Необходимые гидравлические исследования деривационного тракта в пусковой период гидростанции, включающие определение его пропускной способности и потерь напора по длине деривации, достаточно сложны для своего выполнения. Однако эти исследования чрезвычайно упрощаются, если турбины имеют протарированные расходомеры. Протарированными расходомерами учитываются не только расходы воды, пропускаемые через турбины, но могут также контролироваться потери напора по длине деривации. Простота тарировки расходомеров весьма облегчает наладку эксплуатации гидростанций.
Ниже излагается метод безинструментальной тарировки расходомеров турбин, который может быть использован в начальный период эксплуатации гидростанций.
В последнее время предложена наиболее простая и достаточно точная система непрерывного измерения расходов воды, проходящих через турбины. Для средненапорных ГЭС эта система может считаться окончательно аппробированной, и внедрение ее в практику обеспечено выпускаемой нашей промышленностью аппаратурой. Для низконапорных ГЭС эта система еще дорабатывается и уточняется.
Обычно применяемая точная тарировка расходомеров с помощью вертушек требует для своего выполнения длительно установившегося режима работы агрегата и значительного времени для обработки хронограмм записи работы вертушек. Такая тарировка может быть заменена более простым методом. Осуществление этого метода вполне доступно силам эксплуатационного персонала гидростанции. Этот метод был опробован на ряде гидростанций.
В безинструментальной тарировке расходомера, присоединенного посредством пьезометрических трубок к спиральной камере турбин, предполагается наличие линейной связи между величиной перепада Δр в пьезометрах и величиной квадрата расхода воды Q2, проходящего через турбину;
Работы ОРГРЭС, И. А. Чернятина (ВНИИГ) и др. по обработке результатов испытаний гидроагрегатов ряда ГЭСС (Бурджаргэс, Баксангэс, Днепрогэс, Рионгэс, Орджоникидзегэс и др.) показали, что прямая h=f( Q2) как для радиально-осевых, так и для поворотно-лопастных турбин с достаточной для практики точностью проходит через начало координат и что она справедлива для любого расхода. Следовательно, для построения прямой h=f(Q2) достаточно знать лишь одно значение расхода Q и соответствующее ему значение перепада давления h.
Методика безинструментальной тарировки расходомера заключается в следующем. На основе сопоставления к. п. д. турбин; полученных в результате натурных измерений на ряде ГЭС, с к.п.д., полученными путем пересчета характеристик турбин ЛМЗ имени Сталина, установлена определенная (оптимальная) область нагрузок турбин (а следовательно, и величин расходов воды). Эта область отличается тем, что к. п. д. в ней, полученные путем пересчета, достаточно близко совпадают с к. п. д. по натурным испытаниям. Поэтому для получения одного значения расхода, достаточного для построения прямой h=f(Q2), можно использовать для турбины ряд нагрузок агрегата, которые соответствуют расходам воды в области максимального к. п. д.
Следовательно, если для радиально-осевых турбин дать ряд нагрузок в оптимальной зоне и отсчитать по дифференциальному манометру величину перепада давления на концах пьезометрических трубок, то с достаточной для эксплуатационной практики точностью можно получить графически среднее значение величины 
определяющей угол наклона прямой
к горизонту (в осях Q2 и h). После построения искомой прямой величина расхода воды при любой нагрузке агрегата и любом напоре может быть получена при помощи зависимости
В табл. 16 даны результаты сопоставления гарантированных (максимальных) заводом к. п. д. турбин с их значениями, определенными в натуре ВНИИГ и другими организациями.
Таблица 16
В табл. 17 приводятся результаты сопоставления двух расходов воды, вычисленных по заводским эксплуатационным характеристикам (радиально-осевые гидротурбины Уральского завода) и измеренных вертушками на Майкопгэс (работа Н. Н. Ягодина).
Таблица 17
Иногда имеют место заниженные заводом максимальные значения к. п. д. Однако в этих случаях после определения к. п. д. в натуре для последующих выпусков колес данной серии заводом вносятся коррективы величины к. п. д.; такими коррективами и объясняется точное совпадение значений заводского и фактического к. п. д. турбин на Днепрогэс.
Для правильного измерения на пульте величин необходимо, чтобы вся электроизмерительная аппаратура была проверена прецизионными приборами.
По найденным описанным способом расходам воды через турбину Q и измеренным величинам перепада давления в крайних точках измерительного створа спиральной камеры h находится значение
Точность такого определения коэффициента k вполне достаточна для практических целей. Об этом можно судить на примере гидростанции, для одной из турбин которой значение коэффициента k, вычисленное указанным методом, оказалось равным 0,0394. Ровно через год на этой же турбине были произведены вертушечные измерения расходов воды (ОРГРЭС); причем новое значение коэффициента k получилось равным 0,0391, т. е. почти тем же самым (фиг. 27).
После того как с помощью контрольного дифференциального манометра получена зависимость
можно приступить к тарировке шкалы расходомера.
