變徑整流器在流量測量中的應(yīng)用知識要點(diǎn)

1、變徑整流器在流量測量中的應(yīng)用知識、概述傳統(tǒng)的流體整流器經(jīng)長期的研究與實(shí)踐已趨于成熟， 它一般采用阻隔體分隔流道來調(diào)整 管道內(nèi)的速度分布， 以達(dá)到整流的目的； 這一類整流器主要用于實(shí)驗(yàn)室和流量標(biāo)定系統(tǒng)。 但 這種方法易引起污物堵塞和增加阻力損失， 所以在工業(yè)管道上很少采用。 渦街流量計(jì)由于其 獨(dú)特的性能， 一直受到人們重視， 并己到了廣泛的應(yīng)用， 但仍有兩個(gè)方面的問題困擾著人們， 一是由于儀表上游管道阻流件的干擾， 流場發(fā)生畸變， 影響旋渦正常撥離。 為了克服流場擾 動(dòng)，儀表前需要配裝較長直管道 （一般為 1540 倍的工藝管內(nèi)徑的長度 ），而在實(shí)際現(xiàn)場是很 難滿足的。二是，渦街流量計(jì)主要特點(diǎn)之

2、一是量程寬，一般在10：1 左右，應(yīng)該說這樣寬的測量范圍應(yīng)屬比較優(yōu)良的性能， 但在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中， 最大流量遠(yuǎn)低于儀表的上限值， 最小 流量又往往會低于儀表的下限值， 一些儀表經(jīng)常工作在下限流量附近， 造成儀表的計(jì)量準(zhǔn)確 度下降，這時(shí)信號較弱， 儀表的抗干擾能力也下降。為了測量小流量， 人們往往采用內(nèi)腔形 狀為園臺的傳統(tǒng)變徑管， 經(jīng)過縮徑提高測量處的流速。 使渦街流量計(jì)工作在正常流速范圍內(nèi)， 但這種變徑方式，結(jié)構(gòu)尺寸大 （一般長度為工藝管內(nèi)徑的 35 倍 ），同時(shí)，由于流體流經(jīng)變徑 管，在變徑處產(chǎn)生大量旋轉(zhuǎn)流團(tuán)，增大局部阻力損失，也使流場發(fā)生畸變。 所以必須在變徑 管與儀表之間加裝大于 15

3、倍工藝管內(nèi)徑長度的直管道進(jìn)行整流， 且增加了沿程阻力損失 （如 圖 1 所示 ） ，這種方法增加施工成本，也給加工、安裝帶來不便。（圖 1）縱端面采用特殊形線的變徑整流器 （己申報(bào)國家專利 ） ，具有整流，提高流速及改 變流速分布的多重作用，其結(jié)構(gòu)尺寸小，長度僅為工藝管內(nèi)徑的1/3，可以直接卡裝在儀表的兩端，不僅不需要另外附加直管道，而且可以降低儀表對上游直管道的要求。實(shí)驗(yàn)表明： 儀表上游阻力件為一個(gè)平面內(nèi)的兩個(gè)90°彎頭在一般情況下，渦街流量計(jì)上游側(cè)應(yīng)加裝大于 20 倍管道內(nèi)徑長度的直管道，而渦街流量計(jì)加裝了變徑整流器大大降低了對上游測直管 道長度的要求， 其阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的變徑

4、管。 更主要的是， 可使下限流速降為原來的 1/3， 量程比提高到 15：1 以上。'二、原理及分析首先應(yīng)該指出， 傳統(tǒng)的變徑管可以經(jīng)過縮徑， 并配以較小口徑的流量計(jì) 來達(dá)到測量小流量的目的， 但是這種方法不可能擴(kuò)大儀表的量程比， 因?yàn)樗⒛└淖児艿赖?流速分布狀態(tài)。我們知道，渦街流量計(jì)的理論及推導(dǎo)是基于在無窮大的均勻流場中得到的， 而在實(shí)際封閉圓管中， 卻是非均勻流場， 橫斷面的流速分布是一回轉(zhuǎn)拋物面， 雖然選擇合理 的柱型， 使柱體兩側(cè)弓形面的流速分布均勻， 但實(shí)際上， 工藝管道上回轉(zhuǎn)拋物面的流速分布 的影響是客觀存在的。 實(shí)驗(yàn)表明在比較大的流量時(shí)， 這個(gè)影響較小， 或說這個(gè)影響在

