т.к. именно он непосредственно влияет на структуру течения, при этом прочие механические детали были упущены.

 

Рис. 4. Модельная экспериментальная установка (1 - наполнительный резервуар, 2 - подводящий водовод, 3 - расходомер, 4 - спиральная камера, 5 - соединительная камера, 6 - контрольная задвижка, 7 - стандартный металлический резервуар, 8 - отводящее устройство, 9 - отводящая труба).

 

2.2. Эксперимент на физической модели

 

Погрешность измерения объемного расхода на установке National Large Water Flow Measurement Laboratory составляла 0.1% (k = 2). Проводились эксперименты для «идеального» водовода, модельного водовода и повторно для «идеального» водовода. При эксперименте на «идеальном» водоводе расходомер устанавливался в обычной экспериментальной трубе (“идеальный” водовод) с достаточной длиной прямой трубы до и после измерительного створа по направлению потока (20 диаметров до и 10 диаметров - после измерительного створа) для достижения идеальных условий распределения скоростей, как указано в IEC41 [1]. В эксперименте для модельного водовода использовалась фактическая геометрия и стандартный расходомер, для проверки измерений расходомера по сравнению со стандартом измерения, как показано на рис. 4. Эксперимент на «идеальном» водоводе проводился заново для проверки стабильности работы расходомера. Максимальная скорость потока 5 м/с обеспечивалась стандартной установкой, причем в каждой из групп экспериментов устанавливались скорости 5 и 3 м/с. Каждый эксперимент повторялся не менее 6 раз. Погрешность и повторяемость результатов показаний расходомера измерялись для каждой группы экспериментов в соответствии с Национальным верификационным регламентом [5].

 2.3. Экспериментальные результаты и их анализ

 2.3.1. Анализ поля течений на основе скорости акустического луча

Средняя линейная скорость измерялась вдоль каждой линии поперечного сечения измерительного створа многолучевого расходомера. Таким образом, для 18-лучевой конфигурации скорости измерялись на каждом из лучей для получения общего распределения скоростей в поперечном сечении. Сначала сравнивались различия в распределении скоростей лучей для «идеального» и модельного водоводов. Результаты на рис. 5 показывают профили распределения скорости лучей в плоскостях A и B (рис. 3) и среднее значение скорости в плоскостях A и B. Вертикальная ось для каждого профиля - это скорость, а горизонтальная - относительная высота акустического луча, d/R, где d - расстояние между положением акустического луча и осью водовода, а R - радиус водовода. 9 значений - средние скорости жидкости, измеренные вдоль 9 лучей (цифры 1-9 слева направо). Границы вертикальной погрешности в каждой точке указывают на стандартное отклонение скорости потока по лучу из-за изменений скорости жидкости, вызванных искажениями течения вдоль акустического луча. Результаты показывают, что стандартные отклонения измерений в модельном водоводе были значительно больше, чем в «идеальном», что указывает на более сложную структуру неустановившегося потока с поперечными течениями в модельном водоводе. Наибольшие отклонения отмечены по лучу 9 вверху и лучам 1-3 у основания, как в плоскости A, так и в B. Таким образом, наибольшие значения отклонений отмечены в верхней части водовода, а наибольшая площадь отклонений – в нижней. Среднее значение скоростей в плоскостях A и B изображено на третьей панели. Среднее значение имеет меньшие отклонения и ближе к скорости, измеренной экспериментально для «идеального» водовода. Это указывает на наличие поперечных горизонтальных составляющих течения на модели. Одновременные измерения в плоскостях A и B устраняют большую часть влияния горизонтальных течений и улучшают повторяемость и надежность измерений. Анализ показывает, что распределение скоростей в «идеальном» водоводе было близко к полностью развитому турбулентному распределению и симметрично, тогда как в модельном водоводе оно не было симметричным - с более низкими скоростями на верхних лучах и более высокими - на нижних. Так как были изменены только условия на входе и выходе расходомера, а другие условия измерения остались неизменными, погрешность измерений может быть связана с разным распределением скоростей, вызванным иными условиями течения. Осредненные распределения скоростей акустических лучей, измеренные модельным расходомером со средней скоростью 5 м/с и расходомером «Три ущелья» со средней скоростью потока 7,5 м/с, показаны на рис. 6. Распределение скоростей для модельного расходомера и расходомера «Три ущелья» весьма схожи; таким образом, экспериментальные результаты могут быть использованы для анализа влияния искажения поля течений на расходомер «Три ущелья».

