GBT15613.2-2008水轮机、蓄能泵和水泵水轮机模型验收试验常规水力性能试验.pdf 72页

'ICS27．140K55囝国中华人民共和国国家标准GB／T15613．2—2008水轮机、蓄能泵和水泵水轮机模型验收试验第二部分：常规水力性能试验Modelacceptancetestsofhydraulicturbines，storagepumpsandpump—turbines--Part2：Mainhydraulicperformancetest2008-06—30发布(IEC60193：1999，NEQ)2009-04-01实施丰瞀鳃紫瓣警糌瞥霎发布中国国家标准化管理委员会促19 前言⋯⋯⋯⋯⋯··⋯·⋯⋯⋯⋯⋯1范围⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯·2规范性引用文件⋯⋯⋯⋯⋯··3术语、定义、符号和单位⋯⋯··3，l总则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··3．2单位⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··3，3术语、定义、符号和单位表一4数据采集和数据处理⋯⋯⋯··4．1引言和定义⋯⋯⋯⋯⋯⋯··4．2基本要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯--4．3数据采集⋯⋯··⋯⋯⋯⋯⋯4．4部件要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··4．5数据采集系统的检查⋯⋯··5流量的测量⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯5，l概要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5．2原级方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5．3次级方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6压力测量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6．1概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6．2压力测量断面的选择⋯⋯⋯·6．3测压头和连接管线⋯⋯⋯⋯-6．4压力测量仪器-⋯⋯⋯⋯⋯⋯6．5压力测量仪器的标定⋯⋯···一6，6真空测量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·6，7压力测量的不确定度⋯⋯⋯·7自由水位的测量⋯⋯⋯⋯⋯⋯·7．1概要⋯⋯⋯⋯⋯·⋯-⋯⋯⋯·7．2水位测量断面的选择⋯⋯⋯·7．3测量断面处的测点数⋯⋯⋯·7．4测量仪器⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯7．5自由水位测量的不确定度⋯·8E和NPSE的确定⋯⋯⋯⋯8，l概要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·8．2水力比能E的确定⋯⋯⋯-8．3E的简化公式⋯⋯⋯⋯⋯⋯·8．4净正吸人比能NPSE的确定9主轴力矩的测量⋯⋯⋯⋯⋯⋯·9．1概要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯-目次GB／T15613．2—2008Ⅲ，●，●200，o0加¨坫坫圬¨”匏拢毖船毖毖船船弘驰驰弘孙∞趴趴● GB／T15613．2—20089．2力矩的测量方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9．3吸收功率／输出功率的方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一9．4布置原理图⋯⋯⋯⋯⋯--⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯---一9．5系统检查⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一9．6标定···-····---···········-·-·-··⋯······-······--⋯················⋯·-······9．7力矩测量的不确定度⋯⋯--⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一10转速测量⋯⋯⋯⋯--⋯⋯⋯⋯⋯-⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10．I概要⋯⋯--⋯⋯⋯⋯⋯-⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10．2转速测量的方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10．3检查⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯---⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··lo．4测量的不确定度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11试验结果的计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯···11．1概要⋯⋯·-⋯⋯⋯⋯⋯-⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一11．2保证范围内功率、流量和效率的计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11．3稳态飞逸转速及流量的计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12误差分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯-·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·12．1基本原理(见ISO5168：1978)⋯⋯⋯⋯⋯---⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12．2模型试验中不确定度的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13与保证值的比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯--⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯-⋯⋯⋯13．1概要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯--⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·13．2插值曲线和总不确定度带宽⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13．3功率、流量和／或水力比能和效率的保证范围⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13．4飞逸转速和飞逸流量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13．5空化保证⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯附录A(资料性附录)本部分与IEC60193：1999技术性差异及其原因Ⅱ弛弛弛弘弘孙卯”盯盯黯髂弘北弛耶弘卯盯盯盯∞∞∞盯 刖吾GB／T15613．2—2008GB／T15613《水轮机、蓄能泵和水泵水轮机模型验收试验》分为三部分：——第一部分：通用规定；——第二部分：常规水力性能试验；——第三部分：辅助性能试验。本部分为GB／T15613的第二部分，对应于IEC60193：1999((水轮机、蓄能泵和水泵水轮机模型验收试验》的第1章和第3章。本部分非等效采用IEC60193：1999，主要差异如下：——根据国标GB／T1．1—2000的编写规定，在编制格式上进行了规范化处理。——对章条结构进行了调整，将原第3章分解为lo个章节。——本部分不包括附录部分，附录部分统一收录在本部分的第1部分：通用规定中。有关技术差异在它们所涉及的条款的页边空白处用垂直单线标识。在附录A中给出了这些技术性差异及其原因的一览表以供参考。本部分的附录A为资料性附录。本部分由中国电器工业协会提出。本部分由全国水轮机标准化技术委员会(SAC／TC175)归口。本部分起草单位：东方电机有限公司、哈尔滨大电机研究所、中国水利水电科学研究院。本部分主要起草人：胡江艺、赵越、盂晓超、潘罗平、温国珍、覃大清。Ⅲ GB／T15613．2—2008水轮机、蓄能泵和水泵水轮机模型验收试验第二部分：常规水力性能试验1范围15613的本部分适用于在试验室条件下所试验的各种类型的冲击式和反击式的水轮机、蓄能泵或水泵水轮机。本部分适用于机组功率大于10Mw或公称直径大于3．3ITI的原型所对应的模型。如将本部分所规定的步骤完全地应用于机组功率或直径较小的水轮机，一般来讲并不合适，但若供需双方协议认可，此类机械上也可采用本部分。在本部分中，术语“水轮机”包括作水轮机方式运行的水泵水轮机，术语“水泵”包括作水泵方式运行的水泵水轮机。除了必须与试验有关的事项之外，本部分不包括纯商业利益的事项。只要机械的结构或部件不影响模型的性能或模型与原型间的相互关系，那么本部分既不涉及机械的详细结构，也不涉及机械部件的机械性能。2规范性引用文件下列文件中的条款通过GB／T15613的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。15613．1水轮机、蓄能泵和水泵水轮机模型验收试验第一部分：通用规定(GB／T15613．12008，IEC60193：1999，MOD)15613．3水轮机、蓄能泵和水泵水轮机模型验收试验第三部分：辅助性能试验(GB／T15613．32008，1EC60193：1999，MOD)20043水轮机、蓄能泵和水泵水轮机水力性能现场验收试验规程ISO31-3：1992参数和单位第3部分：机械ISO1438—1：】980用堰板和文吐里法测量明渠中的水流量第1部分：薄堰板法Is()2186：1973封闭管道中的液流测量原级和次级之中间传递压力信号的联接ISO4185：1980封闭管道中的液流测量重量法ISO4373：1995明渠中的液量测量水位测量装置ISO5168：1978液流的测量流速测量置信度的估计ISO6817：1992封闭管道中导电液体的测量电磁流量计法ISO7066—1：1997流量测量装置标准和使用中不确定度的估计第1部分：线性校准关系ISO70662：1988流量测量装置校准和使用中不确定度的估计第2部分：非线性校准关系ISO8316：1987封闭管道中液流的测量容积法Is(j9104：199I封闭管道中液流的测量电磁流量计测量液体的性能评价方法IEC5167—1：1991通过压差装置测量液流的方法第l部分在充满液体的圆形横断面的管道中插入孔板，喷嘴和文吐里等3术语、定义、符号和单位3．1总则本部分中将采用下列通用的术语、定义、符号和单位，特殊术语将在出现处给予解释。 GB／T15613．2—2008合同双方在试验前应对有异议的术语、定义或度量单位做出澄清。3．1．1试验点point试验点是由在不改变运行条件和设置情况下，由一个或多个连续一组读数和／或记录组成，它足以计算出在该运行条件和设置下机械的性能。3．1．2试验test试验是整个规定运行范围内足以计算出机械性能的一系列试验点和结果。3．1．3水力性能hydraulicperformance由于流体动力作用于机械的各种性能参数。3．1．4主要水力性能数据mainhydraulicperformancedata一组水力性能参数，如：功率、流量和／或比能、效率、稳态飞逸和／或流量。这里必须考虑空化的影响。3．1．5辅助性能数据additionaldata一组水力性能数据，它可从模型试验得出(参见GB／T15613．3)，然而由于只能应用粗略的相似规则，由此得出的相应原型数据预测精度要低于由主要水力性能数据得出的结果。3．1．6保证值guarantees合同中商定的规定性能数据。3．2单位本部分采用国际单位制(SI，见ISO313)。所有术语都由sI基本单位或由此导出的相关单位给出”。使用这些单位的基本等式均是有效的，如某些数据使用与SI非相关的其他单位时也必须考虑这种情况(例如，功率中千瓦代替瓦，压力中千帕或巴代替帕斯卡，以每分钟转速中每分钟代替每秒钟等)。因为绝对温度(以凯尔文表示)很少需要，所以温度以摄氏度给出。仅在合同双方以书面形式同意的情况下，可以使用任何其他单位制。3．3术语、定义、符号和单位表15613．1中确立的术语、定义、符号和单位适用于本部分。4数据采集和数据处理4．1引言和定义数据采集和处理包括把测量信号转化为适当的工程量的一个测量过程，该测量过程由若于个测量环节组成，这些测量环节依次为：传感器、多路转换器、信号转换器或信号调理器、数据存储器和计算机。最终输出的参数为有意义的性能数据。尽管测量对象的数值是波动的，但在确定模型主要水力性能时，主要是关心测量对象的平均值。定义：测量对象：被测量的量。1)N—kg·m·s2，Pa—kg·m1·s2，J=kg·m2·s2，W=kg·m2·S3 GB／T15613．2—2008传感器：测量设备，提供输出量，该输出量与输入量保持一定的相互关系。带数字量输出的传感器：带内置电路、提供数字量输出的测量设备。多路转换器(MUX)：用于切换两路或多路信号的设备，以期能共享同一套模数转换器A／D、频率计数器或电缆系统。模数转换器(A／D转换器)：将连续的模拟量信号转换为非连续的数字信号的设备。计数器：测量频率、时问周期或脉冲数的设备。幅频转换器(V／F转换器)：按一定的相互关系将电压电平转换为频率的设备。失真：当模拟信号的采样频率少于两倍最高信号频率或噪声分量(尼奎斯特频率)时，该测量过程将产生一个干扰低频信号(失真)，该干扰低频信号不能与源信号分离。