1.測流原理

具有一定流速的水流流經(jīng)蝸殼時，由于蝸殼中心線彎曲，水流在彎曲流道上產(chǎn)生離心力，使得蝸殼內(nèi)、外緣2點產(chǎn)生壓力差，該壓力差的大小與水流流速有關(guān)。對于截面積已成為定值的蝸殼某截面來說，平均流速大小正比于流經(jīng)該截面的流量，因此蝸殼內(nèi)、外緣的壓力差(差壓值) 就可以反映流過水輪機的流量相對值。

流量與蝸殼差壓的算術(shù)平方根成正比。對于不同的機組蝸殼或同一蝸殼不同的測壓孔而言，蝸殼流量系數(shù)是不同的常數(shù)。對于同1臺機組同2根測壓管，只要取壓狀態(tài)不改變，可以用差壓變送器測取。

2.測壓斷面及測壓孔的選取

差壓測取首先必須使高壓取壓孔中心與幾個低壓孔中心在同一測壓斷面內(nèi)，這個測壓斷面是過水輪機中心的蝸殼橫截面；其次，是該橫截面應(yīng)選在蝸殼水流發(fā)生旋轉(zhuǎn)的地方。

3.穩(wěn)壓措施

因被測壓力一般都有波動，得到準確的讀數(shù)比較困難，為減少或消除這種波動的穩(wěn)壓措施就是在傳遞壓力系統(tǒng)上增加阻尼。對這種阻尼的要求是對稱的線性阻尼。

最常見的穩(wěn)壓措施有：

(1) 節(jié)流穩(wěn)壓

穩(wěn)壓設(shè)備常常利用現(xiàn)有的閥門，即用測壓管路上或差壓計上的閥門，通過關(guān)小閥門形成節(jié)流來達到穩(wěn)壓的效果。用這種方法進行穩(wěn)壓時，要求適當控制節(jié)流的程度，往往不易準確掌握，在實際測試中應(yīng)用較少；

(2) 專用的穩(wěn)壓裝置(穩(wěn)壓筒)

用穩(wěn)壓筒進行穩(wěn)壓可以達到良好的效果，但需要正確設(shè)計穩(wěn)壓筒。穩(wěn)壓筒也分2種，即節(jié)流式穩(wěn)壓筒及空氣阻尼式穩(wěn)壓筒。實際測試中常用的是空氣阻尼式穩(wěn)壓筒，即利用筒內(nèi)一段壓縮空氣的彈性產(chǎn)生阻尼將壓力的波動化解，測得的是平均壓力。實用結(jié)果表明，其穩(wěn)壓效果較好。

如何評價水輪機的能量特性，長期以來一直是水機界的一項重要研究工作，在已運行的機組中，有的由于設(shè)計選型不合理或在制造安裝中存在著缺陷和遺留問題，使得水輪機的效率不高。特別是有的機組由于長期處在低效率區(qū)或在低水頭下運行，嚴重影響著機組效率的發(fā)揮，同時還造成嚴重的振動和空蝕破壞。因此需要摸清現(xiàn)有機組在運行中的實際效率狀況，探討和解決運行工況對水輪機效率的影響。為了充分利用水利資源，提高水力發(fā)電廠的經(jīng)濟效益，實現(xiàn)水力機組及整個電網(wǎng)的經(jīng)濟運行，需要在水電廠現(xiàn)場進行水力機組的效率試驗，實測出水力機組及整個水電廠的能量特性，使得各個水電廠效率試驗的成果成為整個電網(wǎng)優(yōu)化運行的可靠技術(shù)依據(jù)，并指導(dǎo)水電廠的經(jīng)濟運行。

適用于現(xiàn)場測試的方法有很多，其中則以流速儀法、蝸殼壓差法、超聲波法最為常用，而流速儀法需要停機后在流道中安裝流速儀，試驗工作量相當大；超聲波法也受一定的安裝條件的限制，且一套測試裝置價格昂貴；唯有蝸殼壓差法最為簡單可行，這是最為常用的一種流量測量方法。如果某機組通過其它方法得出了其蝸殼流量系數(shù)值，則利用蝸殼壓差法可以很方便地計算出其過機流量，從而計算出其效率和耗水率；即便是不知其蝸殼流量系數(shù)值，也可以利用蝸殼壓差法很方便地得出其過機相對流量，相對效率，尤其是對軸流轉(zhuǎn)漿式機組而言，可以進行協(xié)聯(lián)關(guān)系的調(diào)整，使機組處于最佳運行狀態(tài)，達到安全、經(jīng)濟運行 。

