一种超低水头的液力透平测试装置的制作方法

1.本发明属于液力透平测试装置技术领域，具体是涉及一种超低水头的液力透平测试装置。


背景技术：

2.超低水头即水头在5m以下的水力资源，具有水力发电的潜力，但因为经济开发价值较低，故一直未引起足够的重视。实际上，我国微水头资源分布广泛，具有不同于常规水电的独特开发优势：1、资源丰富，种类繁多，具有巨大的开发潜力；2、资源便利，结构简单，二次能源回收，节省投资；3、运河、管道、尾水等超低水头资源稳定，具有可预测性；4、无需蓄水调节，对环境影响小。
3.而在利用超低水头水力资源时，选择合适的液力透平是十分重要的，目前没有一种成熟高效的液力透平机械可以适用于超低水头的水力资源的利用，所以本发明设计了一种可以测试超低水头液力透平机械的测试装置，能够完成超低水头液力透平机械的试验，建设该测试装置存在一定的难度，由于系统压力较低，流动中的压力脉动足以引起较大的测试误差，因此测试系统的稳压能力是测试系统成功的关键所在。


技术实现要素：

4.本发明主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种超低水头的液力透平测试装置。
5.本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种超低水头的液力透平测试装置，包括管道a、离心泵、液力透平、以及测功机，所述管道a的两端分别连通水池的进水口和排水口，所述管道a上沿管道a内流体流动方向依次安装离心泵和液力透平，所述液力透平的输出轴连接转矩转速传感器和测功机，所述管道a上位于离心泵出口依次安装有电动比例积分调节阀和第一稳压罐，所述管道a上位于液力透平进口之前和出口之后的压力稳定区域安装有管路静压测试装置。
6.作为优选，所述管路静压测试装置包括第二稳压罐、第一自动放气阀、稳压腔、以及静压传感器，所述管道a的壁面周向均布有八个导压孔，所述稳压腔套接在管道a上并包覆导压孔，所述稳压腔的内腔与导压孔相连通，所述第二稳压罐和第一自动放气阀安装在稳压腔上，所述静压传感器至少设置有两个，安装在稳压腔上。
7.作为优选，所述稳压腔上均布有四个静压传感器，所述静压传感器之间对称设置。
8.作为优选，所述液力透平的出口连接有放气管道，所述放气管道的壁面上依次开设有三个放气孔，所述放气孔上安装有第二自动放气阀。
9.作为优选，所述液力透平的输出轴和测功机之间设有转矩转速传感器。
10.作为优选，所述管道a位于水池排水口位置的管段的高度高于管道a其他管段的高度，所述水池的进水口安装有静水栅。
11.作为优选，所述离心泵通过电动机驱动，并通过电动机调节流入液力透平的液体
的流量和压力。
12.本发明具有的有益效果：本发明将水池、离心泵和液力透平所形成的测试回路测试液力透平在超低水头工况下的水力性能特性，同时通过多个稳定流场的第一稳压罐、第二稳压罐、第一自动放气阀、第二自动放气阀等辅助设备串联相配合以减小流场压力脉动，降低测量误差，提高系统测试的精度。
附图说明
13.图1是本发明的一种俯视结构示意图；
14.图2是本发明不含水池的一种结构示意图；
15.图3是本发明管路静压测试装置的一种结构示意图；
16.图4是本发明管路静压测试装置的一种剖视结构示意图；
17.图5是本发明管道a的一种剖视结构示意图；
18.图6是本发明放气管道的一种结构示意图。
19.图中：1、管道a；2、离心泵；3、液力透平；4、测功机；5、水池；6、电动比例积分调节阀；7、第一稳压罐；8、管路静压测试装置；9、第二稳压罐；10、第一自动放气阀；11、稳压腔；12、静压传感器；13、导压孔；14、第一放气孔台；15、放气管道；16、放气孔；17、第二放气孔台；18、第二自动放气阀；19、转矩转速传感器；20、电动机；21、电动闸阀；22、电磁流量计；23、联轴器；24、电控柜；25、测控系统；26、尾水管；27、电动调节阀。
具体实施方式
20.下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
21.实施例：一种超低水头的液力透平测试装置，如图1-图6所示，包括管道a1、离心泵2、液力透平3、以及测功机4，所述管道a1的两端分别连接水池5的进水口和排水口，所述水池5内装载有流体，作为优选，流体为清水，且无杂质，以保证各连接设备不被磨损、堵塞，所述管道a1上沿管道a1内流体流动方向依次安装离心泵2和液力透平3，即离心泵2的进口与水池5的进水口相连通，离心泵2的出口与液力透平3的进口相连通，液力透平3的出口与水池5的排水口相连通，离心泵2、液力透平3和水池5相组合形成一条回路系统，所述液力透平3的输出轴连接转矩转速传感器19和测功机4，测功机4为磁粉测功机。