计算机接口：计算机对其他兼容设备进行控制和通讯的通讯端口。4．2基本要求数据采集和处理系统的输出必须是测量对象的真实反映。对于使用中的所有仪器，其标定过程的资料应当保留。用于检验符合某项规定要求的所有测量标准和测量设备的过程记录也应保留。只要可能，数据采集和处理系统应能够允许通过并行的连接设备对所有测量环节的仪器进行原位见证标定，通过原级方法检验整个数据采集系统是否在规定范围内再现了测量量。这通常意味着在标定和性能试验过程中应使用同样的信号路径、同样的硬件和同样的软件结构。性能试验时，应保证每一个参数求平均值的测量量都在同样的时间区间内获得。应配备能对所有测量环节进行检查的并列仪器。最好能在机械试验的运行条件下，具有将数据采集系统的结果与参照仪器进行比较的能力。4．3数据采集数据采集系统可以按多种方式配置(包括人工方式)，配置方式可根据现有的硬件设备和平均值的取值方法来确定。以下列出了各种数据采集系统可能的配置及示例。通常实际采用的是不同系统的组合。4．3．1多路分时系统在多路分时数据采集系统中(见图1)，测量对象被通过多路转换器进行测量。多路转换器在给定测量周期内，按一定的时间长度顺序扫描有关通道。将计算所得的测量对象平均值用于后续的数据处理。4．3．2并行测量系统在并行测量系统中(图2)，测量对象被计算机直接通过各通道进行采集。这种配置使高速数据记录和所有通道的同步采样成为可能(见4．4．4)。4．4部件要求测量环节中的有关部件应能适应相关频率范围的要求。将测量对象的信息传递到传感器的那些部件，如压力管路，能在测量时产生干扰效应和误差。对于所有测量环节中的部件，应注意它们所在环境温度的变化，当温度超出一定范围时也会导致测量误差。标定时，部件的特性，如线性、迟滞等应记录在案。4．4．1传感器用于性能参数测量的传感器应当在稳定的温度环境下工作。这些传感器应位于不受温度变化影响的地方，如远离阳光直射、散热板和通风道等。应当了解测量对象的动态特性，因为传感器只能在设计的频率范围内使用。 GB／T15613．2—2008对使用具有特殊的固有阻尼特性或可调响应时问的传感器及传感器具有超高偏移的敏感单元时，应非常小心。这些传感器在测量平均值和动态测量时均会导致错误的测量。4．4．2电缆及接线端子在传感器与放大器的信号路径设计时，应使外界对信号的影响最小(如远离电力线、避免温度变化等)。应当注意正确的屏蔽和接地。接头和接线端子应有稳定、可靠的机械和电气特性。尽管采取了上述所有预防措施，还需注意电网对测量结果的干扰影响。4．4．3信号调理传感器的模拟量输出通常需要在信号调理单元中进行放大和滤波。4．4．3．1放大器为提高A／D转换器的分辨率，放大器的输出范围应与转换器的工作范围相匹配。放大器的布置应尽可能靠近传感器，以减少电缆拾取噪声的干扰。图1多路分时数据采集系统 GB／T15613．2—2008图2并行操作数据采集系统4．4．3．2滤波器在选择滤波器时，应特别注意其以下特性：一交流信号：截止频率、衰减(等级)和时间延时；⋯一直流信号：零漂、温漂和线性度。两个或多个测量对象分析中若同步测量对分析非常重要时，应当注意信号调理和数据采集系统的时间延时。滤波器会导致延时(相位漂移)，这种时间延时与滤波器的类型和截止频率有关(图3)。弧∥U＼＼／／帅8心∥图3时间延时 GB／T15613．2—2008为了避免失真，低通滤波器的截止频率应最大不得超过采样频率的一半，详见于图4。然而工程中，通常使截止频率小于采样频率的1／3。笔锋槲心逛)--3dB●⋯减_通过频带，m‘频率／Hz^：有关部件的最大频率；^：低通滤波器的截止频率；^：采样频率；要获得预期的频率含量，。>“；要避免通过频率带的失真^≥2^。图4滤波器和采样频率4．4．4多路转换器多路转换器的有效切换速率应与每一个测量对象的要求进行比较。因为A／D转换器是对多个通道进行顺序采样，每一通道的采样速率将随着通道数的增加而减少。切换系统通常为继电器，或是固态切换器。继电器通常比固态切换器更精确，但其切换速率低。当在不同电压电平间进行切换时，应注意相邻通道的干扰效应。通常，这种误差随着切换速率增加而增加。4．4．5模拟量／数字量(A／D)转换器连续的模拟量信号必须转换为数字量后才能为计算机读取。模数转换器的重要参数有：转换时间，分辨率，精度，输入范围、温漂和线性度。模数转换器A／D的分辨率定义为转换器用于描述模拟量信号的位(T-节)数。一个3位的转换器将范围划分为2。一l一7个等分。对于性能试验，至少要求分辨率为14位的A／D转换器。对于动态测量，分辨率低一些也是可以接受的。在A／D转换中，如果要进行同步测量，应当对每一通道使用一个A／D转换器或采用一个同步采样保持设备。4．4．6计算机计算机是数据采集系统的控制器。它应具备以下功能：配置和协调同步数据连接、控制数据的转换、与外设进行通讯联系、完成计算和结果表达。计算机接口应有一个可选择的数据传输频率(波特率，位／秒)，使其能通过总线与各种不同的设备进行通讯和对其进行控制。4．4．7数据处理典型的软件任务包括：——数据采集系统的控制；6 GB／T15613．2—2008——标定系数的计算；——由电量到工程量的转换；——平均值和其他统计值的计算；一一眭能参数的计算；——随机不确定度的评估；——结果的表达；——数据的存储。在模型验收试验中，在对某一试验点进行确认评估时，应提交该工况点的所有参数的原始数据，以便进行人工计算和校验计算机程序。如果可能，试验时应连续显示主要的性能参数，以便对模型的性能以及它连接的水力系统的性能有一个全面的了解。采样的数目和采样频率应当反映全部测量环节的特性，具体如下：～对性能测量，能给出精确的平均值；——对波动测量，能满意地确定必要的波动特征。4．5数据采集系统的检查每--N量链路均应提供完整的系统图，以反映其主要部件。这有助于有关各方在出现特殊问题时，用于确定须检测的部位；或可对波动信号进行更为细致的研究。图5给出了～些典型的测量链路，其上标有建议的试验项目和检测点。4．5．1模拟量输出的传感器图5中，点l为检测点，用以判断测量对象的动态特性。通过比较A点的输入信号和检测点3的输出，可以确认信号调理系统工作是否正常。通过比较A点的输入信号和检测点2的输出，可以确认放大器工作是否正常。通过比较B点的输入信号和检测点3的输出，可以确认滤波器工作是否正常。通过在c点输人基准信号，并与检测点5的输出进行比较，可以确认多路转换器和A／D转换器工作是否正常。4．5．2频率或比例脉冲输出的传感器检测点4的信号质量应予以控制，以保证计数器的正确触发。在D点输人基准信号来检查计数器的时基。4．5．3数字化输出的传感器此类传感器和测量链路最好在标定中检查。4．5．4偏移效应的检查要检查信号调理器没有任何偏移效应，系统的输出信号可与输入信号一致。输入信号呵以是由独立电源产生的基准信号。检测点在图5中为点A和点3。4．5．5软件将控制点5读出的原始数据进行另外的计算，将其结果与计算机的输出结果进行比较，通过这种方式来对软件程序进行检查。通过在E处输入一些数值来得到已知的性能结果来检查软件的性能算法。标定测量链路的算法应和那些用于性能计算的算法一样应作为资料保存。 GB／T15613．2—2008(：：](铡量对象]另一套涮量系统L／f]厂、，r、传感器模拟量输出频率篮甓豢冲输出数字量输出L／＼／／＼∑午放窑三①Jbo么li①]I，n多踌计数器一lpu／＼滤波器。蛳蛆嗽舞O]bo+l牲fA螂／DJ鲻／∑l【<夕＼7≮7＼／～。＼／数据采集软件原始数据o]甲。标定软件／计算软件8基准信号，仿真输入。试验点／信号输出图5各种测■链路及其推荐的检测点 GB／T15613．2—20085流量的测量5．1概要在机械和流量测量仪器之问，应尽可能不要有水的流失和增加。但如果存在附加流量，应对其进行单独测量。5．1．1测量方法的选择模型验收试验可采用的流量测量方法可分为原级方法和次级方法。5．1．1．1原级方法原级方法为那些仅需测量基本量(如长度，质量和时间)的方法。本部分应用的原级方法包括：——重量法；——容积法；——移屏法。上述原级方法最为精确。为此，尽管这些方法还有其固有的一些缺点(如笨重的设备、时间的测量等等)，但任何模型设施都应包括使用上述原级方法中的一种的可能性。不过，为了便于使用，通常应辅助以次级方法。5．1．1．2次级方法模型试验中基于各种各样原理用于流量测量的许多其他方法，可认为为次级方法。尽管其中有一些次级测量方法已标准化，但为了满足本部分要求的高精度，这些测量设备必须在正常试验状态下，利用上述原级方法进行原位标定。由于重复性是对次级流量测量设备要求的最重要的因素，因此不必要求次级方法满足有关标准中的所有要求。在试验设施的设计阶段时就应考虑能在不拆卸或修改测量管路情况下进行定期标定。流量测量的次级方法主要有：——流速面积法。通过流速仪或皮托管和示踪法测量流速。这种方法在模型试验中很少采用，因此在以下的条款中将不作阐述。——薄板堰法和差压计法(}L板，喷嘴，文吐里管)。即使按ISO有关的标准进行设计、安装和使用，如果直接采用标准的流量系数，其精度也不能满足模型试验要求。为此，必须依法对其进行定期原位标定。——各种各样的流量计，如涡轮流量计、电磁流量计、超声波或涡流流量计。这些流量计能够快速测量，输出信号易于为数据采集系统识别，且大多数流量计对流动的扰动小，因此使用特别方便。目前，由于安装条件对其响应的影响还不具备足够精度以满足模型试验的要求。为此，流量计必须进行原位标定，对其所应满足的所有流量范围内的重复性应定期进行检查。5．1．2测量精度5．1．2．1参照ISO标准以下条款中，仅对在别处无标准测量过程的方法进行详细说明。只要可能，还列出了可参考的现有标准，特别是ISO标准，它特别适合本部分的精度要求。5．1．2．2不确定度的评估以下条款中列出的系统不确定度数值仅作为指南，这仅在满足以下条件时方才有效：——测量处于最佳状态；——本部分和有关标准的所有要求均得到满足，且——试验和分析由具有资格和经验的人员来完成。如果上述条件不能满足，则流量的系统和随机误差的增加将难于预测。对于每一特定试验，使用者都应当评估系统和随机不确定度的实际值，评估时应充分考虑所有测量系统和试验设施的运行状况。9 GB／T15613．2—2008与每一误差源相关的随机和系统不确定度的合成在12．2，2．4中说明。这样，所表达的最终结果的不确定度的置信度约为95％。5．1．2．3流动的稳定性不管采用何种流量测量方法，对于模型验收试验的每一工况点，只有在流动稳定或接近稳定时，流量的测量结果方为有效。一般而言，原级方法要求测量的时间相当长，其结果仅为这一段时间内的平均值。所以仅能得到发生于2次测程之间的流量变化，而不能得到波动值(见GB／T15613．1中的5．3．2．3)。在5．1．1．2中提到的大部分次级方法，将可以得到准瞬态读数，通过这些读数可以得到该工况点的平均值，而且通过绘图法和统计法，可以得到流量波动的特性和幅值。这也是试验设施应当同时具备原级方法和次级方法的原因。5，2原级方法5．2．1重量法5．2．1．1重量法的基本原理ISO4185：1980给出了所有与重量法流量测量有关的必要要求，它包括测量仪器、测量步骤、与测量有关的流量及其不确定度的计算方法等。虽然ISO4185：1980提到了2种方法，“静态”法和“动态”法，但本部分只推荐采用静态重量法，即在一定时间内将水流切人称重筒，然后称出切人的质量。重量法，即通过收集一定时间内一定质量的水，从而仅能给出该时间内流量的平均值，这种方法可认为是流量测量最精确的方法。正如ISO4185：1980所述，标定设备应定期检查，对于承重揉应至少每z年检查一次，对负荷传感器应至少每年检查一次。如果标定历史资料表明结果稳定，上述检查周期还可适当延长。5．2．1．2测量的不确定度影响重量法的误差有：称重，测量充水时间，密度的确定，考虑流体温度和偏流器的影响等。此外还必须对空气浮力进行修正，因为大气压对被称重流体的向上推力不等于其对称重设备标定时作用于参考质量的向上推力。如果装置的制造、维护和使用都十分小心，则流量测量的系统不确定度(对应95％置信概率)可望在±0．1％和_--4-0．2％之间。5．2．2窖积法5．2．2．1容积法的基本原理ISO8316：1987给出了所有与容积法流量测量有关的必要要求，它包括测量仪器、测量步骤、与测量有关的流量及其不确定度的计算方法等。虽然ISO8316：1987提到了2种方法，“静态”法和“动态”法，但本部分只推荐采用静态表记法。容积法与重量法具有同样的精度。同样是通过收集一定时间内一定质量的水，从而仅能给出该时间内流量的平均值。正如ISO8316：1987所述，标定用的容积筒应定期检查，对于混凝土容积简应至少每5年检查一次，对金属容积筒应至少每3年检查一次。如果标定历史资料表明结果稳定，上述检查周期还可适当延长。5．2．2．2测量的不确定度影l响容积法的误差有：容积简(水池)标定，测量水位，充水时间和偏流器的影响等。应当检查容积筒的密封性能，必要时应对漏水进行修正。如果装置的制造、维护和使用都十分注意，则流量测量的系统不确定度(x,-i应95％置信度)可望在±0．】％和±02％之间。5．2．3移动屏幕法5．2．3．1移动屏幕法的基本原理该方法的原理与容积法相似，可以认为是容积法的延伸。它的原理是通过一个屏幕随水移动的方10 GB／T15613．2—2008法，确定明渠中断面A和断面B之间水流的移动体积(见图6)。则流量通过下式计算V—b·d·f。Q一⋯Vbd．L—b．d．ufZ式中：V——水的移动体积；L——断面A和断面B之间的距离(测量断面长度)；6——测量断面之间明渠的平均宽度；d——测量断面之间明渠水流的平均深度；￡——屏幕在断面A和断面B之间的移动时间；Q在移动时间t内的平均流量；”——在明渠断面A和断面B之间的流速。1稳流装置；2移动屏幕及小车；3水位的测量；4——测井；5移动时闯的测量；6试验回路的增压泵；7试验台需标定的流量计；8降低下游自由水面的盖板9与测井连通的孔板。图6移动屏幕法横断面@和① GB／T15613．2—20085．2．3．2测量设备5．2．3．2．1明渠测量明渠的底平面应笔直水平，而且在整个屏幕移动经过的范围内，其断面为矩形且须进行精确标定。明渠宽度和深度应满足流量的测量要求，即应使明渠中的平均流速为0．05m／s～1m／s。明渠中的水流应保证流速分布规则、无旋涡、无非对称流动和明显的扰动。这样的水流条件可通过在明渠中的稳流装置(如孔板、蜂窝装置等)来实现。明渠的总长包括：——进流断面：屏幕由此导入水中并达到匀速运动。——测量断面：需要精确确定的一段明渠长度。——出流断面：屏幕由此移出水流。一定水平面与其对应的明渠断面的面积关系可通过几何测量来确定。所有有关的几何尺寸应定期检查，推荐每5年检查一次。在极坏条件下，还应考虑水重量引起热膨胀和变形对尺寸的影响。5．2．3．2．2屏幕屏幕通常悬挂在小车上，该小车能在沿明渠的轨道或液体润滑的滑块上移动，浮动屏幕的使用应尽量避免。