 

Рис. 5. Сравнение скорости луча и его стандартного отклонения.

Таблица 1

Сравнение погрешности измерений для модельного и «идеального» водоводов.

 2.3.2. Количественный анализ влияния поля течений

При сравнении результатов эксперимента для «идеального» и модельного водоводов было оценено влияние специальных полей течения в модели на показания расходомера. Расходомер был недавно спроектирован и изготовлен, находился в стадии рабочей модели, и надежность его абсолютных значений погрешности все еще нуждалась в дальнейшем изучении. Для данного экспериментального метода требовалась высокая стабильность расходомера. Модельный эксперимент повторялся дважды с интервалом в два месяца для того, чтобы наблюдать экспериментальную воспроизводимость. Статистические данные двух экспериментов представлены в таблице 1. Хотя абсолютные значения погрешностей измерений изменились, различия между погрешностями для «идеального» и модельного водоводов изменились очень мало, около 0,3%. Этот результат можно использовать для оценки показаний расходомера на электростанции «Три ущелья». С учетом погрешности установки и стабильности модельного расходомера, погрешность составляет около 0,4% (k = 2). Так как конфигурация модельного расходомера и расходомера «Три ущелья» одинаковы, а измеренные распределения скорости акустических лучей очень близки, можно предположить, что расходомер «Три ущелья» имеет положительную ошибку измерений 0,3%.

Рис. 6 Распределение скоростей акустических лучей.

 

 3. Оценка с применением численного моделирования

 3.1. Анализ течения в створе расходомера

Благодаря быстрому развитию компьютеров и современных компьютерных технологий, численное моделирование стало важным инструментом исследований. Коммерческое программное CFD обеспечение Fluent использовалось в данном случае для моделирования поля течений в ультразвуковом расходомере, с целью проанализировать скорости потока по виртуальным акустическим лучам и определить ошибку, которая представляет собой разницу между измеренным и фактическим расходом. Численное моделирование не требует уменьшения масштаба, однако требует некоторого упрощения расчетной области. Расчетная область включала, по направлению течения: резервуар, затвор, турбину и отсасывающую трубу, как показано на рис. 7. Приподнятый наполнительный резервуар на численной модели был заменен давлением, как граничным условием. Конструкция турбины также не моделировалась и была смоделирована только спиральная камера. Для анализа погрешности расходомера было рассчитано поле течений в его створе. Вычисленное поле течений было измерено с использованием виртуального 18-лучевого ультразвукового расходомера с трехмерным распределением скоростей вдоль акустических путей. Скорости вдоль акустических лучей в плоскости A представлены на рис. 8 для средней скорости  = 7 м/с. Четыре рисунка показывают векторы скорости и три составляющие вектора скорости. Первые три рисунка изображены в нормальном масштабе вектора скорости, а четвертый - с увеличенным в 5 раз масштабом в силу малости значений. Результаты демонстрируют наличие значительного поперечного течения в створе расходомера. Vy перпендикулярен акустическим лучам, поэтому не влияет на скорость акустического луча, а Vz пересекает акустический луч под углом и оказывает влияние на скорость акустического луча. Однако такое влияние на самом деле нарушает условия измерения расхода и является причиной невозможности использования одноплоскостной конфигурации в расходомере при наличии поперечных течений. Расходомер измеряет продольную скорость потока на основе скоростей акустического луча, в том числе и скорости поперечного течения, при его наличии. Далее рассчитывались скорости акустического луча на основе численного поля течений, как показано на рис. 9. Трехмерные скорости в каждом узле проецировались на акустический луч и преобразовывались в продольную составляющую следующим образом:

 

 где символ j обозначает каждый узел на акустическом луче, а (Δx, Δy, Δz) - направление акустического луча.

 

Тогда скорость акустического луча может быть интегрирована из каждого vj. Поскольку расходомер предназначен для измерения продольной скорости vx j, поперечная скорость v yz j является нежелательной составляющей, задающей ошибку поперечного течения. Влияние продольной и поперечной составляющих скорости на скорость акустического луча показаны на рис. 9 при средней скорости течения  = 7 м/с. Продольные составляющие скорости вдоль акустического луча намного выше поперечных. Кроме того, продольные составляющие скорости вдоль акустических лучей в плоскостях А и В практически совпадают, в то время как поперечные составляющие в этих плоскостях весьма различны. В дополнение, положительные поперечные составляющие скорости в плоскости A частично компенсируются отрицательными поперечными составляющими в плоскости B, что является основной причиной выбора двухплоскостной конфигурации расходомера с целю уменьшения влияния поперечного течения. Результаты моделирования скорости акустического луча (включая вклад как продольного, так и поперечного течений) сравнивались с данными измерений расходомера «Три ущелья», показанными на рис. 10. Результаты хорошо согласуются, это указывает на то, что численная модель точно прогнозирует фактическое поле течений в турбинных водоводах «Три ущелья».

