摘要：火電廠機(jī)組的主蒸汽流量是機(jī)組進(jìn)行準(zhǔn)確的運(yùn)行工況分析性能檢測(cè)、開展良好的經(jīng)濟(jì)性分析和節(jié)能降耗工作的基礎(chǔ)。從原理、應(yīng)用、優(yōu)缺點(diǎn)以及誤差產(chǎn)生因素等方面對(duì)目前現(xiàn)有的兩種主流測(cè)量方法直接測(cè)量法和間接測(cè)量法進(jìn)行了詳細(xì)比較分析。
　　火電廠機(jī)組的主蒸汽流量是否能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量關(guān)系到機(jī)組是否可以進(jìn)行準(zhǔn)確的運(yùn)行工況分析性能檢測(cè)、是否可以開展良好的經(jīng)濟(jì)性分析和節(jié)能降耗工作。目前對(duì)于火電廠主蒸汽流量的測(cè)量方法主要有兩個(gè)大方向，直接測(cè)量和間接測(cè)量。
1直接法測(cè)量
　　蒸汽流量直接法計(jì)量的研究從差壓式流量計(jì)發(fā)展到現(xiàn)今的超聲波流量計(jì)已經(jīng)有100多年的歷史。蒸汽流量的計(jì)量?jī)x表種類眾多但卻沒有一種儀表可以適用所有工況下的蒸汽測(cè)量。目前主流的測(cè)試儀表主要有以孔板式流量計(jì)為代表的差壓式流量計(jì)和以渦街流量計(jì)為代表的其它類型流量計(jì)。針對(duì)直接法測(cè)量?jī)H對(duì)以下幾種代表型的測(cè)量方法進(jìn)行比較分析。
1.1孔板式流量計(jì)原理及特性分析
　　孔板流量計(jì)，即對(duì)蒸汽進(jìn)行孔板節(jié)流之后利用蒸汽流過孔板前后所形成的壓力差以及流動(dòng)連續(xù)性方程（質(zhì)量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）計(jì)算出蒸汽流量[2]。
　　孔板流量計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：使用方便無需實(shí)流校準(zhǔn)，經(jīng)久耐用，應(yīng)用范圍廣，價(jià)格較低。同時(shí)其使用上也有些缺點(diǎn)需要注意：測(cè)量精度有待提高；銳角磨損與積污問題不可避免；單個(gè)孔板的β=0.45～0.75，壓損太大，可達(dá)最大差壓的78%～47%；安裝加工較困難，例如孔板的開孔邊緣圓弧半徑在國(guó)標(biāo)規(guī)定中需不大于0.0004d但實(shí)際中很難操作；孔板流量計(jì)的流量系數(shù)對(duì)雷諾數(shù)的變化十分敏感因此其量程較小，一般常應(yīng)用的量程為4:1～5:1，而火電廠蒸汽流量測(cè)量中流量上下限往往大于10:1偶爾高達(dá)20:1，這對(duì)于孔板流量計(jì)而言具有一定挑戰(zhàn)；導(dǎo)壓管易堵塞易泄漏易凍結(jié)等。
1.2標(biāo)準(zhǔn)噴嘴式流量計(jì)原理及特性分析
　　標(biāo)準(zhǔn)噴嘴式流量計(jì)的測(cè)量原理與孔板式類似，同樣依靠測(cè)量流體節(jié)流形成的壓差進(jìn)而換算出流體的流量，與孔板式的不同點(diǎn)在于其噴嘴由于采用圓弧形結(jié)構(gòu)因此相比于孔板式流量計(jì)壓損較小測(cè)量精度更高。
　　同孔板式流量計(jì)一樣，標(biāo)準(zhǔn)噴嘴式流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單使用方便無需實(shí)流校準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)，其壓損更小以及耐腐蝕性更高是較孔板式更優(yōu)化的特點(diǎn)，同時(shí)由于其噴嘴圓弧化的構(gòu)造特點(diǎn)，可進(jìn)行更廣范圍的氣體液體以及臟污介質(zhì)測(cè)量。但其缺點(diǎn)與孔板式相比也是顯而易見，即其加工工藝復(fù)雜整體造價(jià)較高，此外與孔板式流量計(jì)相同，噴嘴式流量計(jì)也存在導(dǎo)壓管易堵塞易泄漏易凍結(jié)等問題。
