摘要:多孔(kǒng)平衡流量計 是(shi)在傳統 孔闆流(liú)量計 的基礎上(shàng)所研發出的新(xīn)一代節流式流(liú)量計。通過介😍紹(shao)其基本工作原(yuan)理及優化後的(de)性能特點，并結(jie)💋合幾種工況條(tiáo)♌件下👉的使用，對(dui)多孔平衡流量(liàng)計的應用加以(yǐ)闡述。
0引言
　　節流(liú)式流量計 通常(chang)也被稱之爲 差(cha)壓式流量計 ，迄(qi)今爲止仍因其(qí)制造工藝标準(zhun)化、使用技術成(cheng)熟、适用範圍㊙️廣(guang)，而被水利、石油(yóu)、化工等各行各(gè)業廣泛♌地應用(yong)，占🌈流量計使用(yòng)總數的50%以上。但(dan)同時，其測量⚽精(jing)度低、量程比小(xiao)、上下遊安裝直(zhi)管段距離長、節(jie)流裝置後所🧑🏽‍🤝‍🧑🏻産(chan)生的永久壓力(li)損失大等諸多(duō)不足也日益趨(qu)顯。
　　随着儀表測(ce)量、制造技術的(de)不斷發展，爲适(shì)應各種⛱️過程控(kòng)制對于節流式(shi)流量計測量精(jing)度及使用性能(neng)的更高要求♌節(jiē)流式流量計，即(ji)多孔平衡流量(liàng)計随之而🔆誕生(shēng)。多孔平衡流量(liang)計誕生之初由(you)美國國家航空(kōng)航天局馬歇爾(ěr)航空飛🔞行中心(xin)最先應用于✍️航(hang)天飛機主發動(dong)機的液态氧流(liú)量測量，随後因(yin)其測量、使用性(xìng)能被更多行業(ye)所熟知并發展(zhǎn)使用。
1工作原理(lǐ)
　　多孔平衡流量(liang)計沿用了傳統(tǒng)孔闆流量計的(de)組成❄️形式，由☁️節(jie)流裝置、傳輸差(chà)壓信号的引壓(yā)管路及測量信(xìn)🈲号所用的差壓(yā)計這3個部分所(suǒ)組成。并巧妙地(di)将多孔整流器(qì)與傳統單孔節(jie)流孔闆的結構(gòu)形式、性能特點(dian)相結合，形💞成了(le)新型的多孔節(jie)流整流器，用以(yi)替代原有的單(dan)孔孔闆作爲節(jie)流原件安裝于(yú)流體管道上。多(duō)孔節流整流器(qi)上每個節流孔(kong)的尺寸大小及(ji)🚩分布情況都是(shi)💜由特定的公式(shì)及實測數據計(jì)算所得，故被稱(cheng)之爲函數孔。流(liú)量🐆檢測時，所測(ce)介質在通過多(duō)孔節流整流器(qì)的同時進行流(liú)體整流，減小節(jie)流裝置後的渦(wo)流，形成較穩定(ding)的紊流，從而使(shǐ)引壓管路能夠(gou)獲取到較穩定(dìng)的差壓信号，并(bing)進一步通過伯(bó)努利方程計算(suan)得出工藝所需(xu)體積🤟流量、質量(liàng)🔱流量等流量參(can)數。
 
2多孔平衡流(liú)量計的性能優(you)化
　　多孔平衡流(liu)量計是以傳統(tǒng)孔闆流量計爲(wei)基礎，改變其節(jiē)🈲流孔的構成形(xing)式，從而極大程(cheng)度地優化了使(shǐ)用性能。
1)平衡流(liú)場，提高測量精(jing)度
　　傳統孔闆流(liu)量計的節流裝(zhuang)置隻設有一個(ge)圓形節流孔，節(jiē)流原件與管壁(bi)結合處成直角(jiao)，在流體通過節(jiē)流孔時👄，孔兩👣邊(biān)會有大面積的(de)“死區”，從而産生(shēng)持💘久的渦流，進(jin)而大量消耗流(liú)體的動能。同時(shí)，雜亂的渦流所(suo)形成的流體📧波(bo)動和噪🔅聲也會(huì)讓測量的線性(xing)度和正确率降(jiàng)低，并且需要較(jiào)長的🔅直管段來(lai)恢複流體正常(cháng)的壓力和流場(chang)。