Методика проведения гидродинамических исследований проточного тракта водосброса № 2 Богучанской ГЭС (физическая модель)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методика проведения гидродинамических исследований проточного тракта водосброса № 2 Богучанской ГЭС (физическая модель)

М.В. Землянникова - канд.техн.наук, доцент

В.А. Фартуков - канд.техн.наук, доцент

В статье представлен материал, описывающий методику проведения гидродинамических исследований модели водосбросного тракта № 2 Богучанской ГЭС, а также представлено схемотехническое моделирование водосбросного сооружения. Представленная методика описывает применяемую аппаратуру, её технические параметры и их оценку.

The article presents material describing how to conduct hydrodynamic research model spillway channel number 2 Boguchanskaya HPP. Presented by the circuit simulation spillway structure. The presented method describes the apparatus used, its technical parameters and their evaluation. Preparing equipment for measurement.

На основе схемотехнического моделирования проведенного с помощью программы Micro Cap-8, была составлена макромодель исследуемого водосбросного сооружения, представленного своим диапазоном возможных амплитудных и частотных характеристик. Составленная макромодель позволила (на предварительной стадии проведения замеров параметров водного потока) провести анализ сложных процессов изменений нагрузок на элементы сооружения с достаточно высокой степенью точности.

Исходя из проведенного предварительного анализа исследуемого сооружения, была разработана электронная схема преобразователя (измерителя) давлений, а также отладка его с использованием MicroCap-8. В результате были собраны приборы и произведена их настройка на необходимый диапазон измерений величин давлений и частот. Измеряемые параметры водного потока из-за малого масштаба модели имеют незначительные величины изменений (изменения выходного напряжения определяются милливольтами и микровольтами), а возможные частоты изменений давлений лежат в широком диапазоне. Поэтому возникла необходимость в усилении сигнала поступающего с датчика, а также в фильтрации присутствующих различных частотных наводок.

В качестве фильтра был применен активный фильтр 3-го порядка Баттерворта, а также операционный усилитель на 20 дБ. Разработанный на микропроцессоре измеритель давления позволяет производить измерения параметров водного потока датчиками давления ДД-10. В качестве регистратора измеряемых величин применялся 4-канальный осциллограф АСК-3107 фирмы Актаком. Обработка и анализ результатов измерений проводились с помощью программного обеспечения ViewLab, PC-Lab2000, а также Mathcad 14 фирмы MathSoft Engineering.

Микропроцессорный измеритель давления МИД-1.4, предназначен для работы в комплекте с индукционными датчиками давления ДД-10.

Измеритель формирует высокостабильный сигнал для работы датчиков, обеспечивает выделение постоянной составляющей для измерения статического давления, формирует огибающую для дальнейшей оценки пульсационной составляющей выходного сигнала.

Для удобства работы имеется подстройка уровней выходных сигналов. Выставленные значения контролируются цифровым мультиметром с большим входным сопротивлением.

Для измерения пульсационных составляющий давления, их выделения и нормирования уровня между приборами МИД-1.4 и АСК-3107 был установлен специально разработанный и настроенный масштабирующий линейный усилитель и активный фильтр низкой частоты. Усилитель собран на малошумящем операционном усилителе TL072 производства Texas Instruments, при расчете фильтра выбрана переходная характеристика Баттерворта 3-го порядка с частотой среза 100 Гц, и наклоном 16 дБ на октаву. Фильтр реализован на аналогичном интегральном операционном усилителе.

В качестве основного измерительного средства используется прибор АСК-3107 производства фирмы АКТАКОМ (Россия). Этот четырехканальный цифровой запоминающий осциллограф обеспечивает захват, синхронизацию, отображение на экране компьютера всех необходимых сигналов. Прилагаемое программное обеспечение позволяет производить вычисления основных статистических величин, построение гистограмм, усреднение параметров по необходимому количеству выборок. Все частотные и амплитудные характеристики выдаются в числовом виде в необходимых диапазонах.

