摘要:多孔(kong)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(liu)量計。通過介紹(shào)♊其基本工作原(yuán)理及優化後的(de)性能特點，并結(jie)合幾種工🐉況條(tiao)件下的使用，對(dui)多孔平衡流量(liang)計的應用加以(yǐ)闡述。
0引言
　　節流(liu)式流量計 通常(chang)也被稱之爲 差(cha)壓式流量計 ，迄(qì)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(guǎng)，而被水利、石油(yóu)、化工等各行各(gè)業廣泛地應用(yòng)，占流量計使用(yong)總數的50%以上。但(dan)同時，其測量精(jīng)度低、量程比🛀🏻小(xiǎo)、上下遊安裝🐆直(zhi)管段距離長、節(jiē)流🈲裝置後所🌈産(chǎn)生的永😄久壓力(lì)損失大等諸多(duō)不足也✂️日益趨(qu)顯。
　　随着儀表測(cè)量、制造技術的(de)不斷發展，爲适(shì)應各種👣過程控(kong)制對于節流式(shi)流量計測量精(jīng)度及使用性👌能(néng)的更高要求節(jiē)流式流量計，即(ji)多孔平衡流量(liang)計随之而誕生(sheng)。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(er)航空飛行中心(xin)最先應用于🔞航(háng)天飛機主發動(dòng)機的液态氧流(liú)量測量，随後因(yin)其測量、使用性(xing)能被更多行業(ye)所☎️熟知并發展(zhan)使用。
1工作原理(li)
　　多孔平衡流量(liàng)計沿用了傳統(tong)孔闆流量計的(de)組成💜形式，由節(jiē)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(ya)計這3個部分所(suo)組成。并巧妙地(dì)将多孔整流器(qì)與傳統單孔節(jie)流孔闆的結構(gou)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(yǐ)替代原有的單(dan)孔孔闆作爲節(jie)流原件安裝于(yu)✊流體管道上。多(duo)孔節流整流器(qi)上每個節流孔(kǒng)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(ji)算所得，故被稱(chēng)之爲函數孔。流(liu)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(liu)🙇🏻體整流，減小節(jie)流裝置後的渦(wo)流，形成較穩定(dìng)的紊流，從而使(shǐ)引壓管路能夠(gòu)獲取到較穩定(ding)的差壓信号，并(bing)💚進一步通過伯(bó)努利方程♊計算(suàn)得出工藝所需(xū)體積❌流量、質量(liàng)流量等流量參(can)數。
 
2多孔平衡流(liu)量計的性能優(yōu)化
　　多孔平衡流(liu)量計是以傳統(tong)孔闆流量計爲(wei)基礎，改變其節(jie)流孔😄的構成形(xing)式，從而極大程(chéng)度地優化了使(shi)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(zhuāng)置隻設有一個(ge)圓形節流孔，節(jiē)☀️流原件與管壁(bì)結合處成直角(jiao)，在流體通過節(jie)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(jìn)而大量消耗流(liu)體的動能。同時(shí)，雜亂的渦流所(suǒ)形❗成的流體波(bo)動和噪🔴聲也會(huì)讓測量的線性(xìng)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(chang)的🔞壓力和流場(chǎng)。多🛀孔平衡流量(liàng)計🚶的節流裝置(zhi)結合了多孔整(zhěng)流✔️器的整流原(yuan)理，通過使用精(jīng)密的計算，使多(duō)孔節流整流器(qì)可以最大程度(dù)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(bō)動，提高取壓點(diǎn)數據的正确率(lü)，從而使檢測精(jing)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(shi)用于如能量計(jì)量、貿易核算等(deng)有較高流量測(cè)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(liu)量計的節流裝(zhuang)置采用了對稱(chēng)式的流👈通孔布(bù)💋局設計，提升了(le)流體通過的效(xiao)率，最大程度地(di)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(tǒng)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(xìng)的壓力損失。同(tong)時，節流裝置後(hòu)流體👈壓力較快(kuai)的平穩恢複又(you)🤩可🛀縮短流量計(ji)安裝時所需的(de)上下遊直管段(duàn)距離。通常，多孔(kǒng)平衡流量計的(de)上下遊安裝直(zhí)管段隻需0.5D~2D,是傳(chuan)統孔闆流量計(jì)所需直管段的(de)1/7甚至更短，很大(da)程度上節省了(le)流體測量的管(guǎn)道材料及安裝(zhuang)投入成本，這一(yī)優💞勢也得到了(le)各💁行業的廣🧡泛(fan)認可。