屏幕通常采用轻质刚性材料制成并安装在轻质构架上。小车和屏幕装配应尽可能轻，使摩擦力减小到最小，或用一驱动马达来抵消，使屏幕移动速度能迅速等于水流的平均速度并能在最低流速条件下屏幕也能顺利移动。屏幕移动法的一个基本要求是：当屏幕导人明渠时对水流的扰动应尽可能小，并不应产生导致严重误差的波纹和波浪。为保证达到这些要求，一个可行的办法是：通过电动驱动单元，在屏幕导入水流之前，使屏幕小车加速到与水流速度大致相等。为减小泄漏，屏幕与明渠边壁和底部的间隙应尽可能小。较好的做法有：在屏幕边沿加装合适的柔性唇缘密封，要使摩擦力做到可忽略不计或通过驱动马达以消除摩擦力的影响。5．2．3．2．3行走时间的测量屏幕行走时间是在测量截面开始和结束处的两固定点之间进行测量的。当屏幕通过这些点时，由电气机械开关、光学或磁性开关触发电子计时器。5．2．3．2．4水位的测量水位应在测量前、后和过程中进行测量，测量是在上、下游测量截面各侧面的测井中进行的。水位由测针、钩形测针或高精度的传感器定出(测量仪表见第7章)。屏幕前方和后方的水位保持为常数是十分重要的(如在o．5mm之内)，这样能认为移动屏幕的速度等于水流速度。为了获得高精度减少标定槽中缓慢的质量波动很重要(通过调节流量)。为监视此类波动应尽量减少测量截面下游处的自由水表面，从而可将可表示状态是否稳定的水位变动状况视作质量波动状况。5．2．3．2．5测程开始前和过程中的控制一个测程开始前，检查水位是否为常数十分重要，这样以便可确保在槽中无波动。波纹和波浪能明显增加测量不确定度应予避免，这对屏幕的匀速运动十分重要。可在沿测程均匀地布置一些附加的开关以便确定其中间过程中的行走时间。应使屏幕一侧至另一侧的泄漏量尽量小也很重要。这可用靠墙和底部密封处注入一种有色液体进行检查。不过，屏幕前后有轻微的扰动或存在很少的泄漏，特别是在邻近自由表面处经常可以见到，这并不说明仪器的运行出现毛病。两次连续进行测程之间的时间间隔应该是足以平息上次测量中造成的扰动。19 GB／T15613．2—20085．2．3．3测量的不确定度若装置的建造、维护和使用是仔细的，且上述要求得到满足，则其流量测量的系统误差(95％置信度)可达到±0．2％～±0．3％之间。5．3次级方法5．3．1基本要求在下述条件下，可商定采用各种不同形式的流量计。——所选设备具有最好质量，特别在其重复性及其对一些影响量的敏感程度方面(环境温度、供电的频率和电压等)；——流量计及其相应的测试系统应在实际的运行条件下用原级方法进行标定(参见GB／T15613．12008中的5．3．3．2．3和本规程的5．3．8)；——应在所测量的整个流量范围内检查其重复性。虽然这些流量计的应用并非强制性的，但有关的各种标准及制造商的使用手册均对如何使安装和测量条件达到最好给出了有益的建议。常用流量计的类型见5．3．2～5．3．7。5．3．2堰扳只有长方形和三角形带刃的薄壁堰可在本部分范围内使用。堰板的设计及其安装和堰板之上水位的测量应参考Is()1438—1：1980，但是标准化了的流量系数不能达到所需的精度要求(见5．1．1．2)。此外，堰板还对靠近处速度分布的任何变化以及堰板的状况(上游面的粗糙度、清洁度以及刃边的锐角度等)都非常敏感。通常堰板位于机械的低压侧，应注意确保进入槽中的水流是平稳流动(无旋涡，无表面扰动或无大量空气卷入等)。当堰板位于所试验机械的出口侧，应离开机械有足够远的距离或应使流道出口处在达到堰板前能释放水中的空气泡。当需要在整个断面处有均匀均速度分布，应采用静水栅和导流板。若有被扰动的水表面或存在潜流或存在任何性质的不对称均应采用适当的栅板给予纠正。5．3．3差压流量计在}L板、喷嘴或文吐里管可作为流量测量的模型试验设备，特别是在无自由水面的闭合环路中工作。差压设备的设计，包括其测压头，其安装和工作条件参见IEC51671：199l。然而其标准化了，的流量系数不能达到本部分所需的精度要求(见5．1．1．2)。除了IEC51671：1991描述的流量计之外，其他形式的差压设备也可使用。差压流量计常常具有很高的可靠性，但对流态非常敏感，且压力损失大，特别是}L板和喷嘴更是如此。由差压设备产生的差压应按6．4进行测量。原级方法的设备和压力计之间的连接管路应符合ISO2186：1973。应注意避免发生空化。5．3．4涡轮流量计涡轮流量计通常包括一导流器，在其上、下游需要有一直管段，流量计仅产生非常小的水流扰动，但产生一些高的压力损失。其输出信号为易于测量的频率，不存在影响精度因素，需注意使其轴承处于良好状态，并保持涡轮叶片的清洁。每次维修后至少应标定一次。由于在低压条件下转轮叶片上能发生空化，故应于最低压力条件下检查标定状况。5．3．5电磁流量计电磁流量计属ISO6817：1992和ISO9104：1991的内容。电磁流量计的主要优点乃是既不引起水流干扰也无压力损失，且对磨损不太敏感。流量计能给出一即时的读数，因此特别适用于观察流量的波动。应注意电子回路输出中是否存在漂移，还应注意电极表面的状态，每次维修后应至少检查一次其标定状况。】3 GB／T15613．2—20085．3．6声学流量计存在有数种声学测流方法。按目前的认识，适用于本部分用途的方法乃是测量声脉冲从上游或下游通过的过渡时间。最好包括有数个平行路径的测量。数据采集和处理系统应演示该设备工作是否正确(沿每一单个路径对其平均速度进行分别测最，验证声速，检查所损失脉动数的比例等)。此方法的较详细说明见GB／T20043。另～些类型的声学流量计也可使用，如基于测量声束被液体折射的流量计，或基于在两截面处发射的声讯号的交叉关系的流量计。声学流量计的优点是不引起任何水流干扰或压力损失，但对速度分布和对气泡的存在以及噪音有些敏感。其对紊流的敏感性以及局部瞬间速度的采样的有限性使之不能用于连续读数以评价流量的波动状况。5．3．7涡流流量计涡流流量计的原理基于测量插入水流中非流线型体产生的涡旋流出频率，此频率与给定雷诺数范围内的平均速度成正比。虽然这种型式的测量装置已有多种，但采用此法测量流量的经验还是很有限的，使用此法时应该小心，如管道中的任何振动都会引起测量频率的改变，因此要予以避免。涡流流量计中的非流线型体有引起空化的危险，应检查在最低试验压力条件下的评定状况(见5．3．8)。5．3．8标定步骤如上所述，任何用于测量流量的次级方法应相对于原级方法进行标定见5．2。标定应在试验回路中不拆卸流量计或改变流量计进口处的水流状况下进行。标定应包括整个流量计及其相应的测量系统，如孔板、连接管、压力传感器、供电系统和数据采集系统。标定正常应在试验中在要出现的实际工作条件下进行(压力、温度和水质等)。如果在试验过程中出现的压力必须低于用于标定时开式循环回路中可得到的最低压力。此时，应演示说明流量计的标定并不受降低压力时空化的影响。这可用两个次级流量计串联的办法来达到。其中之一可不受空化的影响，流量测量时流量计存在空化影响是不能允许的，即使标定是在相同的工作条件下进行。这是由于这时包括的现象是难于很好重复的。任何标定中应包括有足够的测量点，这些测点应均匀地分布在试验中涉及的整个流量范围以便正确地评估其发散度。在大部分情况下，标定结果可写成(至少在其使用范围内)：Q—CR“式中：R——由次级流量计给定的输出信号；a——由理论上的关系得出的指数(当R为涡轮流量计的频率时a一1，当R为文吐里管的差压时a一1／2，当R为长方形堰板上的高程时a一3／2等)；c——流量系数，它在流量计的范围可为常数，亦可为变数。这样便可得出流量系数相对于原级方法得到的流量，或者最好是将流量系数相对于适用于相应某种型式流量计的无量纲系数(在闭合循环回路中的流量计为雷诺数，堰板时为弗劳德数)。任何情况下，应将这些测点用回归法如最小二乘方啮合成曲线(通常为直线)。这种标定曲线的导出以及相应不确定度评估方面的指南可在ISO7066中找到(亦见附录H)。次级流量计通常应在试验前及试验后进行标定(见GB／T15613．1中的5．3．3．1．5)，如果这两次标定结果出现明显差异”，则应对流量计及其相应测试系统进行仔细检查以找出出现差异的原因。这142)可以商定，相对偏差2(Q·Q)／(Ql十q)应小于试验前规定的允许值(如01％)，此处0l及Q2为在原级方法给出的相同流量下由次级流量计在试验前后得出的读数。 GB／T15613．2—2008次试验可能被否定，但应存有流量计标定的历史档案以便检查和分析。若无系统性的趋势发生，则将所得到值取其平均值可能是其真实值较好的近似值。这要好于仅将试验前后得到的两个值加以平均。6压力测量6．1概述本条仅涉及压力的该时段平均值的测量，压力波动值的测量见GB／T15613．3中的5，l。水力机械中压力测量在于确定：a)水力性能方面的量值，如：——水力比能(见8．2及8．3)及——净正吸人高程NPSE(见8．4)。或b)模型通流中指定部位的压力及差压表计值，可用于不同用途，如差压装置用于测量流量(见5．3．3)或得到以下方面的信息：——局部压力；——压力分布；——指数试验(该值需转换至现场条件)。压力是在稳定条件下压力的单个表计压力或差压。6．2压力测量断面的选择应对测量断面的位置给予特别注意，通常与其基准面一致。该处水流的扰动应是最小，由合同规定的高压和低压基准断面1和2通常应满足这些条件。但是在基准面的速度分布受到严重扭曲的例外情况下，该基准面应予更换，若有可能，用尽量靠近并能提供较好流动条件的其他测量断面来代替。测量断面的平面最好应与水流的平均方向相垂直，需要用于计算平均水流速度的截面积应易于测量。测量断面最好应布置在直段截面处，但可稍有收缩或扩散。6．3测压头和连接管线6．3．1测压头的数量及位置通常，对于任何形状的断面至少应采用两对相对的测压头(4个测压头)，对于圆形断面，四个测压头应布置在互相垂直的直径处，测压头不应布置在最高或接近最高处以避免聚气，也不应布置在接近最低点处，以避免脏物引起的堵塞。在非圆形的断面时(大多数情况为长方形)，测压头不应布置在接近角落处。如果测压头布置在其底部或顶部时，应特别注意避免空气或脏物的干扰。若流动条件受到了干扰或是非对称的，则应采用多于四个测压点。同一测量断面处的单测压点的平均压力测量值相互之间的差值应不大于机组水力比能的o．5％，或对于低水头机组不大于由测量断面处用平均流速计算得出的比动能的20％(见8．2．4)，这两种情况均是指接近最优效率点的工况而言。若此要求不能得到满足，两方应协商，改用以下方法：——选择另一测量位置，或～按8．2．4对测量断面处比动能的分布作出评估，或一～接受此偏差，对水力比能F的测量不确定度在标书上增加一附加不确定度。6．3．2测压头的设计测压头应布置在耐腐蚀材料的插入件中。图7示出了典型插入件结构，插入件的安装应与流道的边壁平齐。测压头的柱形孔径应为2mm～4mm，应具有至少两倍孔径的长度L。测压点应与流道壁垂直，并应无可引起局部干扰的毛刺或不规则处。孔开口处的边缘应是尖角的或有r≤d／4的倒角与流道平滑15 GB／T15613．2—2008连接。倒角的目的在于消除可能出现的毛刺。流道的表面应是光滑的，在测压孔上、下游至少100mm的邻近处不应有水流方向的弯曲。缎黝一～莎、f、一—g科《2×lo。Pa时，A。一0．0001m2)。活塞的有效直径“。可按活塞直径d。及其孔径砒的算术平均值定出。d。一(dh+d。)／2此种仪器用于压力计算时町不需进一步标定，其条件是：(db—d。)／(dl，+d。)≤O．00l重力式压力计活塞下侧测得的压力P．其加载的质量是：P一(纠)／A。一(4删)／(nd；)重力压力计应满足下列主要条件：——活塞有效直径d。确定时，其相对不确定度fd<5×104；——活塞与活塞缸之间的摩擦应用慢速旋转活塞的办法消除(O．25S_1≤”≤2s1)，活塞缸应充满合适的液体，通常为低黏度(u≈lo～lql2s1)的油。活塞轴线应为垂直，所有的作用重量(砝码、活塞、活塞板等)应予标定。当采用数据采集系统时，推荐将重力压力计与压力或力传感器联合成一套装置使用(见图10)。这些装置的标定曲线应予确定。一是不采用补偿装置，用相对标定过的重力压力计定出。另一种是用在压力为常数情况下在砝码架上添加标定过的相应质量的砝码定出，使补偿器上的指示值为零。】9 GB／T15613．2—2008上述型式的重力压力计与传感器或力传感器相连接在数据自动采集系统中应优化采用。在良好条件下，重力压力计的灵敏度小于0．002kg，即小于0．02／A。Pa(女NA。一0．002m2，灵敏度100Pa)。^l一2l～ZM^2=o：ZMP一(4rag)，／(nd：)d。一(比+d。)／2a方案：由差压传感器补偿；户M=pl&pghl一声+Pmg(h2b方案：由力传感器补偿；PM—PJflghl一户+Pmg(^21作用的质量；2a差压传感器；2b力传感器；3水；4油。图10由压力或力传感器补偿的重力压力计(试验装置的示例)6．4．4压力重梁(原级方法)压力重梁是从重力压力计发展而来，它包括一装于无摩擦支点的秤杆并支撑于一个或几个重力压力计或一个差压式重力压力计。由重力压力计作用于活塞的力被沿秤杆移动的导轮重块所平衡(图11)。秤杆和导轮重块的操作可以是手动的，也可以由自动的伺服系统操作。压力重梁从原理上属于原级法，但在有些情况下需进行标定。 GB／T15613．2—20081秤杆；2无摩擦的支点；3——导轮重块；4测量用丝杆；5——伺服马达；6、7和8——电气接点；9确定L的转速计数器；p(mgl。)／(ALv){A活塞的截面积；P需测的压力；F--pA作用于秤杆的力。图11压力重梁(试验装置示例)6．4。5压力传感器(次级法)压力传感器是一种电气机械装置。由压力产生的机械效应随需测量的压力被转换为电信号，应选择范围相适应的压力传感器。采用压力传感器的一些优点是：易于与电气的数据采集系统相结合；一一通常仅需要极少的液体流经测压头，因此可提供反速和精确的反馈；采用现存的电子设备便可很容易获得压力脉动或压差的平均值，并记录其过渡过程；压力传感器应具有以下性能：足够的标定稳定性；一～高重复性，迟滞现象可忽略不计；零漂移和对温度的灵敏度低；施压时对偏移效应无影响。应在电子设备有及无滤波器条件下操作以判定有滤波器运行时无偏移存在。整个压力传感器系统应在试验压力条件下进行标定。传感器的精度主要取决于标定的精度。应采用原级法进行标定。如采用重力压力计，它可在试验中的任何时间对传感器系统的测试进行核对。为减少系统的不确定度，还建议平行地装两套相似的传感器系统并在试验中同时读数。两传感器系统应在试验前及试验后进行校核。若两系统表示的读数差大于其系统不确定度，则应与原级进行比较。6．4．6其他诸如弹簧压力计的压力测量仪器(次级方法)这种压力计利用环状管子(平的或螺旋状的)，或薄膜片的机械变形来指示压力。根据所测量的压力，应选择与之相应压力范围的弹簧压力计。若此种压力计具有合适的精度，可在双方同意下，在其最优测量范围内使用(通常为全量程的60％～100％)，并应在试验前后用原级法适当地加以标定。