摘要(yào):多孔平衡(héng)流量計 是(shì)在傳統 孔(kong)闆流量計(ji) 的基礎上(shàng)所研發出(chu)的新一代(dai)節流式流(liu)量計。通過(guo)⭕介紹其基(ji)本工作原(yuán)理及優化(hua)後的性能(néng)特點，并結(jié)合幾種工(gōng)況條件下(xià)的使✉️用，對(dui)多孔平衡(héng)流量計的(de)應用加以(yǐ)闡述。
0引言(yán)
　　節流式流(liu)量計 通常(cháng)也被稱之(zhi)爲 差壓式(shi)流量計 ，迄(qì)今爲止仍(réng)因其制造(zao)工藝标準(zhun)化、使用技(ji)術成熟、适(shì)用範圍廣(guǎng)，而被水利(li)、石油、化工(gōng)等各行各(ge)業廣泛地(dì)應用，占🙇🏻流(liu)量計使用(yòng)總數的50%以(yi)上。但同時(shí)，其測量精(jīng)度低、量程(chéng)比☔小、上下(xia)🚶遊安裝🏃🏻直(zhi)管段距離(li)長、節流裝(zhuang)置後所産(chǎn)生的永久(jiǔ)壓力損🚶失(shī)大等諸📞多(duō)不足也💜日(ri)益趨顯。
　　随(sui)着儀表測(ce)量、制造技(ji)術的不斷(duan)發展，爲适(shì)應各種過(guò)程控制對(duì)于節流式(shì)流量計測(ce)量精度及(ji)使用性能(neng)的💘更高♍要(yao)求🌈節流式(shi)流🏒量計，即(ji)多孔平衡(héng)流量計随(suí)之而誕生(shēng)。多孔平衡(heng)流量計誕(dan)生之初由(you)美國國家(jia)航空航💰天(tiān)局馬歇爾(ěr)航空飛行(háng)中心最先(xian)應用于♋航(hang)天飛機主(zhu)✏️發動機的(de)液态氧流(liú)量測💔量，随(sui)後因其測(cè)量、使用性(xìng)🥵能被更多(duo)行業所熟(shu)知并發展(zhan)使用。
1工作(zuò)原理
　　多孔(kong)平衡流量(liang)計沿用了(le)傳統孔闆(pan)流量計的(de)組成形式(shì)，由節流✉️裝(zhuāng)置、傳輸差(chà)壓信号的(de)引壓管路(lu)及測🆚量信(xìn)号所用的(de)差壓計這(zhè)❤️3個部分所(suo)組成。并巧(qiao)妙地将多(duō)孔整流器(qì)與傳統單(dan)孔節流孔(kong)闆的結構(gou)形式🙇🏻、性能(neng)特點🏃🏻‍♂️相結(jie)合，形成了(le)新型的多(duo)孔節☁️流整(zhěng)流器🐪，用以(yi)替代原有(yǒu)的單孔孔(kǒng)💋闆作爲節(jie)流原件安(an)裝于流體(ti)管道上。多(duō)孔節流整(zheng)流器上每(mei)個節流孔(kong)的尺寸大(da)小及分布(bù)情況都是(shì)由特定的(de)公式及實(shi)測數據計(ji)算所得，故(gu)被稱⭐之爲(wèi)函數孔。流(liú)量檢測時(shí)，所測介質(zhi)在通過多(duo)孔節流整(zhěng)流器的同(tóng)時進行流(liu)體整流，減(jian)小節流裝(zhuang)置💚後的渦(wo)流，形成較(jiào)穩定的紊(wěn)流，從而使(shi)引壓管✨路(lu)能夠獲取(qǔ)到較穩定(dìng)的差壓信(xin)号，并✏️進一(yī)步通過伯(bó)努利方程(cheng)計算得出(chu)工藝所需(xū)體積🔴流量(liang)、質量流量(liang)等流量參(can)數。
 
2多孔平(ping)衡流量計(jì)的性能優(you)化
