摘(zhāi)要:多孔平(píng)衡流(liú)量計 是在傳統(tǒng) 孔闆流(liú)量計 的基礎上(shàng)所研發(fā)出的新一(yī)代節(jiē)流式流量(liàng)計。通(tōng)過介紹(shào)其基本工作(zuò)原(yuán)理及優化(huà)後的性能特(tè)點，并結合幾種(zhǒng)工況條(tiáo)件(jiàn)下的(de)使用，對多孔平(píng)衡流(liú)量計的應(yīng)用加以闡述。
0引(yǐn)言
　　節流(liú)式(shì)流量計 通(tōng)常(cháng)也被稱(chēng)之爲 差(chà)壓式流量計(jì) ，迄(qì)今爲止(zhǐ)仍因其制(zhì)造工(gōng)藝标(biāo)準化、使用(yòng)技術(shù)成熟(shú)、适用範圍廣(guǎng)，而被水(shuǐ)利、石(shí)油(yóu)、化(huà)工等各(gè)行(háng)各(gè)業廣泛(fàn)地應用，占(zhàn)流(liú)量(liàng)計使用總(zǒng)數的(de)50%以上。但同時，其(qí)測量(liàng)精度(dù)低、量(liàng)程(chéng)比小、上下遊(yóu)安裝(zhuāng)直管段距(jù)離長、節流(liú)裝置(zhì)後所(suǒ)産生(shēng)的永(yǒng)久壓力損失大(dà)等諸多不足也(yě)日益趨(qū)顯(xiǎn)。
　　随着儀表測量(liàng)、制造(zào)技術的不(bú)斷發(fā)展，爲适應各種(zhǒng)過程控制對于(yú)節流(liú)式(shì)流(liú)量計測量精度(dù)及使(shǐ)用性(xìng)能的更高(gāo)要求節(jiē)流(liú)式流量計(jì)，即多(duō)孔平(píng)衡流(liú)量計随之(zhī)而誕生。多孔平衡流量計誕生之初(chū)由美國國家航(háng)空航(háng)天局(jú)馬歇(xiē)爾(ěr)航空飛(fēi)行中心(xīn)最(zuì)先應(yīng)用于(yú)航天飛機(jī)主發動機(jī)的液态氧流量(liàng)測量(liàng)，随後因其測量(liàng)、使用性能(néng)被更(gèng)多行業(yè)所(suǒ)熟知并發展使用。
1工(gōng)作原理
　　多孔平(píng)衡流(liú)量計沿用(yòng)了傳統(tǒng)孔(kǒng)闆流(liú)量計的(de)組成形(xíng)式，由(yóu)節流(liú)裝置、傳輸差壓(yā)信号(hào)的引壓管路及(jí)測量信号所用(yòng)的差(chà)壓計這3個(gè)部分所組成。并(bìng)巧妙地将多孔(kǒng)整流(liú)器與傳統(tǒng)單孔(kǒng)節(jiē)流(liú)孔闆(pǎn)的結(jié)構形(xíng)式、性(xìng)能特(tè)點相結合(hé)，形成了新型的(de)多孔(kǒng)節流(liú)整流器，用以替(tì)代原(yuán)有的單(dān)孔孔闆作爲節(jiē)流原件(jiàn)安裝于(yú)流體管道上(shàng)。多孔節流(liú)整流器上(shàng)每個節流孔(kǒng)的尺寸(cùn)大小及(jí)分(fèn)布情(qíng)況都是由(yóu)特定(dìng)的公(gōng)式及實測數據計算所得，故被稱之爲函數孔(kǒng)。流(liú)量檢測(cè)時，所測介(jiè)質在(zài)通過多(duō)孔節流(liú)整流器的同時(shí)進行流體(tǐ)整流(liú)，減小節流裝置(zhì)後的渦流，形成(chéng)較穩定的紊(wěn)流(liú)，從而使引(yǐn)壓管(guǎn)路能夠(gòu)獲取到較穩(wěn)定的差壓信号，并進(jìn)一步(bù)通過(guò)伯努(nǔ)利方程計算得(dé)出工(gōng)藝所(suǒ)需體(tǐ)積流(liú)量、質量流(liú)量等流量參數。
 
2多孔(kǒng)平衡(héng)流量計的性能優化(huà)
