Best Practice – Kraftwerksmessung

Akustische Durchflussmessung ADM

Eine der größten Herausforderungen bei der Durchführung von Feldmessungen in Kraftwerken ist die Bestimmung des Durchflusses mit hoher Genauigkeit bei gleichzeitig laufendem Betrieb.

Die akustische Durchflussmessung bietet hierfür in vielen Fällen einen optimalen Lösungsweg. Hierfür werden an der Außenwand eines Stahlrohrs Clamp-On-Sensoren angebracht. Der Vorteil – Modifikationen an der Rohrleitung müssen nicht vorgenommen werden und der Anlagenbetrieb wird nicht gestört.

Die Messmethode

In einem ruhenden Fluid breiten sich die Druckänderungen eines Schallsignals nach allen Richtungen mit der Schallgeschwindigkeit a aus. In bewegten Flüssigkeiten jedoch, ändert sich die Relativgeschwindigkeit des Schalls mit der Fluidgeschwindigkeit. Zeigt die Strömungsrichtung w des Mediums in Ausbreitungsrichtung der Schallwellen, dann überlagern sich deren Geschwindigkeiten zu a + w. Entgegen der Strömungsrichtung ergibt sich die resultierende Geschwindigkeit a - w. Das bedeutet, ein akustisches Signal braucht gegen die Strömung länger als mit der Strömung, um eine definierte Messstrecke zu durchlaufen. Die dabei resultierende Laufzeitdifferenz ist ein Maß für die mittlere Strömungsgeschwindigkeit wm, aus welcher dann durch die bekannte Fläche A der Durchfluss Q bestimmt werden kann.

Da aber bereits kleine Temperaturschwankungen die Schallgeschwindigkeit a  so beträchtlich verändern (∆a  = 3,7m/s für Wasser bei ∆Θ= 1°C), dass die Änderung ∆a in der Größenordnung des Messwertes wm und darüber liegen kann, subtrahiert man die beiden Gleichungen und erhält so einen von der Schallgeschwindigkeit unabhängigen Zusammenhang. Dies erreicht man durch gleichzeitige Messung der Laufzeiten t1und t2. Die beschriebene Methode ist die genaueste für große Rohrdurchmesser; experimentell wurden mit innenliegenden Sensoren bereits Genauigkeiten von unter 5 Promille nachgewiesen. Sie setzt aber eine einzige Bedingung voraus: Das Rohr muss im Messabschnitt gerade verlaufen, unbedingt auch stromauf der Messstelle.

Die Messung im Kraftwerk

Zwischen 1928 und 1930 wurde das Wasserkraftwerk in Rumänien gebaut, um Bukarest mit elektrischer Energie zu versorgen. Das Kraftwerk ist mit vier 2-düsigen Pelton-Turbinen von Voith-Hydro und mit Brown-Boveri-Kraftwerksgeneratoren ausgestattet.

Die Messung der Turbine wurde mit einem Flexim Ultraschall-Durchflussmessgerät mit 4 Sensorpaaren durchgeführt, das das einzige mobile System mit 4 Pfaden auf dem Markt ist und von Flexim speziell für uns gebaut wurde.

Um eine hohe Genauigkeit gewährleisten, zu können wurde zu Beginn der Messung die äußere Oberfläche des Rohres sorgfältig gereinigt und die vier unabhängigen Sensorpaare wurden im Reflexionsmodus installiert. Dieser Modus bietet 8 Wege durch das Wasser und stellt einen guten Kompromiss zwischen hoher Genauigkeit und Signaldämpfung dar.

Der Abfluss Q wurde durch Berechnung des Mittelwertes der Strömungsgeschwindigkeit jedes Sensorpaares bestimmt (und multipliziert mit der Querschnittsfläche), die ihrerseits aus der Laufzeitdifferenz Δt zwischen den beiden Signalen in beide Richtungen berechnet.

Zusätzlich zur Durchflussmenge wurden der Überdruck am Turbineneinlass (bezogen auf den Turbinen-Referenzpegel), die Düsenposition, die Wassertemperatur, die Generatorleistung so wie der Umgebungsdruck, die Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit aufgezeichnet.

Insgesamt wurden 9 verschiedene Betriebspunkte gemessen. Während der Messungen waren die Turbinenbetriebspunkte aufgrund von Schwankungen im Stromnetz teilweise instabil. Infolge des instabilen Stromnetzes justierte die Turbinenregelung die Düsenposition permanent nach. Aus diesem Grund und zur Validierung der Messungen wurden 3 Betriebspunkte erneut eingestellt und ein zweites Mal gemessen.


Das könnte Sie auch interessieren:

Best Practice - Kraftwerksmessung

Durchflussmengenmessung nach IEC mittels Flügelradanemometer

Anlagenmessung nach IEC

Unsere Messmethoden

Bleiben Sie aktuell informiert

Zum Newsletter anmelden und am Laufenden bleiben über unsere Aktivitäten, Weiterbildung und Konferenzen.

Wir sind Ihr unabhängiger Experte für:

  • Anlagenmessungen nach IEC 60041 and IEC 62006
  • Abnahmeprüfungen und Modellversuche nach IEC 60193, ISO 9906, IEC 60534, IEC 62006
  • Anlagen-, Betriebs und Lebenszyklustests
  • Dauerversuchsanordnungen
  • Vergleiche experimenteller Daten mit numerischer Simulation (3D-CFD)
  • Analysen, Design und Optimierung von hydraulischen Maschinen, Komponenten und kompletten Systemen
  • Druckstoß sowie instationäre Zustände von Flüssigkeits- und Gasströmungen
  • Fluid-Struktur-Interaktionen

Wir freuen uns auf Ihre Anfrage!

Anfrage senden ...

Unsere Experten für Anlagenmessungen nach IEC:

Helmut Jaberg

O.Univ.-Prof. em. Dipl.-Ing. Dr.techn.

CEO (geschäftsführender Gesellschafter)

helmut.jaberg@jabergundpartner.com

Christian Bodner

Dipl.-Ing.

christian.bodner@jabergundpartner.com

Jürgen Schiffer-Rosenberger

Dipl.-Ing. Dr.techn.

juergen.schiffer@jabergundpartner.com