Для работы прибора АСК-3107, записи результатов измерений, вывода графиков на печать, обработки результатов использовался компьютер класса PENTIUM 4, лазерный принтер. Отображение информации обеспечивал 17 дюймовый монитор. На компьютер установлены необходимые программы драйверов приборов и математическое обеспечение.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Блок-схема проведения исследований

гидродинамический водосбросный тракт гидроэлектростанция

Датчики ДД-10 с помощью соединительных кабелей подсоединены к МИД 1.4.

При измерении статических давлений выходы МИД-1.4 коаксиальными кабелями длиной 0,5 м с байонетными разъёмами соединяются с АСК-3107. Через интерфейс USB по сигнальному кабелю подается сигнал с АСК-3107 на персональный компьютер.

При измерении пульсационных составляющих, в схему измерений включается дополнительный усилитель-фильтр для выделения, усиления и фильтрации огибающей, в которой находятся сигналы пульсаций.

Блок усилителя-фильтра переключается к тому или иному каналу в зависимости от измеряемого датчика.

Важным моментом является необходимость ОБЯЗАТЕ-ЛЬНОГО заземления прибора МИД-1.4 для надежной работы АСК-3107 и обеспечения минимальных наводок со стороны насосного и осветительного оборудования.

После подсоединения всех кабелей и проводов, необходимо подать питающее напряжение 220В и обеспечить прогрев измерительного комплекса в течение 2-х ч.

Последовательность работ и подготовка к проведению исследований представлена блок-схемой рисунок.

Погрешность измерений осредненных и интегральных характеристик поля пульсаций давления не превышает 10% при доверительном интервале 0.95 или 3 сигм.

Спектральные характеристики регистрировались с погрешностью не более 2 дБ, для частотного диапазона от 0.2 до 300 Гц.

В связи с применением трёхпроводной схемы подключения, датчики соединяются с помощью двойных экранированных кабелей, причем корпуса датчиков имеют соединения с экранирующими проводниками («землей»). Кабели имеют длину порядка 5 м.

Проведение измерений пульсаций давлений на модели осуществлялась согласно блок схемы приведенной на рисунке.

Устанавливались гидравлические режимы работы модели сооружения, то есть необходимые уровни и расходы пролетов. Включалась аппаратура, устанавливались датчики, которые подключались к измерителю давления МИД-1.4. Выжидалось время необходимое для прогрева аппаратуры и стабилизации ее параметров. Необходимое время составляло около 2-х ч. Далее проводилась тарировка датчиков и установление их «нулей». Тарировка датчиков проводилась как для «прямого», так и для «обратного» их нагружения давлением. Тарировка проводилась на стенде. Полученные результаты записывались в файл на компьютере и в дальнейшем обрабатывались с помощью MathCad 14, с целью получения коэффициентов пересчета из значений милливольт в сантиметры. Пример результатов обработки приведен в разделе «Тарировка датчиков». По окончании проведения измерений также проводилась повторная тарировка датчиков, целью которой являлось проверка «нулей» датчиков. Необходимо заметить, что тарировка датчиков осуществлялась в той же водной среде при той же температуре, что и сам измеряемый процесс, с целью компенсации температурной составляющей.

По завершении этого производилась настройка регистрирующей аппаратуры АСК 3107, то есть устанавливались диапазоны регистраций по амплитуде сигнала, синхронизации, длительности развертки. Контроль осуществлялся по индикаторам на панели прибора. При наличии одновременно зажженных светодиодов зеленным светом, весь сигнал, поступающий с датчиков, был корректен и мог быть записан. Процесс измерения пульсаций давления был разбит на два этапа: измерений пульсаций давления (среднего значения, среднеквадратического, девиации и пр.); определение частотного спектра (средней частоты, девиаций, гармоник и пр.). Регистрация измерений проводилась АСК 3107 с одновременной обработкой и записью в файл на компьютере и выводом на печать.

Библиографический список

1. Амелина М.А., Амелин С.А. Программа схемотехнического моделирования Micro-Cap 8. - М.: Горячая линия - Телеком, 2007. 464 с.

2. Дьяконов В.П. VisSim+Mathcad+MATLAB. Визуальное математическое моделирование. - М.: СОЛОН-Пресс, 2004. 384 с.

Размещено на Allbest.ru