　　多孔平(píng)衡流量計(ji)是以傳統(tǒng)孔闆流量(liàng)計爲基礎(chǔ)，改變其🏃🏻‍♂️節(jie)流🈲孔⭐的構(gòu)成形式，從(cong)而極大程(chéng)度地優化(hua)了使用性(xìng)能。
1)平衡流(liú)場，提高測(ce)量精度
　　傳(chuán)統孔闆流(liú)量計的節(jie)流裝置隻(zhī)設有一個(ge)圓形節流(liu)孔，節流原(yuan)件與管壁(bì)結合處成(chéng)直角，在流(liu)體通過節(jiē)流孔時，孔(kong)兩邊會有(yǒu)大面積的(de)“死區”，從而(ér)産生持久(jiu)的渦流，進(jin)而大量消(xiāo)耗流體的(de)動能。同時(shi)，雜亂的渦(wō)流所形成(cheng)的流體波(bo)動和噪聲(sheng)也會讓💘測(ce)量的線💋性(xing)度和正确(que)🏃‍♀️率降低，并(bing)且需要較(jiào)長的直管(guan)段來恢複(fu)流體正常(chang)的壓力和(hé)流場。多孔(kǒng)平衡流量(liàng)計的節流(liu)裝置結💘合(he)了多孔整(zhěng)流器的整(zhěng)流原理，通(tong)過使用精(jing)🛀密的計算(suan)，使多孔🏃‍♂️節(jiē)流整流器(qi)可以最大(dà)程度地♋減(jian)少死區效(xiào)應，避免渦(wo)🌏流的産生(sheng)，平衡流場(chǎng)，降低因渦(wō)流所引起(qǐ)的信号波(bo)動💃🏻，提高取(qǔ)壓點數據(jù)的正确⭐率(lü)，從而使檢(jiǎn)☂️測精度從(cong)傳統孔闆(pǎn)流量計的(de)±1%~±2%提高至㊙️±0.3%、±0.5%，能(neng)更好的适(shi)用于如能(neng)量計量、貿(mao)易核算等(deng)有較高流(liu)量測量精(jīng)度要求的(de)場合。
2)減小(xiǎo)永久壓力(lì)損失、縮短(duǎn)直管段安(ān)裝距離
　　多(duō)孔平衡流(liú)量計的節(jie)流裝置采(cai)用了對稱(chēng)式的流通(tong)孔布局☔設(she)計，提升了(le)流體通過(guò)的效率，最(zuì)大程度地(di)降低了渦(wō)流的形成(cheng)，減少了流(liú)體通過節(jie)流裝置時(shi)造成的紊(wěn)流🈲摩擦及(ji)動能的損(sǔn)失，和💛傳統(tǒng)孔闆流量(liàng)計相比，既(jì)可獲得更(gèng)差壓信号(hao)，又降低了(le)1/3~1/2的永久性(xing)的壓力損(sǔn)失。同時，節(jiē)流裝置後(hou)流體壓力(li)較快的💃🏻平(píng)穩恢複又(yòu)可縮短流(liú)量計安裝(zhuang)時所需的(de)上下遊🈲直(zhi)管段距離(lí)。通常，多孔(kǒng)平衡流量(liang)計的上下(xià)遊安裝直(zhí)管段隻需(xū)0.5D~2D,是傳統孔(kong)闆流量計(ji)所需直管(guǎn)段的1/7甚至(zhi)更短，很大(da)程度上節(jie)省了流體(tǐ)測量的管(guǎn)道材料及(ji)安裝投入(ru)成本，這一(yī)優勢也得(dé)到了各行(hang)業的廣泛(fàn)認可。
3)量程(chéng)比寬、穩定(ding)性更好