蝸殼壓差法雖然簡單，但在實際測試過程中(尤其是在在線監(jiān)測中)也暴露出了幾個問題：

1.壓力的穩(wěn)定

這就需要在試驗前專門制作2個穩(wěn)壓筒，費時費力；而且該穩(wěn)壓筒還占一定的位置，這對有些水機層空間本來就比較狹窄的電廠來講，在布置上就有困難。

2.排氣

蝸殼壓差法使用的關(guān)鍵設(shè)備是差壓變送器，而差壓變送器在使用過程中其管道里是不能有空氣的。如果僅僅是做流量或效率測量試驗，就需在每次試驗之前進行排氣；而如果是進行機組流量或效率的在線檢測，則會給運行人員增添不少工作。尤其是水電廠因其本身的特性所決定，經(jīng)常進行工況的轉(zhuǎn)換，開機、停機較為頻繁。每次停機后(尤其是在檢修后) ，測壓管道中就會混有空氣或泥渣，如果不排氣，則檢測數(shù)據(jù)的誤差是相當大的。現(xiàn)在國內(nèi)有不少水電廠的運行實現(xiàn)了計算機監(jiān)控，基本上是無人值班(少人值守) ，如果其流量或效率檢測裝置還經(jīng)常需要人工來維護，這顯然是不合適的。據(jù)我們所了解，國內(nèi)許多水電廠安裝有流量或效率測量裝置，如采用的是蝸殼壓差法，則這套系統(tǒng)大都沒有正常地投入運行 。

1.穩(wěn)定壓力

從以下2個途徑來解決這個問題：

(1) 設(shè)計1個專用的阻尼器(取代穩(wěn)壓筒)。這是壓力穩(wěn)定的關(guān)鍵。利用節(jié)流穩(wěn)壓的機理，直接在差壓變送器的高、低壓側(cè)進水管路上增設(shè)2個專用的阻尼器 (具體尺寸依實際測試條件而定)。

(2) 軟件濾波。采用在一段時間內(nèi)，多次采樣，取平均值，遇到突變值則復(fù)位重來。

2.自動排氣

蝸殼差壓變送器在測試過程中，其取壓管道中是不能混入空氣的，結(jié)合水電機組的運行機制，設(shè)計了一種自動排氣裝置，一旦監(jiān)控系統(tǒng)(繼電器) 發(fā)出開機令，即通過2組電磁閥分別打開差壓變送器的高、低壓側(cè)的排氣閥，排出的水通過專用的管道，流入集水井，一般排氣20～30min后，自動關(guān)閉排氣閥。自動排氣后，應(yīng)注意差壓變送器測量系統(tǒng)的率定校準，以便保證差壓值的精度。

針對提出的問題以及解決問題的途徑，2001年2月對湖北省黃龍灘水力發(fā)電廠2號機組計算機監(jiān)控系統(tǒng)中的流量效率監(jiān)測部分進行了初步的改造，并達到了預(yù)想的效果：蝸殼壓差的波動大大減小，差壓變送器的排氣已完全自動化，不需人工干預(yù) 。2100433B

蝸殼的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計主要考慮擴壓機匣和蝸殼的連接與分開，蝸殼的焊接、加筋等。環(huán)形通道的擴壓機匣與蝸殼禱用兩個垂直法蘭連接。擴壓機匣一般鑄造成型。蝸殼尺寸較大的，用薄鋼板焊接成后，在各表面焊有加強筋。尺寸較小的蝸殼，采用沖壓方式?jīng)_出凸出的槽做加強筋，不需另加焊筋了。有的小型機組的排氣蝸殼，設(shè)計成弧形光滑面，加工工藝較復(fù)雜。

關(guān)于蝸殼排氣方向的問題，設(shè)計時，對于軸向裝配式蝸殼可考慮旋轉(zhuǎn)角度裝配的結(jié)構(gòu)，將蝸殼和擴壓機匣連接的兩個垂直法蘭螺孔數(shù)相對應(yīng)，調(diào)整螺孔的裝配位置就能改變蝸殼的出氣方向了。對于水平中分式蝸殼，需按使用現(xiàn)場對方向的要求，確定上、下、左、右四個方向，蝸殼只需兩種結(jié)構(gòu)即可，上下通用，左右通用 。2100433B

排氣蝸殼的設(shè)計應(yīng)注意三點：

（1）應(yīng)盡可能減少氣體在蝸殼中的流動損失，使蝸殼的外形尺寸達到預(yù)定的擴壓要求。

（2）蝸殼的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足重量輕、剛性好。流過蝸殼的氣流不會引起蝸殼鋼板的振動。

（3）應(yīng)滿足燃機使用現(xiàn)場的排氣方向要求，確定蝸殼排氣口的方向，使之能方便地變換方向。

設(shè)計排氣蝸殼時要考慮氣動和工藝兩方面的要求，盡量達到氣體流動損失小、氣流均勻，然后再考慮蝸殼的加工工藝性，力求工藝簡單、形狀不復(fù)雜、好加工。

因渦輪內(nèi)、外氣體的壓差很小，對蝸殼的作用力也小，此類蝸殼可用薄鋼板焊接。對于大中型燃機，排氣蝸殼尺寸較大，常將其分為兩個部分：安裝在蝸殼內(nèi)的擴壓機匣和排氣蝸殼。排氣蝸殼不承力，尺寸較大，而擴壓機匣承力，但尺寸較小，而且結(jié)構(gòu)簡單，一般鑄造成形 。

中文名稱

蝸殼埋設(shè)方式

英文名稱

spiral casing embedded forme

定　　義

蝸殼周圍混凝土的澆筑方式。有直埋、保壓澆筑、加彈性墊層等方法。

應(yīng)用學(xué)科

電力（一級學(xué)科），水力機械及輔助設(shè)備（二級學(xué)科）