Рис. 7. Вычислительная сетка.

Рис. 8. Трехмерное распределение скоростей вдоль акустических лучей.

Рис. 9. Продольные и поперечные скорости течения в створе расходомера.

 

 3.2. Ошибка измерений как следствие сложного поля течений

 

При использовании многолучевой схемы расход может быть рассчитан как сумма взвешенных значений, как показано в уравнении (2). Скорость вдоль акустического луча может быть разложена на продольную и поперечную составляющие i = x i +  yz i. Расход также можно разложить соответственно на QN = Qx N + Qyz N. Кроме того, конфигурация расходомера «Три ущелья» имеет две плоскости, поэтому результирующий расход представляет собой средний расход, замеренный в двух плоскостях Q = (QA + QB)/2. Определим Qs как фактический рассчитанный расход, рассчитанный по скоростям на каждом узле измерительной секции. При этом ошибка измерения расхода (разность между измеренным и фактическим расходом) в плоскости А может быть разложена на продольную и поперечную составляющие,

 

 где QA – расход в плоскости A измеренный ультразвуковым расходомером, (Qx A − Qs) обусловлен интегральными значениями вдоль оси водовода, а поперечная составляющая Qyz обусловлена поперечным течением.

 

Ошибки измерения расхода, указанные в качестве относительных значений в таблице 2, показывают, что продольные погрешности расходомера составляют не более 0,3% с почти одинаковыми значениями в двух акустических плоскостях, в то время как поперечные погрешности в двух акустических плоскостях составляют 0,1% и - 0,3% соответственно, поэтому они частично компенсируют друг друга. В результате поперечное течение оказывает большее влияние на точность измерения расходомера только с одноплоскостной конфигурацией, тогда как использование среднего значения при двух плоскостях уменьшает влияние поперечной составляющей, что количественно иллюстрирует, почему использование двухплоскостной конфигурации расходомера предпочтительнее для сложных течений.

 

В многолучевых ультразвуковых расходомерах используются конфигурации с различным количеством акустических лучей, углами акустических лучей и углами поворота вокруг оси водовода. Влияние конфигурации было проанализировано для различных углов поворота вокруг оси водовода, углов акустических лучей и количества акустических лучей с результатами, приведенными в таблице 3.

Рис. 10. Сравнение расчётного и измеренного распределения скоростей.

 

Таблица 2

Погрешность измерений расхода при различных средних скоростях.

 

Таблица 3

Влияние конфигурации акустических лучей на погрешность измерений расхода.

 

Таблица 4

Различие между расходами, определенными различными способами с использованием CFD.

Результаты показывают, что поворот вокруг оси водовода не влияет на показания двухплоскостного расходомера. Было обнаружено, что угол акустического луча не влияет на погрешность измерения продольной скорости, но погрешность измерения поперечной скорости увеличивается при увеличении угла. Таким образом, погрешности поперечной скорости могут быть уменьшены путем уменьшения угла луча, однако это повлияет на измерение продольной скорости, поэтому правильный угол пути должен быть тщательно подобран. Количество акустических лучей сильно влияет на погрешность измерения продольной скорости, но не поперечной. Фактически, поперечная ошибка связана только с полем течений в створе расходомера.

 

3.3. Расчет фактического расхода

 