3)量程比寬(kuān)、穩定性更好
　　多(duo)孔平衡流量計(ji)特殊的多孔節(jiē)流裝置極大程(cheng)度地提高了流(liu)體測量量程比(bǐ)。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(shu)選擇🤞合适，量程(cheng)比可以達到30:1甚(shèn)至更高，這一數(shu)據比傳統孔闆(pǎn)流量計要高出(chū)2~7倍。而📧且，傳統孔(kong)闆流量計的流(liú)量系數--般在雷(léi)諾數高于4000時才(cai)能趨于平穩，在(zai)雷諾數較低時(shi)受其影響較大(da)。但多孔平衡流(liu)量計的管道内(nèi)基本無🈲滞留區(qū)，其流量系數☁️受(shou)雷諾數的影響(xiang)很小。即使在較(jiào)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(cóng)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(jì)不僅适合在常(cháng)見工況條件下(xià)使用，在🌐某些特(tè)殊工況流量測(cè)量中也得到了(le)很好的應用。
1)高(gao)量程比流量測(ce)量
　　在醫藥、化工(gōng)等行業中，蒸汽(qi)一般作爲熱媒(méi)介質被用于加(jia)熱或加濕工段(duan)，通常由于不同(tóng)季節或一天中(zhōng)的不同時段所(suǒ)需加熱、加濕量(liàng)的不同，造成燕(yàn)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(chao)出傳統孔闆🏒流(liu)量計3:1的量程比(bi)範🐆圍。同樣,在🈲其(qí)他類似需要大(da)量程比流量測(cè)量時,傳統孔闆(pan)流量計亦無法(fǎ)☎️适用。而多孔平(ping)衡🧑🏾‍🤝‍🧑🏼流量計可适(shì)用于10:1甚至更高(gāo)的量程比的流(liu)量👣測量,并且因(yīn)其測量精度高(gāo)，受雷諾數影響(xiǎng)小♋，可進行較爲(wei)正确的高量程(cheng)比流量檢測或(huo)能源計量。
2)雙向(xiàng)流流量測量
　　傳(chuan)統孔闆流量計(jì)的節流裝置僅(jǐn)在下遊設有斜(xie)角，而多🏃‍♂️孔平衡(heng)流量計的節流(liu)裝置上下遊采(cai)取完全💋對稱設(shè)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(cè)的特殊工況☂️條(tiáo)件下，可以實現(xian)隻使用一台🐪流(liú)量儀表即可進(jin)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(guān)條件的限制，在(zài)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(ce)量精度。特别是(shì)在特殊貴重金(jin)屬❗如锆材、哈氏(shi)合💚金、鉻钼合金(jīn)👨‍❤️‍👨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(wèi)着💋昂貴的建設(shè)💰成本。在這種情(qing)況下，多孔平衡(héng)流量計上下遊(you)直管段距離僅(jǐn)需0.5D~2D的應用🐪優勢(shi)尤爲明顯，即可(ke)節🐆省工藝管道(dào)、安裝支架等的(de)鋪設成本，又可(kě)滿足在短直管(guan)段流量測量時(shí)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(jing)流量檢測
　　在大(da)口徑的流量檢(jiǎn)測中，多孔平衡(heng)流量計亦有其(qí)不可替代👈的獨(dú)特優勢。隻需通(tōng)過正确計算對(duì)相應節流孔的(de)尺寸、數量及分(fèn)🌈布情況進行調(diao)整，即可在較短(duan)的🛀管道距離内(nèi)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(shēng)的15D甚至更👅長的(de)上下☔遊直管段(duàn)距離。特别是在(zai)高溫、低壓等🌈各(gè)種嚴苛工🐉況下(xia)，多孔平衡流量(liàng)計也能保‼️證大(da)口徑流量測量(liàng)精度的穩定性(xìng)。同時，可以使用(yong)多對取壓孔進(jin)行取🈚壓的冗餘(yú)配置，以确🔞保差(cha)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(sǎo)、運營成本。