多♌孔平衡流量(liang)計的節👉流裝置(zhì)結合了多孔整(zhěng)流器的整流原(yuán)理，通過使用精(jing)密的計算，使多(duō)孔節流整流器(qì)可以最大程度(du)地減少死區效(xiao)應，避免渦流的(de)産生，平衡流場(chang)，降低因渦流所(suǒ)引起的信号波(bo)動，提高取壓點(diǎn)數🔅據的正确⭐率(lü)，從而使檢測精(jīng)度從傳統孔闆(pan)流量計的±1%~±2%提高(gāo)至💰±0.3%、±0.5%，能更好的适(shì)用于如能量計(ji)量、貿易核算等(děng)有較高流量測(ce)量精度要求的(de)場合。
2)減小永久(jiǔ)壓力損失、縮短(duan)直管段安裝距(ju)離
　　多孔平衡流(liú)量計的節流裝(zhuang)置采用了對稱(cheng)式的流通孔布(bu)局設計，提升了(le)流體通過的效(xiào)率，最大程度地(dì)降低了渦流的(de)形🈲成，減少了流(liu)體通過節流裝(zhuang)置時造成的紊(wen)流摩擦及動能(neng)的損失，和傳統(tong)孔闆流量計相(xiàng)比，既可獲得更(geng)差壓信号，又降(jiàng)低了1/3~1/2的永久性(xing)的壓力損失。同(tóng)時，節流裝置後(hòu)流體壓力較快(kuài)的平穩恢複又(you)可‼️縮短流量計(jì)安裝時所需的(de)上下遊直管段(duan)距離。通常，多孔(kǒng)平衡流量計的(de)上下遊安裝直(zhi)管段隻需0.5D~2D,是傳(chuan)統孔闆流量計(ji)所需直管段的(de)1/7甚至更短，很大(dà)程度上節省了(le)流☎️體測量的管(guan)道材料及安裝(zhuang)投入成本，這一(yi)優勢也得到了(le)各行業的廣泛(fan)認可。
3)量程比寬(kuan)、穩定性更好
　　多(duo)孔平衡流量計(jì)特殊的多孔節(jie)流裝置極大程(chéng)度地提高了流(liú)體測量量程比(bi)。美國某機構的(de)實驗數據結果(guǒ)顯✨示，多孔平衡(héng)流量計常規測(ce)量的量程比可(ke)以做到7:1~10:1，如果函(hán)數孔計算參數(shù)選擇合适，量程(chéng)比可以達到30:1甚(shen)至更高，這一數(shu)據比傳統孔🌈闆(pan)流量計要高出(chū)2~7倍。而且，傳統孔(kǒng)闆流量計的流(liu)🚩量系數--般在雷(léi)諾數高于4000時💃才(cái)能趨于平穩，在(zai)雷諾數較低時(shí)受其影響較👈大(dà)。但多孔平衡流(liú)量計的管道内(nèi)基本無滞留區(qu)，其流量系數受(shòu)雷諾數的影響(xiang)很小。即使在較(jiao)低雷諾數的測(ce)量條🔴件下，多孔(kong)平衡流量計的(de)正❓确率依然能(neng)夠得🔞到保證，從(cong)根本上提升了(le)流量檢🔞測時測(cè)量精度的穩定(ding)性。
3多孔平衡流(liú)量計的應用
　　多(duō)孔平衡流量計(ji)不僅适合在常(cháng)見工況條件下(xia)使🐇用，在⛷️某🔱些特(tè)殊工況流量測(ce)量中也得到了(le)很好的應用。
1)高(gāo)量程比流量測(cè)量
　　在醫藥、化工(gong)等行業中，蒸汽(qì)一般作爲熱媒(méi)介質被用于加(jiā)熱或加濕工段(duàn)，通常由于不同(tóng)季節或一天中(zhong)的不同🐇時段所(suo)需加熱、加濕量(liàng)的不同，造成燕(yan)汽能源計💛量時(shi)蒸汽總管用汽(qì)流量有較✉️大波(bo)動，往往遠遠超(chāo)出傳統孔闆流(liú)量計3:1的量程比(bi)範圍。同樣,在🍉其(qí)他類似需要大(dà)量程比流量測(cè)量時,傳統孔闆(pǎn)流👨‍❤️‍👨量計亦無法(fa)适用。而多孔平(píng)衡流量計可适(shì)用❗于10:1甚至更高(gao)的量程比的流(liu)量測量,并且📞因(yin)其測量精度高(gāo)💔，受雷諾數影響(xiǎng)小🔅，可進行較爲(wèi)正确的高量程(chéng)比流量檢測📱或(huo)能源計量。