71 GB／T15613．2—20086．5压力测量仪器的标定6．5．1标定的基本步骤如上所述，用次级方法测量的压力(弹簧压力表或传感器)应于核对或标定。这可用与原级方法进行比较(见6．4．2和6．4．3)，或可用自由水位测得的静压(如6．5．2)或可用公认的标准进行比较。用动态标定的方法来检查测量和数据采集系统的影响可能也是有益的。此时可利用一变频的压力脉动发生器及已知其平均值，以确认静压测量的平均值中无偏移存在。6．5．2将表计压力与由自由水面确定的静压进行比较验收试验前后和在试验期间(如有需要)，表计压力读数PM可与零流量时的静压进行比较。此静压是从一自由水位考虑了水在空气中的浮力后得出：P一(P～成)g·Az6．6真空测量6．6．1基本要求除6．6．2中所述之外，6．2～6．4也适用于真空测量。6．6．2真空测量的表计管路测压管道在全部充水或充气情况下必须采用透明管路，以便观察水位(如有的话)。此类管道在充水时应在运行过程中小心和经常冲洗以排除由于分解而析出的空气或由测压头进入的空气，并使测压管道中的水与流道具有相同的温度。所有管道和接头应是气密的(无泄漏)。测压管道可采用软管，但必须具有足够刚度以防止在外部压力作用下变形和吸瘪。透明的塑料管对观察有无气泡非常适用。6．7压力测量的不确定度绝对系统不确定度邯(95％显信度)可评估如下”：一液柱压力计水银／水土50Pa～±300Pa水／空气±10Pa～±50Pa——重力压力计±(1～3)×103Pa～压力重梁±(2～5)×10_3Pa——弹簧压力计±(3～10)×10P⋯4’——压力传感器±(1～5)×10P⋯27自由水位的测量”7．1概要～般情况下，模型水力比能的确定应基于按8．1．2在水力流道内的压力测量。对具有稳定自由水位的试验台，水力比能可基于自由水位测量(见8．3．3)来确定。自由水位的测量对有些流量测量方法也是必须的(见，如5．2．2，5．2．3及5．3．2)。7．2水位测量断面的选择选择确定自由水位的测量断面应满足以下要求：a)若无专门的相似性的要求，模型上应设置在水流稳定且无干扰之处，特别是测量断面处的自由水位表面应是稳定的。因此应具有足够的埋设深度。b)通常用以确定平均水流速度的面积应能正确确定并易于测量。3)这些数值是在稳态压力条件下有效。应该指压力脉动在水泵高压侧可能很重要且多少有些不对称。因此若此压力脉动不能正确地加姒阻尼(见3．33．4)，则其不确定度可能增大。4)P。⋯是指仪器全量程读数。5)亦见Is()4373：1995。 GB／T15613．2—20087．3测量断面处的测点数只要有可能，自由水位测量应在每个测量断面或多通道测量断面的每个通道处至少设两个测点，且取其读数的平均值作为自由水位值。7．4测量仪器通常，自由水位是相对仪器的基准水位z。进行测量的。而基准水位是藉～相对于其他基准面的高精度仪器定出的。自由水位通常不直接在断面处测量而是在与测量断面相连结的测压井中进行的，如图12。』口>Io05A。a与墙平齐的多孔板；h——截断阀；c_冲洗阀；A．，穿孔的总面积；A。——测压井的截面积。图12测压井7．4．1测针或钩形测针测针或钩形测针(见图13)可用于确定平静水中的水位。最好在测压并时进行，也可在自由水位几乎无干扰时在水流中直接测量。 GB／T15613．2—2008除了采用与水接触的正常目测值外，电气的、光学的或其他型式的指示值也可采用。前提是这些值应相对直接目测法进行标定。7．4．2浮子计当水位变化较大时可采用浮子计。浮子直径应不小于150mlTl。NK,井的最小直径应是300mm。当手动将其从真实读数处移开时，浮子计的灵敏度应在1mm之内(±0．001m的分辨率)。7．4．3压力测量装置埋入式的压力传感器或其他压力测量装置包括液柱压力计(直管式)可用于确定自由水位(见第6章)，压力指示值应在无水流流动条件下核对。7．4．4压缩空气扩散器自由水位也可藉管中充压缩空气的压力来确定，即所谓驱气扩散管技术(详细资料见20043)。7．4．5各种其他方法可采用各种其他方法诸如超声波装置和电容法，只要这些方法满足所需的精度要求(见7．5)。7．5自由水位测量的不确定度在水流平稳且流速小于或等于1．0m／s时(较低值是指速度接近于o)，绝对系统不确定度eZ(95％置信度)可预期如下：——测针或钩形测针±0．001m～±0．003m——浮子计±0．00lm～±0．003in——埋入计压力传感器±(0．5～5)×10_3z⋯”——压缩空气扩散器±0．001m～q-0．003m——超声波装置±0．002m～±0．010m当紊流程度很高和”>1．0m／s时，如接近水轮机尾水管出口处，其不确定度可显著增大。8E和NPSE的确定8．1概要8．1．1目的·机械的水力比能E应在水力模型的任何试验中确定，而净正吸人比能NPSE只是在需要时加以确定。E值及NPSE值是在该时段的稳态条件下按平均值测定。E及NPSE值评定的公式分别见15613．1—2008中的3．3．6．2及3．3．6．5。GB／T15613．1--2008附录C给出了E公式的推导。8．1．2确定方法为确定作用于模型的水力比能，必须评定其高压和低压基准断面处的水的比能。对于净正吸人高程，需评定低压基准断面相对某一规定水位时的水的比能。只要有可能，应立即确定出基准断面处的绝对压力、平均速度和高程。特别在低压侧，此处的压力应在尾水管内测定。在某些情况下，对于特定的模型试验设备可双方商定将测量断面尽可能接近相应的基准断面或用自由水位测量替代压力测量。压力测量的描述见第6章，自由水位的测量(尽管很少采用于模型试验)的描述见第7章。8．1．3稳态条件及读数次数确定水力比能所需的计数应在定时的间隔内，且在基本稳态条件下读数如GB／T15613．12008中5．3．2．3．1所述。读数次数以及读数之间的问隔应能在考虑其数据采集系统功能情况下非常接近其平均值(见GB／T15613．12008中5．3．2．3及本规程第4章)。246)￡啪。是仪器的全值读数 GB／T15613．2—20088．2水力比能E的确定8．2．1测量断面8．2．1．1概要为获得精确确定水力比能的基本条件见8．1．2的描述，对测压断面选择的见6．2。8．2．1．2测量断面的挪动模型验收试验通常在其合同规定的基准断面处进行测量，但在个别情况下测量断面可与基准断面有差异。若在基准断面处因机械原因或来流条件有水流干扰，在此情况就需挪动，这种挪动应经双方同意。在此情况下，经合同方同意影响流态的部件也可进行改型。实例：对于泵：若压力和速度的分布差异大，以致从其平均值计算得出的水力比能可能会造成很大误差时其高压测量断面应予挪动，使测量断面位于距离泵有一定的管道直径倍数时通常可增加测量的可靠性。对于水轮机：若蝶阀离高压基准断面很近时，可能需要挪动其测量断面，这是由于很难去估计蝶阀对测量的影响。8．2．1．3测量断面挪动后水力比能的修正当测量断面与基准断面不一致时，测量断面与基准断面之间水力比能损失应予考虑，应对水流方向及其分布状况以及两断面之间的相对位置给予应有考虑。此类损失的估计可基于一些理论资料和／或基本于实践经验。在作出采用不同的测量断面前，应对损失计算引起的不确定度与基准断面处由于测量条件不满足引起的不确定度进行比较。8．2．2基准面8．2．2．1参照基准所有高程诸如试验台的基准面或模型的基准面均应相对参照基准(见GB／T15613．1—2008中3．3．7．6)。主要高程和高度见图14。、＼＼模／型基准面＼／ff厂心、／尸糨3l准及测量心Ⅵ／‘、．＼～＼i≤>＼T～、l严捌量仪嚣的基准面＼可|／＼＼Ju南＼疗L_试验台的基准卸特殊情况：当2M】一0和￡M2一O时，则Z，Ml=Z。M2一g。图14示例：试验台及模型的主要高程、高度及基准面8．2．2．2高程差精确确定高程之间的差值十分重要。其中模型试验中最重要的高程差为模型基准面z，与压力测量仪器的基准面zM：ZrM一≈z。。若所有压力测量仪器的基准面是相同的，且作为参照基准，则25 GB／T15613．2—2008Z。M=z，(见图14)。8．2．3水密度(见GB／T15613．1—2008中5．5．3)从模型水力比能按GB／T15613．】2008中3．3．6．2中的定义，水的平均密度j应按两基准断面处的平均密度值计算。由于模型进出El间的温度差甚小，低压基准断面处的水温可用作i评定中计算两处的密度。蒸馏水的密度值(见GB／T15613．12008中5．5．3．1．3及表B．2)通常可用作确定E或H—E／g时的水密度P。，这是因为：a)模型试验设施中实际用水的密度值PW。与蒸馏水的值P。d相差极小，通常其编差值小于0．05％(见8．3)；b)若模型的水力比能主要是靠压力测定来获得，则水力功率Ph—E(pQ)1，(见GB／T15613．12008中3．3．8．1)，作为确定效率时主要水力参数仅与密度的二阶精度有关(见GB／T15613．12008中5．5．3．2．1及s．5．3．2．2的简化公式以及GB／T15613．12008附录D中的说明)。在特殊情况下，可能需要确定所采用实际水的密度P。。(见GB／T15613．12008中5．5．3．1．2)。8．2．4比动能按照惯例，基准断面处的比动能按垂直于该断面的水流平均速度确定，取e。一”2／2。平均速度”乃是流过基准断面处的实际流量除以该基准断面的面积”。该面积应在进行模型相似性检查时进行测量。当测量截面与模型界限范围内的基准断面不同时亦采用相同办法。8．2．5水力比能E时的不确定度的确定按8．3中描述的示例，E的确定应适应各种方法和各种布置。15613．1—2008中的J．2．3示出了确定相对系统不确定度，E的示例(见图15)。为了考虑测量断面处压力分布不均的影响，在总的相对不确定度fE中从算术计算上增加了一项附加不确定度^：，E，。。一如+^E。8．3E的简化公式8．3．1概要如同GB／T15613．12008附录c及其3．3．6．2中给出的一般公式乃是模型水力比能精确值中便于使用的近似值。针对每种具体情况可进一步加以简化。如当水的可压缩性或断面1和断面2之间环境压力值差异可忽略不计时，可采用其近似公式。可以假设在整个试验台内重力加速度和环境压力值为常数。季一gl—92一g及P。。bl—P。。b2一P。。b本条中列出的简化公式对所描述各种测量装置是具有代表性的。这里仅研究了最为常见的测量装置，对未考虑其适合性的其他测量装置应不予采用。7)对流体中的局部流速w．，其水力比能为e¨一《／z。水流流经断面A处的平均比动能值(平均轴面流速为”时)r可用＆一a妒／2表示。其中动能系数。(见Is()4006)按：a—1wi％·dA／护A，式中让．为”，的轴面分量。^系数“在流速均匀分布时为1(长方形流态分布)，在工业中所遇到的流动a总是大于1。在水力机械试验时，测量断面处的实际流态由于电站的布置以及模型的运行工况原因为不均匀的速度分布。通常假设模型和原型中的流态是大约相同的。然而，在模型试验中，详细地测量速度分布是不现实的．也是十分费时的。因此，按照惯例商定设“一1，由此e。一伊／2。虽然比动能的惯例值与实际值之差对于低水头机组可达到机械水力比能和I％～2％，但当评价测量中的不确定度时，同意不考虑此差异(见GB／Tl5613．12008的J．2中￡不确定度计算的示例。这里比动能中的不确定度只考虑在确定流量0和面积A时的不确定度)。 GB／T15613．2—2008参照摹准E—gH一(p。b。l—Pa5。2)佑+(诉一u；)／2+g(卸22)采用差压测量时可得出下式：(Pab-1一声。b。2)／i一△声／芦+g[(貌ZM)·P2／芦(Z1ZM)·pl／I]当应用于低水头模型试验时(Ap≤400000Pa，即H≤40m)，水的可压缩性可以忽略不计。可设定i=n=P2由此，可得出简化公式；E—Ap／p2+("iu；)／2图15采用差压测量仪器确定水力比能8．3．2通过压力测量确定E(见第6章)8．3．2．1差压测量图21示出了采用差压测量仪器确定水力比能时的测量装置示意图。此方案特别适合于模型试验水头较低的情况。这种使用仪器可具有足够的精度。8．3．2．2分别测量压力a)反击式机械各断面处的压力分别测量，当压力差值小于约400000Pa时(约为40m水柱)，水的可压缩性可忽略不计。当压力测量仪器提供的是绝对压力测量(如用压力传感器)，环境压力不需考虑。若压力测量仪器提供的是表计压力测量(如用弹簧压力计或液柱压力计)，则仪器处环境压力的差值应否包括应于核对[见图16(影响可忽略不计)及图l7(考虑了影响，]。将压力测董仪器置于相同的基准面处，则可进一步简化。通常这是很容易办到的(见图16最终简化式)。b)水斗式水轮机(冲击式水轮机)对于水斗式水轮机，当机壳是处于大气压力之下，仅需在高压基准断面测量压力值P，。如将通用公式应用于水斗式水轮机，还可进一步简化(见图18及图l9)。按惯例，”2取作零。低压基准断面的高程z2取作射流轴线与水斗式射流节圆处的所有接触点的平均高程。在机壳内不充压且充有足够量空气的条件下，机壳内部的压力被设定等于环境压力。若机壳内充压，则机壳内的环境压力应予测量，且当确定E(p。¨!≠P“I)时应予计及。?7 GB／T15613．2—2008高压基准及测量断面l丝l’E￡gH=(声。b，1一p。h2)厅+(硝《)／2+g(zlZ2)表计压力计应用于点1及点2处。ZMl和ZM2问环境压力的差值可忽略不计，因为(ZMl—z”2)值与H相比很小；因此声mbMl一P日mbM2一PambPabsl一PMI十plg(ZMlZ1)十P帅bP-bn—Pu2十船g(ZM2一Z2)十九mb若水的可压缩性能忽略不计，则Pl=肛一i由此，(户。b；】一P。b。2)／F=(PMl～pMZ)／五+g(ZMI一21一ZM2+22)，因此，简化公式为：E—gH=(PMl一PMz)／p+(胡一。1)／2+g(ZMIZM2)可进一步简化：若压力测量仪器位于相同高程处，zMl一ZM2，那么，E—gH=(PMI—pMz)／i+(口i一《)／2图16通过分别测量表计压力来确定模型水力比能譬=gH一(P出l—P扎口)厅+(u；一遁)／2+g(zj—z2)断面1及断面2处采用水柱压力计。水的可压缩性可忽略不计，这是因为断面1及断面2处的压力差值甚小。因此：P1一户2一j—p由此：P。b。l—p·g(zlr—91)+P。mblPah2=p‘g(22，一Z2)+PambZ+p#mbl‘Pem№一m‘#(2I’一z2‘)此时简化公式为：E—g(zl纠)(1一胁／P)+("i一谚)／2一g-z(1--p,／p)+(u：递)／2图17通过用水柱压力计分别测量压力时模型水力比能的确定28测量断面2望2 高压基准和测量断而1塑l’GB／T15613．2—2008L』L上J一：≠么!二＼与E47—、j蝙胆坷、弋．户F圳咻一划岫—p／卜鋈襄奇i按惯例，将低压基准断面设定为高程为娩的转轮平面处，对于不充压的机壳，机壳内部的压力通常设定为等于环境压力F—gH=(P“。