提高水力机械模型效率试验精度方法探讨-论文.pdf

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1、第12卷第2期中国水利水电科学研究院学报Vo1．12No．22014年6月JournalofChinaInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearchJu“e,2014文章编号：1672—3031(2014)02—0202—04提高水力机械模型效率试验精度方法探讨徐洪泉，张海平，张建光，陈莹(中国水利水电科学研究院北京中水科水电科技开发有限公司，北京100038)摘要：在总结中国水利水电科学研究院水力机械模型试验台提高水轮机某些试验精度方法的基础上，根据对测试误差的来源分析，从完善测试设备原位标定系统和方法、减小标定误差及减小随机误差等3个方面提

2、出了提高试验精度的措施方法。关键词：水力机械；模型试验；提高精度；标定；原级设备；相对误差中图分类号：TV131．63文献标识码：Adoi：10．13244~．cnki．jiwhr．2014．02．0141研究背景水力机械模型试验误差大小是反映水力机械模型试验精度的重要因素之一，也是判别试验台水平和能力的主要判据。研究水力机械模型试验的误差，其最主要目的就是探讨这些误差的来源及传递途径，探寻减小它们的方法，以提高测试精度，使测量值更接近其真值，使模型试验的结果更能反映其真实性能。因此，在对模型试验误差的来源及传递合成方式进行分析的基础上，结合中国水利水电科学研究院水力机械模型试验台减小试验

3、误差的实践经验，探索总结出部分提高试验精度的方法，提出与各界同仁进行探讨，以提高模型试验水平，促进水电事业科学发展。水力机械的模型试验误差(或称不确定度)主要来源于测试设备及系统的系统误差和随机误差，而系统误差通常又来源于标定原级设备或系统的误差和标定误差。因此，本文将从减小标定系统原级设备误差、标定误差及随机误差这三个方面分别论述减小水力机械模型测试误差的原理及方法。2减小标定系统原级设备误差的方法2．1原位标定的重要性要测试，就需要测试仪器和设备；要提高测试仪器设备的测试精度，不仅要选择采用测试误差小的仪器设备，还需要建立精确的标定系统，对大多数测试仪器进行原位标定，相当于用更高级的标

4、准量具对现用量具进行校正，以获取比测试仪器设备出厂精度更高的实际测试精度。举例来说，许多电磁流量计的出厂精度并不高，标明的误差为0．5％，但采用秤重法流量标定系统进行原位标定后，其线性度误差可降低到0．1％以内，流量测试误差可降低到0．13％以内。但是，切不可认为在某流量标定系统标定的流量计即可拿到其它流量测试系统应用，还希望有在该标定系统的精度，因为实际采用的流道及环境条件不同，包括计算机在内的测试系统也不同，不仅测试信号和测试参数之间的关系会产生一定的变化，测试误差也会产生或大或小的变化，不能直接使用该非原位标定公式及误差。在这种情况下，如能分析确定应用条件变化带来的误差影响(例如：旋

5、转活塞压力计受温度变化的影响)，可在标定误差的基础上增加由非原位标定带来的附加误差；如不清楚应用条件变化带来的误差影响有多大(例如：流量计在进出口条件和标定系统差别较大的系统使用)，也无法进行附加误差修正，则只能采用仪器的出厂精度。此外，原位标定不仅是一个位置的概念，其准确定义应当是指标定过程中和测试过程中被标定收稿日期：2013—03—19作者简介：徐洪泉(1955一)，男，山东沾化人，教授级高级工程师，主要从事水电站成套设备出口及水电站稳定运行研究。E—mail：xuhq@iwhr．corn·-——202·-——提高水力机械模型效率试验精度方法探讨徐洪泉张海平张建光陈莹仪器、设备使用环

6、境条件的一致性。这既要求外接设备、连接方式等不变，也要求计算机采集和处理方式的一致，因为该不一致也可能带来附加误差。2．2标定设备及方法选取标定设备及标定方法的作用及影响因测试参数而不同，多数对测试精度影响很大，但也有个别的影响微乎其微。测量模型水轮机轴端输出力矩的负荷传感器多采用砝码进行原位标定，其方法差异非常小，精度一般都非常高，标定设备及方法不是测试误差的主要来源。但是，对于流量而言，其标定设备及方法却至关重要，采用不同的标定设备和方法标定相同的流量测试设备，其测试误差可能有很大差别。因此，要获得高精度流量测试结果，应选择原级标定设备误差及标定误差小的设备和方法。对于流量标定而言，首

7、先选择标定方法。对于模型试验来说，常见的有两种，一种是质量法，一种为体积法。两相比较，质量法不仅标定速度快，标定精度也略高于体积法。由于大容量负荷传感器的误差非常小(通常都小于0．O1％)，且重复性非常好，使质量法的原级设备误差变得更小，实现也更加容易。与质量法相比，体积法最大的缺陷是受水位波动影响大，标定精度难以提高，标定时间也比较长(通常仅标定一个工况点就需20—30rain，而质量法只需3—5min)。尽管多数水力