电站锅炉风机运行效率试验不确定度分析概要.docx

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电站锅炉风机运行效率试验不确定度分析概要

ＣＮ３５－１２７２／ＴＫ

新建火电机组验收或锅炉大修后对锅炉性能指标评估时，都要进行锅炉风机运行效率性能试验，通常把经过修正的锅炉风机效率作为试验的最终结果，而对测量结果的评定则要使用测量不确定度。

测量不确定度是指测量结果的可靠程度，并不说明测量结果是否接近真值。

试验结果的不确定度不能用于试验结果的修正，但在商务方面，如果双方达成协议，可以用作实验结果的允许误差。

在工业技术应用领域，定义测量不确定度时，置信水平一般取为９５％。

因此可用锅炉风机运行效率性能试验不确定度评定结果为电站锅炉性能指标评定提供一定理论依据。

１不确定度分析

进行不确定度分析首先应建立满足测量不确定度评定所

要求的数学模型。

数学模型应满足下列要求：

①包括影响测量结果的全部输入量；②不遗漏任何影响测量结果的不确定度分量；③不重复任何影响测量结果的不确定度分量；④当选取的输入量不同时，数学模型可以写成不同的形式。

在数学模型建立后，根据具体情况进行Ａ类或Ｂ类不确定度评定，计算合成标准不确定度及扩展不确定度，给出不确定度评定分析报告等。

１．１建立锅炉风机运行效率数学模型

锅炉类型不同，风机效率计算原理相同，但表达形式略有

区别。

本文以华电喀电４＃炉风机效率试验结果为依据，介绍了不确定度在实际中的评定方法及不确定度分析模型，其它类型锅炉与此类似。

进行不确定性分析，首先要建立满足测量不确定度评定所要求的数学模型。

测量中，被测量Ｙ（即输出量）由Ｎ个其他量Ｘ１，Ｘ２，…，Ｘｎ；函数关系ｙ＝ｆ（ｘ１ｘ２ｘ３……ｘｎ）数学模型应满足下列要求：

①包括影响测量结果的全部输入量；②不遗漏任何影响测量结果的不确定度分量；③不重复任何影响测量结果的不确定度分量；④当选取的输入量不同时，数学模型可以写成不同的形式。

１．２不确定度的Ａ类、Ｂ类评定及合成１．２．１

不确定度的Ａ类评定

由于测量结果的不确定度由若干个因素引起，对每个评

定来源评定的标准偏差（不确定度分量Ｕｉ，有两类评定方法，即Ａ类和Ｂ类评定。

通过统计分析观测列的方法，对标准不确定度进行评定所得到的相应的标准不确定度，称为Ａ类不确定分量ＵＡ。

在重复性条件或复线性条件下得出ｎ个观测量ｘ１，ｘ２，…，

ｘｎ；有ｎ

ｋ＝１!

ｘｋ

（１）

式中为样本平均值。

样本标准差ｓ（ｘｋ）计算式为ｓ（ｘｋ）＝

１／ｎ－ｎ

ｋ＝１

!

"

（ｘｋ－２

（２）

单组测量结果的不确定度ｓ（ｘ）可表示为Ｓ（Ｘｘｋ）＝ｓ（ｘｋ）／"＝

１ｎ

ｋ＝１

（ｘｋ－ｘ）

２

"

（３）

当有ｍ组被测量ｘＩ时，每组ｎ个观测量ｘ１，ｘ２…ｘ３；有

ｓｐ（ｘｉ）＝

１ｎｉ＝１ｍ

ｊ＝１

!

（ｘｉｊ

－"（４）

如当ｍ组被测量已分别计算出Ｓｉ，则ｓｐ

ｓｐ（ｘｉ）＝

１／ｍｍ

ｉ＝１

!

ｓｉ

２

"（５）

如当ｍ组被测量Ｘｉ重复测量的次数不完全相同，有

ｓｐ（ｘｉ）＝１／ｍｉ＝１

!

ｖｉｍ

ｉ＝１

!