　　多(duō)孔平衡流(liu)量計特殊(shu)的多孔節(jiē)流裝置極(ji)大程度🌈地(dì)♍提高了流(liú)🐆體測量量(liang)程比。美國(guo)某機構的(de)實驗數據(jù)結果顯示(shì)，多孔平衡(héng)流量計常(chang)規測量的(de)量程比☁️可(kě)以做👈到7:1~10:1，如(rú)果函數孔(kǒng)計算參數(shu)選擇合适(shi)，量程比可(ke)以達到30:1甚(shen)至更高，這(zhe)一數據🙇‍♀️比(bi)傳統孔闆(pǎn)流量計要(yào)高出2~7倍。而(ér)且，傳統孔(kǒng)闆流量計(jì)的流量系(xì)數--般在🌈雷(lei)諾數高于(yu)4000時才能趨(qū)于平穩🐕，在(zai)雷諾數較(jiào)低💁時受其(qi)影響較大(dà)。但多孔平(ping)衡流量計(jì)的🐪管道内(nèi)基本無♊滞(zhi)留區，其流(liú)量系數受(shòu)雷諾數的(de)影響很小(xiǎo)。即使在較(jiao)低雷諾🐇數(shu)的測量條(tiáo)件下，多孔(kong)平衡流量(liàng)計的正‼️确(què)率依然能(neng)夠得到保(bao)證🥵，從根本(ben)上提升了(le)流量檢☔測(cè)時測量精(jing)度的穩定(ding)性。
3多孔平(píng)衡流量計(ji)的應用
　　多(duō)孔平衡流(liú)量計不僅(jǐn)适合在常(chang)見工況條(tiao)件下使用(yòng)，在㊙️某些特(tè)殊工況流(liú)量測量中(zhong)也得到了(le)很好的應(yīng)用💋。
1)高量程(chéng)比流量測(ce)量
　　在醫藥(yào)、化工等行(háng)業中，蒸汽(qì)一般作爲(wei)熱媒介質(zhì)被用于🚶‍♀️加(jia)熱或♍加濕(shi)工段，通常(cháng)由于不同(tong)季節或一(yī)天㊙️中的不(bú)同📞時段所(suǒ)需加熱、加(jiā)濕量的不(bu)同，造成燕(yàn)汽能源計(ji)量時蒸🈲汽(qi)總管用汽(qì)流量有較(jiào)大波動，往(wang)往遠遠超(chāo)出傳統孔(kong)闆☎️流量計(ji)3:1的量程比(bǐ)範圍。同樣(yang),在其他類(lei)似需要大(dà)量程比流(liu)量測量時(shí),傳統孔闆(pan)流🚶‍♀️量計亦(yì)無法🏃‍♂️适用(yong)。而多孔平(ping)衡流量計(jì)可适用于(yu)10:1甚至更高(gao)的量程比(bi)的流量測(ce)量,并且因(yin)其測量精(jing)度高，受雷(lei)諾數影響(xiǎng)小，可進行(hang)較爲正确(que)的高量程(cheng)比💰流量檢(jiǎn)測或能源(yuán)計量。
2)雙向(xiàng)流流量測(ce)量
　　傳統孔(kǒng)闆流量計(ji)的節流裝(zhuāng)置僅在下(xia)遊設有斜(xié)角，而多孔(kǒng)平🌂衡流量(liang)計的節流(liú)裝置上下(xià)遊采取完(wan)全對稱設(shè)計。這種🌍對(dui)稱的結構(gòu)形式使其(qí)在某些需(xu)要雙向流(liu)流量檢測(ce)的特殊工(gōng)況條件下(xia)，可以實現(xian)隻使用一(yi)台流量儀(yi)表即可進(jìn)行🏃🏻‍♂️雙向流(liu)流量檢測(cè)。
3)短直管段(duàn)流量測量(liàng)
　　受場地大(dà)小、建築尺(chi)寸等外在(zai)客觀條件(jiàn)的限制，在(zài)布置工藝(yì)㊙️管道走向(xiàng)時往往無(wu)法爲流量(liang)測量預留(liú)出足夠的(de)🏃🏻‍♂️直管段安(ān)裝距離，從(cóng)而影響測(cè)量精度。特(te)别是在特(tè)殊貴♋重金(jin)屬如锆材(cái)、哈氏合✏️金(jin)、鉻钼合金(jin)鋼等工藝(yi)管道上進(jin)行流量測(cè)量時，較長(zhǎng)的直管段(duan)需求意味(wèi)着昂貴的(de)建設成本(běn)。在這種✊情(qíng)況下，多孔(kǒng)平衡流量(liàng)計上下遊(you)直管段距(ju)離僅需0.5D~2D的(de)應用優勢(shi)尤爲明顯(xian)，即可節省(shěng)工藝管道(dao)、安裝支架(jia)等的鋪設(shè)成本，又可(kě)滿足在短(duan)👣直管段流(liu)量測量時(shi)的精度要(yao)求，是一種(zhong)較爲經濟(ji)的流量檢(jian)測配置方(fāng)式。