1.3V錐式流量計(jì)原理及特性分析
　　V錐式流量計(jì)也是差壓式流量計(jì)的一種，其主要結(jié)構(gòu)形式有精密測(cè)量管型、維夫Wafer型以及插入式型三種，如圖1所示[3]。

　　V錐流量計(jì)的主要部件有V型錐體、導(dǎo)壓管、差壓變送器以及流量積算儀等。它的測(cè)量原理類似孔板和噴嘴流量計(jì)，利用其內(nèi)流過的蒸汽流量與V型錐體前后蒸汽的壓差的平方根成線性關(guān)系，測(cè)量流過V型錐體前后蒸汽的壓差以及相應(yīng)密度通過代入流量計(jì)算公式計(jì)算出蒸汽流量。
　　V錐流量計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)有：測(cè)量穩(wěn)定性好精度高；可測(cè)試介質(zhì)種類多范圍廣；可適用的雷諾數(shù)范圍較寬即量程大；壓損小；和孔板與噴嘴式流量計(jì)相比需要的直管段短；具有自潔凈能力，可測(cè)易污易堵流體。其缺點(diǎn)同孔板式和噴嘴式流量計(jì)一樣，也存在法蘭連接易泄漏，導(dǎo)壓管易泄漏易凍結(jié)等問題。
1.4分流旋翼式流量計(jì)原理及特性分析
　　分流旋翼式流量計(jì)是利用分流相似原理和節(jié)流原理進(jìn)行流體流量的測(cè)量。其組成部分有分流孔板、殼體、分流管、噴嘴、葉輪、磁鋼和表頭等部件。當(dāng)進(jìn)行蒸汽流量測(cè)量時(shí)，蒸汽會(huì)被分為兩路：一路流經(jīng)孔板形成壓力差；另一路經(jīng)噴嘴噴射到葉輪葉片上以使其轉(zhuǎn)動(dòng)。由流體相似原理可知在一定流量范圍內(nèi)兩路流體流量之比固定即一定葉輪轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)一定流體流量，由此便可得出待測(cè)蒸汽流量總量。分流旋翼式流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單使用方便、測(cè)量范圍廣，可自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償壓力變動(dòng)，造價(jià)較低。
1.5渦街流量計(jì)原理及特性分析
　　渦街流量計(jì)在20世紀(jì)60年代由日本研究者率先提出，其主要組成部分有傳感器、連桿、漩渦發(fā)生器和表體。其工作原理是利用流體流經(jīng)圓柱狀物體時(shí)會(huì)形成卡門渦街，而卡門渦街的頻率與流體流速成正比，實(shí)際測(cè)量時(shí)可根據(jù)檢測(cè)出的卡門渦街頻率由下式得出流體流速，繼而由流速計(jì)算得出流體流量。
F=St·v／d(1)
式中：F——渦街頻率；St——渦街流量計(jì)系數(shù)(斯特羅哈數(shù))；v——蒸汽流速；d——圓柱體直徑。
　　渦街流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠性高，測(cè)量精度高響應(yīng)快；量程大（10:1～30:1）；輸出結(jié)果為脈沖信號(hào)因此無零點(diǎn)漂移導(dǎo)致的誤差。但其缺點(diǎn)是其測(cè)量結(jié)果易受信號(hào)干擾，主要有工業(yè)電磁波動(dòng)造成的干擾和管道震動(dòng)引起的干擾。
2間接法測(cè)量
　　直接測(cè)量雖然簡(jiǎn)單方便直觀，但如今火電廠的機(jī)組容量日益擴(kuò)大，相應(yīng)的節(jié)流元件體積也隨之增大，這不僅對(duì)制造安裝和檢修造成了一定困難，同時(shí)較大的節(jié)流元件應(yīng)用于大型機(jī)組的主蒸汽流量測(cè)量時(shí)往往會(huì)引起壓損較大的情況，從而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果與實(shí)際流量偏差較大，尤其是針對(duì)一些例如超臨界機(jī)組之類的高參數(shù)機(jī)組實(shí)現(xiàn)直接測(cè)量非常困難，因此另一種測(cè)量方法在實(shí)際中應(yīng)用更多，即間接測(cè)量。間接測(cè)量主蒸汽流量即利用汽輪機(jī)的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行間接換算最終得出結(jié)果。