ｖｉｓｉ

２

"

（６）

式中ｖｉ＝ｎｉ－１，ｎｉ为Ｘｉ重复测量的次数。

１．２．２

不确定度的Ｂ类评定

获得Ｂ类不确定度的信息来源一般有：

以前观测到的数据；对有关技术资料和测量仪器特性的了解和经验；生产部门提供的技术说明文件；校准证书、检定证书或其他文件提供的准确度等级和级别，包括目前使用的极限误差等；手册或某些资料给出的参考数据及其不确定度；规定实验方法的国家标准或类似技术文件给出的重复性限或复现行限。

用以上方法得到的ｕ（ｘｉ），简称为Ｂ类不确定度，记为ｕＢ。

刘

涛１李凤婷１景雪辉２

（１新疆大学电气工程学院

２新疆电力科学研究院新疆乌鲁木齐

８３００００）

摘要

电站锅炉风机效率试验是日常工作中常做的一项试验，随着对试验的要求的精细化，试验结果准确程度也越来越

被重视。

以新疆华电喀什发电有限责任公司４＃炉风机效率试验结果为依据介绍了不确定度在实际中的评定方法。

计算结果表明影响锅炉风机效率测试结果不确定度的主要有出口动压、出口静压、大气压力、电机功率４个变量。

关键词

锅炉风机

运行效率

不确定度

灵敏系数

中图分类号：

ＴＨ４３文献标识码：

Ａ

文章编号：

１６７２－９０６４（２００８）０３－００３９－０２

电站锅炉风机运行效率试验不确定度分析

作者简介：

刘涛（１９７７～），男，２００６级在读硕士研究生，主要研究方向：

计算机技术与控制，热能控制等。

研究与探讨

ＣＮ３５－１２７２／ＴＫ

测试项目不确定度分量ｕ（ｘ１）灵敏度系数ｃ１

ｃ１ｕ（ｘ１）出口动压／ρａ入口静压／ρａ出口静压／ρａ大气压力／ρａ入口面积／ｍ２出口面积／ｍ２入口温度／℃出口温度／℃电机功率／ｋＷ合成不确定度ｕｃ（ｙ）扩展不确定度Ｕ

０．６１９９６１．１６２３８１３．７５５３７１９０５．２５５８９０．０１３８６０．０２３８６０．４０４１５０．４０４１５３２９２．３３９９１

２．７８７２Ｅ－０３１．３４４５Ｅ－０４１．３２６２Ｅ－０４１．２５００Ｅ－０６７．３０５４Ｅ－０３３．５５１０Ｅ－０２４．４１０１Ｅ－０４９．３０６８Ｅ－０５５．７６５１Ｅ－０７０．９２％１．８４％

１．７２８０Ｅ－０３１．５６２８Ｅ－０４１．８２４２Ｅ－０４２．３８１６Ｅ－０３１．０１２５Ｅ－０４８．４７２７Ｅ－０４１．７８２３Ｅ－０４３．７６１３Ｅ－０５１．８９８１Ｅ－０３

表１

不确定度的计算结果

１．２．３合成标准不确定度

对于模型式（１）中的输入量（影响量）彼此独立或不相关

时，合成标准不确定度ｕｃ（ｙ）为

ｕｃ（ｙ）＝

ｎ

ｉ＝１

!

（"ｆ／"ｘｉ）２ｕ２

（ｘｉ）

"（７）

式中ｕ（ｘｉ）为影响量估计值ｘｉ的标准不确定度，可按Ａ类标准不确定度或Ｂ类标准不确定度进行评估；ｕｃ（ｙ）为估计值

ｙ的标准偏差，即合成不确定度；"ｆ／"ｘｉ为Ｘｉ＝ｘｉ时的偏导数，

称为灵敏系数，符号为ｃｉ，其描述估计值ｙ如何随ｘ１，ｘ２，…，ｘｎ的变化，式（８）也可写成

ｕｃ２（ｙ）＝ｎ

ｉ＝１

!

ｕｉ２

（ｙ）（８）

ｕｉ（ｙ）＝"ｆ／"ｘｉｕ（ｘｉ）＝ｃｉｕ（ｘｉ）

（９）

灵敏系数对合成不确定度影响很大，一般确定方法有：

①模型函数ｆ已知时，取其偏导数；②当模型函数ｆ不明确，尚无合适的解析式时，通过试验方法确定ｆｉ／Δｘｕ，以此代替其偏导数；③输出量ｙ与一些影响量有明显函数关系，与另一些影响量的函数关系不明确，则前者取其偏导数，后者通过试验方法确定；④在某些情况下，认为影响量的变化或其本身的数量不经放大或缩小直接反映在被测量的合成标准不确定度中，可认为Ｃｉ＝±１。