Для анализа ошибки измерений, вносимой сложным полем течений, сравнивались измеренный и фактический расход. Измеренный расход был найден путем интерполяции вычисленного поля течений на акустических лучах в программном обеспечении FLUENT и вывода данных вычисления скоростей в файл ASCII для расчета скорости акустического луча. Затем были просуммированы взвешенные значения для расчета расхода. Фактический расход был рассчитан по скоростям в узлах на измерительных плоскостях, извлеченных из поля течений численной CFD модели. Для каждого треугольного элемента сетки численной модели из трех значений средней продольной скорости выводилось среднее значение, при умножении которого на площадь элемента и дальнейшем суммировании вычислялся расход для всего сечения. Существует два других способа расчета фактического расхода. Первый, согласно которому Fluent может непосредственно методом интегрирования рассчитать расход в каждом сечении, однако алгоритм такого интегрирования неизвестен. Второй, согласно которому акустические лучи могут быть использованы для расчета расхода по методу Гаусса-Якоби из численной модели, который должен соответствовать фактическому расходу с точностью до выбранной расчетной погрешности. Таблица 4 иллюстрирует сравнение расчета фактического расхода при средней скорости в водоводе 5 м/с. Расходы, рассчитанные на входе в поле течений и в измерительном створе расходомера имеют очень небольшое отличие, что свидетельствует о численной сходимости результатов. Расход также был рассчитан с использованием продольных скоростей на этих участках с использованием метода Гаусса-Якоби для 36 параллельных акустических лучей (большее количество лучей не давало никаких изменений) и с различными углами поворота вокруг оси водовода, без различия в наблюдаемых в результатах. По-видимому, существуют некоторые систематические ошибки Fluent в методе интеграции для определения фактического расхода. Сложные условия течения в турбинном водоводе «Три ущелья» были смоделированы Lȕscher и др. [6] и Staubli [7], которые выявили погрешность 18-лучевого расходомера около -0,65%, связанную с искажением поля течений. Они описали свой результат как общую ошибку, определенную в результате интегрирования модели Fluent. В этом исследовании ошибка измерения была получена путем извлечения данных поля течений в виде CFD сетки и суммирования скоростей треугольных элементов. Если фактический расход, относящаяся к полю течений по Staubli, примерно на 1% больше, чем результат в данном исследовании, общая погрешность около 0,2% в исследовании будет очень близка к результату около 0,6%, полученному Staubli.

 

 4. Выводы

 Условия установки расходомера имеют большое значение, особенно для электростанции «Три ущелья» с очень короткими подводящим и отводящим прямыми участками по течению от створа расходомера, что увеличивает ошибку его измерений. Поскольку результаты измерения расхода имеют большие экономические последствия, точность особенна важна. В данном исследовании для анализа влияния гидравлических условий в створе измерений использовались как физические эксперименты, так и численное моделирование. Для оценки надежности измерений и выбора наиболее эффективного метода измерений расхода результаты сравнивались между собой. Экспериментальные результаты дают оценку погрешности измерения расхода, вносимую замоделированной фактической геометрией турбинного водовода «Три ущелья» по сравнению с «идеальной». Эксперименты показывают, что влияние геометрии увеличивает расход, измеренный расходомером примерно на 0,3%, а при численном моделировании эта ошибка оценивается приблизительно в 0,2%. Если эта ошибка может быть скорректирована производителями расходомеров, и эти расходомеры могут быть откалиброваны по полю течений, включая геометрию и время прохождения акустического луча, общая погрешность расходомеров «Три ущелья» будет не более 1% (заявленного производителями), этого достаточно для оценки эффективности. Результаты численного моделирования показывают, что в измерительном створе имеются значительные поперечные течения. Ошибка, связанная с поперечными течениями существенно компенсируется при использовании двухплоскостной конфигурации расходомера. Результаты численного моделирования также показывают, что угол поворота измерительного створа относительно оси водовода не влияет на погрешность измерения расхода, в то время как угол луча влияет на погрешность, связанную с поперечной скоростью, количество лучей влияет на погрешность определения продольной скорости.

 

Ссылки

[1] IEC41. International code for the field acceptance test of hydraulic turbines

[2] ASME PTC 18-2002 (Revision of PTC18-1992). Hydraulic turbines performance test codes

[3] He Y, Fu G, He T. Turbine model and model acceptance test for Longtan hydropower station. Water Power 2004;30(6):56–8.

[4] Huo D, Zhai X, Miao Y. Dry calibration method for large-size multi-channel ultrasonic flow meters. Acta Metrologica Sinica 1994;15(2):269–75.

[5] JJG1030-2007. Ultrasonic flowmeter

[6] Luescher B, Staubli T, Tresch T, Gruber P. Accuracy analysis of the acoustic discharge measurement using analytical, spatial velocity profiles. In: Proceeding of Hydro 07. 2007.

[7] Staubli T, Luescher B, Gruber P, Widmer M. Optimization of acoustic discharge measurement using CFD. International Journal on Hydropower & Dams 2008; 15(2):109–12.

Заказать звонок

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

Спасибо! Ваша заявка отправлена.