LP。b，2)／F+(ui一遁)／2+g(gl—Z2)z”l和z2之间环境压力的差值可忽略不计．这是由于z与H相比甚小。因此：P。。bMI—PⅢb2一P。l，进一步可设定：Z·pl厅一Z由此：P小。】=pMI+Z·pl·g+P。。。b此处pMJ为ZM，处测得的表计压力：Pabs2一Pamb由于zl—z2．且设定砚一o．简化公式为：F=pMl肠+F·(#Ml。2)+硝／2一pMI7五+g·Z+硝／2图18竖轴水斗式水轮机机械水力比能的确定Z=：MI一：2注：在多喷嘴的情况下．低压基准断面处的高程z：定义为各接触点高程的平均值(图中的2A和2B)。对于不充压的机壳条件下：机壳内部的压力通常设定为等于环境压力。E—gH=(P“，1P“，2)，i+(uiNi)／2+g(2l—Z2)zMI和zz之间环境压力的差值可忽略不汁．这是由于z与H比甚小。因此：P。bMl—P。。b2一P。l_进一步可设定：Z·pl厅一z由此：P。b。1一pMI+(zMl一z【)口lg+P。。h此处PM。为。M1处测得的表计压力：Pab“一P圳“设”：一0，简化公式为：E一声Ml行。{g·(ZMIz：)+ui／2一PMl扫+g·z+{《／2图19卧轴水斗式水轮机水力比能的确定 GB／T15613．2—20088．3．3通过水位测量确定E只要有可能，在模型验收试验中应尽量不采用水位测量方法(见第7章)。然而，若有需要或已商定用测量自由水位的方法确定E，特别是在其低压侧，则见第7章中描述的方法应予采用。对测量断面处周围环境的流态要求见7．2。图20为低水头机械，这里示出了通过水位测量来确定水力比能，低压测量断面27应尽可能与尾水管出口相近。在此类测量时，水位应直接在2’之上测量。为确定平均流速，尾水管边壁被设定为延伸至2’断面处，勾划出该断面处的虚拟面积。高E—gH一(P。b，lP“。2)／7+(讲一胡)／2+g(zl一22)断面l7及2‘被选作测量断面。E—gH一(声。b，lP。眦，)／p+("；r一口ir)／2+g(Z1一一纠)±ELJl士Ei217与1之间的损失E叫1及2与27之间的损失EL2—2在作水轮机运行时减去。在作水泵运行时加上，如图中所描述”。水的可压缩性可忽略不计这是由于1’与27之间的压力差值甚小。因此P1一户2’一≯一P简化公式为(见图17)：E=g(z1”")(1一m／p)+(诉一遁，)／2土Ell，l±EI．2∥图20低水头机械通过水位来确定机械的水力比能8．4净正吸入比能NPSE的确定8．4．1定义净正吸人比能是针对机械的低压侧而言，其定义及用于确定该值的通用公式见GB／T15613．12008中3．3．6．5，其测定工作如同机械的水力比能E一样可能会受到实际环境的影响。8．2也应在确定净正吸入比能时考虑。8．4，2简化公式只要压力值能在低压基准断面处测出，便可直接应用通用公式，且对水泵和水轮机两种工况都是成立的。图21描述了确定NPSE的三种情况。8)建立计算比能损失玩1，l及臣22，的方法是困难的，特别是在非对称流动和涡流情况下(比动能系数a为高值)，这就使得难于在本部分中给出一般可适用的指南。特别是当机组的取水嵋和出口并不完全模拟，此时这些损失的评定方法是试验前商定的。 GB／T15613．2—2008己一2rz29’NPSE=g·NPSH=(P。b2一P。)／m十。!／2一g(≈一敝)情况a)测点2处为液柱(水柱)压力计：P．b＆一P2’g(。2一Z2)-I一声。m“简化公式为：NPSE一(Pemb—Pva)／p2+叫／2一g(zr“)2(mmb—P。)／p2+《／2一gz。情况b)测点2处为ZM2面处的表计压力：P曲s2一PM2+g·础‘(ZM2一。o)+P。。b简化公式为：NPSE=(PMz+p。。b—P。。),／pz+《／2g(≈ZM2)情况c)位于机械基准面处压力杯相连的差压压力计：简化公式为：NPSE=(／xp+p。mb—P。。)／成+"；／2图21净正吸入比能NPSE和净正吸入高程NPSH的确定9主轴力矩的测量9，1概要转轮／叶轮机械功率P。的计算是由作用在转轮／叶轮上的力矩L、确定的P。一2·Ⅱ·"·T。其中，丁。一-r±n。{案篓翼篙最竺+丁·．m是由于密封和轴承布置而产生的摩擦力矩。9)当zzr低于机械基准面z。时．五为正值，反之为负值 GB／T15613．2—2008原则上，对于力矩的测量可有两种不同的测量系统。a)一种类型是“摆动套系统”，这时TJm就成了所谓的“内部力矩”，也就是说，系统力矩本身包含了TI，。(在后面，称之为“转动部分的轴承处于平衡状态”，见图22和图23)。b)还有一种是单独测量丁和TLm(在后面称之为“转动部分的轴承处于非平衡状态”，见图25)。转轮／nf轮主轴力矩T的吸收或释放可由：——一台电机，通常是可调速的发电电动机；或者由不同类型的制动器吸收，——涡流测功器；——水力测功器；——机械测功器。9．2力矩的测量方法9．2．1原级方法在原级方法里，力矩丁是由作用在测功臂上的力F与其半径r的乘积来确定的，表示为：丁一F·r作用在摆动套上的平衡力的测量可通过：a)在杠杆系统上使用称重砝码(标定过的砝码重量与测功臂)，这在原理上是基本的原级方法；b)用下列方法中的一种，用基本的原级方法a)在原位标定：——力传感器法；——压力计法(通过一旋转活塞)；——机械秤法。在确定总力矩时，为了提高其精度，建议使用标定砝码来平衡掉作用在测功臂上的部分力。9．2．2次级方法若扭矩仪的精度为各方所接受，且用原级方法标定则也可以使用。扭矩仅为轴系中的一段长度，当主轴在旋转时，其扭矩可以通过光、电或其他方式转变为电量输出。这种类型的扭矩仪的设计和安装，应该以其测量不受转速、温度、轴向推力和径向推力影响为宜。9．3吸收功率／输出功率的方法9．3．1可调速的发电电动机这个方法包括一台发电电动机，用来吸收电能和发电，为了能够测量机械力矩，要合理固定。这种装置对水轮机模型和水泵模型二者都适用。9．3．2涡流测功器电磁制动的运行受吸收功率的限制。9．3．3水力测功器这种制动器通过水力吸收功率，由于吸收的功率与舻成比例，故不适合在低转速下使用。9．3．4机械测功器这种制动器通过摩擦吸收功率，它的优点是在低转速时甚至接近于零的低转速时对施加高扭矩。所施加的力矩应是稳定的且其机械系统应不受振动影响。9．4布置原理图9．4．1概要图22～图30表示了力矩测量的原级和次级方法在工程应用中的布置，所示的所有布置都可用于卧式或立式试验台。图22和图23示出了处于平衡状态布置的原理。作用在转轮／,f轮上的力矩，要在摆动套的测功臂上测量。如图24，如果一个摆动套是由两个独立的套组成的，那么就应该测量作用在每个套上的力并代数相加。图25是一种不完全平衡状态的布置，因此由轴承和密封产生的损失就要单独测量。图26是一种在尾水管肘管处加模型轴的布置。通常，这种布置是不完全平衡的，所以必须计算损失。32 如图27，对于多级水泵和水泵水轮机的试验来说，有必要进行特殊布置。在实验过程中，要特别注意机械损失P。。，应在试验的整个转速与压力范围内准确确定和计算。图28示出了一种使用扭矩仪的布置。图29和图30示出了带有附加导轴承时的布置。附加导轴承可处于平衡或非平衡状态。图22～图30的术语1转动部分；2一摆动套；3一固定部分；4转动部分轴承处于平衡状态；5处于平衡状态下的机械密封；6一摆动套的低摩擦轴承；7迷宫密封，膜片密封；8转动部分轴承处于非平衡状态；9转动部分的机械密封处于非平衡状态；10扭矩仪；11轴向推力轴承；——力矩测量基准断面。图22处于平衡状态的布置图23带齿轮时处于平衡状态的布置 GB／T15613．2—2008斯蚺m战74咫蚴．．：库珊仫t图24带有两个单独套的平衡布置图25机械轴承和密封不处于平衡状态的布置图26下导轴承和密封不处于平衡状态的布置图27中间轴承和密封处于不平衡状态的布置k=，=7L。 图28采用扭矩仪的布置图29扭矩仪在附加导轴承处于平衡状态时的布置，mdf彳峙—呐E了玲r——一。l。I”蚶r仨司诊GB／T15613．2—2008图30扭矩仪在附加导轴承处于不平衡状态时的布置9．4．2摆动套的悬挂为在所测量的范围内，满足测量不确定度的要求，在摆动套悬挂时，必须使用特制的低摩擦轴承，即使用油或水润滑的静压轴承。摆动套必须处于很好平衡状态，否则的话就要限制其转动范围。9．4．3风损修正不论发电电动机的转速多少，都不应有因风损或鼓风机而引起的反力矩；但如果存在的话，就要将其计算进来。9．4．4冷却液的连接力矩测量装置的设计应该做到：冷却液的进入与流出不会因切向速度分量而产生错误。软管(如果使用)尤其是在压力作用下不应该产生可察觉的切向阻力。缓冲筒(如果使用)应该在运动的任一方向35 产生相等的阻力。此外，主轴阻水盘根应不产生明显的摩擦力矩，或者应设有力矩测量装置。9，4．5密封如果摆动部分与固定部分用摩擦或隔膜的方式密封，那么就需要对其进行标定。9．4．6电力引线电力引线不应产生可察觉的切向阻力，编织的软铜线或水银壶，可以实现这一目的。9，5系统检查下面所提到的检查，建议用来验证整个力矩测量装置操作的正确性。尽管如此，测量装置还应进行标定。9．5．1灵敏度检查一个试验装置的灵敏度表示从系统所测得的力矩的最小差值。灵敏度在很大程度上取决于装置的布置和容量。较低的灵敏度表明其功能有误。随所采用装置的布置和容量变化，灵敏度应该在0．05N·m～o．5N·m的范围内，此处，较低的灵敏度值适用于丁⋯。。<500N·m。9．5．2速度试验该项试验是通过拆掉转轮／叶轮或者拆开轴来进行的。如果在整个转速范围内，机械力矩7、m保持为零，则说明系统运行正确。9．5．3配重平衡在该项检查中，所作用的力矩／力，或其一部分，由标定砝码配重平衡。如果显示的减小量与平衡砝码相一致，则说明系统运行正确。9．6标定9．6．1原级方法标定过程中应该测量：——制动杠杆长度；——制动杠杆上的作用力；⋯如有需要，还应测量制动杠杆的粗重。作用在制动杠杆上的力，可通过顺序增加或减少标定砝码来标定。用于力矩平衡时，应该使用金属带和无摩擦的滑轮。9．6．2次级方法在使用这个方法时，要相对于原级方法对装置进行标定。9，6．3摩擦力矩乃。M如果摆动套中不包括部分轴承／密封装置部分，那么相应的总摩擦力矩了1r，。应该通过合适的实验来确定，并要考虑与转速及主轴密封压力之间的关系。9．7力矩测量的不确定度预期的相对系统不确定度．(95％置信度下)如下所述。9．7．1力矩测量的不确定度(原级方法)9．7．1．1力臂长度r力臂长度的测量不确定度应在下述范围之内：^．。=±0．05％～0．1％9．7．1．2力F作用在力臂上的力的测量不确定度应在下述范围之内：『F、。=±0．05％～0．1％36 GB／T15613．2—20089．7．2主轴力矩测量的不确定度(次级方法)主轴力矩测量的系统不确定度在很大程度上取决于所采用的装置。预期的不确定度应在下述范围之内：f,r．。一±0．15％～0．25％9．7．3摩擦力矩nM测量的不确定度轴承／密封结构不包括在摆动套中，预期的摩擦力矩应在下述范围之内：f，一±0．02％～0．05％，Tm．⋯9．7．4转轮／叶轮力矩测量中的系统不确定度采用了上述的不确定度(见9．7．1～9．7．3)，转轮／叶轮力矩的系统相对不确定度能按以下计算：a)在摆动套中按原级方法测得的TI，M(见图22及图23)：fT一√(一．。+拌．。)b)按次级方法(见图28)，T⋯一，T一按9．7．2确定c)按原级方法但丁I．M不随摆动套一起测得(见图25，图26，图27)系统绝对不确定度：eT一护F鬲了焉可i一√亓瓦下石万瓦可焉于是．系统相对不确定度：P一，rm一毒d)按次级方法但Tl。不随摆动套一起测得(见图30)系统绝对不确定度：所一~／丁2·拜．。+凭。·，2⋯于是系统相对不确定度：10转速测量10．1概要转轮／叶轮机械功率的确定需了解转轮／叶轮轴处的转速。10．2转速测量的方法水轮机／水泵模型的转速可用下列方法之一进行测量：采用电子计数器及时基记录模型轴处发出的脉冲值，脉冲发生器可以是电子的或光学的由模型轴直接驱动的发电机与电气频率计连接；由模型轴直接驱动的永磁机组成的高精度电气转速计。10．3检查通常转速测量装置并不真正标定，但需检查一～用另一种转速测量装置进行比较；或单独检查脉冲记数值及时基的精度。在误动作的情况下，可能出现的误差有：丢失脉冲； GB／T15613．2—2008--时基有变化。10．4测量的不确定度采用上述的仪器下，其预期的系统不确定度将在下列范围之内^。．。一±0．01％～0．05％11试验结果的计算11．1概要模型试验中可验汪的主要性能保证(见GB／T15613，12008中4．2)：功率、流量和／或水力比能、效率、稳态飞逸转速及流量。模型试验结果应直接转换成可与合同中的规定值或保证值相比的量值。这些量值的计算步骤描述如下，并归结于图38中的流程表，该计算步骤应在试验开始前由双方商定。11．2中涉及了保证范围内转轮／叶轮机械功率、流量和／或水力比能和水力效率，并包括了空蚀的影响(见11．2．3．7及11．2．4．2)。】1．3中涉及了稳态飞逸转速和流量的计算，并包括了空蚀的影响(见11．3．2)。11．2．5及11．3．4给出了所采用的公式。15613．1—2008附录E给出了试验和计算步骤的综述。对于机械的水力性能试验，表1中示出了：——各几何参数；——各独立的水力变量；——各引伸而得的水力变量。混流式水轮机、转桨式水轮机、离，山泵、双凋节的(轴流)泵及水斗式水轮机的性能曲线的示洌分别见图3l～图36。在单调节水轮机情况下，采用流量因数和转速因数(国内习惯采用单位流量与单位转速)表示的特性曲线见图3l或用流量系数和能量系数(国内习惯采用单位流量与单位转速)表示的特性曲线的见图32。单调节离心泵情况下的四象限特性曲线见图37。两台几何相似的反击式水轮机在其保证效率范围内的水力相似工况(见GB／T15613．1—2008中5．3．1．2)由于试验的雷诺数不同，其测得的水力效率通常是不同的，试验时的雷诺数能影响水力效率(相应地也影响转轮／叶轮的机械功率)，其说明见GB／T15613．1—2008附件F。因此，甚至在与模型给出的保证值进行比较时，在给定模型条件的试验中计算所得的所有水力效率值应采用通常在合同中规定的比尺效应公式(见GB／T15613．1n_2008中4．1．4及11．2．2)换算至雷诺数为常数的情况。其相应的符号变成为口hM*和PED*或P。D*。模型试验可在合同规定的雷诺数下进行，此时就不采用比尺效应公式。原型通常具有一个明确规定的雷诺数Rep。在反击式水轮机上测得的水力效率应在考虑雷诺数的比尺效应后转换至原型水力效率。对于”，Q，E及其相应的无量纲值，被设定为不受雷诺数的比尺效应，除非另有规定(见11．2．5．1)。因此，”FDM一”㈣，。EDM一。EDP(或E栅f—En删圾QnDM一。nDP)。对于多级机械，若模型试验是在减少级数情况下进行(见GB／T15613．12008中5．1．3．4．