冷却塔专用水轮机的参数测量方法与流程

本发明涉及一种冷却塔专用水轮机的参数测量方法。

背景技术：

循环水系统是化工生产换热的血液部门，是生产稳定运行的重要保障，冷却塔专用水轮机作为循环水冷却塔风机的关键驱动部件，其运行稳定性尤为重要，其出厂前的综合性能检测是极其重要和完全必要的，因此需要测量水轮机的参数来确保水轮机在现场工况下安全、稳定、高效运行。

技术实现要素：

本发明提供一种冷却塔专用水轮机的参数测量方法，可以快速有效地获得水轮机的测量参数，保证了水轮机在现场工况下安全、稳定、高效运行。

为了达到上述目的，本发明提供一种冷却塔专用水轮机的参数测量方法，包含以下步骤：

步骤S1、启动供水泵，控制器打开连接供水泵和稳压罐的电动闸阀，供水泵将水库中的水抽到稳压罐中，待稳压罐中的水充满后，控制器打开稳压罐出水阀门，稳压罐中的水流入水轮机，带动水轮机运转；

步骤S2、启动变频泵，控制器打开连接变频泵和稳压罐的电动闸阀，调节变频泵的频率将稳压罐的输出流量调节为最小流量；

所述的最大流量为设计流量的110％～120％；

步骤S3、将最小流量点作为测量开始点，最大流量点作为测量结束点，流量每变化10％作为测量间隔点，控制器控制压力传感器、流量传感器和扭矩仪在每个测量点对水轮机参数进行采样；

所述的压力传感器测量得到水轮机的水头H，流量传感器测量得到水轮机的流量Q，扭矩仪测量得到水轮机的扭矩M和转速n；

步骤S4、根据在每个测量点得到的水头H、流量Q、扭矩M和转速n 的采样值，计算每个测量点的输入功率W、输出功率P和效率η；

步骤S5、判断水轮机在所有测量点的效率是否都大于等于90％，如果大于等于90％，则水轮机通过检测，如果小于90％，则需要对水轮机进行检修。

在进行步骤S1之前还包含步骤S0：控制器关闭所有的电动闸阀，检查试验台中的各个设备状态是否正常，若正常，进行步骤S1。

所述的步骤S1中，控制器控制连接供水泵和稳压罐的电动闸阀的开度，保持供水泵提供的流量比试验要求的最大流量少1300m³/h。

所述的步骤S1中，所述的启动供水泵的步骤包含：供水泵抽真空，等到待抽取的流体充满水泵壳体内部空间后，启动供水泵。

所述的步骤S3具体包含：流量递增测量和流量递减测量；

所述的流量递增测量包含：从测量开始点起始，通过控制器调节变频泵的频率使流量每次增加10％作为测量间隔点，直到到达测量结束点，控制器控制压力传感器、流量传感器和扭矩仪在每个测量点对水轮机参数进行采样；

所述的流量递减测量包含：从测量结束点起始，通过控制器调节变频泵的频率使流量每次减少10％作为测量间隔点，直到到达测量开始点，控制器控制压力传感器、流量传感器和扭矩仪在每个测量点对水轮机参数进行采样。

针对每一个测量点，当压力传感器、流量传感器的波动值在6分钟内不超过0.5％时开始采样，每隔1分钟采样一次，每个测量点连续采样大于6次，取所有采样值的平均值作为该测量点的采样值。

所述的步骤S4中，

输入功率W为：

W＝Mn/9549 (1)；

其中，M为扭矩，n为转速；

效率η为：

$\mathrm{\η}=\frac{\mathrm{\π}Mn}{2.9418\×{10}^{5}QH}\×100\%---\left(2\right)$

其中，M为扭矩，n为转速，Q为流量，H为水头；

输出功率P为：

$P=9.0806QH\mathrm{\η}=\frac{\mathrm{\π}}{3\×{10}^4}nM\mathrm{\η}---\left(3\right)$