5)高溫(wēn)及極低溫流體(ti)測量
　　由于本體(tǐ)及法蘭材質選(xuan)擇的多樣化，多(duo)孔平衡流🐆量計(ji)擁有🌂較爲廣泛(fàn)的工作溫度。通(tōng)過對不同材質(zhi)的選用，多💘孔平(ping)🌈衡流量計可測(ce)量850C甚至更高溫(wen)度的高溫流體(tǐ)介質,亦适用于(yu)液氮、液氧、液氫(qing)、液氩等極低溫(wēn)流體的流量測(cè)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(shì)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(lán)連接，可用于☎️大(dà)口徑流量測量(liàng)的對夾式連接(jie)，适用👌于高溫高(gāo)壓🏃‍♀️工況的焊接(jie)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(tǐ)介質流量測量(liàng)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(guǎn)形節流裝置，演(yǎn)變出方管式節(jiē)流裝置，以便于(yu)更簡便地與各(gè)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(dong)下，多孔平衡📞流(liu)量計同🌍樣💯化零(líng)爲整，将節流原(yuán)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(jiǎn)少安裝✉️步驟,以(yi)滿足适💘合工況(kuang)條件下快速🈲安(an)裝、使用的需求(qiu)。
3核電仿真機驗(yàn)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(shi)🐕驗變量描述如(ru)表1所示。
　　仿真結(jie)果如圖4所示。當(dang)電網頻率由50Hz将(jiang)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(zai)76s内由55%開度開啓(qǐ)至全開，汽機功(gōng)率GRE0I2MY由1089MW上升至1144MW,R棒(bang)RGL013QM在102s内提升了6步(bù),C2報警信号出現(xian)，控制棒提升被(bei)閉鎖，熱功率爲(wei)3011MWt,這些都将導緻(zhi)核電機❤️組無法(fǎ)安👅全穩定的運(yùn)🥵行，并且超出了(le)核電機組運行(háng)技術規範,根據(ju)規程,核電操縱(zòng)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(dòng)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(shi)“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(guo)反應堆因爲💋汽(qi)輪機一次調頻(pin)功能而超功率(lǜ),将會閉鎖控制(zhi)棒，甚至會緊急(ji)停堆，反而🏃‍♂️會加(jiā)劇電網頻率異(yi)常事故。基于上(shang)述分析，核電機(jī)組的控制特性(xing)決🧑🏾‍🤝‍🧑🏼定其參與㊙️一(yī)次調頻的能力(lì)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(zào)成影響，使機組(zǔ)停機，造成更大(da)事故。因此綜合(he)考慮，從以下方(fang)面考慮進行優(you)化研究。
根據核(hé)電機組的特殊(shū)性，優化設置一(yī)次調頻限幅值(zhí)。
　　優化設置一次(ci)調頻死區值，整(zheng)個電網一次調(diào)頻動💋作分梯隊(dui)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(zuò)🌈。
　　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(cì)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(pín)和二次調頻實(shí)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(diao)頻☎️動作存在的(de)風險，并提出相(xiàng)應的方向，對㊙️核(he)電機組一次調(diao)頻有重要的指(zhi)導意義。

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