2)，在考虑减少级数效应的情况下的模型数据的计算方法(考虑止漏环漏水及功率损失)及这些数据向原型条件的换算应商定。对于冲击式水轮机(水斗式)，不考虑效率的比尺效应，除非在合同中另有规定[见GB／T15613．12008中4．1．4a)及11．2．2b)]。 表1确定机械工况点的各种变量GB／T15613．2—2008机械单调节双调节无调节几何参数a或口或sd和口EnD，岛D，“DEnD，QnD，口nDE。D，或Q。D，O-。D独立的水力变量或nED，QE【)，d”ED，QED，口”ED，或(bI)，J巩叩h巩引申而得的水和变量QnD或E。D或PnDP。D或PEI)P。D或PED或QED或”E1)或PED对于飞逸试验时，】7}l一0和PnD--PEP--0：对于单调节水轮机，只有其中的一个量为独立的变量E。D，Q。D(或nED，QED)；——对于无调节的水轮机，只有一个飞逸工况点(忽略空化对其影响)。O％g咖时的d图31单调节(混流式)模型水轮机：性能特性曲线(流量因数相对速度因数) GB／T15613．2—200840等导叶角度口l、口2⋯dnE夏墨保证运行范围n【hx时的口图32单调节(混流式)模型水轮机：性能特性曲线(能量系数相对流量系数)图33双调节(转桨式模型水轮机)：性能特性曲线④E一、时fno①‰时￡。oE一时￡no等导叶角度“l、嘶一口“等叶片角度卢。、卢：⋯成匠互墨保证运行范围k％‰时时时～脚岫fFEo④o GB／T15613．2—2008图34单调节(离心式)模型水泵：性能特性曲线国图35双调节模型水泵：性能特性41 GB／T15613．2—2008oF一。时Fm①F，。时E。o‰时‰等喷嘴行程Sl、s2·焉匿：l蜀保证运行范围图36水斗式模型水轮机：性能特性曲线(以6喷嘴机械为例)UEDoqp⋯蹦制动区翁嚣黧匡水泵恭。除’。淄。上徘黼。击棵恭y诵硼水轮机／翻a。嘲E1，、L乡”一时”EDOF。肘一m等导叶角度dl、“2一dnE：：习正常运行范围图37离心式模型水泵水轮机：四象限特性11．2保证范围内功率、流量和效率的计算11．2．1一个工况点模型性能的计算对于每一工况由一个或更多用于确定模型水力性能(见GB／T15613．1—2008中5．4)的一组物理量的读数和／或记录组成。然后计算EM、QlM、7／M、P。M和NPSEM(见第4章)，示于GB／T15613．12008中5．4．1．4的公式42 GB／T15613．2—2008可计算出模型的水力效率仉。。雷诺数ReM按3．3．11．1公式进行计算。11．2．2RoM为常数时模型性能的计算a)反击式水轮机通常模型试验是在雷诺数为常数ReM4条件下进行。若保证值是在模型规定的雷诺数ReM。。条件下进行，则选择ReM’一Re‰，为好。若模型试验不能在雷诺数为常数下进行，则各工况点具有不同的雷诺数ReM，其水力效率应换算至ReM·(见图38及图39)。)通常，商定的O-值等于％I图38反击式水轮机：试验结果与保证值比较方面的计算步骤此时采用以下公式”’：c‰mw+锄。t[(而Rerd)。”一(等)。”]10)此公式为GB／T15613】2008附录F中比尺效应公式通用形式中的特殊形式 GB／T15613．2—2008此处：站r一诬互1严7h砸optM和Reref--7×106＼Re。叭M，V，。f——ReⅢM乃是模型各运行模态下测得最优水力效率"h。处的雷诺数(见11．2．2．1)；——从11．2．2．2中取得的v。f值。b)冲击式水轮机不同制造商在冲击式(水斗式)水轮机方面的经验表明．比尺效应主要受弗劳德数、雷诺数和韦伯数的影响。建议按GB／T15613．12008附录K的步骤考虑这些因素，且可在双方商定下采用。11．2．2．1‘效率比尺效应的确定按GB／T15613．12008中5．3．3．3．5完成的一系列试验便能确定模型水力效率的最优值_hoD。M和在无空化条件下的相应雷诺数Re。。。M。采用11．2．2方程式中的这些值后，然后可计算出8“及(AT／h)M_．M’(见图39及GB／T15613．1--2008附录F)。在水泵水轮机情况下，应分别对水轮机工况和水泵工况按此步骤进行。对具有固定转轮叶片和／或具有固定导叶角度的轴流式和斜流式机器(见表2)，_h0D。M乃是与原型具有相同开度下试验所得的模型最优效率。表2‰f值反击式机械的型式”水轮机径向式水轮机(混流式)0．7轴流转桨式、斜流转桨式和贯流式水轮机2’(具有可调或不可调导叶)08具有固定叶片的轴流式和斜流式(定桨式水轮机)0．7蓄能泵径向蓄能泵(单级或多级)06轴向或斜流蓄能泵06水泵水轮机在水轮机工况下运行的径向式水泵水轮机(单级或多级)07在水泵工况下运行的径向式水泵水轮机(单级或多级)0．6在水轮机工况下运行的轴流转桨式和斜流转桨式水泵水轮机0．8在水泵工况下运行的轴流转桨式和斜流转桨式水泵水轮机0．6在水轮机工况下运行的具定固定转轮叶片的轴流或斜流式水泵水轮机07在水泵工况下运行的具定固定转轮叶片的轴流或斜流式水泵水轮机0．61)对于特殊设计的水力机械(如双向流动的机械，具有短叶片的混流式水轮机，全贯流水轮机等)在11．2．2方程式的效率换算公式中采用另外的V州值和另外的Re州／RrM-比值指数值是基于对单项损失的考虑和经验，可商定采用。2)贯流式水轮机包括灯泡式水轮机、竖井式水轮机、全贯流式水轮机、s型水轮机。 ‰∞【％。o，h唪MJ10民、l。一。。l}dm⋯d¨【M’0。，一，<／__——／7比尺效率曲j：／——————，，一Ro础¨：!≮×jGB／T15613．2—2008图39最优效率点的比尺换算曲线11．2．2．2损失损失系数值yref表2中列出的V“值是针对Reref一7×10s情况的。这些值代表了不同型式的反击式机械在参照雷诺数Re“一7×106条件下最优水力效率工况点可换算的相对损失相对总相对损失(1一_h。)的比值(见GB／T15613．12008附录F)。11．2．2．3反击式机械在雷诺数ReM*为常数条件下转轮／叶轮机械功率因数(国内习惯采用单位出力)PED。(或PnD+系数)的计算当ReM≠Reg‘，则必须将PED修正至PED+或P。D修正至P。D*，如下述：水轮机水泵PED—PF：D堕叩hMP。D—P。D堑7／hMPED—PED堕珊M’P。D—P。D，堕叩hM’11．2．3模型性能的表述对以下三种水力机械型式分别说明：——单调节机械；一⋯双调节机械；——无调节的机械。每种型式的机械又分为水轮机(或水轮机工况运行的水泵水轮机)及水泵(或水泵工况运行的水泵水轮机)。由于在一规定ReM。值下的模型效率保证值通常在水轮机情况下表达为原型Er和Q，r值(或P“，)的函数或在水泵情况下为。值(或毋)的函数，模型性能数据用相应的公式转化为原型数据(见11．2．5)。空化对模型性能的影响和对效率换算的影响见11．2．3．7及11．2．4．2。在所有以下情况下，第一步乃是确定_bⅢ、d“及△‰(见11．2．2)。11．2．3．1单调节水轮机(图40)以下所描述的步骤适用于任何型式的冲击式或反击式水力机械。保证效率和流量通常是在一个规定转速和规定的水力比能范围下给出的。由此得出，必须在模型 GB／T15613．2—2008试验数据中获得足够的试验点或曲线以覆盖其保证值。图40单调节水轮机水力效率的三维曲面及风。为常数时的曲线若试验是在选择能量系数或速度因数(国内习惯采用单位转速)接近等于其规定值时，则可得到一组试验点或曲线⋯％M*(QnD)或_hM-(QED)可用于与保证值进行比较。由于在精确的速度因数(国内习惯采用单位转速)下进行试验不可能，建议采用以下步骤：——测量的试验点数目足以给出以强M·(EaD，(jo)或瑰M-(nED，(2ED)表达的三维曲面(特性曲线)；——分截面表示三维曲面以表达在规定能量系数或速度因数(国内习惯采用单位转速)的水力效率。图40示出了用三维曲面相对于能量系数(国内习惯采用单位转速)和流量系数(国内习惯采用单位流量)表示的玑M-及其于各规定的E。o=EnDsp值处的截面。三维曲面(特性曲线)的确定当保证值是在基于年发电量条件下作出时是必须的。在每一￡nD；，(或?／EDs。)值下，按上述步骤中之一得到的口。。*值便可计算得出转轮机械功率系数P。D’(或PED‘因数)曲线，并可与模型保证值进行比较。11．2．3．2单调节水泵(图41)11)为得出最佳光滑曲线，可见GB／T15613．1—2008附录H GB／T15613．2—2008保证效率和流量通常是在一个规定转速和规定的水力比能条件下给出的。由此得出，必须在模型试验数据中获得足够的试验点或曲线以覆盖其保证值。在不同导叶开度下，绘出玑M*(Q。D)和EnD(Q。D)或叩。M*(E。D)和Q。D(E。D)曲线1”，且计算出相应的机械功率系数P。o。(见图41)。在考虑其保证流量和效率及其功率限值的条件下选择出导叶开度。11．2．3．3双调节水轮机(图42)保证效率通常是在一种规定转速和一个或几个规定的水力比能下给出。由此，需在模型试验数据中得到足够数量的点或曲线以覆盖其保证范围。若试验是在选择能量系数或速度因数(国内习惯采用单位转速)接近相等于规定值下进行的，则可获得一组点或曲线”’玑。*(Q。D)或Yh。*(QED)与保证值进行比较：试验通常是将双调节水轮机视作具有不同转轮叶片安放角的一组单调节水轮机。图42中示出了转桨式水轮机作出的能量特性。在6个不同叶片安放角口l、胁等，并保持E。D为常数(等于E。D。。)测量下一些工况点：协联工况水力效率_hM*曲线乃是由导叶和转轮叶片最佳关系定出的包络线”’。图42双调节水轮机：E。D为常数时的性能曲线由于不可能在能量系数或速度因数(国内习惯采用单位转速)完全相同的条件下进行试验，因此推荐使用以下步骤：——在选定的转轮叶片安放角下按测得的足够数量的工况点作出三维曲线(三维特性曲线)_hM·(E⋯DQ。D)或玑M*(／"lED，QED)；——在三维曲线上作切面，以得出规定能量系数或速度因数(国内习惯采用单位转速)下的水力效率。以此法，可如图42得出协联工况时的仉。*值。如果保证值是基于年发电量得出的，则作出三维特性曲线是必须的。对各个E。。。(或nED。)，由得出的玑。，值按上述步骤之一便可计算出转轮机械功率系数P。D’(或PEo”因数)曲线以便与模型保证值进行比较。11．2．3．4双调节水泵(图43)保证效率及保证流量通常是在一种规定转速和规定的水力比能范围内给定。因此，需在模型试验中得到足够数量的点或曲线以覆盖其保证范围。12)为得出最佳光滑曲线．可见GB／T15613．12008附录H。13)模型和原型的最佳协联关系(n，口)只是大致相同(见第7章)。 GB／T15613．2—2008其步骤与双调节水轮机是相同的(见11．2．3．3)。图43中示出了在保持E。D为常数(一E。I)s，)条件下为双调节水泵作出的性能曲线。对各个E。D。，(或nED。，)，由得出的1hM*值按上述步骤之一便计算出转轮机械功率系数PnD+(或PED’因数)曲线以便与模型保证值进行比较。^nD=fn脚ReM=月。M+图43双调节水泵E。D为常数时的性能曲线11．2．3．5无调节水轮机(图44)保证效率通常是在一种规定转速和规定的水力比能范围内给出。这里只有一个独立变量EnD(或Q。D)或TIED(或QED)见表1。图44无调节水轮机性能曲线 GB／T15613．2—2008性能曲线“’包括转轮机械功率系数P。D。或功率因数(国内习惯采用单位出力)PED’经由水力效率玑Mt算出，见图44，其值可直接与模型保证值进行比较。11．2．3．6无调节水泵(图45)保证效率和流量通常是在一种规定转速和规定的水力比能范围内给出，这里只有一个独立变量E。D(或OnD)。性能曲线“’包括转轮机械功率系数P。D’经由水力效率巩。+算出。见图45，其值可直接与模型保证值进行比较。戳M=ReM．图45无调节水泵：性能曲线11．2．3．7空化对模型功率、流量和／或水力比能的影响建议核实由空化系数(或空化系数)表征的空化现象对模型性能的影响”’。在GB／T15613．12008中5．3．3．3．5及5．3．3．3．6中阐述了试验步骤。如果在这些试验中发现在保证范围内存在这种影响，图46中阐述了对在O"M>唧I条件下测得的效率曲线在许多商定的工况点下的修正步骤。空化在d，l条件下对效率和流量的影响将增加到O"M>唧I条件下测得的性能曲线之上。用于与保证值进行比较的水力性能值应是考虑了在电站条件下空化影响后的数值(如果有的话)。图47中示出了PED，QED及玑。曲线，这是针对混流式水轮机或水泵水轮机的水轮机工况中一个测点用改变空化系数下作出的；图48中的曲线是相对于模型水泵或水泵水轮机的水泵工况而言的，在后者情况下，Qzo曲线已用E。o曲线来替代，因为这更适合于水泵性能。在水泵情况下，用一。D替代一，这是由于E在空化试验时是变量”’。141为得出最佳光滑曲线，可见GB／T15613l2008附录H。15)为得出最佳光滑曲线，见GB／T15613．12。08附录H。16)NPSE及d值在模型的低压基准断面2处定出(见3．3．6．5及GB／T1561312008中5．3．66)。由于只有电站出口渠道中的自由水位通常是已知的。当计算保证性能的工况点时，考虑经水位和断面之间的水力比能的损失是必要的。当在水泵条件下在其出口渠道中的自由水面能在很靠近断面2处测量时，其水泵进口损失可忽略不计．断面2处的水力比能设定为其相应的吸人高程。在其他情况下，需由双方商定。17)就水泵情况而言，保持E。D接近等值可能也是有益的，如图47所示。49 GB／T15613．2～2008模型上测得的空化系数按11．2．5．3给出的公式转化成原型的NPSEp。当保证值是按原型给出时，空化对比尺效应公式的影响见11．2．4．2。图46为考虑空化影响而进行的效率曲线修iF-(如超负荷运行时的贯流式机械>·测点图47混流式模型水轮机的空化曲线·测点口；常数0山=常数儡忡，ⅡD·矗D’，bM’，．_■———-●————-●lF’胛r■———-●————_．lI—^一‘D--—--●_————+《血日c图48模型水泵的空化曲线 GB／T15613．2—200811．2．4原型性能的计算11．2．4．1效率换算对于反击式机械，若保证值是针对原型的，则在不同雷诺数ReM条件下测得的模型效率玑。采用下述公式换至原型雷诺数：(Av／h)M—r锄“[(群)。“一(等)“16]Re，。f值及计算8，。f的公式见11．2．2a)。若模型水力效率已在雷诺数为常数的条件下测得，或已换算至雷诺数为常数ReM。，的条件下，则在保证效率的运行范围内△口h为一常数，这是由于通常遇到的情况是tip为常数，其相应的雷诺数Rep也为常数(见GB，／T15613．1--2008图F，3)。若模型水力效率已在不同的雷诺数条件下测得，则△玑值应对各测点考虑其相应的ReM后计算得出(见GB／T15613．1—2008图F．4)。对于冲击式水轮机，(Aq。)M．P可按GB／T15613．