5、允許的 范圍內(nèi)；但隨著流量的下降，這個(gè)影響越來越大， 從大量標(biāo)定數(shù)據(jù)看， 儀表常數(shù)總是隨著流 量的減小而增大。這說明取樣點(diǎn)的流速與平均流速差異越來越大。采用了變徑整流器后 (見圖 2)，由于縮經(jīng)斷面的流速在逐漸增大，在斷面上各點(diǎn)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(shè)整流器進(jìn)口處壓 力為P1,平均流速為V1 ,某點(diǎn)上的速度不均勻度為 U1 ,出口處壓力為 P2,平均流速為V2 , 通過進(jìn)口處某點(diǎn)同一流線，在出口處的速度不均勻度為 U2 ，沿該流線，由伯努利方程得：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(jìn)口速度不均勻度，出口處的速度不

6、均勻度將縮小n2倍。因此出口處流速趨于均勻，更接近渦街流量計(jì)理論的均勻流場的條件，不僅使漩渦趨于穩(wěn)定， 且提高了儀表的測量范圍。另外，這種變徑整 流器，在流體動(dòng)能的轉(zhuǎn)換過程中有效的抑制了干擾。三、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)正例1：一臺口徑為 40mm的渦街流量計(jì)安裝在 0 40的工藝管道上，標(biāo)定滿足精度1%的量程比為 8 1,當(dāng)安裝在$50 工藝管道上，并在儀表兩側(cè)安裝變徑整流器，在15：1 的范圍內(nèi)精度為 1.0%。例 2：二臺口徑為 50mm 和 40mm 渦街流量計(jì)配裝整流器后,分別安裝在口徑為 80mm 工藝管道上, 進(jìn)行水標(biāo)定。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表 1 。工藝管內(nèi)徑 /整流器喉部直徑 (mm) 儀表常數(shù)重復(fù)性

7、 非線性 量 程 最小流速 (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 再將兩臺口徑為 0 50mm 和 0 40mm 渦街流量計(jì)配裝整流器后,分別安裝在 0 80mm 工以管道上,且儀表上游尉為一個(gè)平面內(nèi)兩個(gè)90°彎頭,變徑整流器前端與第二個(gè)90°彎頭距離為 3 倍工藝管內(nèi)徑長段,進(jìn)行水標(biāo)定,工藝圖如圖3,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表 2工藝管內(nèi)徑/整流器喉部直徑(mm)儀表常數(shù)重復(fù)性非線性量程最小流速(米/秒)80/5017266 0.02% 0.9% 16:1 0.1 80/4

8、0 10278 0.15% 0.08% 15:1 0.15表 2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明： 1、在管道流速較低時(shí),采用變徑整流器,使儀表特性總體保持 良好狀態(tài)； 2、采用變徑整流器,在儀表上游阻流件形式為一個(gè)平面內(nèi)2 個(gè) 90°彎頭,直管道很短(3D)的情況下，儀表常數(shù)的偏移在0.7%左右，說明整流器具有良好的流動(dòng)調(diào)整性能。(與實(shí)驗(yàn)相同的上游阻流件形式在不裝整流器條件下,儀表上游直管道長段為8倍工藝管內(nèi)徑時(shí),儀表常數(shù)偏移為2.0%！)3、在儀表前加裝變徑整流器,投展了儀表的測量范圍。這與理論分析是相吻合的。四、阻力計(jì)算設(shè)工藝管道直徑為D1,介質(zhì)的密度為p，流速為V1渦街流量計(jì)的壓力損失為？3