22.离心泵2通过电动机20驱动，将机械能转化成流体动能和势能；液力透平3将离心泵2输出的流体能量转化成机械能并向测功机4输出；测功机4消耗液力透平3输出的机械能，并测得液力透平3的输出功率。
23.所述管道a1上位于离心泵2进口安装有电动闸阀21，当试验结束或长期不做试验时，可关闭电动闸阀21以保证水池5里的流体不会进入管道a1中，使管道a1无积水。
24.所述管道a1上位于离心泵2出口依次安装有电动比例积分调节阀6、第一稳压罐7和电磁流量计22，所述电动比例积分调节阀6用于调节离心泵2输出的流量和压力，所述第一稳压罐7用于将离心泵2输出的高压流体进行稳流、稳压、破碎气泡、以及排出管段中的气体，使液力透平3进口的管段流态稳定，减小进口流场畸变，使测量的流量和压力更加稳定、准确，所述电磁流量计22用于测量进入液力透平3的流体的体积流量。
25.所述管道a1上位于液力透平3进口之前和出口之后的压力稳定区域安装有管路静
压测试装置8，所述管路静压测试装置8用于测试液力透平3进出口的压力并得出压差，所述管路静压测试装置8包括第二稳压罐9、第一自动放气阀10、稳压腔11、以及静压传感器12，所述管道a1的壁面周向均布有八个导压孔13，所述稳压腔11套接在管道a1上并包覆导压孔13，所述稳压腔11的内腔与导压孔13相连通，所述稳压腔11上安装有第一放气孔台14，所述第二稳压罐9和第一自动放气阀10安装在第一放气孔台14，并通过第一放气孔台14与稳压腔11相连通，所述静压传感器12至少设置有两个，安装在稳压腔11上。
26.管道a1壁面上的导压孔13主要是用来传导管路a该截面不同点位的静压，由于不同点位的静压值有所不同，流体通过导压孔13进入稳压腔11的内部，经混合、排气和稳压后，稳压腔11内的压力基本能够维持在较小的压力脉动范围内，使测量的管路静压更加准确，然后通过静压传感器12测量压力。
27.作为优选，所述静压传感器12设置有四个，分别设置在稳压腔11上与水平夹角45
°
处位置，所述静压传感器12之间对称设置，即第二稳压罐9的两侧均安装有两个静压传感器12，位于同侧的静压传感器12之间对称设置，位于不同侧的静压传感器12之间也对称设置。通过设置多个静压传感器12，且从多个不同点位进行测量，以确保测量的准确性，使用时，取四个静压传感器12的平均值。
28.所述液力透平3的出口连接有放气管道15，所述放气管道15位于液力透平3出口的管路静压测试装置8的上游，所述放气管道15的壁面上依次开设有三个放气孔16，三个放气孔16连成一直线，所述放气孔16上焊接有第二放气孔台17，所述第二自动放气阀18螺纹连接在第二放气孔台上17，并通过第二放气孔台17与放气孔16相连通。通过设置第二自动放气阀18对管道a1进行放气稳压，以保证测得的压力更稳定、更准确。
29.所述液力透平3的输出功率由测功机4测得，所述液力透平3的输出轴和测功机4之间设有转矩转速传感器19，所述转矩转速传感器19通过联轴器23分别与液力透平3的输出轴和测功机4相连；通过转矩转速传感器19测量到的转矩值和转速值即可得出液力透平3的输出功率。液力透平3的输入功率来自流体动能，并由离心泵2供给，离心泵2输出的流体流量和压力，即水功率，传递给液力透平3。
30.所述管道a1上安装有电动调节阀27，所述电动调节阀27位于液力透平3出口的管路静压测试装置8的下游；通过设置电动调节阀27，可对流体进行憋压。
31.所述管道a1位于水池5排水口位置的管段进行抬高处理，即位于水池5排水口位置的管段的高度高于管道a1其他管段的高度，以保证整个回路满管。
32.所述水池5的进水口安装有静水栅，保证进水口流场稳定，即保证排水口带有动能的水流冲击不影响进水口的取水流畅。作为优选，所述水池5的进水口和出水口均采用呈喇叭形的尾水管26，可将水流引向下游，可减小流速，减小动能。
33.上述测试装置还包括测控系统25，通过plc和上位机软件将测功机4、调节阀的控制集中至控制台，可将进出口的压差、流量、转速、扭矩、输出功率、液力透平3效率、水流和轴承的温度等各项参数监测显示至控制台同一显示屏上。
34.用于驱动离心泵2的电动机20是由电控柜24控制，电控柜24内装载有控制器，当需要测试不同工况下液力透平3的机械效率时，可通过改变电动机20的频率来控制电动机20的转速，从而调节流入液力透平3的流体的流量和压力。
35.稳压罐、管道a1流量直管段的长度(大于10d)、进出口压力取压长度(4d)、尾水管
26、离心泵2进出口的管径都是按照国家标准进行设计的，各种测量设备也是选用高精度设备，整个测量装置可精确测量在超低水头工况下液力透平3的各项性能。
36.上述测试装置减小测量误差的方法为：
37.步骤1，离心泵2开启，将水池5内的流体在水池5、离心泵2和液力透平3所形成的回路中循环泵送；
