Development of the pressure-time method as a relative and absolute method for low-head hydraulic machines

Tryck-tid (pressure-time) metoden är en absolut metod som är vanlig vid flödesmätning i vattenkraftverk. Tryck-tid metoden bestämmer flödet genom att mäta differentialtrycket och uppskatta friktionsförlusterna mellan två sektioner i inloppstuben under en snabb stängning av ledskenorna. Metoden har begränsningar enligt IEC41 standarden, vilket gör den svår att applicera på svenska anläggningar där fallhöjden ofta är låg. Det innebär att det finns begränsad erfarenhet/kunskap av metoden i Sverige, där Winter-Kennedy metoden ofta används. Sedan flera år arbetar Luleå Tekniska Universitet aktivt och med positivt resultat i utvecklingen av tryck-tid metoden för användning i vattenkraftverk med låga fallhöjder. Fokus har varit att minska avståndet mellan de båda mätsektionerna och utvärdering av de viskösa förlusterna. Mätningar har utförts i ett laboratorium på en testrigg (D = 0,3 m) under väl kontrollerade förhållanden med 7<UL<50 m2s-1. Felet på det uppskattade flödet låg under 1% för lägsta UL och minskade med ökande UL. Beräkningen av de viskösa förlusterna förbättrades genom att ta hänsyn till tidsberoende förluster, vilket minskade felet med upp 0,4%.

Detta arbete presenterar tryck-tid mätningar (med L = 5 m) utförda på en 10MW Kaplan turbin, där resultatet jämförts med flödesmätningar gjorda med en ultraljudsmetod. Den nya formuleringen med hänsyn till de icke-stationära förlusterna ger en noggrannare uppskattning av flödet där felet är upp till 0,3% mindre än för standardmetoden.

Som ett alternativ till Winter-Kennedy, som ofta används i Sverige, har tryck-tid metoden testats som en relativ metod genom att mäta trycket mellan den fria ytan och en sektion i inloppstuben utan att veta den exakta geometrin, d.v.s. rör-faktor. Sådana mätningar kan vara enkla att utföra eftersom många turbiner ofta har tryckuttag vid spiralens inlopp. Vidare behöver de viskösa förlusterna inte bestämmas noggrant så länge som de hanteras på liknande sätt vid båda mätningarna. Tryck-tid metoden kan därmed bli ett alternativ till Winter-Kennedy.