超聲波流量測量技術(shù)因?yàn)槠洫?dú)特的優(yōu)勢，即無需測量介質(zhì)直接接觸，無需破管；測量過程與流體的壓力、溫度、流速無關(guān)，無機(jī)械損傷，無壓力損失，在工業(yè)生產(chǎn)流量測量中牢牢占據(jù)了一席，并且隨著研發(fā)技術(shù)的不斷提高，其測量的適應(yīng)性和準(zhǔn)確度也逐年提高，目前已成為市場上熱門的流量計(jì)選型之一。本文針對于發(fā)電機(jī)組內(nèi)冷去除供水系統(tǒng)的流量監(jiān)測對超聲波流量計(jì)的使用作出介紹。發(fā)電機(jī)在工作過程中會產(chǎn)生大量的熱量，目前一般都是采用內(nèi)置循環(huán)水路冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)組工作時(shí)產(chǎn)生的熱量很大，所以發(fā)電機(jī)定子線圈水路堵塞而引起發(fā)電設(shè)備損壞的重大事故屢有發(fā)生，經(jīng)濟(jì)損失巨大。為保證發(fā)電設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行，國家電網(wǎng)公司印發(fā)的（2000）589號文，《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》中強(qiáng)調(diào)了發(fā)電機(jī)檢修中，必須進(jìn)行各定子線棒的水流量測試。

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以前，為了確定冷卻系統(tǒng)的水量是否保持系統(tǒng)設(shè)置的正確的范圍之，需要通過在機(jī)組大修過程中，人工拆開發(fā)電機(jī)的絕緣引水管與匯水管的接管頭，用量杯測量單位時(shí)間內(nèi)的水的流量。但是這種測量方法的劣勢也是顯而易見的，因?yàn)樾枰覀儾痖_發(fā)電機(jī)端部幾十根絕緣引水管，耗時(shí)耗力不說，還會嚴(yán)重地影響檢修工期。并且由于對原先良好的手包絕緣重新拆開再包裹，如此反復(fù)，損壞密封和絕緣的事情也時(shí)有發(fā)生，造成新的事故隱患。
 
在采用超聲波流量計(jì)之后，所有的問題迎刃而解，這個(gè)都得益于超聲波流量測量具有的得天獨(dú)厚的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)闊o需拆開被測的絕緣引水管，無機(jī)械損傷，無壓力損失，管外測量時(shí)不接觸被測流體；可以在發(fā)電機(jī)大修時(shí)測量與正常運(yùn)行時(shí)相同條件下各個(gè)絕緣引水管的水流量，較真實(shí)地反映水管的實(shí)際流量。

　　一、超聲波流量計(jì)測量原理
　　1.1時(shí)差法原理
　　時(shí)差法測量流體流量的原理如圖1所示。它利用聲波在流體中傳播時(shí)因流體流動方向不同而傳播速度不同的特點(diǎn)，測量它的頁流傳播時(shí)間t1和逆流傳播時(shí)間t2的差值，從而計(jì)算流體流動的速度和流量。
　　

         設(shè)靜止流體中聲速為c，流體流動速度為ν，把一組換能器A1、A2安裝在管子的兩側(cè)，兩換能器軸向距離為d，其連線與管渠軸線安裝成角，換能器的距離為L。
　　從A1到A2順流發(fā)射時(shí)，聲波的傳播時(shí)間t1為：
　　1.2超聲波的分辨及檢測技術(shù)原理
　　超聲波在液體中傳播，受管道材質(zhì)、壁厚、管徑及流體的影響，當(dāng)從管道一側(cè)傳播到另一側(cè)時(shí)，信號不可避免的衰減，發(fā)生形變。同時(shí)現(xiàn)場的電噪聲、電磁干擾等干擾信號與超聲波信號一起被超聲波流量計(jì)的換能器所接收，這樣，準(zhǔn)確的分辨和檢測超聲波信號便成為超聲波流量計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。一般超聲波流量計(jì)采用跟蹤聲波大峰值來檢測聲波信號并進(jìn)行流量測量。在超聲波流量計(jì)初始化時(shí)，超聲波流量計(jì)根據(jù)從換能器接受到的信號給出流體中聲速的參考值，如果這個(gè)參考值與聲波在該流體當(dāng)前溫度下傳播速度接近（如對20℃下純凈水中聲速大約為1480m/s，50℃下純凈水中聲速大約為1530m/s），表示此換能器接受的是正確的、所需的超聲波信號;如果參考值與實(shí)際聲速相差較遠(yuǎn)，說明此時(shí)換能器接受的可能是干擾信號，需要人工的輸入實(shí)際聲速，重新初始化，使換能器在2L/c時(shí)間間隔附近搜索超聲波信號。實(shí)際證明，當(dāng)超聲波給出的參考聲速與實(shí)際聲速接近時(shí)，測量數(shù)據(jù)很快能達(dá)到穩(wěn)定點(diǎn)，精度較高。

　　二、發(fā)電機(jī)定子內(nèi)冷水流量測量的技術(shù)特點(diǎn)
以上海汽輪發(fā)電機(jī)廠生產(chǎn)的QFSS-330-2型雙水內(nèi)冷機(jī)組為例，其定子線圈端部絕緣引水管結(jié)構(gòu)如圖2所示。


 
　從圖2中可以看出，此發(fā)電機(jī)共有48根定子線圈絕緣引水管和12根發(fā)電機(jī)定子引線絕緣引水管。這48根定子線圈絕緣引水管分別與對應(yīng)的上層線棒和下層線棒聯(lián)接，其編號跟所聯(lián)接的上層線棒的槽號一致;12根發(fā)電機(jī)定子引線絕緣引水管編號以所聯(lián)接的定子引線的相別一致。
　　從圖2中可以看出，在一周直徑2m左右的空間分布了60根絕緣引水管，管與管之間間隔較小，水管直管部分大都比較短，尤其是12根定子引線的絕緣引水管，幾乎完全是彎曲狀態(tài)，這些都給超聲波流量測量帶來一些困難。