2)雙向(xiang)流流量測量
　　傳(chuán)統孔闆流量計(ji)的節流裝置僅(jin)在下遊設有斜(xie)角🆚，而多孔平👉衡(héng)流量計的節流(liú)裝置上下遊采(cǎi)取完全對稱設(she)計。這種💋對稱的(de)結構形式使其(qí)在某些需要⛷️雙(shuāng)向流流量檢測(ce)的特🔆殊工況❗條(tiao)件下，可以實現(xiàn)隻使用一台流(liu)量儀表即可進(jìn)行雙向流流量(liang)檢測。
3)短直管段(duàn)流量測量
　　受場(chang)地大小、建築尺(chi)寸等外在客觀(guan)條件的限制，在(zai)布置工藝🍉管道(dao)走向時往往無(wú)法爲流量測量(liàng)預留出足夠的(de)直管段安裝距(jù)離，從而影響測(cè)量精度。特别是(shi)在特殊貴重金(jin)屬🏃如锆材、哈氏(shi)合金、鉻钼合金(jin)鋼等工藝管道(dào)上進行流量測(cè)♻️量時，較長的直(zhi)管段需求意味(wei)着💋昂貴的建設(she)成本。在這種情(qing)況下，多孔平衡(heng)流量計上下遊(you)直管段距離僅(jǐn)需0.5D~2D的應用優勢(shì)尤爲明顯🔴，即可(kě)節省工藝管道(dào)、安裝支架等的(de)鋪設成本，又可(ke)滿足在短🙇‍♀️直管(guan)段流量測量🛀🏻時(shi)的精度要求，是(shi)一種較爲經濟(jì)的流量檢測配(pei)置方式。
4)大口徑(jìng)流量檢測
　　在大(da)口徑的流量檢(jian)測中，多孔平衡(héng)流量計亦有其(qi)不可替代的獨(dú)特優勢。隻需通(tong)過正确計算對(duì)相應節流孔的(de)尺寸、數量及分(fen)布情況進行調(diào)整，即可在較短(duǎn)的⭐管道距離内(nei)進行大口徑的(de)流💃🏻量測量，無需(xu)擔憂因管道口(kou)徑較大而産生(sheng)的15D甚至更長的(de)上下遊直管段(duàn)距離。特别是在(zài)高溫、低壓等各(gè)種嚴苛工🚶況下(xià)，多孔平衡流量(liàng)計也能保㊙️證大(da)口徑流量測量(liang)精度的穩定性(xing)。同☂️時，可以使用(yòng)多對取壓孔進(jìn)行取壓的冗餘(yú)配置，以确保差(chà)壓信号被有☀️效(xiao)傳輸，降低大口(kǒu)徑流量檢測的(de)後期維護、清掃(sao)、運營成本🛀。
5)高溫(wēn)及極低溫流體(tǐ)測量
　　由于本體(ti)及法蘭材質選(xuǎn)擇的多樣化，多(duo)孔平衡流量計(ji)擁有較爲廣泛(fan)的工作溫度。通(tong)過對不同材質(zhi)的選用，多孔平(píng)衡流量計可測(cè)量850C甚至更高溫(wēn)度的高溫流體(tǐ)介質,亦适用于(yú)液氮、液氧、液氫(qīng)、液氩等極低溫(wen)流體的流量測(ce)量。
6)多種管道連(lián)接方式選擇
　　多(duō)孔平衡流量計(ji)誕世至今，爲适(shi)應各種工況的(de)管道連接要求(qiú)，逐步衍生出多(duō)種連接方式以(yǐ)供選擇👌。如可用(yòng)于大多數:工🌏況(kuàng)的🔞管道式法蘭(lan)連接，可用于大(dà)口徑流量測量(liang)的對夾式連♍接(jie)，适用于高溫高(gao)壓工況的焊接(jiē)式連接以及适(shì)用于黏稠、有毒(du)、強腐蝕🆚液體、髒(zang)污及粉塵氣體(ti)介😍質流量測量(liang)的雙法蘭式🈲連(lián)接等等。而節流(liu)裝置的外形也(yě)從最初便于管(guǎn)道✂️連接的圓管(guan)形節流裝置，演(yǎn)變出方管式節(jiē)流裝置🧡，以便于(yú)更簡便地與各(ge)種方形管道進(jin)行連接，可适🏃用(yòng)于空調系統送(sòng)、排風風量檢測(ce)。