2.1測(cè)量原理
　　目前間接測(cè)量主要有兩種實(shí)現(xiàn)方法：調(diào)節(jié)級(jí)后壓力溫度間接測(cè)量法和利用壓力級(jí)組前后壓力、溫度測(cè)量法。這兩種方法都基于弗留格爾公式：

式中：G0（G1）——設(shè)計(jì)額定工況（變工況）下的蒸汽流量；P0，PZ（P01，PZ1）——在設(shè)計(jì)額定工況（變工況）下該級(jí)組前后的壓力；T0（T01）——設(shè)計(jì)額定工況（變工況）下該級(jí)組前蒸汽溫度。
　　對(duì)于n級(jí)的汽輪機(jī)在變工況狀態(tài)下工作時(shí)如未達(dá)臨界值則可直接應(yīng)用上述弗留格爾公式但前提是整個(gè)汽輪機(jī)組級(jí)組葉片通流面積不變。
　　當(dāng)機(jī)組級(jí)組較多且末級(jí)為凝汽式機(jī)組時(shí),級(jí)組的排氣壓力（PZ）遠(yuǎn)小于級(jí)組進(jìn)汽壓力（P0），因此上式可簡(jiǎn)化為[4]：

　　式（3）是目前應(yīng)用最廣的間接測(cè)量流量計(jì)算方法。式（3）和式（4）和弗留格爾公式一樣都需要保證在級(jí)數(shù)足夠多；葉片流通面積不變；各級(jí)組流量相同；各級(jí)組級(jí)前溫度變化率相同和不得有其他非線性元件干擾等前提條件下應(yīng)用。
　　對(duì)于級(jí)數(shù)足夠多這一條件目前大多數(shù)火電廠的汽輪發(fā)電機(jī)都可以滿足。對(duì)于保持葉片流通面積不變這一條件，由于葉片流通面積會(huì)隨著級(jí)組調(diào)節(jié)閥門開啟狀況不同而變化，當(dāng)負(fù)荷降低時(shí)相應(yīng)會(huì)減少閥門的開啟數(shù)從而使實(shí)際流通面積減小因此會(huì)導(dǎo)致如圖2所示的P1值偏大于實(shí)際值，測(cè)量結(jié)果也因此偏大。

2.2影響因素
　　除了上述葉片流通面積會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成影響外還有以下幾大影響因素。
1.再熱減溫水的影響
　　 再熱減溫水的注入會(huì)成為再熱器壓降和蒸汽流量?jī)烧哧P(guān)系中不可控的一個(gè)因素，此外這一部分減溫水由于全部流入中、低壓缸所以會(huì)對(duì)其壓降造成影響，這一部分流量不算入主蒸汽流量但卻會(huì)引起上圖中P2和P1值的增加從而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果大于實(shí)際值。
2. 廠用汽及對(duì)外供熱的影響
　　 火電廠發(fā)電汽輪機(jī)往往將其高壓缸的排汽作為廠用汽的汽源同時(shí)利用其余熱供熱，這樣會(huì)相應(yīng)的減少再熱器及中、低壓缸的蒸汽流量從而導(dǎo)致其壓力降低壓差減小即圖中P3、P2降低，P3、P2的降低最終致使P1值降低，測(cè)量結(jié)果將偏小。
3. 加熱器、給水泵及暖風(fēng)機(jī)的投、切影響
　　 各組加熱器在機(jī)組運(yùn)行中會(huì)由于不同原因進(jìn)行投、切，其抽汽量也會(huì)因此而變化，而抽氣量直接影響到P1值，例如高壓加熱器被切除后前段抽汽量將明顯減少?gòu)亩�主蒸汽流量不變而P1值明顯提高致使測(cè)量結(jié)果偏高。汽動(dòng)給水泵和鍋爐暖風(fēng)器的氣源都來自于中壓缸排汽，當(dāng)汽動(dòng)給水泵部分停用時(shí)或其工作汽源改變時(shí)都會(huì)使抽汽量減少?gòu)亩�也�?huì)導(dǎo)致包括P1值在內(nèi)的各級(jí)壓力值提高,致使測(cè)量結(jié)果偏高。冬季暖風(fēng)機(jī)的投入會(huì)引起抽汽量的增加，P1值因此降低，測(cè)量結(jié)果會(huì)偏低。
