摘要(yao):多孔平(ping)衡流量(liang)計
是在(zai)傳統
孔(kong)闆流量(liang)計
的基(ji)礎上所(suo)研發出(chu)的新一(yi)代節流(liu)式流量(liang)計。通過(guo)介💋紹其(qi)基本工(gong)作原理(li)及優化(hua)後的性(xing)能特點(dian)，并結合(he)幾種工(gong)況條♋件(jian)下的使(shi)用，對多(duo)孔平衡(heng)流量計(ji)的應用(yong)加🔆以闡(chan)述。
0引言(yan)
節流式(shi)流量計(ji)
通常也(ye)被稱之(zhi)爲
差壓(ya)式流量(liang)計
，迄今(jin)爲止仍(reng)因其制(zhi)造工藝(yi)标準化(hua)、使用技(ji)術成熟(shu)、适用範(fan)圍廣㊙️，而(er)被水利(li)、石油、化(hua)工等各(ge)行各業(ye)廣泛地(di)應用，占(zhan)💛流量計(ji)使🔆用總(zong)🔴數的50%以(yi)上。但同(tong)時，其測(ce)量精度(du)低、量程(cheng)比小、上(shang)下遊安(an)裝直管(guan)段距離(li)長、節流(liu)裝置後(hou)所産生(sheng)的永久(jiu)壓力損(sun)✌️失大等(deng)諸多不(bu)足也日(ri)益趨顯(xian)。
随着儀(yi)表測量(liang)、制造技(ji)術的不(bu)斷發展(zhan)，爲适應(ying)各種過(guo)程控制(zhi)對于節(jie)流式流(liu)量計測(ce)量精度(du)及使用(yong)性能的(de)🏃♀️更高🈲要(yao)求節流(liu)式流量(liang)計，即多(duo)孔平衡(heng)流量計(ji)随之而(er)誕生。多(duo)孔平衡(heng)流量計(ji)誕生之(zhi)初由美(mei)國國🐪家(jia)航空航(hang)天局馬(ma)歇⚽爾航(hang)空飛行(hang)中心最(zui)先應用(yong)于航天(tian)飛機主(zhu)發動機(ji)的液态(tai)氧流量(liang)測🆚量，随(sui)後因其(qi)📐測量、使(shi)用性能(neng)㊙️被更多(duo)行業所(suo)熟知并(bing)發展使(shi)用。
1工作(zuo)原理
多(duo)孔平衡(heng)流量計(ji)沿用了(le)傳統孔(kong)闆流量(liang)計的組(zu)成形式(shi)，由節👅流(liu)裝置、傳(chuan)輸差壓(ya)信号的(de)引壓管(guan)路及測(ce)量信号(hao)所用的(de)差壓計(ji)這3個部(bu)分所組(zu)成。并巧(qiao)妙地将(jiang)多孔整(zheng)流器☔與(yu)傳統🏃🏻♂️單(dan)孔節流(liu)孔闆的(de)結構形(xing)式♈、性能(neng)特點相(xiang)結合，形(xing)成了新(xin)型🆚的多(duo)孔節流(liu)整流器(qi)💋，用以替(ti)代原♻️有(you)的單孔(kong)孔闆作(zuo)爲節流(liu)原件安(an)裝于♊流(liu)體管道(dao)上。多孔(kong)節流整(zheng)流器上(shang)每個節(jie)流孔的(de)尺寸大(da)小及🐉分(fen)布情況(kuang)都是由(you)特定的(de)公式及(ji)實測數(shu)據💋計算(suan)所得，故(gu)被稱之(zhi)爲函數(shu)孔。流量(liang)💞檢🌍測時(shi)，所測介(jie)質在通(tong)♍過多孔(kong)節流整(zheng)流器的(de)同時進(jin)行流🙇🏻體(ti)整🚩流，減(jian)小節流(liu)裝置🏃♀️後(hou)的渦流(liu)，形成較(jiao)穩定的(de)紊流，從(cong)而使引(yin)壓管路(lu)能夠獲(huo)取到較(jiao)穩定的(de)差壓信(xin)号，并進(jin)一步通(tong)過伯努(nu)利方程(cheng)計算得(de)出工藝(yi)所需體(ti)積流量(liang)、質量流(liu)量等流(liu)量參數(shu)。