　　多孔(kǒng)平衡流量(liàng)計是以傳統(tǒng)孔闆流(liú)量計爲基礎，改變其節(jiē)流孔的(de)構成形式，從而(ér)極(jí)大(dà)程度地優(yōu)化了使(shǐ)用(yòng)性能(néng)。
1)平衡(héng)流場(chǎng)，提高(gāo)測量(liàng)精度(dù)
　　傳統孔闆(pǎn)流量計的(de)節流(liú)裝置隻設(shè)有一個圓形節(jiē)流孔，節流原件與管(guǎn)壁(bì)結合處(chù)成直角，在(zài)流體通過節流孔時(shí)，孔兩(liǎng)邊會(huì)有大(dà)面積的(de)“死(sǐ)區”，從(cóng)而産生持久的渦流(liú)，進而大量(liàng)消耗流(liú)體的動(dòng)能。同(tóng)時，雜(zá)亂的渦流所形(xíng)成的流體波動和噪(zào)聲也(yě)會讓測量(liàng)的線(xiàn)性度和正(zhèng)确率降低，并且(qiě)需要(yào)較長的直(zhí)管段(duàn)來(lái)恢複流體正(zhèng)常(cháng)的壓力(lì)和流場。多(duō)孔平衡流量計(jì)的節流裝置結合了多孔整(zhěng)流器的(de)整流(liú)原理，通過使(shǐ)用精密的計(jì)算，使多孔(kǒng)節流(liú)整流(liú)器可(kě)以最(zuì)大程度地(dì)減少死區(qū)效應，避免(miǎn)渦流的産(chǎn)生，平(píng)衡流(liú)場(chǎng)，降低因(yīn)渦流所引起的信号(hào)波動，提高(gāo)取壓點(diǎn)數(shù)據的(de)正确率，從而使(shǐ)檢測精度從傳(chuán)統孔闆流量計(jì)的±1%~±2%提高至±0.3%、±0.5%，能更(gèng)好的(de)适用于如(rú)能(néng)量計量、貿易(yì)核算等有較高流量測量(liàng)精度要求的場合。
2)減(jiǎn)小永(yǒng)久壓(yā)力損(sǔn)失、縮(suō)短直(zhí)管段(duàn)安裝距離(lí)
　　多孔(kǒng)平衡(héng)流量計的(de)節流裝(zhuāng)置(zhì)采用(yòng)了對(duì)稱式的流(liú)通孔(kǒng)布局(jú)設計(jì)，提升了流體通(tōng)過的效率(lǜ)，最大(dà)程度地降(jiàng)低了(le)渦流的形成，減(jiǎn)少了流體通過(guò)節流裝置(zhì)時造(zào)成的紊流摩擦(cā)及動(dòng)能(néng)的(de)損失(shī)，和傳(chuán)統(tǒng)孔闆流(liú)量計相比，既可(kě)獲得(dé)更差(chà)壓信(xìn)号，又降低(dī)了1/3~1/2的(de)永久(jiǔ)性(xìng)的壓力損失。同時，節流(liú)裝置(zhì)後流體壓(yā)力較快(kuài)的(de)平穩(wěn)恢複又可(kě)縮短(duǎn)流量計安裝時所需的上下遊(yóu)直管段距(jù)離。通(tōng)常，多孔平衡流(liú)量計的上(shàng)下遊安裝(zhuāng)直管(guǎn)段隻(zhī)需0.5d~2d,是(shì)傳統孔闆流(liú)量(liàng)計(jì)所需直(zhí)管段的1/7甚(shèn)至更(gèng)短，很大程(chéng)度上(shàng)節省(shěng)了流體測量的(de)管道(dào)材料及(jí)安(ān)裝投入成(chéng)本，這一優勢也(yě)得到了各(gè)行業(yè)的廣泛(fàn)認(rèn)可。
3)量(liàng)程比寬(kuān)、穩定性更好(hǎo)
