1、引言

    目前，中国各大电站都在寻求能测量水轮机组流量的一种流量计。测水轮机组的流量主要有两种，即流量和相对流量。流量的测量对测量仪器的设计、安装和维护都要求很高，实施很困难。而采用蜗壳压差法进行的相对流量试验则比较简便易行。针对此种情况，哈尔滨大电机研究所开发研制了水轮机蜗壳流量计，其设计简单、使用方便，功能齐全、成本低。现在，国内各水电站所安装的流量计都比较陈旧，存在着使用、维修不方便、精度低等缺点。在国外如日本、瑞典等一些国家都采用电子数字式流量计。它的优点是维护使用方便、精度高。哈大电机研究所研制的流量计就具有此优点，它采取了当前上较*的技术和电子元器件，从而使该仪器达到了较*的水平，为我国*了这项产品的空白，给电站带来了可观的经济效益，而成本是进口仪器价格的20%。

    2、水轮机蜗壳流量计原理及结构

    2.1原理

    本流量计的测量原理是采用Winter-Kennedy法即指数法测流量。

    流量的公式为：Q=K△H^0.5

    式中：Q：流过水轮机的流量。
          K：流量系数
         △H：涡壳径向断面上两固定测压孔间的压差。

    在装有金属蜗壳的水轮机用Winter-Kennedy法测量流量时压孔的布置见图1根据水轮机的相似性原理，水轮机上的流量系数K可以通过在与其几何相似的模型水轮机上进行的模型试验结果推算出来，即

    K=（D_p/D_m）²K_m，而K_m=Q_m/△H_m^0.5

    式中：D_p：原型机转轮名义直径。
          D_m：模型机转轮名义直径。

    则水轮机流量Q=（D_p/D_m）²K_m△H_m0.5。

    为保证水轮机流量计的准确性，我们生产的每一台水轮机流量计都在哈尔滨大电机研究所水轮机室的高水头试验台上进行了模型试验。

    2.2结构

    水轮机流量计包括压力测量系统、压力信号变换及流量记录和显示系统。

    压力测量系统包括：涡壳测压点的引水管、两缓冲罐、供校验用的水银差压计和测量压力的传感器。

    压力信号变换及流量记录和显示系统；这部分的作用是把压力传感器测得得压力信号转化为电信号再进行开方运算，zui后由记录显示仪记录下瞬时流量，指示出流量瞬时值再由计数器记下累计流量，这部分包括：

    （1）配电器：它得作用之一是为差压传感器提供电源，作用之二是把传感器送来得电流信号变成隔离得1~5V电压信号输出。
    （2）开方运算器：直接和配电器连接，把传感器测得得与压差值成正比的电信号进行开方运算，其输出电压信号与流量值成正比。
    （3）比率给定器：调整该仪器的比率系数，使输出电流值直接表示出流量的大小。
    （4）分配器：这是一个具有250Ω阻抗的标准电阻，它和具有80Ω阻抗的隔离器相串联，作为比率给定器的负载。
    （5）显示记录仪：把从分配器引进与流量成正比的1~5V电压信号记录显示出来，表示流量的瞬时值，量程为0~30m³/s。
    （6）积分运算器：把从分配器引来的1~5V模拟量变换成每秒0~20的脉冲的数字量并送到计数器。
    （7）计数器：把从积分器引来的脉冲信号，累积记录，显示出总的流量，单位为每个字103m³。
    （8）隔离器：把从比率给定器取出电流信号送到中控室的总表，参加加法运算，记录电站总流量。

    目前研制的水轮机蜗壳流量计，已将流量的记录和显示系统采用微电脑技术合成一体。（其系统流程图见图2）

    水轮机蜗壳流量计外形见图3

    3、应用业绩

    哈尔滨大电机研究所自1992年为土耳其卡拉桥伦电站研制水轮机蜗壳流量计1台和为菲律宾安盖特电站研制水轮机蜗壳流量计2台投入使用到1999~2000年为伊朗卡伦电站I号、III号机组研制水轮机蜗壳流量计8台均运行良好。

    4、结论

    随着电站的需求不断增加，对水轮机蜗壳流量计的系统功能要求也各异。通过十几年不断探索，我所产品已由第1代集成电路进入第2代计算机时代，输出方式以由纸带记录仪转为LCD显示，并可远程输出信号，技术上已达到*水平。水轮机蜗壳流量计的调试过去需专业人员调试仪器内部的元器件才能对其进行调试，现只需工作人员按说明书或简单培训即可在操作面板上调试。因此水轮机蜗壳流量计产品目前性能更加完善，尤其微电脑技术的引用，使其系统的成本大大降低的同时，也使其在设计多样化上有了长足的发展。我所对水轮机蜗壳流量计流量的显示、数据的记录、数据远程传输以及标定和调试等不断更新换代，使其系统已适用不同电站的各种要求。