2多孔平(ping)衡流量(liang)計的性(xing)能優化(hua)
多孔平(ping)衡流量(liang)計是以(yi)傳統孔(kong)闆流量(liang)計爲基(ji)礎，改變(bian)其♋節‼️流(liu)孔的構(gou)成形式(shi)，從而極(ji)大程度(du)地優化(hua)了使用(yong)性能。
1)平(ping)衡流場(chang)，提高測(ce)量精度(du)
傳統孔(kong)闆流量(liang)計的節(jie)流裝置(zhi)隻設有(you)一個圓(yuan)形節流(liu)孔，節🌈流(liu)🈚原件與(yu)管壁結(jie)合處成(cheng)直角，在(zai)流體通(tong)過節流(liu)孔時，孔(kong)兩邊會(hui)有大🔆面(mian)積的“死(si)區”，從而(er)産生持(chi)久的渦(wo)流，進而(er)大量消(xiao)耗流體(ti)👈的動能(neng)。同時，雜(za)亂的渦(wo)流所形(xing)成的流(liu)體波動(dong)和噪聲(sheng)也會讓(rang)測量的(de)線性度(du)和正确(que)率降低(di)，并且需(xu)要較長(zhang)的直管(guan)段來恢(hui)複流體(ti)正常的(de)壓力和(he)流場。多(duo)孔平衡(heng)流量計(ji)的節流(liu)裝置結(jie)合了多(duo)孔整流(liu)🔞器的整(zheng)流原理(li)，通過使(shi)用精密(mi)的計算(suan)，使多孔(kong)節流整(zheng)流器可(ke)以最😍大(da)程度地(di)減少死(si)區⛷️效應(ying)，避免渦(wo)流的産(chan)生，平衡(heng)流場，降(jiang)✊低因🌏渦(wo)流所引(yin)起的信(xin)号波動(dong)🏃，提高取(qu)壓點數(shu)☔據的正(zheng)确🈲率，從(cong)而使檢(jian)測精度(du)從傳統(tong)孔闆流(liu)量計的(de)±1%~±2%提高至(zhi)±0.3%、±0.5%，能更好(hao)的适用(yong)于如能(neng)量⛷️計量(liang)🌈、貿易核(he)算等有(you)較高流(liu)量測量(liang)🐇精度要(yao)求的場(chang)合。
2)減小(xiao)永久壓(ya)力損失(shi)、縮短直(zhi)管段安(an)裝距離(li)
多孔平(ping)衡流量(liang)計的節(jie)流裝置(zhi)采用了(le)對稱式(shi)的流♉通(tong)孔🔱布局(ju)設計，提(ti)升了流(liu)體通過(guo)的效率(lü)，最大程(cheng)度地降(jiang)低了渦(wo)流㊙️的形(xing)成，減少(shao)了流體(ti)通過節(jie)流裝置(zhi)時造成(cheng)的紊流(liu)摩擦及(ji)動能的(de)⚽損失，和(he)傳統孔(kong)闆流量(liang)計相比(bi)，既可獲(huo)得🤟更差(cha)壓信号(hao)，又降低(di)了1/3~1/2的永(yong)久🔞性的(de)壓力損(sun)失。同時(shi)，節流裝(zhuang)置後流(liu)體壓力(li)較快的(de)平穩恢(hui)複又可(ke)縮短流(liu)量計安(an)裝時所(suo)需的上(shang)⚽下遊🛀直(zhi)管段距(ju)離。通常(chang)，多孔平(ping)衡流量(liang)計的上(shang)下遊安(an)裝直管(guan)段隻需(xu)0.5D~2D,是傳統(tong)🧑🏽🤝🧑🏻孔闆流(liu)量計所(suo)需直管(guan)段的1/7甚(shen)至更短(duan)，很💚大程(cheng)度上節(jie)省了流(liu)體測量(liang)的管道(dao)材料及(ji)安裝投(tou)入成本(ben)，這一優(you)勢也得(de)到了各(ge)行業的(de)廣🧡泛認(ren)可。