　　多孔(kǒng)平衡(héng)流量計特(tè)殊的(de)多孔(kǒng)節流(liú)裝置(zhì)極大程度地提(tí)高了(le)流體測量(liàng)量程(chéng)比。美國某(mǒu)機構的實(shí)驗(yàn)數(shù)據結果顯示，多(duō)孔平衡流量計常規測量(liàng)的量程比可以(yǐ)做到(dào)7:1~10:1，如果函(hán)數(shù)孔(kǒng)計(jì)算參數選擇合(hé)适，量程比可以達到(dào)30:1甚至更高(gāo)，這一(yī)數據(jù)比傳統孔闆(pǎn)流量計(jì)要高(gāo)出2~7倍。而且，傳統孔闆流量(liàng)計的流量(liàng)系數--般在雷諾數高(gāo)于4000時才(cái)能(néng)趨于平穩(wěn)，在雷(léi)諾數(shù)較低時(shí)受(shòu)其影(yǐng)響較(jiào)大。但多孔(kǒng)平衡(héng)流量計的(de)管道内(nèi)基本無滞留區，其(qí)流量(liàng)系數(shù)受雷諾數(shù)的影(yǐng)響很小。即(jí)使(shǐ)在較低雷諾(nuò)數的測量條件(jiàn)下，多孔(kǒng)平衡流(liú)量計(jì)的正确率(lǜ)依然能(néng)夠得到(dào)保證，從(cóng)根(gēn)本上(shàng)提升了流量檢(jiǎn)測時(shí)測量精度(dù)的穩定性。
3多孔(kǒng)平衡(héng)流量計的應用
　　多孔平衡(héng)流量計不僅适(shì)合在常見(jiàn)工況(kuàng)條件下使(shǐ)用，在(zài)某些特殊(shū)工況流(liú)量測(cè)量中也(yě)得到了(le)很好的應用。
1)高量程比流量測量(liàng)
　　在醫(yī)藥、化(huà)工等(děng)行業中，蒸(zhēng)汽一般作(zuò)爲熱媒(méi)介質被用于(yú)加熱(rè)或加(jiā)濕工(gōng)段(duàn)，通(tōng)常由于不同(tóng)季節或(huò)一天中的(de)不同(tóng)時段所需加(jiā)熱(rè)、加濕(shī)量的(de)不同，造成(chéng)燕汽能源(yuán)計量時蒸汽總(zǒng)管用汽流量有(yǒu)較大(dà)波動，往往遠遠超出傳統(tǒng)孔闆流量(liàng)計3:1的量程(chéng)比(bǐ)範圍。同(tóng)樣(yàng),在(zài)其(qí)他(tā)類似(sì)需要大(dà)量程比流量測量(liàng)時,傳統孔(kǒng)闆流量計(jì)亦無法(fǎ)适用。而多孔平衡流量(liàng)計可适用于10:1甚(shèn)至更(gèng)高的(de)量程(chéng)比的流量測量(liàng),并且因其測量(liàng)精度高，受雷諾(nuò)數影響小，可(kě)進(jìn)行較爲正确的高量程比流量(liàng)檢測(cè)或能源計(jì)量。
2)雙向(xiàng)流流量(liàng)測量
　　傳統孔闆流量計的節流(liú)裝置僅在下遊(yóu)設有(yǒu)斜角(jiǎo)，而多(duō)孔平衡流(liú)量計(jì)的節(jiē)流裝置上下遊采取完全(quán)對稱設計。這種(zhǒng)對稱(chēng)的結構形(xíng)式使(shǐ)其在某些(xiē)需要雙向流流(liú)量檢測的(de)特殊(shū)工況條(tiáo)件下，可(kě)以實(shí)現隻使用(yòng)一台流量儀表(biǎo)即可(kě)進行雙(shuāng)向(xiàng)流流(liú)量檢測。
3)短直管(guǎn)段(duàn)流(liú)量測(cè)量
　　受場地(dì)大小(xiǎo)、建築尺寸等外(wài)在客觀條件的(de)限制(zhì)，在布置工(gōng)藝管(guǎn)道(dào)走向時(shí)往往無法爲流(liú)量測量預留出(chū)足夠(gòu)的直(zhí)管段(duàn)安裝距離，從而(ér)影響(xiǎng)測(cè)量精度(dù)。特别(bié)是在特殊(shū)貴重(zhòng)金屬如锆(gào)材、哈(hā)氏合金、鉻钼合(hé)金鋼等工(gōng)藝管道上進行流量(liàng)測量時，較(jiào)長的直管(guǎn)段需(xū)求意(yì)味着昂貴(guì)的建設成(chéng)本。在(zài)這種情(qíng)況下，多孔平(píng)衡流量計(jì)上下(xià)遊直管段(duàn)距離僅需0.5d~2d的(de)應(yīng)用優勢尤(yóu)爲明(míng)顯，即可節省工(gōng)藝管(guǎn)道、安(ān)裝支(zhī)架等的(de)鋪設成(chéng)本，又可滿足在(zài)短直管段流量(liàng)測量時(shí)的精度(dù)要求，是一(yī)種較(jiào)爲(wèi)經濟的流量(liàng)檢測配置(zhì)方式(shì)。
