1、；運(yùn)行管理j；J文章編號(hào)：HX)MiOXl(2fKHiM-00«i9-03超聲波流速儀在比格壩泄流底孔中應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)德G.摩根斯威斯P.佛蘭科摘要：為監(jiān).瀏比格地的;世流量，左其泄流與壓力引成周中安裝了越聲波漏速僅企紹制量位克和制量方法的選擇等一主題詞：壓力堰涸；弓：水立同：，世洪底孔；流量；測(cè)重；制量方法；波速儀中圖分類號(hào)：P332.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B收稿日期：2000-11-24魯爾河協(xié)會(huì)是一個(gè)綜合性水管理系統(tǒng).該系統(tǒng)中的主要水庫(kù)是阿滕多恩附近的由比格壩攔蓄的水庫(kù).總庫(kù)容1.72億nA防洪庫(kù)容為0.32億打.在冬季可以使用這一庫(kù)容.、這座堆石壩最大壩高52m.電站位于大壩下游6D0m

2、處.承擔(dān)峰荷.年發(fā)電量達(dá)22MWh一大壩建于1961-1965年，從1966年廿始、在消力池下游450m處的阿滕多恩；比格測(cè)站測(cè)量水庫(kù)出流量，：測(cè)站裝備了配有遙測(cè)傳輸裝置的浮式水尺-由于測(cè)驗(yàn)斷面水草生長(zhǎng)旺盛，特別是春季和夏季，測(cè)量結(jié)果越來(lái)越&令人滿意，必須號(hào)慮安裝新技術(shù)設(shè)備1測(cè)量位置與方法的選擇1.1測(cè)量位置為了荻得流墾在1業(yè)m%之間可靠的資料.必須重新找一、測(cè)站位置.通常.比格壩通過(guò)泄流與壓力引水隧洞來(lái)泄流，在電站上游，壓力引水隧洞分出2彳、泄流底孔.孔中裝有錐形閥用來(lái)調(diào)控流量（見(jiàn)圖1）大多數(shù)水量通過(guò)電站下泄電站裝有4臺(tái)混流式發(fā)電機(jī)，總過(guò)流能力39rn?/sc時(shí)于更大的直至120n?

3、Is的流量.則使用從壓力引水隘洞分出的泄流底孔下泄，隧洞直徑4m,用埋入混凝土中的壓力鋼管建成（見(jiàn)圖1）”圖1泄流底孔和壓力引水隧洞的布置最大水頭時(shí).壓力鋼管中的流速可達(dá)12小為了記錄比格壩的總流量（不包括通過(guò)平行于泄流與壓力引水陸洞的泄洪隧洞宣泄的洪水流量），選定了一、測(cè)站位置，它位于泄流底孔分叉點(diǎn)上游12m處、.河站附近，有一個(gè)壓力管道的接頭和一個(gè)進(jìn)人隧洞的進(jìn)人孔L2測(cè)量方法的選擇由于預(yù)計(jì)的高流速和流量變幅范圍大.安裝按響,使用倒數(shù)值:1時(shí)差方法工作的超聲流速儀似乎更有效這種測(cè)量技術(shù)在魯爾河不同測(cè)站的長(zhǎng)期運(yùn)用，獲得了良好的經(jīng)驗(yàn)：所選擇的測(cè)站位置有"、問(wèn)題.必彼事先解決.(1>

4、;在管道中安裝超聲探頭時(shí).必頊考慮特別大的流速.(2)安裝必銅5能牢固可靠.因?yàn)樾沽魉矶疵磕曛荒苓M(jìn)行一次維修-1_+He沖一3“-“C沖)_2和:實(shí)得:/)運(yùn)用零通過(guò)法測(cè)量傳播時(shí)間、和八可最大限度地排除由于懸浮物質(zhì)的存在或管壁反射而產(chǎn)生的振幅變形、2.2測(cè)量流量2測(cè)量技術(shù)晚定管道中的流量有兒種方法隨首反應(yīng)更快.有效范圍更廣的現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展.超聲儀器取代了傳統(tǒng)的方法.2.1操作原理QuantumHydr<«ictrieGmbH提供的超聲波流速儀用傳播時(shí)間確定流速，即權(quán)據(jù)超聲波信號(hào)在液體中從發(fā)射器到接收器的傳播時(shí)間得出聲速營(yíng)和流速當(dāng)-卜聲脈沖在動(dòng)水中順向而不是垂直于運(yùn)動(dòng)的平均方

5、向傳播時(shí)，通過(guò)一卜已知距離的時(shí)間與相同溫度.鹽度、含沙魚和壓力的靜水中的傳播速度不同：聲波信號(hào)在流動(dòng)介質(zhì)中的傳播速度等于聲速與垂直于斷面的平均流速在聲波仕播廳向的流速分量之和.即：cu+vz.罕I|C-071?考慮了由波傳播方向和傾角S傳感器1(作為發(fā)射器)和2(作為接收器)之間的距離L.則向下游的傳播時(shí)間為："_""_Cu4NO：沖如果發(fā)射器和接收器調(diào)換,向上游的傳播時(shí)間為：_,-.一_r、<*.I<1,_L'COSCf測(cè)出傳播時(shí)間/;和上.然后用，二，._',則得：對(duì)半徑為R.面積為A的形斷面，流量Q為：-7T平均流速漢替代了斷面上