3)量程(cheng)比寬、穩(wen)定性更(geng)好
多孔(kong)平衡流(liu)量計特(te)殊的多(duo)孔節流(liu)裝置極(ji)大程度(du)地🌈提高(gao)了🌈流體(ti)測量量(liang)程比。美(mei)國某機(ji)構的實(shi)驗數‼️據(ju)結果顯(xian)示，多孔(kong)平衡流(liu)☁️量計常(chang)規測量(liang)的量程(cheng)比🌈可以(yi)做到7:1~10:1，如(ru)果🧑🏽🤝🧑🏻函數(shu)孔計算(suan)參數選(xuan)擇合适(shi)，量程比(bi)可以達(da)到30:1甚至(zhi)更高✂️，這(zhe)一數據(ju)㊙️比傳統(tong)孔闆流(liu)量計要(yao)高出2~7倍(bei)。而且，傳(chuan)統孔闆(pan)流量計(ji)的流量(liang)系數--般(ban)在雷諾(nuo)數高于(yu)💜4000時才能(neng)趨于平(ping)穩，在雷(lei)諾數較(jiao)低時受(shou)其影響(xiang)較大。但(dan)多孔平(ping)衡🈲流量(liang)計的管(guan)道内基(ji)本無滞(zhi)留區，其(qi)流量系(xi)數受雷(lei)諾數的(de)影響很(hen)👨❤️👨小。即使(shi)在較低(di)雷諾數(shu)的測量(liang)條件下(xia)，多孔平(ping)衡流量(liang)計的正(zheng)确率依(yi)然能夠(gou)得到保(bao)證，從根(gen)本上提(ti)升了流(liu)量檢測(ce)時測量(liang)精度的(de)穩定性(xing)🌈。
3多孔平(ping)衡流量(liang)計的應(ying)用
多孔(kong)平衡流(liu)量計不(bu)僅适合(he)在常見(jian)工況條(tiao)件下使(shi)用，在某(mou)些特📐殊(shu)工況流(liu)量測量(liang)中也得(de)到了很(hen)好的💚應(ying)用。
1)高量(liang)程比流(liu)量測量(liang)
在醫藥(yao)、化工等(deng)行業中(zhong)，蒸汽一(yi)般作爲(wei)熱媒介(jie)質被用(yong)于加熱(re)或加濕(shi)工段，通(tong)常由于(yu)不同季(ji)節或一(yi)天中的(de)不同時(shi)段所需(xu)💞加熱🚶♀️、加(jia)濕量的(de)不同，造(zao)成燕汽(qi)能源計(ji)量時蒸(zheng)汽總管(guan)用汽流(liu)量有較(jiao)大波動(dong)，往往遠(yuan)遠超出(chu)傳統孔(kong)闆流量(liang)計3:1的量(liang)程比範(fan)圍。同樣(yang),在其他(ta)類似需(xu)要大量(liang)程比流(liu)量測量(liang)時,傳統(tong)孔闆流(liu)量計亦(yi)無法适(shi)用。而多(duo)孔平衡(heng)流量計(ji)可适用(yong)于10:1甚至(zhi)更高的(de)量程比(bi)的流量(liang)測量,并(bing)且🔱因其(qi)測量精(jing)度高，受(shou)雷諾數(shu)影響小(xiao)，可進行(hang)較爲正(zheng)确的高(gao)量程比(bi)流量檢(jian)測或能(neng)源計量(liang)。
2)雙向流(liu)流量測(ce)量