7)一體化
　　在檢測(cè)儀表一體化的(de)發展趨勢帶動(dòng)下，多孔平衡流(liú)量計同樣💁化零(ling)爲整，将節流原(yuan)件、引壓管路、閥(fá)組及差壓計㊙️等(děng)需分步安裝🥰的(de)儀表原件整合(hé)爲一體,從而減(jian)少安裝步驟,以(yi)滿足适合工況(kuàng)條件下快速🍉安(an)裝、使用的需求(qiu)。
3核電仿真機驗(yan)證
　　爲驗證上述(shù)分析,在某核電(diàn)站進行全方位(wei)仿真機驗證🈚。試(shì)驗變量描述如(rú)表1所示。
　　仿真結(jie)果如圖4所示。當(dāng)電網頻率由50Hz将(jiāng)至49.75Hz時，機組進行(hang)一次㊙️調頻動作(zuo)，産生約爲64MW的一(yī)次調頻補償量(liàng)。汽機主汽門在(zài)76s内由55%開度開✂️啓(qi)至全開，汽機功(gōng)率GRE0I2MY由1089MW上升至1144MW,R棒(bàng)RGL013QM在102s内提升了6步(bu),C2報警信☂️号出現(xiàn)，控制棒提升被(bei)閉鎖，熱功率爲(wei)3011MWt,這些都将導緻(zhì)核電機組無法(fa)安全穩定的運(yùn)⛹🏻‍♀️行，并且超出了(le)核電機組🏃🏻‍♂️運行(hang)技術規範,根據(jù)規程,核電操縱(zong)員必須要避免(mian)此類狀況的發(fā)生，當發❌生此類(lèi)功率，必須手動(dong)降低反應堆的(de)功🌂率，是機組核(he)功率穩🤞定在100%之(zhi)内。
 

4一次調頻優(you)化
　　由于反應堆(duī)的控制模式是(shì)“堆跟機模式”，即(jí)反應堆的‼️功率(lǜ)緊緊跟随汽輪(lún)機的功率。如果(guǒ)反應堆因爲汽(qì)輪機一🏒次調㊙️頻(pin)功能而超功率(lü),将會閉鎖控制(zhi)棒㊙️，甚至會緊急(jí)停堆，反而⚽會加(jia)劇電網頻率異(yi)常事故。基于上(shang)述分析，核電機(ji)組的控制特性(xìng)決定其參與一(yī)次調頻的能力(li)有限，核電一次(cì)調頻死區設置(zhi)太小，當電網發(fā)生故障時，可能(néng)會🏃🏻‍♂️對核電機組(zǔ)的🔅安全🔱運行造(zao)成影響，使機組(zǔ)停機，造成更大(da)事故。因此綜合(hé)✊考慮，從以下方(fang)面考慮進行優(you)化研究🚶‍♀️。
根據核(he)電機組的特殊(shū)性，優化設置一(yi)次調頻限幅值(zhi)。
　　優化設置一次(cì)調頻死區值，整(zhěng)個電網一次調(diao)頻動作分梯隊(duì)進行，進行水電(dian)、火電一次調頻(pin)動作，最後進行(háng)對穩🏃🏻‍♂️定要求較(jiào)高的核電機組(zu)一次調頻動作(zuo)。
　　增加預警信号(hao),在反應堆保護(hù)動作啓動前，增(zeng)加一些預警信(xin)号，能更好的控(kong)制汽輪機一次(ci)調頻動作。
5結束(shu)語
　　電網頻率是(shi)電網安全穩定(ding)運行的關鍵參(cān)數，其控制主要(yao)依靠各發電機(ji)組的一次調頻(pin)和二次調頻實(shi)現的，其中一⛹🏻‍♀️次(cì)調頻尤爲重要(yao)。針對核電機組(zǔ)滿功率情況下(xia)，分析了一次調(diào)頻動作存在的(de)風險，并提出相(xiang)應🌈的方向，對核(he)電機組一次調(diao)頻🧡有重要的指(zhǐ)導意義。

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