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渦街流量計在測量過程中對于管道的變徑整流器應用分析
一、概述
一般流量計前後的變徑都是爲了適應流量計,爲了滿足流量計的測量範圍,使流量計的測量*度達到好。比如說介質不滿管、流量偏高或偏低、都可以通過縮徑或擴徑來使其達到流量計的要求。但前後變徑必須要注意留好足夠的直管段,否則流量計的精度不但不會提升,反而會下降。傳統的流體整流器經長期的研究與實踐已趨于成熟,它一般采用阻隔體分隔流道來調整管道內的速度分布,以達到整流的目的;這一類整流器主要用于實驗室和流量標定系統。但這種方法易引起汙物堵塞和增加阻力損失,所以在工業管道上很少采用。
渦街流量計由于其獨特的性能,一直受到人們重視,並己到了廣泛的應用,但仍有兩個方面的問題困擾著人們,一是由于儀表上遊管道阻流件的幹擾,流場發生畸變,影響旋渦正常撥離。爲了克服流場擾動,儀表前需要配裝較長直管道(一般爲15~40倍的工藝管內徑的長度),而在實際現場是很難滿足的。二是,渦街流量計主要特点之一是量程宽,一般在10:1左右,应该说这样宽的测量范围应属比较优良的性能,但在实际工业应用中,大流量远低于仪表的上限值,小流量又往往会低于仪表的下限值,一些仪表经常工作在下限流量附近,造成仪表的计量准确度下降,这时信号较弱,仪表的抗干扰能力也下降。为了测量小流量,人们往往采用内腔形状为园台的传统变径管,经过缩径提高测量处的流速。使渦街流量計工作在正常流速范围内,但这种变径方式,结构尺寸大(一般长度为工艺管内径的3~5倍),同时,由于流体流经变径管,在变径处产生大量旋转流团,增大局部阻力损失,也使流场发生畸变。所以必须在变径管与仪表之间加装大于15倍工艺管内径长度的直管道进行整流,且增加了沿程阻力损失(如图1所示),这种方法增加施工成本,也给加工、安装带来不便。
渦街流量計安装图
纵端面采用特殊形线的变径整流器(己申报国家专利),具有整流,提高流速及改变流速分布的多重作用,其结构尺寸小,长度仅为工艺管内径的1/3,可以直接卡装在仪表的两端,不仅不需要另外附加直管道,而且可以降低仪表对上游直管道的要求。实验表明:仪表上游阻力件为一个平面内的两个90°弯头 在一般情况下,渦街流量計上游侧应加装大于20倍管道内径长度的直管道,而渦街流量計加装了变径整流器大大降低了对上游测直管道长度的要求,其阻力远远小于传统的变径管。更主要的是,可使下限流速降为原来的1/3,量程比提高到15:1以上。
二、原理及分析
首先应该指出,传统的变径管可以经过缩径,并配以较小口径的流量计来达到测量小流量的目的,但是这种方法不可能扩大仪表的量程比,因为它并末改变管道的流速分布状态。AG娱乐多人鱼虾知道,渦街流量計的理论及推导是基于在无穷大的均匀流场中得到的,而在实际封闭圆管中,却是非均匀流场,横断面的流速分布是一回转抛物面,虽然选择合理的柱型,使柱体两侧弓形面的流速分布均匀,但实际上,工艺管道上回转抛物面的流速分布的影响是客观存在的。实验表明在比较大的流量时,这个影响较小,或说这个影响在允许的范围内;但随着流量的下降,这个影响越来越大,从大量标定数据看,仪表常数总是随着流量的减小而增大。这说明取样点的流速与平均流速差异越来越大。
结构图
采用了變徑整流器後(見圖2),由于縮經斷面的流速在逐漸增大,在斷面上各點流速的增加是不一樣的,靠近中心流速增加小,而靠近喉徑邊沿處流速增加大。
設整流器進口處壓力爲P1,平均流速爲V1,某點上的速度不均勻度爲U1,出口處壓力爲P2,平均流速爲V2,通過進口處某點同一流線,在出口處的速度不均勻度爲U2,沿該流線,由伯努利方程得:
计算公式
由式(6)可見,收縮比對出口處流速均勻度的影響,即對于一定的進口速度不均勻度,
出口处的速度不均匀度将缩小n2倍。因此出口处流速趋于均匀,更接近渦街流量計理论的均匀流场的条件,不仅使漩涡趋于稳定,且提高了仪表的测量范围。另外,这种变径整流器,在流体动能的转换过程中有效的抑制了干扰。三、实验验正
例1:一台口径为40mm的渦街流量計安装在φ40的工艺管道上,标定满足精度1%的量程比为8:1,当安装在φ50工艺管道上,并在仪表两侧安装变径整流器,在15:1的范围内精度为1.0%。
例2:二台口径为50mm和40mm渦街流量計配装整流器后,分别安装在口径为80mm工艺管道上,进行水标定。实验数据见表1。
工艺管内径/整流器喉部直径(mm) 仪表常数重复性 非线性 量程 小流速(米/秒)
80/50 17452 0.05% 0.95% 15:1 0.1
80/40 10197 0.04% 0.78% 15:1 0.16
[表1]
流量计整流变径再将两台口径为φ50mm和φ40mm渦街流量計配装整流器后,分别安装在φ80mm工以管道上,且仪表上游尉为一个平面内两个90°弯头,变径整流器前端与第二个90°弯头距离为3倍工艺管内径长段,进行水标定,工艺图如图3,实验数据见表2
工艺管内径/整流器喉部直径(mm) 仪表常数重复性 非线性 量程 小流速(米/秒)
80/50 17266 0.02% 0.9% 16:1 0.1
80/40 10278
0.15% 0.08% 15:1 0.15
[表2]
實驗結果表明:
1、 在管道流速较低时,采用变径整流器,使仪表特性总体保持良好状态;
2、 采用变径整流器,在仪表上游阻流件形式为一个平面内2个90°弯头,直管道很短(3D)的情况下,仪表常数的偏移在0.7%左右,说明整流器具有良好的流动调整性能。(与实验相同的上游阻流件形式在不装整流器条件下,仪表上游直管道长段为8倍工艺管内径时,仪表常数偏移为2.0%!)