　　三、換能器的安裝方式及安裝間距
　　換能器的安裝分為Z型安裝、V型安裝、W法安裝，如圖3所示。

 
　　其中Z型安裝，即直射式，主要特點(diǎn)是聲波傳播時(shí)間短，效果好，主要適用于流體沿管軸平行流動的情形;V型安裝，即反射式，主要適用于流體方向與管軸不平行，存在著沿半徑方向流動的速度分量時(shí)的情形。用V型法安裝換能器可以將此分量相互抵消。
　　對于發(fā)電機(jī)絕緣引水管，直管部分比較短，盡管液體可能存在徑向方向的流動，但如果用反射式法信號捕捉困難，帶來更大誤差，甚至捕捉不到信號。發(fā)電機(jī)定子內(nèi)冷水流量檢測主要是檢測水路是否堵塞，著重于相互比較，因此宜采用直射式測量。
　　管徑及測量方式確定后，流量計(jì)會計(jì)算出2個(gè)換能器佳間距、小間距相大間距，在佳間距中，換能器能夠更準(zhǔn)確的接受到超聲波信號。根據(jù)佳間距，調(diào)整換能器專用支架，安裝完后，在換能器上涂上藕合劑，夾在絕緣引水管水平兩側(cè)，就可以進(jìn)行流量計(jì)初始化并開始測量了，測量要等數(shù)據(jù)穩(wěn)定時(shí)再讀數(shù)。進(jìn)行下一個(gè)絕緣引水管測量時(shí)，由于測量條件一致，不必重新初始化，但要觀察流量計(jì)給出的參考聲速是否在對應(yīng)溫度下參考值附近，若相差太大就需要重新初始化。

　　四、實(shí)例分析
　　4.1超聲波流量計(jì)的技術(shù)指標(biāo)
　　本文選用的是10l0WDPTR-TlGZ型便攜式時(shí)差式超聲波流量計(jì)，它主要技術(shù)指標(biāo)如下：測量精度為1.0級;流體靈敏度為0.015m/s;流速范圍為±12m/s;零點(diǎn)漂移《0.015m/s;線性度為0.00lm/s。
　　4.2測量結(jié)果及分析
　
　淮安常熟發(fā)電有限公司4號發(fā)電機(jī)為上海汽輪發(fā)電機(jī)廠生產(chǎn)的QFSS-330-2型雙水內(nèi)冷機(jī)組，大修期間，對其進(jìn)行了超聲波流量檢測，測量數(shù)據(jù)如表1、2所示。同時(shí)在分散控制系統(tǒng)（DCS）屏上監(jiān)測到總進(jìn)水管流量：60t/h=l000L/min。
　　從表1、2中數(shù)據(jù)可看出，實(shí)際測量申定子勵側(cè)60根絕緣引水管總流量為： 
910.6+136.2=1046.8L/min，此時(shí)從DCS監(jiān)測到總進(jìn)水量為：1000L/min，總誤差為4.68%，對于如此多的彎管流量測量和復(fù)雜的現(xiàn)場條件，此誤差是在接受范圍內(nèi)的。通過同類型水管橫向比較，發(fā)現(xiàn)定子線圈絕緣引水管平均流量為18.97L/min，小流量為17.7L/min，相對誤差為-6.7%，大流量為20.5L/min郴對誤差為8.06%;定子線圈引線絕緣引水管平均流量為11.35L/min，小流量10.2L/mmn，相對誤差-10.13%，大流量12.3L/min，相對誤差8.37%。從測量結(jié)果看，此發(fā)電機(jī)水管正常，末發(fā)現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。
　　目前機(jī)組已檢修完并投人運(yùn)行，運(yùn)行中各線圈、定子出水等溫度測點(diǎn)的溫度一切正常。

　　五、結(jié)束語
　　采用超聲波流量計(jì)測量發(fā)電機(jī)定子內(nèi)冷水流量，無需破壞線圈的絕緣和出廠機(jī)械結(jié)構(gòu)，無需斷開線圈與絕緣引水管的軟聯(lián)接頭，較真實(shí)的再現(xiàn)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)額定水壓下流量，檢測結(jié)果真實(shí)可靠。超聲波測量技術(shù)能夠?yàn)榘l(fā)電機(jī)大修縮短工期，為發(fā)電企業(yè)創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)減少了解開手包絕緣帶來的隱患。使用超聲波流量計(jì)在發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水測量需注意以下幾點(diǎn)。
　?。?）要消除被測絕緣引水管中的氣泡，氣泡將減弱超聲波的傳導(dǎo)，并增大信號的衰減，信號減弱，換能器不能接受正確的超聲波信號，使得測量不準(zhǔn)或測量失敗。所以在超聲波流量測量之前，定子內(nèi)冷水必須在額定壓力運(yùn)行24h，并進(jìn)行相關(guān)排氣操作，同時(shí)測量盡量保持水平方向，減小氣泡的影響。
　　（2）測量絕緣引水管流量時(shí)應(yīng)盡可能在直管部分測量，只能彎管部分測量時(shí)應(yīng)將換能器置于彎曲部分平面的兩側(cè)，也就是盡量使換能器與管壁充分接觸。
　?。?）管道參數(shù)設(shè)置正確，測量前檢查換能器間距與管徑是否配合。
　?。?）夾裝式換能器與管壁之間保持有足夠的藕合劑。

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