4.溫度補(bǔ)償?shù)挠绊?br /> 　　主蒸汽經(jīng)過調(diào)節(jié)級(jí)后在P1點(diǎn)會(huì)有一個(gè)明顯的溫降，而且該溫降隨閥門開度、機(jī)組運(yùn)行方式的變化有所不同。但是到了P3點(diǎn)卻由于再熱器的存在因此P1點(diǎn)的溫降對(duì)此點(diǎn)并沒有太大的影響。可是利用弗留格爾公式是以各級(jí)組級(jí)前溫度變化率相同這一前提條件進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)�，因此�?huì)有一定誤差。
5. 動(dòng)態(tài)特性的影響
　　 再熱系統(tǒng)的中、低壓缸動(dòng)態(tài)運(yùn)作時(shí)會(huì)有慣性環(huán)節(jié)特性呈現(xiàn)，這會(huì)導(dǎo)致P1和流量在機(jī)組變工況運(yùn)行時(shí)呈非線性狀態(tài)，便會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)偏差。
2.3特性分析
與直接測(cè)量方法相比，基于弗留格爾公式的間接測(cè)量法具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)無需安裝特殊測(cè)量裝置，只需讀取汽輪機(jī)相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行間接換算便可得出主蒸汽流量，這一點(diǎn)上大大節(jié)省了初投資成本
(2)由于無需另外安裝設(shè)備，因此不存在額外的壓力損失，因此得出的蒸汽流量數(shù)據(jù)更可靠；
(3)同樣由于無需另外安裝設(shè)備，機(jī)組泄漏點(diǎn)減少，這將系統(tǒng)維護(hù)和檢修成本大大降低。此外，間接測(cè)量無需直接檢修機(jī)組，對(duì)于機(jī)組內(nèi)部工況和問題缺陷可利用弗留格爾公式直接進(jìn)行計(jì)算確定，具體有以下兩方面應(yīng)用：利用不同流量下推算出的機(jī)組各級(jí)級(jí)前壓力，求得各級(jí)壓差和比焓降，從而確定機(jī)組效率及內(nèi)部零件受力；已知流量或功率的前提下，利用各級(jí)級(jí)前壓力反向驗(yàn)證與弗留格爾公式是否相符判斷汽輪機(jī)內(nèi)部是否正常運(yùn)作例如是否出現(xiàn)堵塞或泄漏引起的流通面積改變。
利用弗留格爾公式進(jìn)行間接測(cè)量需注意以下幾點(diǎn)：
(1)由于結(jié)垢、腐蝕等問題存在，因此為了將流量測(cè)量誤差控制到最低，必須對(duì)機(jī)組進(jìn)行定期試驗(yàn)，檢查給水流量是否與主蒸汽流量示值相對(duì)應(yīng)以確定是否有結(jié)垢、腐蝕等問題存在和嚴(yán)重程度，同時(shí)定期試驗(yàn)還可以做到對(duì)系統(tǒng)誤差進(jìn)行校對(duì)；
(2)不可以一成不變地對(duì)弗留格爾公式進(jìn)行生搬硬套的計(jì)算，要靈活觀察系統(tǒng)熱力過程，根據(jù)過程特性不同選擇不同形式的弗留格爾公式進(jìn)行流量計(jì)算。
3結(jié)語
　　傳統(tǒng)的直接測(cè)量蒸汽流量的方法雖然在二次儀表的配合下可以得到主蒸汽流量值，但由于節(jié)流裝置本身存在的技術(shù)問題和測(cè)量精度等影響因素，如今在大容量高參數(shù)單元機(jī)組中越來越難以見其身影，與之相對(duì)應(yīng)的間接測(cè)量法在可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性方面的表現(xiàn)更為優(yōu)秀。但目前仍由于熱力工況復(fù)雜多變往往需要對(duì)計(jì)算模型作不同修正，目前并未研究出一種十分完善的計(jì)算模型，因此該領(lǐng)域還有待研究工作者繼續(xù)探索。

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