流量測量裝置標定曲線外推技術探討

　　在現代大型火力發電廠優化運行、熱經濟分析和汽輪機組熱力性能試驗中，各類流體的流量測量精度十分重要。例如按照ASMEPTC6標準進行熱耗試驗時，進入除氧器的主凝結水的流量的測量精度1:1地影響著汽輪機熱耗率計算結果；在汽輪機本體低缸效率試驗時，而主凝結水流量測量值精度對低壓缸效率計算結果的影響比例關系約為1:3。
　　
　　為了提高性能試驗結果的可信度和流量測量的性，流量測量裝置需要在試驗的前后進行標定，標定一般是在標準的校驗臺上進行，將整套流量測量裝置（包括上游管段、下游管段、穩流柵和流量噴嘴及4個標準取壓孔）進行整體標定，得到流量測量裝置喉部雷諾數和流出系數的對應關系標定曲線。
　　
　　目前國內外普遍存在標定裝置的標定流體溫度低、流量小等缺點，使得標定曲線的雷諾數范圍難以滿足流量測量裝置實際應用的需要（實際雷諾數達到7×105～2×107），造成實際應用時，必須要將標定獲得的標定曲線進行外推。由于缺乏對標定曲線外推特性的了解，當前國內普遍采用的方法是：①將標定曲線的雷諾數zui大一個校驗點的流出系數放大2‰作為工作條件下的流出系數；②將標定曲線假定為直線進行擬合；③將標定曲線利用zui小二乘法進行擬合。這些方法缺乏相應的理論基礎和試驗驗證，必定會造成較大的計算誤差。研究流量測量標定曲線外推分析技術對提高汽輪機熱力性能試驗結果的準確性是一項重要的工作。
　　
　　1、標定裝置流量的基本計算方法
　　
　　1.1流體質量流量的計算公式
　　
　　流體的質量流量qm的計算公式如下　　
　　式中qm——流體的質量流量，kg/s
　　
　　C——工作條件下流量測量裝置喉部流體的流出系數
　　
　　β2E作條件下流量測量裝置喉部內直徑與上游直管段內直徑的比值
　　
　　ε——工作條件下流體流束的膨脹系數
　　
　　d——工作條件下流量測量裝置喉部內直徑，m
　　
　　ρ——工作條件下流體的密度，kg/m3
　　
　　△p——差壓值，Pa
　　
　　1.2流量測量裝置喉部流體雷諾數的計算公式
　　
　　流體喉部雷諾數的計算公式如下：　　
　　式中Red——流量測量裝置喉部流體的雷諾數
　　
　　qm——流體的質量流量，kg/s
　　
　　d——工作條件下流量測量裝置的喉部內直徑，m
　　
　　η——工作條件下流體的動力粘度，Pa·s
　　
　　1.3在標定雷諾數范圍內流體質量流量的計算方法
　　
　　在獲得標定曲線后，在喉部雷諾數不超過標定雷諾數范圍內時，可利用流量計算公式（1）、雷諾數計算公式（2）結合標定曲線進行迭代計算，可獲得流體質量流量較的結果。
　　
　　2、標定曲線的外推技術
　　
　　2．1流出系數與雷諾數的標準關系式
　　
　　根據ASMEPTC6-1996和ISO5167-1（1991年）（或GB/T2624-93）等標準，火電廠流體測量常用的標準流量測量裝置的流出系數與喉部雷諾數的標準關系式，分別如下：
　　
　　（1）ASME噴嘴：　　
　　2.2平移標準曲線獲得實際關系式
　　
　　根據標定數據，對流量測量裝置的標準曲線在精度允許的范圍內進行平移，可得到實際應用曲線。
　　
　　采用的平移方法為：
　　
　　（1）步驟1：對符合要求（標定的喉部雷諾數必須大于1.0×106）的每個標定點按公式（3）或公式（4）或公式（5）計算出對應的標準流出系數CAi，再計算每個標定點實際標定的流出系數Cmi和標準流出系數CAi的偏差值△Ci（△Ci=Cmi-CAi）。
　　
　　（2）步驟2：剔除△Ci在±25×10-4的范圍之外的標定點，然后對所有剩余標定點的△Ci求算術平均值　　
　　△Cm也應在±25×10-4的范圍內，否則認為噴嘴不符合相應標準的要求。只要制造精度符合相應的標準，該流量測量裝置的流出系數與喉部雷諾數的關系式可表示為：
　　
　　ASME噴嘴　　
　　2.3流量測量裝置流量計算分析軟件包開發
　　
　　當獲得△Cm后，在實際使用時就可利用公式（6）或公式（7）或公式（8）來計算特定喉部雷諾數下的流出系數，進而利用公式（1）計算出實際流量。整個計算是一個十分繁瑣和復雜的迭代計算過程，為了便于工程應用，筆者開發出相應的軟件，在臺州電廠北重生產的330MW汽輪機熱力性能鑒定試驗、吳涇電廠上汽生產的600MW汽輪機熱力性能鑒定試驗和巴基斯坦木札伐格電站上汽生產的320MW汽輪機熱力性能鑒定試驗等重大試驗中應用，使用情況良好，試驗與計算結果得到國內外用戶認可，受到國內外同行的好評。
　　
　　3、應用實例
　　
　　某套ASME喉部取壓低倍率長徑噴嘴流量測量裝置的一對取壓孔的標定數據和分析數據見表1。　　
　　經過計算分析，流出系數偏差△C的平均值為△Cm=15×10-4，利用該套裝置的該對取壓孔進行流量測量時，其流出系數與喉部雷諾數的關系式應為：　　
　　4、結論
　　
　　（1）結合國內實際情況，給出了在實際測量中當流體雷諾數超過標定范圍時，將標定曲線進行合理外推的新技術，解決了原有外推誤差大的技術難題，確保了流量測量結果符合ASME規范的高精度要求。
　　
　　（2）根據標準，結合標定試驗，推導出國內外制造的各類流量測量裝置的流出系數與流量喉部雷諾數的實際應用關系式，編制了各種流量測量裝置的計算分析軟件包，適用于火力發電廠各類流量的測量計算，工程上是實用的。