6、的：.維流速分布.流速分布校正系數(shù)K表示所要求的平均流速可以轉(zhuǎn)換器所限定的路徑中所測(cè)流速在管道軸向的分量之間的關(guān)系：22.1單路徑系統(tǒng)在理論上的甘稱非扭曲水流和管道上下游長(zhǎng)度適當(dāng)?shù)那闆r下，流地只由通過(guò)管軸的單路徑系統(tǒng)確定.對(duì)這種情況.系數(shù)K的值可近似地用下式計(jì)算；K=+O.U091ugR<-n.tWKLg"(.>/?式中/&=?因?yàn)橛?jì)算校正系數(shù)K的給定條件供少提供.必須利用流體力學(xué)或水與數(shù)值校正技術(shù).2.2.2平行多路徑系統(tǒng)在兒卜路徑中進(jìn)行洲量的情況下,流速分布圖對(duì)刪量不加定性的影響減少了，對(duì)于在幾個(gè)平行路徑上的測(cè)量.Q與v的關(guān)系與測(cè)雖平面的位置有關(guān),按照高斯法由

7、帶權(quán)重因TW,的近似積分確定(表1和圖3)，Q=AlW.v,Iel由上式，當(dāng)時(shí).管中的平均流速可寫為:'豆壬捻山一,)此式表示聲速對(duì)結(jié)果的影響，為了消除這種影10.表1h個(gè)平行路徑的位置=中£技的距離J<=牛奩J_2»lr3路徑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«:華根斯威斯

8、等超聲波流速儀在比格地泄流底孔中應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)此外,模型計(jì)算表明最大流速明顯小于預(yù)期流速.對(duì)于比格壩，最大水頭產(chǎn)生的預(yù)期流速高達(dá)口tn/s.觀烈點(diǎn)的流速分布由勢(shì)位式給出.圖2傳播時(shí)間法的2個(gè)傳感器的位置圖3根據(jù)高斯法確定的幾個(gè)平行路徑的位曾2.2.3交叉路涇系統(tǒng)為了在較不利的情況下的以足夠的精度確定中心軸的流速，可以利用非平行平面上各種信號(hào)路徑形式:.幾種非平行路徑的布置在全部?jī)A角0°乎9計(jì)的范圍內(nèi)理論上是可行的，以交叉布置的聲道進(jìn)行的測(cè)量減少了交又水流的影響.，這些布置在不利水流情況下或者進(jìn)出口斷面的長(zhǎng)度不足以建立正常流速分布圖時(shí)有特殊的優(yōu)點(diǎn)，種常用的解決辦法是建立.通過(guò)管道中，。的2

9、條對(duì)角交叉的路徑（見(jiàn)圖4）,圖12條交叉路徑（1-4為傳感器）2.3底部泄流隧洞的洌量系統(tǒng)原則上、超聲波流速儀要求足夠的進(jìn)出口斷面.進(jìn)口斷面決定流速分布。唯可行的測(cè)量比格壩總出流的測(cè)量位置如圖1所示，它具有長(zhǎng)而且直的進(jìn)口斷面，可以保證幾乎是非扭曲和理i侖上的對(duì)稱水流條件.僅在觀測(cè)點(diǎn)下游12功分叉成3根管道，對(duì)一V合適的出口斷面來(lái)說(shuō).滿足基本要求因此，需要進(jìn)行數(shù)值計(jì)算結(jié)果明確地表明分叉討觀測(cè)點(diǎn)斷面上的流速分布無(wú)影響C在比格壩底部泄水隧洞選擇交又路徑系統(tǒng)后,在大直徑封閉管道中交叉路徑系統(tǒng)獲得的有益經(jīng)驗(yàn)和數(shù)值校正的結(jié)果是決定性因素，由于以后的安裝和安全的原因.事實(shí)證明完全從內(nèi)側(cè)固定傳感器是有利的.只有電纜連接需要一個(gè)通過(guò)管壁的插塞接頭3結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)圖5給出了1998年9月13曰超聲波流速儀測(cè)雖的結(jié)果,15min刪的流雖過(guò)程線表明：在這期間.比格壩的出流受峰荷電站的影響很大-根據(jù)電網(wǎng)對(duì)電力的需求，每日有37彳、流量峰值-這樣，流量在近于零到最大流量28m'.k之間波動(dòng)-I>UIt-II.If51JVI:IhJ,處WNMhM.1E以仙圖5比格壩泄流底亂1998年9月13日超聲波流速儀的測(cè)量結(jié)果