9、1,整流器壓力損失為 ？3 3，總壓力損失為？ 3。？3 1=0.3 p V21(Pa)采用整流器后，儀表口徑為D2，則渦街流量計(jì)處的流速為V2壓損為？3 2。? 3 2=1.3p V2 2=(V2/V1)2 ?3仁(D1/D2)4 ?3 1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：?33=0.12?3 2 所以總的 壓損?3 為：?3=1.12?3 2=1.12(D1/D2)4 X 1.3 p V2 1(Pa)例：管徑為D1=100mm的水計(jì)量系統(tǒng)，采用渦街流量計(jì)作為 流量計(jì)量儀表，其最大流速 Vmax為1m/s，其最小流速 Vmin為0.3m/s,

10、擬采用100/80整 流器計(jì)算各相關(guān)參數(shù)：縮徑后流速為 V2 ： V2max=(100/80)2 X 1=1.56m/sV2min=0.47m/s? 3 max=1.12(D1/D2)41.3 p V2 1=1.12(100/80)4 X 1.3X 998X 仁3547(Pa)五、應(yīng)用舉例加裝變徑整 流器滿管式渦街流量計(jì)已大量用于氣體、 水、 蒸氣等介質(zhì)的測量， 其實(shí)例枚不勝舉，均收到 了令人滿意的效果。 更值得一提的是， 將變徑整流器與插入式渦街流量計(jì)配套使用 （見圖 4）， 用于大口徑煤氣測量，成功地解決了大口徑煤氣介質(zhì)臟， 流速低、 流量變化大，允許壓損小 等者大難問題。在冶金行業(yè)中，

11、測量大口徑煤氣一般采用孔板流星計(jì)， 由于其自身的局限性， 很難滿足 實(shí)際測量要求，其問題是：煤氣中含有粉塵和各種雜質(zhì)，經(jīng)一段時(shí)間運(yùn)行，大量粉塵堆積 在孔板的上游側(cè)，各種雜質(zhì)附著在測量元件表面， 就孔板來說，已無準(zhǔn)確度可言， 同時(shí)又經(jīng) 常發(fā)生導(dǎo)管堵塞的問題。 由于生產(chǎn)的連續(xù)性， 不可能停氣清洗或更換孔板。 由于介質(zhì)流速 低，為獲得較大的差壓，孔板的開孔徑一般都比較小，造成壓損大，當(dāng)流量增大時(shí)，孔板卻 起不了限流作用， 遇到此類情況， 有些企業(yè)不得不拆除孔板來滿足生產(chǎn)。普通孔板流量計(jì)的量程近為 3： 1，往往不能滿足實(shí)際工況的需要。已投入實(shí)際運(yùn)行的變徑整流器與插入式 渦街流量計(jì)所構(gòu)成煤氣流量計(jì)量系

12、統(tǒng)： 變徑整流器入口處為光滑曲線，介質(zhì)流經(jīng)時(shí)， 有自清洗的效果， 不會造成粉塵堆積。 變徑處流速提升可滿足插入式渦銜流量計(jì)下限流速的要 求，且渦街流量計(jì)量程比為 10： 1,完全滿足煤氣測量范圍的要求。插入式渦街流量計(jì)可 在管道不斷流的情況下拆出測頭進(jìn)行定期或不定期清洗。滿足連續(xù)生產(chǎn)的要求。壓損小， 插入式渦街流量計(jì)測頭部分在大口徑管道內(nèi)的流阻很小可忽略不計(jì)， 變徑部分的變徑比一般 都大于 0.7,管道最大流速按 25 米/秒計(jì)算,壓損僅在 200Pa 以內(nèi)。上述表明,此種方法是 解決大口徑煤氣計(jì)量的行之有效的方法。 六、結(jié)束語渦街流量計(jì)與變徑整流器配套使用, 形 成了一種新的流量測量系統(tǒng), 可使流量測量下限為下降 （為原來的 1/3）,測量范圍擴(kuò)大 （15： 1 以上 ）,并可以大大降低儀表對上游直管道長度的要求。這對一個(gè)流量計(jì)來講無疑是一個(gè)不 小的進(jìn)步,它拓寬了渦街流量計(jì)的應(yīng)用范圍,在燃?xì)?、城市煤氣、水、熱水、蒸汽、油品?奶液、藥