3、 在仪表前加装变径整流器,投展了仪表的测量范围。
這與理論分析是相吻合的。
四、阻力計算
设工艺管道直径为D1, 介质的密度为ρ,流速为V1渦街流量計的压力损失为?ω1, 整流器压力损失为?ω3, 总压力损失为?ω。?ω1=0.3ρV2 1(Pa)采用整流器后,仪表口径为D2,则渦街流量計处的流速为V2压损为?ω2。
?ω2=1.3ρV2 2=(V2/V1)2·?ω1=(D1/D2)4·?ω1
整流器的壓損,取決于縮徑比D2/D1,之值一般都在0.8以上,則整流器的壓損:
?ω3=0.12?ω2
所以总的压损?ω为:?ω=1.12?ω2=1.12(D1/D2)4×1.3ρV2 1(Pa)
例:管径为D1=100mm的水计量系统,采用渦街流量計作为流量计量仪表,其大流速Vmax为1m/s,其小流速Vmin为0.3m/s,拟采用100/80整流器计算各相关参数:缩径后流速为V2:V2max=(100/80)2×1=1.56m/s
V2min=0.47m/s?ωmax=1.12(D1/D2)41.3ρV2 1=1.12(100/80)4×1.3×998×1=3547(Pa)
五、應用舉例
加装变径整流器满管式渦街流量計已大量用于气体、水、蒸气等介质的测量,其实例枚不胜举,均收到了令人满意的效果。
更值得一提的是,将变径整流器与插入式渦街流量計配套使用(见图4),用于大口径煤气测量,成功地解决了大口径煤气介质脏,流速低、流量变化大,允许压损小等者大难问题。
在冶金行業中,測量大口徑煤氣一般采用孔板流星計,由于其自身的局限性,很難滿足實際測量要求,其問題是:①煤氣中含有粉塵和各種雜質,經一段時間運行,大量粉塵堆積在孔板的上遊側,各種雜質附著在測量元件表面,就孔板來說,已無准確度可言,同時又經常發生導管堵塞的問題。由于生産的連續性,不可能停氣清洗或更換孔板。②由于介質
流速低,爲獲得較大的差壓,孔板的開孔徑一般都比較小,造成壓損大,當流量增大時,孔
板卻起不了限流作用,遇到此類情況,有些企業不得不拆除孔板來滿足生産。③普通孔板流量計的量程近爲3:1,往往不能滿足實際工況的需要。
已投入实际运行的变径整流器与插入式渦街流量計所构成煤氣流量計量系统:①变径整流器入口处为光滑曲线,介质流经时,有自清洗的效果,不会造成粉尘堆积。②变径处流速提升可满足插入式涡衔流量计下限流速的要求,且渦街流量計量程比为10:1,完全满足煤气测量范围的要求。③插入式渦街流量計可在管道不断流的情况下拆出测头进行定期或不定期清洗。满足连续生产的要求。④压损小,插入式渦街流量計测头部分在大口径管道内的流阻很小可忽略不计,变径部分的变径比一般都大于0.7,管道大流速按25米/秒计算,压损仅在200Pa以内。
上述表明,此種方法是解決大口徑煤氣計量的行之有效的方法。
六、結束語
渦街流量計与变径整流器配套使用,形成了一种新的流量测量系统,可使流量测量下限为下降(为原来的1/3),测量范围扩大(15:1以上),并可以大大降低仪表对上游直管道长度的要求。这对一个流量计来讲无疑是一个不小的进步,它拓宽了渦街流量計的应用范围,在燃气、城市煤气、水、热水、蒸汽、油品、奶液、药液、化工产品(上述介质一般要求下限流速低,测量范围宽)的流量测量中将发挥突出优势。变径整流器在工业用户中实际应用情况还表明,变径整流器简化了仪表安装工艺,并且大大降低了工程造价。
變徑整流器研究與應用是流量應用技術研究的典型實例,它本身的研究還有待于進一步的深入,同時AG娱乐多人鱼虾還應進一步關注其它與流量鋇幢相關的應用技術研究,充分利利用現有的技術設備資源,真正解決一些流量測量的難點問題。

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