流量測量裝置標定曲線外推技術(shù)探討

　　在現(xiàn)代大型火力發(fā)電廠優(yōu)化運行、熱經(jīng)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(jié)水的流量的測量精度1:1地影響著汽輪機熱耗率計算結(jié)果；在汽輪機本體低缸效率試驗時，而主凝結(jié)水流量測量值精度對低壓缸效率計算結(jié)果的影響比例關(guān)系約為1:3。
　　
　　為了提高性能試驗結(jié)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(wěn)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(shù)和流出系數(shù)的對應(yīng)關(guān)系標定曲線。
　　
　　目前國內(nèi)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(shù)范圍難以滿足流量測量裝置實際應(yīng)用的需要（實際雷諾數(shù)達到7×105～2×107），造成實際應(yīng)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(nèi)普遍采用的方法是：①將標定曲線的雷諾數(shù)zui大一個校驗點的流出系數(shù)放大2‰作為工作條件下的流出系數(shù)；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(yīng)的理論基礎(chǔ)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(shù)對提高汽輪機熱力性能試驗結(jié)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(zhì)量流量的計算公式
　　
　　流體的質(zhì)量流量qm的計算公式如下　　
　　式中qm——流體的質(zhì)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(shù)
　　
　　β2E作條件下流量測量裝置喉部內(nèi)直徑與上游直管段內(nèi)直徑的比值
　　
　　ε——工作條件下流體流束的膨脹系數(shù)
　　
　　d——工作條件下流量測量裝置喉部內(nèi)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(shù)的計算公式
　　
　　流體喉部雷諾數(shù)的計算公式如下：　　
　　式中Red——流量測量裝置喉部流體的雷諾數(shù)
　　
　　qm——流體的質(zhì)量流量，kg/s
　　
　　d——工作條件下流量測量裝置的喉部內(nèi)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(shù)范圍內(nèi)流體質(zhì)量流量的計算方法
　　
　　在獲得標定曲線后，在喉部雷諾數(shù)不超過標定雷諾數(shù)范圍內(nèi)時，可利用流量計算公式（1）、雷諾數(shù)計算公式（2）結(jié)合標定曲線進行迭代計算，可獲得流體質(zhì)量流量較的結(jié)果。
　　
　　2、標定曲線的外推技術(shù)
　　
　　2．1流出系數(shù)與雷諾數(shù)的標準關(guān)系式
　　
　　根據(jù)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(shù)與喉部雷諾數(shù)的標準關(guān)系式，分別如下：
　　
　?。?）ASME噴嘴：　　
　　2.2平移標準曲線獲得實際關(guān)系式
　　
　　根據(jù)標定數(shù)據(jù)，對流量測量裝置的標準曲線在精度允許的范圍內(nèi)進行平移，可得到實際應(yīng)用曲線。
　　
　　采用的平移方法為：
　　
　?。?）步驟1：對符合要求（標定的喉部雷諾數(shù)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(yīng)的標準流出系數(shù)CAi，再計算每個標定點實際標定的流出系數(shù)Cmi和標準流出系數(shù)CAi的偏差值△Ci（△Ci=Cmi-CAi）。
　　
　?。?）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(shù)平均值　　
　　△Cm也應(yīng)在±25×10-4的范圍內(nèi)，否則認為噴嘴不符合相應(yīng)標準的要求。只要制造精度符合相應(yīng)的標準，該流量測量裝置的流出系數(shù)與喉部雷諾數(shù)的關(guān)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(fā)
　　
　　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(shù)下的流出系數(shù)，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(fù)雜的迭代計算過程，為了便于工程應(yīng)用，筆者開發(fā)出相應(yīng)的軟件，在臺州電廠北重生產(chǎn)的330MW汽輪機熱力性能鑒定試驗、吳涇電廠上汽生產(chǎn)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(chǎn)的320MW汽輪機熱力性能鑒定試驗等重大試驗中應(yīng)用，使用情況良好，試驗與計算結(jié)果得到國內(nèi)外用戶認可，受到國內(nèi)外同行的好評。
　　
　　3、應(yīng)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(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)見表1。　　
　　經(jīng)過計算分析，流出系數(shù)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(shù)與喉部雷諾數(shù)的關(guān)系式應(yīng)為：　　
　　4、結(jié)論
　　
　?。?）結(jié)合國內(nèi)實際情況，給出了在實際測量中當流體雷諾數(shù)超過標定范圍時，將標定曲線進行合理外推的新技術(shù)，解決了原有外推誤差大的技術(shù)難題，確保了流量測量結(jié)果符合ASME規(guī)范的高精度要求。
　　
　　（2）根據(jù)標準，結(jié)合標定試驗，推導(dǎo)出國內(nèi)外制造的各類流量測量裝置的流出系數(shù)與流量喉部雷諾數(shù)的實際應(yīng)用關(guān)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(fā)電廠各類流量的測量計算，工程上是實用的。