由于测量的是水轮机的稳态工况，取水轮机进口断面为断面1，水轮机尾水出口断面2，根据贝努力方程：

$z_1+H_1+\frac{v_1^2}{2g}=z_2+H_2+\frac{v_2^2}{2g}+h_w+P---\left(4\right)$

其中，Z表示位置高程；H是静压头；ν代表不同流道的断面流速，由流量除以对应断面的截面积即可获得；g代表重力加速度；

其中，z₁是断面1的中心线的位置高程，H₁是断面1的中心线处的静压水头，是断面1的平均动压水头，z₂是断面2的中心线的位置高程，H₂是断面2的中心线处的静压水头，是断面2的平均动压水头，P是水流从断面1流到断面2的水力损失，H_w是水流对水轮机所做的功；由于需要的是水轮机输出的轴功，而断面2选择在水轮机出口的自由面，将方程(4)改写为如下形式：

$9.806\×Q\×(Z+H+\frac{v_1^2}{2g}-\frac{v_2^2}{2g})\×\mathrm{\η}=P---\left(5\right).$

本发明可以快速有效地获得水轮机的测量参数，保证了水轮机在现场工况下安全、稳定、高效运行。

附图说明

图1是冷却塔专用水轮机的试验台结构示意图。

图2是图1中A部的放大示意图。

图3是本发明提供的冷却塔专用水轮机的参数测量方法的流程图。

图4是流量递增顺序下流量与效率曲线。

图5是流量递增顺序下水头与效率曲线。

图6是流量递增顺序下流量与水头曲线。

图7是流量递减顺序下流量与效率曲线。

图8是流量递减顺序下水头与效率曲线。

图9是流量递减顺序下流量与水头曲线。

具体实施方式

以下根据图1～图9，具体说明本发明的较佳实施例。

本发明利用试验台来完成对冷却塔专用水轮机的参数测量，如图1和图2所示，试验台包含：水库，水泵组管路连接水库，水泵组包含多台供水泵和一台变频泵，稳压罐的进水端通过电动闸阀管路连接水泵组，稳压罐的出水端管路连接设置在测量架上的待测水轮机，待测水轮机的输出轴连接设置在测量架上的风机，压力传感器通过电动闸阀管路连接稳压罐，流量传感器管路连接在稳压罐与待测水轮机之间，扭矩仪设置在水轮机的输出轴上，控制器电性连接电动闸阀、压力传感器、流量传感器和扭矩仪。

如图3所示，本发明提供的一种冷却塔专用水轮机的参数测量方法，包含以下步骤：

步骤S0、控制器关闭所有的电动闸阀，检查试验台中的各个设备状态是否正常，若正常，进行步骤S1；

步骤S1、启动供水泵，控制器打开连接供水泵和稳压罐的电动闸阀，供水泵将水库中的水抽到稳压罐中，待稳压罐中的水充满后，控制器打开稳压罐出水阀门，稳压罐中的水流入水轮机，带动水轮机运转；

其中，控制器控制连接供水泵和稳压罐的电动闸阀的开度，保持供水泵提供的流量比试验要求的最大流量少1300m³/h，所述的最大流量为设计流量的110％～120％；

水轮机带动风机叶片转动，流过水轮机的水通过回水渠再排回水库中，形成了完整的水循环；

所述的启动供水泵步骤包含：供水泵抽真空，待真空度满足要求(真空度满足要求即，待抽取的流体充满水泵壳体内部空间)后，启动供水泵；

步骤S2、启动变频泵，控制器打开连接变频泵和稳压罐的电动闸阀，调节变频泵的频率将稳压罐的输出流量调节为最小流量；

所述的最小流量为设计流量的30％；

步骤S3、将最小流量点作为测量开始点，最大流量点作为测量结束点，流量每变化10％作为测量间隔点，控制器控制压力传感器、流量传感器和扭矩仪在每个测量点对水轮机参数进行采样；

所述的压力传感器测量得到水轮机的水头H(单位为m)，流量传感器测量得到水轮机的流量Q(单位为m³/s)，扭矩仪测量得到水轮机的扭矩M(单 位为Nm)和转速n(单位为rpm)；

所述的步骤S3具体包含：流量递增测量和流量递减测量；

所述的流量递增测量包含：从测量开始点起始，通过控制器调节变频泵的频率使流量每次增加10％作为测量间隔点，直到到达测量结束点，控制器控制压力传感器、流量传感器和扭矩仪在每个测量点对水轮机参数进行采样；

