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汽轮发电机定子线棒冷却水超声波流量计的研制

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大型汽轮发电机定子线棒冷却水通道发生堵塞或泄漏都会导致严重的事故,因此在发电机的生产及运行过程中都要进行流量试验,以保证发电机的安全运行。虽然现今市场上已有许多液体流量计,但都不能用于发电机定子线棒冷却水的检测,现场只能采取人工检测方法进行测量,所以迫切需要研制一套能测试发电机定子线棒冷却水流量的装置。从发电厂的现场使用环境出发,我们采用超声波时差法研制了这套发电机定子线棒冷却水超声波流量计。本流量计将能替代落后的人工检测方法,对发电机小管径、低流速的定子线棒冷却水进行检测,可直接判断冷却水管的堵、漏,保证发电机的安全运行,它还可用于汽轮发电机制造厂新机的出厂与交接,成为工艺质量检查的重要工具。
由于发电机定子线棒冷却水引出管管径小,冷却水流速低,用超声波时差法检测时,单次时间差极小,难于精确测量,因此我们对传统的单次时差测量方法进行改进,采用多脉冲声循环法对微小时间进行累积,然后测量累积后的时间,进而换算出冷却水流速,克服了一般超声波流量计对小管径、低流速水测量所存在的困难。上述方法很适合于汽轮发电机冷却水的检测,故此我们采用多脉冲声循环法设计了本超声波流量计。
在该流量计的研制过程中,关键是设计重复频率高的超声波发射电路和较高增益、宽频带的超声波接收放大电路。超声波发射电路的优劣对整机性能影响很大。传统的超声波发射电路采用开关速度低的可控硅(SCR)作发射控制元件,发射重复率低,不能满足要求,我们采用新型金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)作为发射控制元件研制出了高重复频率的超声波发射电路。根据需要我们还设计了超声波接收放大电路,其中包括抗阻塞电路、检波器及边缘加强电路,以放大本仪器的超声波接收信号。
控制测量电路及抗干扰电路是本流量计的核心部分。为实现流量计的智能化,我们采用单片机控制仪器的工作时序,完成收发换能器的切换并将测量的数据通信给上位机,以便上位机进一步处理。又利用高速计数器和高频方波发生电路设计了测量电路,使测量精度得到提高。此外,我们还根据仪器的干扰情况采取了一系列硬件抗干扰措施,提高了仪器的抗干扰能力。
针对本超声波流量计的硬件配置我们设计了单片机的各种软件,并在软件上采取了合适的抗干扰措施,增强了单片机运行的稳定性,经过模拟实验可知,在采取了各种抗干扰措施,特别是采用了综合数字滤波后,流量计数据的稳定性极大提高,对静水和低速流水能较清晰的分别,说明该超声波流量计可对大型汽轮发电机定子线棒的小管径、低流速冷却水进行检测。我们还运用Microsoft Visual Basic语言设计了上位机的系统软件,使流量计操作方便,十分利于现场的测量。
本课题研制的超声波流量计,适用于大型汽轮发电机定子线棒冷却水流量的检测,在小管径、低流速超声波流量计这一领域有所创新,对研制应用于其它类似场合的时差法超声波流量计也将具有一定的参考价值。