超声波流速仪在比格坝泄流底孔中应用的经验.docx

1、；运行管理j；J文章编号：HX)MiOXl(2fKHiM-00«i9-03超声波流速仪在比格坝泄流底孔中应用的经验德G.摩根斯威斯P.佛兰科摘要：为监.浏比格地的;世流量，左其泄流与压力引成周中安装了越声波漏速仅企绍制量位克和制量方法的选择等一主题词：压力堰涸；弓：水立同：，世洪底孔；流量；测重；制量方法；波速仪中图分类号：P332.4文献标识码：B收稿日期：2000-11-24鲁尔河协会是一个综合性水管理系统.该系统中的主要水库是阿滕多恩附近的由比格坝拦蓄的水库.总库容1.72亿nA防洪库容为0.32亿打.在冬季可以使用这一库容.、这座堆石坝最大坝高52m.电站位于大坝下游6D0m

2、处.承担峰荷.年发电量达22MWh一大坝建于1961-1965年，从1966年廿始、在消力池下游450m处的阿滕多恩；比格测站测量水库出流量，：测站装备了配有遥测传输装置的浮式水尺-由于测验断面水草生长旺盛，特别是春季和夏季，测量结果越来越&令人满意，必须号虑安装新技术设备1测量位置与方法的选择1.1测量位置为了荻得流垦在1业m%之间可靠的资料.必须重新找一、测站位置.通常.比格坝通过泄流与压力引水隧洞来泄流，在电站上游，压力引水隧洞分出2彳、泄流底孔.孔中装有锥形阀用来调控流量（见图1）大多数水量通过电站下泄电站装有4台混流式发电机，总过流能力39rn?/sc时于更大的直至120n?

3、Is的流量.则使用从压力引水隘洞分出的泄流底孔下泄，隧洞直径4m,用埋入混凝土中的压力钢管建成（见图1）”图1泄流底孔和压力引水隧洞的布置最大水头时.压力钢管中的流速可达12小为了记录比格坝的总流量（不包括通过平行于泄流与压力引水陆洞的泄洪隧洞宣泄的洪水流量），选定了一、测站位置，它位于泄流底孔分叉点上游12m处、.河站附近，有一个压力管道的接头和一个进人隧洞的进人孔L2测量方法的选择由于预计的高流速和流量变幅范围大.安装按响,使用倒数值:1时差方法工作的超声流速仪似乎更有效这种测量技术在鲁尔河不同测站的长期运用，获得了良好的经验：所选择的测站位置有"、问题.必彼事先解决.(1>

4、;在管道中安装超声探头时.必顼考虑特别大的流速.(2)安装必铜5能牢固可靠.因为泄流隧洞每年只能进行一次维修-1_+He冲一3“-“C冲)_2和:实得:/)运用零通过法测量传播时间、和八可最大限度地排除由于悬浮物质的存在或管壁反射而产生的振幅变形、2.2测量流量2测量技术晚定管道中的流量有儿种方法随首反应更快.有效范围更广的现代电子技术的发展.超声仪器取代了传统的方法.2.1操作原理QuantumHydr<«ictrieGmbH提供的超声波流速仪用传播时间确定流速，即权据超声波信号在液体中从发射器到接收器的传播时间得出声速营和流速当-卜声脉冲在动水中顺向而不是垂直于运动的平均方

5、向传播时，通过一卜已知距离的时间与相同温度.盐度、含沙鱼和压力的静水中的传播速度不同：声波信号在流动介质中的传播速度等于声速与垂直于断面的平均流速在声波仕播厅向的流速分量之和.即：cu+vz.罕I|C-071?考虑了由波传播方向和倾角S传感器1(作为发射器)和2(作为接收器)之间的距离L.则向下游的传播时间为："_""_Cu4NO：冲如果发射器和接收器调换,向上游的传播时间为：_,-.一_r、<*.I<1,_L'COSCf测出传播时间/;和上.然后用，二，._',则得：对半径为R.面积为A的形断面，流量Q为：-7T平均流速汉替代了断面上

6、的：.维流速分布.流速分布校正系数K表示所要求的平均流速可以转换器所限定的路径中所测流速在管道轴向的分量之间的关系：22.1单路径系统在理论上的甘称非扭曲水流和管道上下游长度适当的情况下，流地只由通过管轴的单路径系统确定.对这种情况.系数K的值可近似地用下式计算；K=+O.U091ugR<-n.tWKLg"(.>/?式中/&=?因为计算校正系数K的给定条件供少提供.必须利用流体力学或水与数值校正技术.2.2.2平行多路径系统在儿卜路径中进行洲量的情况下,流速分布图对删量不加定性的影响减少了，对于在几个平行路径上的测量.Q与v的关系与测虽平面的位置有关,按照高斯法由

7、带权重因TW,的近似积分确定(表1和图3)，Q=AlW.v,Iel由上式，当时.管中的平均流速可写为:'豆壬捻山一,)此式表示声速对结果的影响，为了消除这种影10.表1h个平行路径的位置=中£技的距离J<=牛奁J_2»lr3路径4Mifr：!<W.>:RIV,r：l<w.1(i.5774IIJUU-n77460.5555-i>SOJI1)3479-ii5?7JI(IINIi)iXHXiL>8S68-II.34IKJ(1.U52J3+f?74t»i)5555i>34D00b?214>W1«:华根斯威斯

8、等超声波流速仪在比格地泄流底孔中应用的经验此外,模型计算表明最大流速明显小于预期流速.对于比格坝，最大水头产生的预期流速高达口tn/s.观烈点的流速分布由势位式给出.图2传播时间法的2个传感器的位置图3根据高斯法确定的几个平行路径的位曾2.2.3交叉路泾系统为了在较不利的情况下的以足够的精度确定中心轴的流速，可以利用非平行平面上各种信号路径形式:.几种非平行路径的布置在全部倾角0°乎9计的范围内理论上是可行的，以交叉布置的声道进行的测量减少了交又水流的影响.，这些布置在不利水流情况下或者进出口断面的长度不足以建立正常流速分布图时有特殊的优点，种常用的解决办法是建立.通过管道中，。的2

9、条对角交叉的路径（见图4）,图12条交叉路径（1-4为传感器）2.3底部泄流隧洞的洌量系统原则上、超声波流速仪要求足够的进出口断面.进口断面决定流速分布。唯可行的测量比格坝总出流的测量位置如图1所示，它具有长而且直的进口断面，可以保证几乎是非扭曲和理i仑上的对称水流条件.仅在观测点下游12功分叉成3根管道，对一V合适的出口断面来说.满足基本要求因此，需要进行数值计算结果明确地表明分叉讨观测点断面上的流速分布无影响C在比格坝底部泄水隧洞选择交又路径系统后,在大直径封闭管道中交叉路径系统获得的有益经验和数值校正的结果是决定性因素，由于以后的安装和安全的原因.事实证明完全从内侧固定传感器是有利的.只有电缆连接需要一个通过管壁的插塞接头3结果和经验图5给出了1998年9月13曰超声波流速仪测虽的结果,15min删的流虽过程线表明：在这期间.比格坝的出流受峰荷电站的影响很大-根据电网对电力的需求，每日有37彳、流量峰值-这样，流量在近于零到最大流量28m'.k之间波动-I>UIt-II.If51JVI:IhJ,处WNMhM.1E以仙图5比格坝泄流底乱1998年9月13日超声波流速仪的测量结果