所述的流量递减测量包含：从测量结束点起始，通过控制器调节变频泵的频率使流量每次减少10％作为测量间隔点，直到到达测量开始点，控制器控制压力传感器、流量传感器和扭矩仪在每个测量点对水轮机参数进行采样；

针对每一个测量点，当压力传感器、流量传感器的波动值在6分钟内不超过0.5％时开始采样，每隔1分钟采样一次，每个测量点连续采样大于6次，取所有采样值的平均值作为该测量点的采样值；

步骤S4、根据在每个测量点得到的水头H、流量Q、扭矩M和转速n的采样值，计算每个测量点的输入功率W(单位为kw)、输出功率P(单位为kw)和效率η；

输入功率W为：

W＝Mn/9549 (1)；

其中，M为扭矩，n为转速；

效率η为：

$\mathrm{\η}=\frac{\mathrm{\π}Mn}{2.9418\×{10}^{5}QH}\×100\%---\left(2\right)$

其中，M为扭矩，n为转速，Q为流量，H为水头；

输出功率P为：

$P=9.0806QH\mathrm{\η}=\frac{\mathrm{\π}}{3\×{10}^4}nM\mathrm{\η}---\left(3\right)$

由于测量的是水轮机的稳态工况，取水轮机进口断面为断面1，水轮机尾水出口断面2，根据贝努力方程：

$z_1+H_1+\frac{v_1^2}{2g}=z_2+H_2+\frac{v_2^2}{2g}+h_w+P---\left(4\right)$

其中，Z表示位置高程，直接从水轮机结构图纸中获得；H是静压头， 类似于设备被测点现场的相对势能；ν代表不同流道的断面流速，由流量除以对应断面的截面积即可获得；g代表重力加速度；

z₁是断面1的中心线的位置高程(单位m)，H₁是断面1的中心线处的静压水头(单位m)，是断面1的平均动压水头(单位m)，z₂是断面2的中心线的位置高程(单位m)，H₂是断面2的中心线处的静压水头(单位m)，是断面2的平均动压水头(单位m)，P是水流从断面1流到断面2的水力损失(单位m)，H_w是水流对水轮机所做的功(单位kw)；

由于需要的是水轮机输出的轴功，而断面2选择在水轮机出口的自由面，将方程(4)改写为如下形式：

$9.806\×Q\×(Z+H+\frac{v_1^2}{2g}-\frac{v_2^2}{2g})\×\mathrm{\η}=P---\left(5\right)$

根据采集数据，分别做出效率～流量的曲线，效率～转速的曲线、效率～水头的曲线，流量～转速曲线、流量～水头曲线、水头～转速曲线，以便更直观的显示各个参数之间的关系；

步骤S5、判断水轮机在所有测量点的效率是否都大于等于90％，如果大于等于90％，则水轮机通过检测，如果小于90％，则需要对水轮机进行检修。

实施例

以下是河南某企业的5000m³/h流量的水轮机的测试报告：

按照流量递增顺序，如表1所示。

表1

图4是流量递增顺序下流量与效率曲线，横坐标为流量，纵坐标为效率，图5是流量递增顺序下水头与效率曲线，横坐标为水头，纵坐标为效率，图6是流量递增顺序下流量与水头曲线，横坐标为流量，纵坐标为水头。

按照流量递减顺序，如表2所示。

表2

图7是流量递减顺序下流量与效率曲线，横坐标为流量，纵坐标为效率，图8是流量递减顺序下水头与效率曲线，横坐标为水头，纵坐标为效率，图9是流量递减顺序下流量与水头曲线，横坐标为流量，纵坐标为水头。

系统误差是判断最终效率数值的唯一权威标准，系统误差越小，该系统测定的效率值约真实，约权威。计算本发明的系统误差：δ＝(1-0.2％)(1-0.5％)(1-0.2％)＝99.1％，其中，第一个0.2％是压力传感器的测量偏差，0.5％是流量传感器的测量偏差，后一个0.2％是扭矩仪的 测量偏差，所以系统误差为：1％。

本发明可以快速有效地获得水轮机的测量参数，保证了水轮机在现场工况下安全、稳定、高效运行。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。