傳統(tong)孔闆流(liu)量計的(de)節流裝(zhuang)置僅在(zai)下遊設(she)有斜角(jiao)，而多✔️孔(kong)平衡流(liu)量計的(de)節流裝(zhuang)置上下(xia)遊采取(qu)完全對(dui)稱設計(ji)。這種對(dui)稱的結(jie)構形式(shi)使其在(zai)某些需(xu)要🐆雙向(xiang)流流量(liang)檢💋測的(de)特💯殊工(gong)況條件(jian)下，可以(yi)實現隻(zhi)✨使用一(yi)台流量(liang)儀表即(ji)可進行(hang)雙向流(liu)流量檢(jian)測。
3)短直(zhi)管段流(liu)量測量(liang)
受場地(di)大小、建(jian)築尺寸(cun)等外在(zai)客觀條(tiao)件的限(xian)制，在布(bu)置工藝(yi)管❤️道走(zou)向時往(wang)往無法(fa)爲流量(liang)測量預(yu)留出足(zu)👄夠的🐆直(zhi)管段安(an)裝距離(li)，從而影(ying)響測量(liang)精度。特(te)别是在(zai)特殊貴(gui)重金屬(shu)如锆材(cai)、哈氏合(he)金、鉻钼(mu)合金鋼(gang)等工藝(yi)管道上(shang)進行流(liu)量測🆚量(liang)時，較長(zhang)🌈的直管(guan)段需求(qiu)意味着(zhe)昂貴的(de)建設成(cheng)本。在這(zhe)種情況(kuang)下，多孔(kong)平衡流(liu)量計上(shang)下遊直(zhi)管段距(ju)離僅需(xu)0.5D~2D的應用(yong)🚩優勢尤(you)爲明顯(xian)，即可節(jie)🧑🏾🤝🧑🏼省工藝(yi)管道、安(an)裝支架(jia)等的鋪(pu)設成本(ben)，又可滿(man)足在短(duan)直管段(duan)流量測(ce)量🔆時的(de)精度要(yao)求，是一(yi)種較爲(wei)經濟的(de)流量檢(jian)🙇🏻測配置(zhi)方式。
4)大(da)口徑流(liu)量檢測(ce)
在大口(kou)徑的流(liu)量檢測(ce)中，多孔(kong)平衡流(liu)量計亦(yi)有其不(bu)🏒可替代(dai)的💜獨特(te)優勢。隻(zhi)需通過(guo)正确計(ji)算對相(xiang)應節流(liu)✍️孔的尺(chi)寸、數量(liang)及分❓布(bu)情況進(jin)行調整(zheng)，即可在(zai)較短的(de)管道距(ju)離内進(jin)行大口(kou)徑的流(liu)量測量(liang)，無需擔(dan)憂因管(guan)道口徑(jing)較大而(er)産生的(de)15D甚至更(geng)長的上(shang)下遊直(zhi)管段距(ju)離。特别(bie)是在💁高(gao)溫、低壓(ya)等各種(zhong)嚴苛工(gong)🔞況下，多(duo)孔平衡(heng)流量計(ji)也能保(bao)證大口(kou)徑流量(liang)㊙️測量精(jing)度的穩(wen)定性。同(tong)時，可以(yi)使用多(duo)對取壓(ya)孔進行(hang)取壓的(de)冗餘配(pei)置，以确(que)保差壓(ya)信号被(bei)有效傳(chuan)輸，降低(di)大口徑(jing)流☁️量檢(jian)測的後(hou)期維護(hu)❌、清掃、運(yun)營成本(ben)。
5)高溫及(ji)極低溫(wen)流體測(ce)量
由于(yu)本體及(ji)法蘭材(cai)質選擇(ze)的多樣(yang)化，多孔(kong)平衡流(liu)量計擁(yong)有較爲(wei)廣泛的(de)工作溫(wen)度。通過(guo)對不同(tong)材質🐅的(de)選用，多(duo)‼️孔平衡(heng)流量計(ji)可測量(liang)850C甚至更(geng)高溫度(du)的高溫(wen)流體介(jie)質,亦适(shi)用☀️于液(ye)氮、液氧(yang)、液氫、液(ye)氩等極(ji)低溫流(liu)體♻️的流(liu)量測量(liang)。