Фиг. 27. Сопоставление тарировки контрольного дифференциального манометра по характеристикам агрегата и по вертушечным измерениям
1 — по вертушечным измерениям; 2 — по характеристикам агрегата
Деления на этой шкале обычно нанесены по квадратичной зависимости. Таким образом, на шкале деление 100% соответствует квадрату расхода при номинальной нагрузке турбины.
Для тарировки шкалы расходомера, к последней присоединяются вспомогательные пьезометры. Сам расходомер при этом отключается от спиральной камеры (с помощью перекрытия вентилей соответствующих трубок).
Тарировка расходомера производится следующим образом. К расходомеру присоединяются две длинные стеклянные трубки со шкалой (соединения производятся с помощью резиновых трубок). Стеклянные трубки заливаются водой таким образом, чтобы при разном их высотном положении относительно шкалы обеспечивалась максимальная высота (перепада) водяного столба. Эта высота получается путем пересчета ртутного перепада на высоту водяного столба. Создавая несколько водяных перепадов, получаем несколько точек на шкале расходомера и т. д.
Перед тарировкой проверяется и определяется место нуля на шкале расходомера. Эта проверка производится при одинаковом давлении в двух пьезометрических трубках, подключенных к расходомеру; это достигается заливкой воды в обе пьезометрические трубки до одного и того же уровня.
В процессе тарировочных работ необходимо контролировать наличие воздуха в пьезометрических трубках и периодически удалять его из них. Необходимо также проверять герметичность всех соединений в пьезометрической проводке и отсутствие в них грязи.
В случае отсутствия на ГЭС контрольного дифференциального манометра слепую шкалу расходомера можно протарировать следующим образом. Два-три расхода воды в зоне оптимального режима вычисляются по заводским эксплуатационным характеристикам (см. выше). Турбине даются две-три нагрузки в оптимальной зоне; на слепой шкале отмечаются соответствующие им положения стрелки; после этого на шкале закрепляется среднее положение стрелки, соответствующее среднему значению расхода в оптимальной зоне. Длина дуги на шкале между точкой среднего расхода и точкой нуля (предварительно проверенной) делится пропорционально квадратам расходов. На этом и заканчивается тарировка.
При отсутствии заводских эксплуатационных характеристик для тарировки расходомера необходимы гидрометрические вертушки. В таких условиях автору пришлось тарировать расходомеры двух импортных машин на Майкопгэс. С целью фиксации положения стрелки указателя на слепых шкалах в процессе их тарировки, на шкалах были нанесены миллиметровые деления. Положение нуля на шкалах определено путем выключения одного пьезометра и выравнивания после этого давления в подводящей к расходомерам пьезометрической проводке. Перед началом тарировки, а также и в процессе ее производились прочистка и удаление воздуха из пьезометрической проводки. При каждом изменении величины расхода воды фиксировался соответствующий этому расходу отсчет по миллиметровой шкале. Во время испытания через каждые четверть часа на пульте в ведомость испытания для контроля постоянства режима работы агрегата записывались отсчеты по электроизмерительным приборам. За постоянством нагрузки наблюдал дежурный инженер. Машины находились на автоматическом регулировании. Колебания нагрузки в сети принимались ТЭС.
Расходы воды измерялись в конце деривации в лотке с гидрометрического мостика. Длительность измерения одного расхода составляла от 1 час. 40 мин. до 1 часа. Ввиду однотипности двух машин небольшие расходы воды измерялись при совместной их работе с одинаковым режимом.
За оптимальную была принята нагрузка, близко совпадающая по величине с номинальной мощностью. Сначала была построена зависимость миллиметровых делений шкалы от квадратов расходов. При этом из семи лишь одна точка (4) отошла от прямой (фиг. 28). После построения зависимости появилась возможность взамен миллиметровых делений нанести шкалу расходов воды.
В заключение необходимо подчеркнуть следующие моменты.
Для возможности применения изложенного, способа должны быть соблюдены такие условия:
а) отсутствие у турбины кавитационного и наносного износа, изменяющего величину к. п. д., гарантированную заводом; таким образом, применение описанного способа возможно лишь в первые годы работы турбины; в этих условиях сама турбина может быть использована как расходомер, если только она работает в зоне оптимального режима;
б) наличие на ГЭС заводских эксплуатационных характеристик агрегата для использования их в зоне оптимального режима турбины;
в) наличие на ГЭС контрольного дифференциального манометра (со шкалой, размеры которой соответствуют возможному максимальному перепаду в спиральной камере турбины); наличие дифференциального манометра дает возможность использовать еще одно преимущество метода, заключающееся в том, что тарировка шкалы вторичного прибора (расходомера) производится с помощью зависимости h= f(Q2 ); прямая h= f (Q2) не зависит от состояния гидротурбины и не изменяется со временем; поэтому протарированный контрольный дифференциальный манометр дает возможность корректировать тарировку шкалы вторичного прибора — расходомера турбины.
Достоинством описанного метода, как мы отмечали выше, является большая экономия средств и времени.
Вследствие большой значимости контрольного дифференциального манометра для правильной наладки непрерывного учета расходов воды, необходимо в комплект гидроэнергетического оборудования, поставляемого на гидростанцию, одновременно с расходомером включать и соответствующий дифференциальный манометр.
