流量测量装置标定曲线外推技术探讨

　　在现代大型火力发电厂优化运行、热经济分析和汽轮机组热力性能试验中，各类流体的流量测量精度十分重要。例如按照ASMEPTC6标准进行热耗试验时，进入除氧器的主凝结水的流量的测量精度1:1地影响着汽轮机热耗率计算结果；在汽轮机本体低缸效率试验时，而主凝结水流量测量值精度对低压缸效率计算结果的影响比例关系约为1:3。
　　
　　为了提高性能试验结果的可信度和流量测量的性，流量测量装置需要在试验的前后进行标定，标定一般是在标准的校验台上进行，将整套流量测量装置（包括上游管段、下游管段、稳流栅和流量喷嘴及4个标准取压孔）进行整体标定，得到流量测量装置喉部雷诺数和流出系数的对应关系标定曲线。
　　
　　目前国内外普遍存在标定装置的标定流体温度低、流量小等缺点，使得标定曲线的雷诺数范围难以满足流量测量装置实际应用的需要（实际雷诺数达到7×105～2×107），造成实际应用时，必须要将标定获得的标定曲线进行外推。由于缺乏对标定曲线外推特性的了解，当前国内普遍采用的方法是：①将标定曲线的雷诺数zui大一个校验点的流出系数放大2‰作为工作条件下的流出系数；②将标定曲线假定为直线进行拟合；③将标定曲线利用zui小二乘法进行拟合。这些方法缺乏相应的理论基础和试验验证，必定会造成较大的计算误差。研究流量测量标定曲线外推分析技术对提高汽轮机热力性能试验结果的准确性是一项重要的工作。
　　
　　1、标定装置流量的基本计算方法
　　
　　1.1流体质量流量的计算公式
　　
　　流体的质量流量qm的计算公式如下　　
　　式中qm——流体的质量流量，kg/s
　　
　　C——工作条件下流量测量装置喉部流体的流出系数
　　
　　β2E作条件下流量测量装置喉部内直径与上游直管段内直径的比值
　　
　　ε——工作条件下流体流束的膨胀系数
　　
　　d——工作条件下流量测量装置喉部内直径，m
　　
　　ρ——工作条件下流体的密度，kg/m3
　　
　　△p——差压值，Pa
　　
　　1.2流量测量装置喉部流体雷诺数的计算公式
　　
　　流体喉部雷诺数的计算公式如下：　　
　　式中Red——流量测量装置喉部流体的雷诺数
　　
　　qm——流体的质量流量，kg/s
　　
　　d——工作条件下流量测量装置的喉部内直径，m
　　
　　η——工作条件下流体的动力粘度，Pa·s
　　
　　1.3在标定雷诺数范围内流体质量流量的计算方法
　　
　　在获得标定曲线后，在喉部雷诺数不超过标定雷诺数范围内时，可利用流量计算公式（1）、雷诺数计算公式（2）结合标定曲线进行迭代计算，可获得流体质量流量较的结果。
　　
　　2、标定曲线的外推技术
　　
　　2．1流出系数与雷诺数的标准关系式
　　
　　根据ASMEPTC6-1996和ISO5167-1（1991年）（或GB/T2624-93）等标准，火电厂流体测量常用的标准流量测量装置的流出系数与喉部雷诺数的标准关系式，分别如下：
　　
　　（1）ASME喷嘴：　　
　　2.2平移标准曲线获得实际关系式
　　
　　根据标定数据，对流量测量装置的标准曲线在精度允许的范围内进行平移，可得到实际应用曲线。
　　
　　采用的平移方法为：
　　
　　（1）步骤1：对符合要求（标定的喉部雷诺数必须大于1.0×106）的每个标定点按公式（3）或公式（4）或公式（5）计算出对应的标准流出系数CAi，再计算每个标定点实际标定的流出系数Cmi和标准流出系数CAi的偏差值△Ci（△Ci=Cmi-CAi）。
　　
　　（2）步骤2：剔除△Ci在±25×10-4的范围之外的标定点，然后对所有剩余标定点的△Ci求算术平均值　　
　　△Cm也应在±25×10-4的范围内，否则认为喷嘴不符合相应标准的要求。只要制造精度符合相应的标准，该流量测量装置的流出系数与喉部雷诺数的关系式可表示为：
　　
　　ASME喷嘴　　
　　2.3流量测量装置流量计算分析软件包开发
　　
　　当获得△Cm后，在实际使用时就可利用公式（6）或公式（7）或公式（8）来计算特定喉部雷诺数下的流出系数，进而利用公式（1）计算出实际流量。整个计算是一个十分繁琐和复杂的迭代计算过程，为了便于工程应用，笔者开发出相应的软件，在台州电厂北重生产的330MW汽轮机热力性能鉴定试验、吴泾电厂上汽生产的600MW汽轮机热力性能鉴定试验和巴基斯坦木札伐格电站上汽生产的320MW汽轮机热力性能鉴定试验等重大试验中应用，使用情况良好，试验与计算结果得到国内外用户认可，受到国内外同行的好评。
　　
　　3、应用实例
　　
　　某套ASME喉部取压低倍率长径喷嘴流量测量装置的一对取压孔的标定数据和分析数据见表1。　　
　　经过计算分析，流出系数偏差△C的平均值为△Cm=15×10-4，利用该套装置的该对取压孔进行流量测量时，其流出系数与喉部雷诺数的关系式应为：　　
　　4、结论
　　
　　（1）结合国内实际情况，给出了在实际测量中当流体雷诺数超过标定范围时，将标定曲线进行合理外推的新技术，解决了原有外推误差大的技术难题，确保了流量测量结果符合ASME规范的高精度要求。
　　
　　（2）根据标准，结合标定试验，推导出国内外制造的各类流量测量装置的流出系数与流量喉部雷诺数的实际应用关系式，编制了各种流量测量装置的计算分析软件包，适用于火力发电厂各类流量的测量计算，工程上是实用的。