4)大口徑(jìng)流量檢測(cè)
　　在大口徑(jìng)的流量檢(jiǎn)測中，多孔(kǒng)平衡流量(liàng)計亦有其(qi)不可🥵替代(dài)🈲的獨特優(you)勢。隻需通(tong)過正确計(jì)算對相應(ying)節流孔的(de)尺寸、數量(liang)及分布情(qíng)況進行調(diào)整，即可在(zai)較短的管(guǎn)道距離内(nèi)進行大口(kou)徑的流量(liàng)測量，無需(xu)擔憂因管(guǎn)道口徑較(jiào)💛大而産生(shēng)的15D甚至更(geng)♍長的上下(xià)🛀🏻遊直管段(duàn)距離。特别(bié)是在高溫(wen)、低壓等各(gè)種嚴苛工(gōng)🔞況下，多孔(kong)平衡流量(liàng)計也能保(bǎo)❄️證大口徑(jing)流量測量(liang)精度的穩(wen)定性。同🌈時(shí)，可以使用(yong)多對取壓(ya)孔進行取(qǔ)🈲壓的冗餘(yú)配置，以确(què)保差壓信(xin)号被有效(xiao)傳輸，降低(dī)大口徑流(liú)量檢測的(de)後❌期維護(hù)、清掃、運營(ying)成本。
5)高溫(wēn)及極低溫(wēn)流體測量(liàng)
　　由于本體(ti)及法蘭材(cai)質選擇的(de)多樣化，多(duō)孔平衡流(liú)量計擁有(yǒu)較爲廣泛(fàn)的工作溫(wēn)度。通過對(duì)不同材質(zhì)的選用，多(duō)孔平衡流(liu)量計👄可測(cè)量850C甚至更(gèng)高溫度的(de)高溫流體(ti)介質,亦适(shì)用于液氮(dàn)、液氧、液氫(qing)、液氩等極(jí)低溫流體(ti)的流量測(cè)量。
6)多種管(guan)道連接方(fang)式選擇
　　多(duo)孔平衡流(liu)量計誕世(shì)至今，爲适(shì)應各種工(gōng)況的管道(dào)連接要🔞求(qiu)，逐步衍生(shēng)出多種連(lian)接方式以(yǐ)供選擇。如(rú)可用于大(dà)多🐇數:工況(kuang)的🐕管道式(shì)法蘭連接(jiē)，可用于大(dà)口徑流量(liang)測量的對(dui)夾式連接(jie)，适用💰于高(gao)溫高壓工(gōng)況的焊接(jie)式連接以(yi)及适用于(yú)黏稠、有毒(dú)、強腐蝕液(ye)體、髒污及(jí)粉塵氣體(tǐ)介質流量(liàng)測量的雙(shuāng)法蘭式連(lian)接等等。而(ér)🐅節流裝置(zhì)的外形也(ye)從最初便(biàn)于管道連(lián)接的圓管(guǎn)形節流裝(zhuang)置，演變出(chū)方管式節(jie)流裝置，以(yi)便于更簡(jian)便地與👈各(gè)種方形管(guan)道進行連(lian)接，可适用(yòng)于空調系(xi)統送、排風(fēng)🌐風量檢測(ce)。
7)一體化
　　在(zai)檢測儀表(biǎo)一體化的(de)發展趨勢(shi)帶動下，多(duō)孔平衡流(liú)量計同樣(yang)化零爲整(zhěng)，将節流原(yuan)件、引壓管(guǎn)路、閥組及(ji)差壓計♍等(děng)需分步安(an)裝的儀表(biǎo)原件整合(he)爲一體✉️,從(cóng)而減少安(ān)裝☁️步驟,以(yi)滿足适合(he)工況條件(jiàn)下快速安(an)裝、使用🌈的(de)需求。
3核電(dian)仿真機驗(yan)證
