AP1000核电机组性能试验用ASME喷嘴标定分析

2021年第20卷第4期
Industrial &Science Tribune 2021（20）4
地，已经成为城市发展的新思维。

空间再造是“智慧图书馆”建设中智能服务模式创新的必然保障，是图书馆发展战略转型的关键。

各级各类图书馆的空间再造理应秉持以人为本、传承文明，不忘初心、牢记使命的理念，从物理空间、虚拟空间、服务、功能等层面上出发，将图书馆打造成为一个具有舒
适、
亲切、自由、包容等特点的公共文化共享空间以满足整个社会的公民对于和谐、包容的智慧城市的文化诉求。

【参考文献】［1］刘剑，许云林，杨鹏飞，戴超，赵茜．我国智慧城市发展现
状［
J ］．农村经济与科技，2019，4：195［2］贾婷婷．对图书馆空间再造热潮的思考［J ］．图书管理，2020，3（上）：166 168
［3］史艳芬．国内高校图书馆空间再造现状调查及关键要素分析［
J ］．图书馆，2020，5：82 83［4］范红，闫小斌．现代图书馆空间变迁逻辑与再造实践［J ］．图书馆，2020，4：76［5］罗亚泓，文峰．英国高校图书馆空间及服务的延伸———基于16所图书馆的调查研究［J ］．图书馆学研究，2020，15：81 82
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AP1000核电机组性能试验用ASME 喷嘴标定分析
□王
雄
【内容摘要】AP1000作为全球最先进的第三代核电技术，准确、可靠地获取其汽轮机性能指标意义重大。

低β值喉部取压流量
喷嘴是ASME （美国机械工程师协会）推荐用于汽轮机性能试验主流量测量的测量元件。

本文阐述了国内AP1000
核电机组汽轮机性能试验所用ASME 流量喷嘴的标定方法和标准中对流量喷嘴标定的原则性要求；说明了标定试
验中各个参数的计算方法及来历；按照数理统计方法，
对标定试验数据进行了计算、评价，确定喷嘴标定结果不满足验收标准；并对标定试验的不确定度进行了计算、分析。

【关键词】AP1000；喷嘴；标定；不确定度
【作者简介】王雄（1992．3 ），男，三门核电有限公司工程师；研究方向：核电站工艺系统及设备调试
AP1000技术作为全球先进的三代核电技术，准确获取其汽轮机性能指标，显得尤为关键。

而测量主流量是获得汽轮机各项性能指标最为关键的技术，低β值喉部取压流量喷嘴是ASME 所推荐的主流量测量元件，为获取更高精度水流量的测量，必须对喷嘴组件进行专门的标定。

一、试验介绍
根据ASME PTC 19.5－2004，水流量按以下公式进行计
算确定，
ASME 流量喷嘴标定试验，即确定流出系数C 。

G =
C 1－β槡
4
ˑ
π4
d 2
ˑFa ˑ2ˑρˑΔ槡p 式中：G ：流量（kg /s ）C ：流出系数β：孔径出
d ：流量原件孔径（m ）D ：管道直径（m ）Fa ：热膨胀系数
ρ：密度（kg /m 3
）Δp ：压差（Pa ）
此次流量喷嘴标定所用方法为称重法，如图1所示。

水箱中的水通过离心泵注入整个试验系统，
通过压力箱消除气
泡，当稳定的水流建立后，即可开始流量喷嘴标定试验。

流经流量喷嘴的水量可以通过称重水箱收集称重，水的流量通过控制室远程控制，流经压力测点的水的差压通过高精度差压变送器测量。

图1标定试验设施及流程示意图
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Industrial &Science Tribune 二、标定试验数据计算评价及分析
（一）标定试验数据评价标准。

如果喷嘴校验数据满意，即可将其平行于ASME 参考曲线进行外推。

用每一标定点实测数据取代以下方程中的C ，从而解出C x 。

若以下三个验
收标准都能满足，
则认为喷嘴标定满足要求。

C =C x －0.185ˑRe d －0.2（1－361239Re d
）
0.8
1．平均值。

C x 的平均值必须为1.0054ʃ0.0025。

2．C x 不依赖于雷诺数Re d 。

C x 值必须表现出不随Re d
的变化而变化的特性，通过用C x =a +bRe d 表示的方程式进
行无约束线性回归的方法来确定。

如果斜率b 在2.7ˑ10－10范围之内，即可判定C x 的值与Re d 是独立的。

3．标定数据分散度。

C x 值的95%可信度的置信区间不应超过0.0006。

如果喷嘴标定结果不能满足以上任意一条标准，则需认真检查喷嘴，纠正不符合之处；如有必要则重新标定喷嘴，如果依旧不合格，则考虑选用其他喷嘴。

（二）试验数据评价实例。

ASME 流量喷嘴每隔90ʎ共设
置4个喉部取压孔，分别命名为A 、
B 、
C 、
D 。

对4个取压孔的标定数据进行计算评价，最终计算及评价结果如表1所示。

表1流量喷嘴标定试验结果评价表
判断
标准A B C D 满足不满足不满足不满足C x 平均值 1.0079 C x 1.0029
1.0055
1.0057
1.0051
1.0058
C x 不依赖
于雷诺数
|b|＜2.7ˑ10－101.5ˑ10－108.3ˑ10－101.2ˑ10－92.4ˑ10－10
数据分散度|分散度|＜0.00030.000270.000370.000250.00024
从表1中可以看出，只有A 完全满足要求。