１．２．４扩展不确定度的评定

扩展不确定度是由合成标准不确定度的倍数表示的测量不确定度，用Ｕ表示。

扩展不确定度一般分为２种情况：

①在合成标准不确定度ｕｃ（ｙ）确定后，乘以一个包含因子ｋ，即Ｕ＝ｋ×ｕｃ（ｙ）。

区间［ｙ－Ｕ，ｙ＋Ｕ］包含了测量结果可能值的大部分。

ｋ值一般取２或

３，大多取２。

取其它值时应说明来源。

②将ｕｃ（ｙ）乘以给定概率ｐ

（置信概率）的包含因子ｋｐ，即Ｕｐ＝ｋｐ×ｕｃ（ｙ）。

区间［ｙ－Ｕ，ｙ＋Ｕ］量值的置信概率ｐ。

一般采用ｐ＝９５％或ｐ＝９９％。

２不确定度评定原理应用实例

新疆华电喀电４＃炉为东方锅炉厂设计制造，型号为ＤＧ－

２２０／９．８，属单汽包自然循环、悬浮燃烧、П型布置、高温高压蒸汽锅炉。

炉架采用全钢架结构，设计０＃轻柴油点火、燃用烟煤。

锅炉配有２台重庆通用工业集团有限责任公司生产的Ｇ５－

４８Ｎｏ１７．５Ｄ型离心式送风机，配兰州电机厂生产的ＹＫＫ４５０－４

型电动机。

送风机效率的计算（以在送风机出口测量动压效率为例

ηｅ＝

ｐ２－ｐ１ｍ

＋ｖ２ｍ２

＋ｖ２

ｍ１

〕・Ｑｅ

（１０）

其中：

ρｍ１

＝

１．２９３×

２７３×（ｐ０＋ｐ１）１

ρ

ｍ２

＝１．２９３×

２７３×（ｐ０＋ｐ１）２

ρｍ＝（ρｍ１

＋ρｍ

２

）／２，０ｖｍ２

＝２

ｍ

２

"

ｖｍ１

＝ρｍ２

ｓ２υ

ｍ

２

ｍ１

１Ｑ＝ρｍ２

ｓ２υｍ

２

将各分量带入公式整理得：

ηｅ＝１ｅ（Ｐ２－Ｐ１）Ｔ１Ｔ２

φ１

２０１１０２%＋φ２Ｋ△ＰＴ２０２

－φ３Ｓ２２Ｋ△Ｐ（Ｐ０＋Ｐ２）Ｔ１

２

Ｔ２Ｓ１（Ｐ０＋Ｐ１）

%

ｘφ４Ｓ２

０２２

"

（１１）

其中：

φ１＝０．００１７４２φ２＝１４３．５４５５

φ３＝２８７．０９１１φ４＝

０．０８３４６５的情况下，出口静压不确定度计算公式为：

ｕ（Ｐ２）＝ａ／

ｋ，测量出口静压采用数字微压计，根据为ｘｉ服仪器的准确度

确定ａ值，ａ＝出口静压×数字微压计准确度；在仪器未作特殊说明时服从均匀分布，ｋ取"，则：

ｕ（Ｐ２）＝２３８２．５０×１％÷"＝

１３．７５５３７

由以上可得最终锅炉风机效率不确定度的计算结果，详见表１。

３结论

本文根据有关文献介绍了不确定度的分析过程，包括建

立不确定度分析模型，对不确定度分量进行Ａ类或Ｂ类评定的方法，合成标准不确定度及扩展不确定度的计算方法等。

在此基础上，给出了电站锅炉风机的不确定度分析模型及评定实例。

计算结果表明，影响锅炉风机效率测试结果的不确定度影响因素主要有：

出口动压、出口静压、大气压力、电机功率。

４个量对风机效率影响较大。

但总体来看除风机出口温度，其他量对风机效率的影响仅比上述４个量的数量级低一位，对风机效率的影响也不可忽视。

通过对不确定度分析计算以及在实际中的应用，使我们对影响风机效率不确定度４个因素有了更深的认识，可为试验提供理论指导，也可为电站锅炉性能指标评估提供理论依据。

参考文献

１肖明耀．误差理论与应用．北京：

中国计量出版社，１９９５２ＧｕｉｄｅｔｏｔｈｅＥｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆＵｎｃｅｒｔａｉｎｔｙｉｎＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ（ＧＵＭ）３刘智敏．不确定度及其实践．北京：

中国标准出版社，２０００

４ＪＪＦ１０５９－１９９９，测量不确定度评定与表示．１９９９

５

ＬｉｕＺｈｉｍｉｎ，ＬｉｕＦｅｎｇ．Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙｉｎｍｅａ－ｓｕｒｅｍｅｎｔ．ＣｈｅｍｉｃａｌＡｂｓｔｒａｃｔｂｙｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，１９９６，２５（１４）

６ＤＬ／Ｔ４６９－２００４，电站锅炉风机性能试验规程．

研究与探讨