6)多種管(guan)道連接(jie)方式選(xuan)擇
多孔(kong)平衡流(liu)量計誕(dan)世至今(jin)，爲适應(ying)各種工(gong)況的管(guan)道連接(jie)要求，逐(zhu)步衍生(sheng)出多種(zhong)連接方(fang)式以供(gong)選擇。如(ru)可🔴用于(yu)大多數(shu):工況的(de)管道式(shi)法蘭連(lian)接，可用(yong)于大口(kou)徑流量(liang)測量的(de)對夾式(shi)連接，适(shi)用🈚于高(gao)溫高壓(ya)工況的(de)焊接式(shi)連接以(yi)及适用(yong)于黏稠(chou)、有毒、強(qiang)腐蝕液(ye)體、髒污(wu)及粉塵(chen)氣體介(jie)質流量(liang)測量☔的(de)雙法蘭(lan)式連接(jie)等等。而(er)🙇🏻節流裝(zhuang)置的外(wai)形✏️也從(cong)最初便(bian)于管道(dao)連接的(de)圓管形(xing)節📱流裝(zhuang)置🍉，演變(bian)出方管(guan)式節流(liu)裝置，以(yi)♻️便于更(geng)簡便地(di)與各種(zhong)方形管(guan)道進🔅行(hang)連接，可(ke)适🍓用于(yu)空調系(xi)統送、排(pai)風風量(liang)檢測。
7)一(yi)體化
在(zai)檢測儀(yi)表一體(ti)化的發(fa)展趨勢(shi)帶動下(xia)，多孔平(ping)衡流量(liang)計🏒同樣(yang)⭕化零爲(wei)整，将節(jie)流原件(jian)、引壓管(guan)路、閥組(zu)及差壓(ya)計等需(xu)分步安(an)裝的儀(yi)表原件(jian)整合爲(wei)一體,從(cong)而減少(shao)安裝步(bu)驟,以滿(man)足适合(he)工況條(tiao)件下快(kuai)速安裝(zhuang)、使用的(de)需求。
3核(he)電仿真(zhen)機驗證(zheng)
爲驗證(zheng)上述分(fen)析,在某(mou)核電站(zhan)進行全(quan)方位仿(pang)真機💃驗(yan)證。試☀️驗(yan)變量描(miao)述如表(biao)1所示。
仿(pang)真結果(guo)如圖4所(suo)示。當電(dian)網頻率(lü)由50Hz将至(zhi)49.75Hz時，機組(zu)進🍉行一(yi)次調頻(pin)動作，産(chan)生約爲(wei)64MW的一次(ci)調頻補(bu)償量。汽(qi)機主汽(qi)門在76s内(nei)由55%開度(du)開啓至(zhi)全開，汽(qi)機功率(lü)GRE0I2MY由1089MW上升(sheng)至1144MW,R棒💚RGL013QM在(zai)102s内提升(sheng)了6步,C2報(bao)警信号(hao)出現，控(kong)制棒提(ti)升被閉(bi)鎖，熱功(gong)率爲3011MWt,這(zhe)些都将(jiang)導緻核(he)電機💃🏻組(zu)無法安(an)👈全穩定(ding)的運行(hang)，并且超(chao)出了核(he)電機組(zu)運行技(ji)術規範(fan),根據規(gui)程,核🌈電(dian)操縱員(yuan)必須🍓要(yao)避免此(ci)類狀🚶♀️況(kuang)的發生(sheng)，當發生(sheng)此類功(gong)率，必須(xu)手動降(jiang)低反應(ying)堆的功(gong)率，是機(ji)組核功(gong)率穩定(ding)在100%之内(nei)。
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