4)大口(kǒu)徑流量檢(jiǎn)測
　　在大口(kǒu)徑的(de)流量(liàng)檢測中，多(duō)孔(kǒng)平(píng)衡流量計(jì)亦有其不(bú)可替(tì)代的獨特(tè)優勢。隻需(xū)通(tōng)過正确(què)計算對相(xiàng)應節流孔(kǒng)的尺寸、數(shù)量及分布情況(kuàng)進行(háng)調整(zhěng)，即可(kě)在較短的管道距離内進行大(dà)口徑(jìng)的流量測(cè)量，無需擔(dān)憂(yōu)因(yīn)管道口徑較大而産生的15d甚至(zhì)更長的上(shàng)下遊(yóu)直管段距(jù)離。特(tè)别是(shì)在高(gāo)溫、低(dī)壓等(děng)各種嚴苛(kē)工況下，多孔平(píng)衡流量計也能保證大口(kǒu)徑流(liú)量測(cè)量精度的(de)穩定(dìng)性(xìng)。同(tóng)時，可以使用(yòng)多對取壓孔(kǒng)進行(háng)取壓的冗餘配(pèi)置，以(yǐ)确保(bǎo)差壓信号被有效傳(chuán)輸，降(jiàng)低大口徑流量(liàng)檢測(cè)的後期維(wéi)護(hù)、清掃、運營成(chéng)本。
5)高溫(wēn)及極低(dī)溫流體(tǐ)測(cè)量
　　由(yóu)于本(běn)體(tǐ)及法蘭(lán)材質選(xuǎn)擇的多(duō)樣化(huà)，多孔平衡(héng)流量計擁有(yǒu)較(jiào)爲廣泛的(de)工作(zuò)溫度。通過對不同材(cái)質的選用(yòng)，多孔平衡(héng)流量(liàng)計可(kě)測量850c甚至更高溫(wēn)度的高溫流體介(jiè)質,亦(yì)适用于液(yè)氮、液(yè)氧、液(yè)氫、液氩等(děng)極低溫流體的(de)流量(liàng)測量(liàng)。
6)多種(zhǒng)管道連接(jiē)方式選擇
　　多(duō)孔(kǒng)平衡(héng)流量計誕(dàn)世至(zhì)今，爲适(shì)應(yīng)各(gè)種(zhǒng)工況(kuàng)的管(guǎn)道連接要(yào)求，逐(zhú)步衍(yǎn)生出(chū)多(duō)種(zhǒng)連接方式(shì)以供選擇(zé)。如可用于(yú)大(dà)多數:工(gōng)況的管道(dào)式法蘭連(lián)接，可用于(yú)大口徑流(liú)量測(cè)量的對夾(jiá)式連接，适(shì)用于(yú)高溫(wēn)高壓工況(kuàng)的焊接式連接(jiē)以及(jí)适用于黏稠、有毒、強腐蝕(shí)液體、髒污及(jí)粉(fěn)塵氣(qì)體介質流(liú)量測量(liàng)的(de)雙法蘭式(shì)連接等等(děng)。而節流(liú)裝置的(de)外形(xíng)也從最初(chū)便于管道(dào)連接的圓管(guǎn)形節流(liú)裝置(zhì)，演變(biàn)出方(fāng)管式(shì)節流(liú)裝置(zhì)，以便于更簡便(biàn)地與(yǔ)各種(zhǒng)方形管道進行連接，可适(shì)用于空調(diào)系統(tǒng)送、排風風(fēng)量檢測。
7)一體化(huà)
　　在檢測儀表一(yī)體化的(de)發展趨勢帶動下(xià)，多孔(kǒng)平(píng)衡流量(liàng)計同(tóng)樣化零爲(wèi)整，将節流原件、引壓管路(lù)、閥組(zǔ)及差壓計(jì)等需分步(bù)安裝的儀(yí)表原(yuán)件整(zhěng)合爲一體(tǐ),從而減少(shǎo)安裝步驟,以(yǐ)滿(mǎn)足适(shì)合工況條件下快速安裝(zhuāng)、使用(yòng)的需求。