1--2008附录K进行计算，其前提是双方在合同上已商定要考虑比尺效应对效率的影响。涉及原型主要水力性能的其他数据(流量、水力比能和转轮／叶轮机械功率)按11．2．S公式得出，原型转轮／叶轮机械功率计算时要考虑水力效率的比尺应效应。原型性能曲线的绘制步骤18)以及与原型保证值进行比较曲线的确定与模型上得出保证值的确定步骤是相同的(见11．2．3)。”．2．4．2空化对效率比尺效应公式的影响鉴于尚未有关于在空化条件下比尺效应方面有科学基础的理论，通常商定当a值处于空化对性能无影响时，在无空化条件下计算得出的比尺效应就可以采用。按照惯例，若由于空化系数的减小引起的水力效率的增减若不超过0．5％，则比尺效应还可继续采用，除非另有协定(见图49)。当效率的增减超过0．5％时，模型和原型之问的关系不易确定，合同双方需事先就此关系达成一致意见。以O"pl下的_hP，QP，Ep值确定P。P值。对于大型贯流式机组，若弗劳德相似准则不能满足(见GB／T15613．1—2008中5．3．1．5．1)，从模型转换到原型时空化特性的比尺效应方法中应考虑空化在垂直方向的分布，作为示例，见15613．1—2008参考文献[17]。图49混流式模型水轮机：空化曲线：比尺效应公式应用界限的示例18)为得出最佳光滑曲线，见GB／T15613．1～2008附录H GB／T15613．2—200811．2．5原型在效率保证范围内的性能计算公式模型试验数据为几何相似的原型运行于水力相似条件下提供了各工况点的流量Q，r、水力比能EP及转轮／叶轮的机械功率P。P，采用的是下列公式。11．2．5．1反击式水轮机由于雷诺数影响对水力效率的比尺效应在转轮／叶轮机械功率中要考虑”)。由于对流量和水力比能的比尺效应并没有显出一致性的趋向，故设定只有效率和功率(由于效率的增高)受到比尺效应的影响2”。可采用两种步骤：a)从模型测得的数据进行直接计算：玑P一讥M+(△玑)M_．P式中(Ar／h)M+P按11．2．4．1中的公式算出。‰一‰(甓)2(未)“5一‰(器)3老耻Em(舞)2(鲁)2对水轮机：‰确PQlPEP孙一Pmu等(赛)2(磊)15蔫ProM嚣(％)5(薏)3羞其中P。M—PlMQIMEM‰M对水泵：‰一堕≯一Prom等(安)2(嘉)1’5-pM--PmM等(赛)5(暑)3筹其中P。M—P—1MQI—MEM仉Mb)按无量纲因数(或系数)从模型测得的数据进行计算叩hP一7]hM十(△‰)M—PQlP—QEDD；辟5一Q。DD；n。EP一÷D}n；--E。DD；”}对水轮机：PmP5PEDplpD；醛5蔫_Pn呐rD}n；蔫对水泵：empPEDm啦}5芸_P唧lPD黼筹上述公式也能应用于当模型测得的水力效率是在雷诺数为常数下的值(吼M一)(见11．1)。11．2．5．2冲击式水轮机(水斗式)在下列条件下应用11．2．5．1中的公式：19)对于低水力比能下运行的轴流式水轮机，当运行于远离其最优工况时，有些测量结果表明其功率值与按本部分计算所得的值是不同的。20)有时，原型试验中QlP一，(E，)曲线以及相应的P。P一，(E。)曲线与相应的模型曲线相比出现漂移效应。对Q1P一，(E。)的漂移效应必须在确定水泵最大机械功率时加以考虑，在JMSES008标准[18]中给出了一种可能的考虑方法。这里应用了以下公式：‰咄n”等M(暑1／。(品)。p1、”M、L，M， GB／T15613．2—2008一若不考虑比尺效应，即设定1hP—r／hM；——若合同中商定考虑比尺效应，这样(△巩)M—P可按GB／T15613．1--2008附录K计算。11．2．5．3原型NPSEP的计算公式原型的净正吸人高程按下式之一进行计算：NPSEl，盘口·EP==d。D·"；D；11．3稳态飞逸转速及流量的计算11．3．1模型稳态飞逸曲线的确定在接近飞逸运行的范围内，雷诺数的比尺效应设定为0，空化系数对飞逸转速的影响可能很显著(见11．3．2)。在单调节模型条件下，对各工况点记录一系列T。M一0时的模型稳态飞逸转速和流量的物理量的读数和／或记录(见GB／Ti5613，i一2008中5，3．3．3．7)。随后计算出EM，(721M，nM和NPSEM的平均值，最后由3．3．12的公式导出ⅣEDR和Oer,，R(或E。D．R和Q。D，R)。飞逸曲线”’要在不同开度n或s下作出，以获得最高稳态飞逸”。。．R⋯和流量QEI)⋯R、，见图50。在双调节模型条件下，飞逸曲线通常是针对各个转轮／叶轮安放角口下作出的。由这些曲线的包络线确定出最高飞逸转速和流量(见图54和图55)。在无调节模型条件下，采用无量纲因数或系数时飞逸曲线缩为一点。飞逸试验应在涵盖所有应保证范围内改变导叶开度、转轮／叶轮叶片安放角和喷针行程下进行。在水斗式水轮机条件下，确定最高飞逸转速时要考虑喷嘴数的影响(见图51)。如果在试验中，无法满足T知一0，可通过插值曲线确定飞逸工况。11．3．2空化对稳态飞逸转速和流量的影响建议空化系数对模型性能的影响也应在飞逸条件进行验证。GB／"I、15613．12008中5．3．3．3．7中详细阐明了试验步骤。图53中示出了空化对中比速混流式水轮机在导叶开口‰。。时的影响。空化对转桨式水轮机模型的飞逸曲线有较大影响。图54中示出了在不同导叶开度a和不同转轮叶片安放角口下的空化曲线”ED．R和QED．R。相同现象示于图55，图中示出了在高d值和a—O"pl时的HFDR(QEl)．R)曲线。通常利用11．2．5．3中给出的公式将从模型测得的空化系数或空化系数换算到原型的NPSEP。在大型贯流式水轮机中，如果无法满足弗劳德模拟(见GB／T15613．1—2008中5．3．1．5．1)，将模型空化特性换算到原型的一种方便方法应是考虑其空化随垂直方向的分布，见GB／T】5613．12008中所列的参考文献[19]中的示例。q¨HU⋯k溺点产0图50单调节水轮机(混流式)的飞逸曲线21)在水泵条件下．飞逸转速和流量通常称之为反向飞逸转速和反向飞逸流量。 GB／T15613．2—2008滴点，=o图51单调节水轮机(六喷嘴水斗式)的飞逸曲线图52用外延法确定飞逸转速单调节水轮机(混流式)的示例图53单调节水轮机(混流式)条件下空化系数对飞逸转速及流量的影响 GB／T15613．2—2008·铡点7m=O·测点7㈩)=0图54双调节水轮机(转桨式)条件下空化系数对飞逸转速和流量的影响图55双调节水轮机(转桨式)条件下空化系数对非协联工况飞逸曲线的影响11．3．3原型稳态飞逸转速曲线的换算如果已经给出了原型的飞逸保证，这里通常不考虑比例影响：这就意味着在临近飞逸工况范围内，Pv：D，M—PEr,．P。原型的飞逸数据，是在Opl下得出的模型试验结果基于相似法则的公式计算得出的(见11．3．4)；由此就可以确定出最大飞逸转速和飞逸流量点。如有需要，可考虑因机组推力轴承、导轴承与主轴密封的摩擦损失以及电机的风损，除非另有协定，详见GB／T15613．1—2008附录G。55 GB／T15613．2—200811．3．4原型飞逸特性的换算公式有两种程式可行：a)从模型测得的数据直接计算‰，--nR,M堕Dpf＼堡EMl015Q1．RP一瓯nm(赛)2(磊)“5公式PmP哦一p1M9＼仲DMM]MM／、2(嘉M／115、L用来绘制Pmr(n．)曲线，其中必须要考虑轴承与主轴密封的摩擦损失及风损(见GB／T15613．12008附录G)。b)用模型测得的数据中计算得出的无量纲因数(系数)进行计算：吣一，。号菩Q1．RP-EDQED．RD；毋s”R，r一”，R]互■u50·8uiEF。公式P。P—PED·plP·D；·Ej。用来绘制P。P(”。)曲线，其中必须要考虑轴承与主轴密封的摩擦损失及风损(见GB／T15613．12008附录G)。对于NPSEP的计算，见11．2．5．3。12误差分析12．1基本原理(见ISO5168：1978)从在模型试验上的测量开始，应该分析由不同原因引起的误差，并确定相应的不确定度。12．1．1误差的定义测量中的误差是指测量值与真实值间的数量差值。物理量的测量永远离不开由系统及随机误差引起的不确定度。因为系统误差是由于测量仪器的特性、安装及运行的环境而产生，所以，重复测量并不能使它减小。然而，随机误差却可以通过多次测量而减小，这是因为”次独立测量均值的随机误差要比单次测量的随机误差小如倍(见GB／T15613．12008附录L)。12．1．2不确定度的定义对于测量值的真实值，用一个恰当的高概率，可预期真实值在此范围之内，该范围就称为测量的不确定度。作为本部分的目标，所使用的概率应为95％的置信度。测量值x的不确定度可由绝对值ex或相对值fx—ex／x来表示。12．1．3误差的种类要考虑三种类型的误差：——乱真误差(见12．1．3．1)；——随机误差(见12．1．3．2)；——系统误差(见12．1．3，3)。12．1．3．1乱真误差这里是指可使测量失效的误差，如人为误差及仪器故障。例如：在录入数据时的数据错位或在水流到压力计的流道内有气腔存在。必须要剔除这类误差，并且不能混入任何的统计分析中去。如果误差不是很大还不能使结果明显失效的话，那么该数据点就要重复测量或者使用一些判据来确定是否应该剔除该数据点(见GB／T15613．12008中所列的参考文献E20])。56 GB／T15613．2—200812．1．3．2随机误差及其相关的不确定度随机误差是由许多微小的、各自不相关的干扰而产生的，当给测量系统提供相同的输入量时，测量系统不能产生相同的读数(测量系统的重复性)。测量结果按概率偏离其平均值，因此，它们的分布通常随着测量次数的增加而接近于正态分布(高斯分布)。随机误差受测量时的人为因素、测量次数及运行条件的影响。由仪器和运行条件的影响综合引起的随机误差，使试验结果中得出的读数分散。在给定的运行条件下点的重复测量便可通过统计学方法把不确定度的值与随机误差联系起来(见12．2．2．1和GB／T15613．】2008附录I，)。当采样数(即测量的次数)少的时候，通过Student’St值的办法(见GB／T15613．1～2008附录I。所述)，对在假定是正态分布的基础上的统计结果进行修正是必要的。Student’sr值乃是在给定置信度水平下在采样数减少、标准偏差增大时补偿不确定度的一个系数。12．1．3．3系统误差及其相关的不确定度系统误差在相同的测量条件下总是有相同的量级和符号。因此，如果测量的装置和条件保持不变，增加测量次数并不能减小系统误差。系统误差并不影响试验中的测量重复性。在不改变测量的装置和条件下，不能通过试验方法估算与系统误差相关的不确定度。要证实主要的测量系统并得到系统误差的数量级，唯一的办法是在可利用的条件下，使用两组不同和测量系统来对每一个基本量进行测量。另一种方法是在经验和考虑到装置的情况的基础上，进行主观判断。如果此误差为一单一已知值，那么就应该在测量值中加上(或减去)，这样在测量中就不再成为由于此种原因的系统不确定度了。如果不知道测量装置的系统误差，但是却已给了其误差限值(精度等级已经规定)，那么就可以假定该区间为该装置置信度优于95％的系统不确定度。尽管如上所述系统误差与随机误差之间存在差别，但是系统误差中各成分的不确定度值的分布概率基本上是按高斯分布，并且传统采用的不确定度^的计算方法是对单个的系统不确定度进行均方根法。12．1．4总不确定度测量中的总不确定度r。是通过把系统的(f，)与随机的(／，)不确定度结合在一起而得到的(见12．1．3．3和12．1．3．2)。它确定了一个范围，在该范围内可认为真实值有95％的概率，并且在该范围内的任何点都是等价有效的。假定系统与随机不确定度有相同的概率分布类型，它们可以通过均方根法组合。12．2．2．4解释了在模型试验中怎样确定总不确定度。12．2模型试验中不确定度的确定12．2．1误差源表3列举了在模型试验中可能发生的误差的所有误差源。15613．1—2008附录J的J．1中给出了在使用次级电器装置测量物理量时对误差源与系统不确定度的分析示例。12．2．1．1次级仪表标定过程中产生的误差除了要除掉可能的乱真错误，在次级仪表标定中要产生系统误差和随机误差。原级方法和次级仪中的偏移22’以及物理特性中的误差是系统误差，而原级方法和次级仪表的重复度则属于随机误差；由物理现象及干扰量产生的误差部分属于系统误差部分属于随机误差。只要每个部分的不确定度(见表3和GB／T15613．1⋯2008附录J的J．1)都可以评估，那么次级仪表标定中的总不确定度就可以用均方根法将部分不确定度复合而得到。在工程中，如图56所示的标定结果可用于估算表3中b)项到e)项的误差。f)项通常可忽略，a)项(原级方法的偏差)应从更高层次的标定环节(原级方法的跟踪)中得到或由中立权威机构出具证明。22)偏移是指某测量仪表中误差的系统部分 GB／T156132—2008懈趣艇糊咄∞1|I葚捌端妻罪群硝刊翻氆澄||}萋⋯if}蠢瞄l蜡l翟。鋈踱蹈}螂壬l乎囊型襄兰=担l椒=錾囊(礞繇联!烈删避《-j丑驰鬃霎至蔷，盈删嚣g冬薰⋯霎||霎雾 一1：由原级方法给定的值。z：次级仪表的读数·测点b)．c)d】，e)：见表3GB／T15613，2—2008图56标定曲线的示例12．2．1．2试验过程中产生的误差不管单个部分的性质如何，在12．2．1．1中所述的标定中测量量的总误差[g)项]当其标定结果用于随后的模型试验时就成为系统误差。如果在标定和试验中测量条件(环境温度、供电电压和频率、流态、等等)，保持在一个合理的范围内时，那么在试验中由于物理现象和干扰量产生的误差[k)项]就可以忽略。由于在确定物理特性中的误差[j)项]很小，所以系统误差在很大程度上取决于标定方法的选择、测量仪表的特性及安装和运行的条件。例如，当所测量的断面上的速度分布不均时，从平均速度计算所得的动能值与其真实值不同(见8．2．4)。在试验过程中次级仪表又出现重复度[1)项]问题，从而产生了一个随机误差，如下12．2．2．1中所述。12．2．2不确定度的估算12．2．2．1与随机误差有关的不确定度试验之前，双方应对各个属于保证的量商定最大允许的不确定度值，，，在无此类协议时，接近最优点处水力效率的最大随机误差的不确定度值应为(^h)，一±O．1％。在试验过程中运行范围内的随机误差的不确定度的实际值应在模型于稳定工况范围内的几个工况下(例如，在最高效率点附近)进行估算。对于每一测点，都要重复测量多次(例如，至少5次)，以采用如GB／T】5613．1—2008附录I。中所述的步骤)。在这些检测的点中，如果观测到的随机误差的不确定度小于其事先商定值，则认为在整个保证运行范围内，随机误差的不确定度的最大允许值是满足的。即使在不稳定的工况点，其随机误差直接评估结59 GB／T15613．2—2008果要比规定值高。在不稳定工况条件下(例如混流式水轮机在部分负荷运行时)，测量结果的分散度有很大增加；尽管如此，仍然可以接受这些较高值。在这些检测的点中，如果有5％的点超过商定范围，那么就应对测量条件进行精确分析并且重复进行测量或重新商定一个随机误差产生的不确定度带。