　　爲驗證(zhèng)上述分析(xī),在某核電(diàn)站進行全(quan)方位仿真(zhēn)機驗證。試(shì)🏃驗變量描(miao)述如表1所(suǒ)示。
　　仿真結(jie)果如圖4所(suo)示。當電網(wang)頻率由50Hz将(jiang)至49.75Hz時，機組(zu)進😘行一🌈次(cì)調頻動作(zuò)，産生約爲(wèi)64MW的一次調(diào)頻補償量(liàng)。汽☀️機主汽(qi)門在76s内由(you)55%開度開啓(qi)至全開，汽(qì)機功率GRE0I2MY由(you)1089MW上升至1144MW,R棒(bàng)RGL013QM在102s内提升(sheng)了6步,C2報警(jǐng)信号出現(xian)⛹🏻‍♀️，控制棒提(ti)升被閉鎖(suo)，熱功率爲(wei)3011MWt,這些都将(jiāng)導緻核電(dian)機組無法(fa)安🥵全穩定(dìng)的運行，并(bing)且超出了(le)核電機組(zǔ)💋運行技術(shù)規㊙️範,根據(ju)規程🙇🏻,核🐇電(dian)操縱員必(bì)須要避免(miǎn)此類狀況(kuàng)的🐉發生，當(dang)發生此類(lei)✏️功率，必須(xū)手動降低(di)反應堆的(de)功率，是機(jī)組核功率(lü)穩定在100%之(zhī)内。
 

4一次調(diao)頻優化
　　由(you)于反應堆(dui)的控制模(mó)式是“堆跟(gēn)機模式”，即(ji)反應堆的(de)功率緊緊(jǐn)跟随汽輪(lún)機的功率(lǜ)。如果反應(yīng)堆因爲汽(qi)輪機一次(ci)調㊙️頻功能(neng)而超功率(lü),将會閉鎖(suo)控制棒，甚(shen)至會緊急(ji)停堆，反而(ér)會加劇電(dian)網頻率異(yi)常事故。基(ji)于上述分(fèn)析，核電💚機(jī)組的控☎️制(zhì)特性決定(dìng)其參與一(yi)次調頻的(de)㊙️能力有限(xiàn)，核電一次(cì)調頻死區(qū)設置太小(xiǎo)，當電網發(fa)生故障時(shi)，可能會對(duì)核電機組(zǔ)的安全運(yùn)行造成影(ying)響，使機組(zu)停機，造成(chéng)更大事故(gu)。因此綜合(he)🛀考慮，從以(yǐ)下方面考(kao)慮進行優(yōu)化研究🔴。
根(gen)據核電機(ji)組的特殊(shu)性，優化設(shè)置一次調(diào)頻限幅值(zhi)。
　　優化設置(zhi)一次調頻(pin)死區值，整(zhěng)個電網一(yī)次調頻動(dong)作分梯隊(dui)進行，進行(háng)水電、火電(dian)一次調頻(pin)動作，最後(hou)進行對穩(wěn)定要求較(jiao)⭕高的核電(diàn)機組一次(ci)調頻動作(zuò)。
　　增加預警(jing)信号,在反(fǎn)應堆保護(hù)動作啓動(dòng)前，增加一(yī)些預警😍信(xin)号，能更好(hǎo)的控制汽(qi)輪機一次(ci)調頻動作(zuo)🛀。
5結束語
　　電(diàn)網頻率是(shi)電網安全(quan)穩定運行(háng)的關鍵參(cān)數，其控制(zhì)⛹🏻‍♀️主要依靠(kào)各發電機(ji)組的一次(cì)調頻和二(er)次調頻實(shí)現💚的，其中(zhōng)一次調頻(pin)尤爲重要(yao)。針對核電(dian)機組滿⭐功(gōng)率情況下(xia)，分析了一(yī)次調頻動(dòng)作存在的(de)風險，并🏒提(ti)出相應的(de)方向，對核(he)電機組一(yi)次調頻有(you)重要的❌指(zhǐ)導意義。

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