3核(hé)電仿(páng)真機(jī)驗證(zhèng)
　　爲驗(yàn)證上述(shù)分(fèn)析,在(zài)某核(hé)電站(zhàn)進行(háng)全(quán)方(fāng)位仿真機(jī)驗證。試驗(yàn)變量描述(shù)如表(biǎo)1所示(shì)。
　　仿真結(jié)果(guǒ)如圖(tú)4所示(shì)。當電網頻率由50hz将至49.75hz時，機(jī)組進行一(yī)次調(diào)頻動作，産生約(yuē)爲64mw的一次調頻補償(cháng)量。汽機主(zhǔ)汽門在(zài)76s内(nèi)由55%開(kāi)度開啓至全開(kāi)，汽機功(gōng)率gre0i2my由1089mw上(shàng)升至(zhì)1144mw,r棒(bàng)rgl013qm在102s内提升了(le)6步,c2報警信(xìn)号(hào)出(chū)現，控制棒(bàng)提升被閉鎖，熱(rè)功率爲3011mwt,這些都(dōu)将導緻核(hé)電機(jī)組無法安全穩定(dìng)的運(yùn)行(háng)，并且(qiě)超出了核(hé)電機(jī)組運行技(jì)術規(guī)範,根據規(guī)程,核(hé)電操縱(zòng)員(yuán)必須要避免(miǎn)此類狀(zhuàng)況的發生，當發(fā)生此類功率，必(bì)須手動(dòng)降低反(fǎn)應堆(duī)的功(gōng)率，是(shì)機組核功率穩(wěn)定在(zài)100%之(zhī)内(nèi)。
 

4一次(cì)調頻優(yōu)化
　　由于反應堆(duī)的控制(zhì)模式(shì)是“堆跟機模(mó)式”，即反應堆(duī)的功率(lǜ)緊緊跟随汽輪(lún)機(jī)的功(gōng)率。如果(guǒ)反應堆(duī)因爲(wèi)汽(qì)輪機一(yī)次調頻功(gōng)能而(ér)超功率,将(jiāng)會(huì)閉(bì)鎖控制(zhì)棒(bàng)，甚至會緊(jǐn)急(jí)停堆，反(fǎn)而會加劇電網頻率異常事故(gù)。基于上述(shù)分析，核電機組(zǔ)的控制特性決(jué)定其參與(yǔ)一次調頻的能力有限，核(hé)電一(yī)次調頻死(sǐ)區設置太小，當電網發生故障(zhàng)時，可能會對核電機(jī)組的安全(quán)運行造成影響(xiǎng)，使機(jī)組停(tíng)機，造(zào)成更大(dà)事故。因此綜合(hé)考慮，從以下方面考慮進行優化研究(jiū)。
根據核(hé)電(diàn)機組(zǔ)的特殊(shū)性，優化(huà)設置一次調頻(pín)限幅(fú)值。
　　優化設(shè)置一次調頻死(sǐ)區值，整個電網(wǎng)一次調頻動作分梯(tī)隊進(jìn)行，進(jìn)行水電、火電一(yī)次調頻動作，最(zuì)後進(jìn)行對(duì)穩定(dìng)要求較高的核電機(jī)組(zǔ)一次調頻(pín)動作。
　　增加預(yù)警信(xìn)号,在反(fǎn)應堆保(bǎo)護動作啓(qǐ)動前，增加一些預警(jǐng)信号，能更(gèng)好的控制(zhì)汽輪(lún)機一次(cì)調頻動(dòng)作。
5結(jié)束(shù)語(yǔ)
　　電網頻率(lǜ)是(shì)電網安(ān)全穩(wěn)定運行的關鍵參(cān)數，其控(kòng)制主要依(yī)靠(kào)各(gè)發電(diàn)機(jī)組的一次調頻(pín)和(hé)二次調頻(pín)實現的，其(qí)中(zhōng)一次調(diào)頻尤(yóu)爲重要。針對核電機組滿(mǎn)功率(lǜ)情況(kuàng)下(xià)，分析了(le)一次調頻動作(zuò)存在的風險，并(bìng)提出相應的方向，對核電(diàn)機組(zǔ)一次(cì)調頻有重要的指導意義(yì)。

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