12．2．2．2与系统误差有关的不确定度估算这个不确定度的第一步是确定能影响其量值的各种组成部分。第二步是界定各组成部分可允许的不确定度的界限。至少其中一部分可以通过统计分析来确定(示例见ISO5168：1978)。测量中的系统误差主要由次级仪表标定中产生的系统误差及物理特性的误差得出。考虑下述因素有助于估算系统误差(见表3和GB／T15613．12008附录J)。a)如12．2．1．2所述，几乎所有的系统误差源都包含于次级仪表标定之中。在多数情况下，在试验中，可将一个量的测量中的系统不确定度等于次级仪表标定中的总不确定度，即^望^cal，但是要记住，在某些情况下需要考虑到其他的误差源。b)根据所使用的测量方法及仪器，系统不确定度包括以下几部分：——在标定前必须估算原级方法所固有的总不确定度A1(见12．2．1．1)；——不确定度，d产生于：由次级仪表标定过程中产生随机误差和在不同时期进行数次标定时出现的分散度且其变化无一定倾向。例如，试验中得到的标定系数是用标准偏差5。表征的”次标定的平均值，那么这个组成部分的不确定度等于：^一±堡。√“其中t是(n—1)自由度时的Student’S系数(见GB／T15613．1—2008中表I。．2)；——次级仪表中的偏移以及由于物理现象和干扰量产生的不确定度均包含在标定中，所出现的残余不确定度在应用中通常可忽略；——如果物理特性的误差存在的话，则会很小；例如，水的密度的不确定度，。要低于±0．05％；——在确定标定曲线的回归过程中会产生一个附加不确定度，虽然这个不确定度可参考ISO7066估算，但按惯例通常假定为±0．05％。c)用次级方法测量时测量中的系统的不确定度，，2可以通过用均方根法将各组部分的不确定度的值组合而成。涉及确定水力性能所必须的每一物理量测量的条款均给出了相关的系统不确定度的数量级。在正常条件下由熟练人员使用高精度仪表进行的测量，且按符合本部分的规定，则该值可以使用，并且可以作为确定系统不确定度值的参考。在试验前，在双方的协议中要规定不同物理量的系统不确定度的带宽，包括水力效率。系统不确定度的实际值，像随机不确定度那样，受限于许多因素，有些因素只有在试验完成时才能估计出。要检查这些因素，并达成协议以确定在此技术基础点上是否需改变预期的不确定度。12．2．2．3导出量的不确定度一个导出量的不确定度(系统的或随机的)是通过用均方根法将各组成部分测量的不确定度组合而得到。60 GB／T15613．2—2008例如，在水力效率中的系统不确定度(^h)。是从各单项系统不确定度计算得到的，是对流量(，Q)。、水力比能(SE)。，力矩(fr)。，转速(fo)。及水的密度(^)。2”，按下式计算得来的：(f曲)。一±~／(如)：+(fE)：+(fT)：+(，n)：+(fo)!(见GB／T15613．1—2008附录J)用于合同的目的，与水力效率比尺效率公式有关的不确定度按惯例可忽略不计。12．2．2．4总不确定度任何物理量的总不确定度是根据下式计算的(见表3)：Lftl一±q冀七鼗当随机不确定度(按12．2．2．1中所述评估)小于或等于最大允许值时(通常为±0．1％)，按惯例可用该值计算总的不确定度。对于某些工况点，当测量条件受到干挠或读数分散时(见12．2．2．1)，可导致出现随机不确定度增加，因此在计算总不确定度时对出现的测得值应有合理的考虑，而不是采用事先商定方法计算。13与保证值的比较13．1概要建议对根据第11章计算所得的试验结果，考虑到总的不确定度带宽(见13．2)和合同规定(见13．3)，使用下述的分析方法，与保证值比较。为简便起见，以下只考虑原型功率、流量和／或者水力比能、水力效率和稳定状态时的飞逸转速及流量(见GB／T15613．12008中4．2)。与原型保证值比较时，还要考虑空化的影响(见11．2．4．2和11．3．2)。与所给的模型保证值比较时，可直接采用相同的方法。建议要相对于流量(或无调节水轮机的水力比能)而不是相对于功率来表示水力效率。13．2插值曲线和总不确定度带宽可使用不同方法和规则来绘制插值曲线，可用手工方法或更高级的方法(其中的一种可能的绘制方法在GB／T15613．1—2008附录H中描述)。插值方法的最后选择应由双方商定。考虑到由12．2计算所得的总不确定度．每个测量点可用椭圆在图上描述。椭圆的半轴代表两个量的坐标在置信度为95％下的总不确定度，椭圆内的所有点都等同有效。由这些椭圆的最高和最低的包络线形成的不确定带迭加在通过试验点绘制的曲线(插值曲线)之上。这个带内的所有点都等同有效，因此，这个带包含一个与保证值比较的容许带宽。这些椭圆只是在评估保证工况点或当结果比较不够明确的情况下才需要使用(见图59，x及y部位)。在多数的其他情况下，在确定总的不确定度时可以简化，如在横坐标方向的误差可忽略时或当测得的曲线在通过保证点时基本水平或只有轻微斜度时可将椭圆缩简到主轴线方向(见图62)。如果保证值是由点给出，建议测量点的选择应尽可能的靠近保证值点：图57和图58分别举出了两个关于水力效率的单调节和双调节水轮机的例子。93)水密度(／。)。的系统不确定度通常可忽略 GB／T15613．2—2008-∥—●——·●——’‰。图57单调节机械图58双调节机械”p2”r口=常数^P砘^尸常数．≯r。莎／又／＼、蜀h—一一—一≯—≮，，．／一．／夕、1保证范围详圉』"P一”l】。F常数Ep：EI，。F常数口保证点·测点～插值曲线”r—n1)。户常数FD_岛；亍常数。保证点·测点——插值曲线⋯包络线±‘hP’qh±‘，，‘绵“h4o保证效率工况点777要达到的转轮机械功率·测点一插值自线⋯总不确定度带宽的上限和下限图59单调节水轮机保证值与测量值之间的比较 GB／T15613．2—200813．3功率、流量和／或水力比能和效率的保证范围将涉及以下各种水轮机：——可调节水轮机；——无凋节水轮机；——一无调节／可调节水泵。13．3．1可调节水轮机如果水力效率保证值是由一个或多个规定功率或流量下给出，当在规定转速和规定的水力比能下，单个的保证值处于该规定功率或流量的总的不确定度带宽的上限之下，则视为满足。如果水力效率保证值是由效率的加权或代数平均值给出，当在规定转速和规定的水力比能下，保证的平均效率值在相同的规定流量(或功率)下计算所得的平均效率小于其总不确定度带的上限，则视为满足。当保证值是在不同的EPsD下给出时，则应画一个类似于图59各个规定水力比能下的图表。对于双调节水轮机，用于与保证值比较的曲线应为各包络线。图59给出了一个单调节水轮机在规定的脐下，在四个工况点处与保证值比较的例子。它表明了：a)D点的水力效率保证值不满足(见x详图)；b)即使考虑了不确定度上限，保证功率也还没有达到，所以转轮的机械功率保证值不满足(见y详图)。所画的曲线a(QP)是用来确定：——飞逸试验的最大开口a⋯(见图62)；——在保证功率与转轮／叶轮机械功率饱和时两者之间是否有足够的安全余量。13．3．2无调节水轮机如果水力效率保证值是在一个或多个水力比能下给出，当在规定转速下，单点的保证值处于总的不确定度带宽的上限之下，则视为满足。如果水力效率保证值是由效率的加权或代数平均值给出，当在规定转速下，保证的平均效率值在相同的水力比能下计算所得的平均效率小于其总不确定度带的上限，则视为满足。在没有其他协定时，机械转轮功率界限通常由下限^P。～和上限(k+0．03)P⋯P。确定，^是处于0．97和1．0之间由双方商定。通常情况下，k的值为0．985。^值的选择应与P。P的保证限值相匹配。图60给出了在给定三个工况点及其界限值下与保证值比较的例子：a)A、B、C三点的水力效率保证值满足；b)A点已超过流量限值“’是满足的；c)C点未超过功率限是满足的(见x)，因为该点k值取^一0．970，并且总不确定度带的下限低于保证值上限Pmp一(0．970+0．030)P。。‰。13．3．3无调节／可调节水泵若无其他协定，流量界限通常由一个或多个点的下限kQp。。和上限(^+0．03)OP。确定，^是处于0．97和0．1之间由双方商定。通常情况下，k的值是0．985。如在规定的水力比能下，如果在由流量界限值所作出的带与流量特性上各测量点处不确定度椭圆所作出的包络线而引出的总不确定度带宽(见图61)之间相交或相切，则流量保证值视为满足。为了检查水力效率保证值，作为与保证值比较的值，乃是在该工况点效率值的总的不确定度的带宽的上限，而浚工况点为由经各测量值绘制的插值曲线与Ep—f(QI，)特性线的交点处(见图61中的A‘工况点)。24)原型的保证流量应针对环境压力条件。虽然原型流量的符号应为Q1P(见GB／T1561312008中3．345但通常仍采用符号QJ，。 GB／T15613．2—2008如果一台可调节水泵在不同开口下运行，那么上述的考虑也适用于与其相关的包络线。图61给出了在三个工况下，一台无调节水泵与保证值比较的例子：a)在点A’和点B’水力效率保证值满足，但在点C’则不满足；b)最小流量的界限在点A’不满足；c)在点c’未超过功率界限满足。对于变转速水泵，必须考虑由速度改变而引起的E(Q)和E(P)特性的改变。图60无调节水轮机保证值与测量值的比较图61无调节水泵保证值与测量值的比较最终数据 GB／T15613．2—2008一插值曲线⋯总不确定度带宽的上、下限图62混流式水轮机飞逸转速和流量曲线保证值与测量值的比较图63模型水轮机空化曲线及在空化影响效率时与保证值的比较13．3．4原型机械损失如果需保证的是原型功率PP，那么必须考虑原型机械损失(见GB／T15613．12008中4．2．1．1)。如果需保证的是原型效率卯，则应用下式：r／e—r／he。‰’ GB／T15613．2—200813．3．5罚款及奖金建议合同中应详细说明按试验结果计算罚款和／或奖金的方法。按效率确定罚款，则保证值应与总不确定度带的上限比较。近效率确定奖金，则保证值应与总不确定度带的下限比较。13．4飞逸转速和飞逸流量飞逸曲线的形状及其空化对各型式机械的影响见第11章。图62表示的是混流式水轮机。图中示出了稳定条件下原型水轮机的飞逸曲线，是相对于导叶开口的曲线，是按所测得的模型速度因数(国内习惯采用单位转速)计算得来的。在此示例中，稳定条件下的最高飞逸转速和飞逸流量都满足，如图中x和y所示，因为在开口“⋯以下条件下不确定度带宽的下限低于不能超过的值。对于一个双调节水轮机，应在最坏的飞逸条件下校验其保证值。在空化系数和水力比能保证范围内的最坏的飞逸条件随导叶开口和叶片安放角不同而变。对于无调节水轮机，只需测量一个点与保证值比较。除非另有协议，否则要考虑发电电动机的机械损失和风损，以及水力机械的机械损失(见15613．1—2008附录G)。13．5空化保证空化对机组性能的影响见GB／T15613．1—2008中5．3和本规程第11章，对于由模型试验得出的性能数据与原型保证值的比较，有如下建议。空化系数∞是效率保持不变的最低的一值，在确定空化系数60时，要考虑无空化时效率的不确定度带宽。图63给出了一试验曲线巩M(口)。如果保证值用吼≤^即，来描述，则在此情况下是不满足保证值的。这是因为即使效率降低了1％的a，考虑了总不确定度带宽仍高于电站空化系数O"PI乘以一个允许安全系数k。在原型中，空化保证值也可以按照NPSEr￡≤(NPsEPr—K)形式给出，K是双方商定的安全余量。 附录A(资料性附录)本部分与IEC60193：1999技术性差异及其原因表A．1给出了本部分与1EC60193：1999技术性差异及其原因的一览表。表A．1本部分与IEC60193：1999技术性差异及其原因GB／T15613．2—2008本部分章条编号技术性差异原因1第一章名称规范为“范围”符合GB／Tl2000的编写规定2增加了“引用标准”一章和相应的引用文件符合Gt3／TI．12000的编写规定增加了“GB／，【I15613．1一z008中确立的术语、3．3符合GB／T1．I2000的编写规定定义、符号和单位适用于本部分。”对原文编排作了适当调整，对应于IEC60193：不影响章条顺序，符合GB／TI．1200041999中31的内容的编写规定对原文编排作了适当调整，对应于IEC60193：不影响章条顺序，符合GB／Tl1200051999中32的内容的编写规定“详细资料见IEC60041”改为“详细资料见536引用新的国家标准GB／T20043”对原文编排作了适当调整，对应于IEC60193：不影响奄条顺序，符合GB／‘F1．12000619t)9中39的内容的编写规定对原文编排作了适当调整，对应于IEC60193：不影响章条顺序，符合GB／Tl1200071999中3．4的内容的编写规定“详细资料见IEC60041”改为“详细资料见7．4．4引用新的国家标准GB／T20043”对原文编排作了适当调整，对应于IEC60193：不影响章条顺序．符合GB／T1．1200081999中3．5的内容的编写规定对原文编排作了适当调整，对应于IEC60193：不影响章条顺序，符合GB／T】1200091999中3．6的内容的编写规定对原文编排作了适当调整，对应于IEC60193；不影响章条顺序，符合GB／T1200。101909中3．7的内容的编写规定对原文编排作了适当调整，对应于1EC60193：不影响章条顺序，符合GB／Tl12000111999中3，8的内容的编写规定对原文编排作了适当调整，对应于[EC60193：不影响章条顺序，符合GB／T12000121999中3，9的内容的编写规定对原文编排作了适当调整，对应于IEC60193：不影响章条顺序．符合GB／T1．】2000l31999中3．10的内容的编写规定“托马数”均改为“空化系数”，“能量系数”改为“能量系数(国内习惯采用单位转速)”，“速度因数”改为“速度因数(国内习惯采用单位转速)”，“流量系数’7改为“流量系数<国内习惯采用单位流添加国内习惯用法的表达说明量)”，“流量因数”改为“流量因数(国内习嗡采用单位流量r，“功率圆数”改为“功率因数(国内习惯采用单位出力)”对附录的引用说明全部改为“GB／T15Bl31本部分不包括附录部分．附录部分统一2008附录⋯”收录在本部分的第1部分：通用规定中 中华人民共和国国家标准水轮机、蓄能泵和水泵水轮机模型验收试验第二部分：常规水力性能试验GB／T1561322008*中国标准出版社出版发行北京复兴门外三里河北街16号邮政编码：100045网址www．spc，net．CFI电话：6852394668517548中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销*开本880×18301／16印张4．75字数135于字2008年11月第一版2008年11月第一次印刷*书号：155066·133618定价46．00元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话：(010)68533533'