38.步骤2，电动比例积分调节阀6调节离心泵2输出的流量和压力，第一稳压罐7对离心泵2输出的高压流体进行稳流、稳压、破碎气泡、以及排出管段中的气体，使液力透平3进口的管段流态稳定，减小进口流场畸变；
39.步骤3，管路静压测试装置8内的导压孔13、稳压腔11、第一自动放气阀10和第二稳压罐9相配合，将稳压腔11内的压力维持在较高的精度范围内，减小测量误差；同时，静压传感器12从多个不同点位进行测量取平均，进一步减小测量误差；
40.步骤4，放气管道15上的第二自动放气阀18进行放气稳压，使液力透平3出口的管段流态稳定，减小测量误差。
41.上述测试装置试验水头较低，且只应用静压传感器12进行水头测量，在忽略随机测量误差的情况下，测试装置的误差主要包括扭矩测量误差、转速测量误差、水头测量误差、以及流量测量误差。
42.扭矩测量误差：采用hbm品牌，传感器满量程为100n
·
m，测量误差为0.1％，实际使用约50n
·
m，则使用折算精度为0.2％；
43.转速测量误差：采用hbm品牌，传感器满量程为4000rpm，精度为0.1％；
44.水头测量误差：由于管道a1进出口管段等直径，则只考虑静压差测量水头以及管路沿程损失，采用abb压力传感器，静压传感器满量程为1bar，实际使用约为0.3bar，则精度为0.2％；
45.流量测量精度：采用abb电磁流量计，流量计的满量程为1500m3/h，精度为0.2％，实际使用约750m3/h，则使用精度约为0.4％；
46.总误差为：
47.由上述计算可知，整个测量装置的测量系统误差在较高的测量精度水平，可精确测量在超低水头工况下液力透平的各项性能。
48.最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种超低水头的液力透平测试装置，包括管道a(1)、离心泵(2)、液力透平(3)、以及测功机(4)，其特征在于，所述管道a(1)的两端分别连通水池(5)的进水口和排水口，所述管道a(1)上沿管道a(1)内流体流动方向依次安装离心泵(2)和液力透平(3)，所述液力透平(3)的输出轴连接转矩转速传感器(19)和测功机(4)，所述管道a(1)上位于离心泵(2)出口依次安装有电动比例积分调节阀(6)和第一稳压罐(7)，所述管道a(1)上位于液力透平(3)进口之前和出口之后的压力稳定区域安装有管路静压测试装置(8)。2.根据权利要求1所述一种超低水头的液力透平测试装置，其特征在于，所述管路静压测试装置(8)包括第二稳压罐(9)、第一自动放气阀(10)、稳压腔(11)、以及静压传感器(12)，所述管道a(1)的壁面周向均布有八个导压孔(13)，所述稳压腔(11)套接在管道a(1)上并包覆导压孔(13)，所述稳压腔(11)的内腔与导压孔(13)相连通，所述第二稳压罐(9)和第一自动放气阀(10)安装在稳压腔(11)上，所述静压传感器(12)至少设置有两个，安装在稳压腔(11)上。3.根据权利要求2所述一种超低水头的液力透平测试装置，其特征在于，所述稳压腔(11)上均布有四个静压传感器(12)，所述静压传感器(12)之间对称设置。4.根据权利要求1所述一种超低水头的液力透平测试装置，其特征在于，所述液力透平(3)的出口连接有放气管道(15)，所述放气管道(15)的壁面上依次开设有三个放气孔(16)，所述放气孔(16)上安装有第二自动放气阀(18)。5.根据权利要求1所述一种超低水头的液力透平测试装置，其特征在于，所述液力透平(3)的输出轴和测功机(4)之间设有转矩转速传感器(19)。6.根据权利要求1所述一种超低水头的液力透平测试装置，其特征在于，所述管道a(1)位于水池(5)排水口位置的管段的高度高于管道a(1)其他管段的高度，所述水池(5)的进水口安装有静水栅。7.根据权利要求1所述一种超低水头的液力透平测试装置，其特征在于，所述离心泵(2)通过电动机(20)驱动，并通过电动机(20)调节流入液力透平(3)的液体的流量和压力。

技术总结
一种超低水头的液力透平测试装置，属于液力透平测试装置技术领域。本发明包括管道A、离心泵、液力透平、以及测功机，所述管道A的两端分别连通水池的进水口和排水口，所述管道A上沿管道A内流体流动方向依次安装离心泵和液力透平，所述液力透平的输出轴连接转矩转速传感器和测功机，所述管道A上位于离心泵出口依次安装有电动比例积分调节阀和第一稳压罐，管道A上位于液力透平进口之前和出口之后的压力稳定区域安装有管路静压测试装置。本发明将水池、离心泵和液力透平所形成的测试回路测试液力透平在超低水头工况下的水力性能特性，同时通过多个稳定流场的辅助设备串联相配合以减小流场压力脉动，降低测量误差，提高系统测试的精度。的精度。的精度。


技术研发人员：陆明伟 陆胜军 董芹
受保护的技术使用者：绍兴淼汇能源科技有限公司
技术研发日：2023.04.25
技术公布日：2023/7/22