其余3个取
压孔标定结果均不满足，
主要因为C x 与雷诺数Re d 的独立性无法满足，在现场性能试验工况雷诺数高于标定试验工况下雷诺数时，将不能按照标准给出的公式进行曲线外推。

（三）标定试验不确定度分析。

试验不确定度是表征试
验可信程度的重要指标。

对于流量喷嘴标定试验，
试验雷诺数越小，所对应的试验不确定度将越大，所以此次试验的最大不确定度出现在雷诺数最小的情况下。

喷嘴标定试验不确定度产生原因主要由四部分组成。

1．流量测量误差。

流量测量误差E 1主要是由称重水箱中水的重量测量误差δw 和水的注入时间测量误差δs 两部分组成，其中：
称重水箱中水的重量测量误差δw 为：
δw =ΔW
W
=0.011（%）称重水箱中水的注入时间测量误差δs 为：
δs =ΔS
S
=0.003（%）而总的流量测量误差E 1则通过以下公式进行计算得出：
E 1=ʃ
（δw ）2
+（δs ）
槡
2
=ʃ0.011（%）
以上式中，
Δw =2.0是从称重水箱校验证书中查得的水的重量测量的最大误差值（kg ）
ΔS =0.001是从称重水箱校验证书中查得的注水时间测量的最大误差值（s ）
W =18913是试验雷诺数最小时测得的水的重量值（kg ）
S =34.874是试验雷诺数最小时测得的注水时间值（s ）2．差压测量误差。

同上，差压测量误差E 2通过求取在最小雷诺数时的差压测量误差获得，
E 2=Δh er
Δh =0.286（%）
式中，
Δh er =50是从差压变送器校验证书中查得的差压测量的最大误差值（kPa ）
Δh =17510是实验雷诺数最小时测得的差压值（kPa ）3．水的密度误差。

标定试验期间水的密度误差E 3来源于水的温度测量误差，根据温度计的校验报告，温度测量最大误差为ΔT =0.8ħ，试验期间水温测量值为21.5ħ，而考虑到测量误差，水温可能为22.3ħ。

水温分别为21.5ħ和
22.3ħ的两种情况下，水的密度偏差为0.18kg /m 2。

所以，水的密度误差E 3按照如下公式计算：
E 3=ʃΔρw
ρw
=0.018（%）式中，
Δρw =0.18是从温度计校验报告中查得的最大温度
误差对应的水的最大密度误差值（kg /m 3
）
ρw =997.88是试验雷诺数最小时测得的温度对应的水
的密度（kg /m 3
）
4．喷嘴喉部直径测量误差。

喷嘴喉部直径测量误差E 4
通过以下公式计算：
E 4=ʃΔd
d
≈0（%）
式中，
Δd =0.001是从直径测量仪表校验证书中查得的直径测量最大误差值（mm ）
d =337.3是最终测得的喷嘴喉部直径（mm ）
5．总的试验不确定度。

考虑各个测量误差对最终试验
不确定度的灵敏系数，
标定试验总的试验不确定度通过以下公式计算得出，灵敏系数按照ASME PTC6R －1985（汽轮机性能试验不确定度评价导则）中所述的数值微分法获得。

此次试验，总的试验不确定度为：E =
E 21+
14E 22+14E 23+14E 槡
2
4
=0.144（%）通过以上分析可以得出，此次喷嘴标定试验的最终不确定度为0.144%，而差压测量误差对总的不确定度的影响最大。

三、结论及建议
标定试验结果显示，流量喷嘴3个取压孔标定结果均不
满足ASME 标准中验收准则要求，
主要因为C x 与雷诺数Re d 的独立性无法满足。

AP1000核电机组流量喷嘴实际运行工
况的雷诺数范围为（20 30）ˑ106
，而此次标定试验的实验
室能标定的雷诺数范围仅为（1.5 3）ˑ106
，
跟实际运行工况相差一个数量级，因此现场使用时流出系数C 需要根据标定的数据依据标准进行外推确定。

由于C x 与雷诺数Re d 的
独立性无法满足，
实际性能试验时将不能按照标准给出的公式进行曲线外推。

因此判定此次ASME 流量喷嘴标定试验不合格。

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