摘要:從介紹產(chǎn)品工作原理入手,闡述了彎管流量計(jì)與孔板流量計(jì)在原理上的本質(zhì)區(qū)別。在性能比較的基礎(chǔ)上突出說(shuō)明了彎管流量計(jì)具有的無(wú)附加壓力損失的節(jié)能性能明顯優(yōu)于孔板流量計(jì)。文章指出,在長(zhǎng)期運(yùn)行的大流量系統(tǒng)中應(yīng)充分考慮這種區(qū)別所引起的能源合理利用問(wèn)題。
一、引言
彎管流量計(jì)也是一種差壓式流量計(jì),但其差壓的產(chǎn)生與孔板流量計(jì)有根本性區(qū)別:孔板流量計(jì)是節(jié)流型差壓流量計(jì),是利用對(duì)流體節(jié)流裝置施行節(jié)流產(chǎn)生差壓來(lái)測(cè)量流體的流量的:彎管流量計(jì)的流量傳感器是一個(gè)90°標(biāo)準(zhǔn)彎管,它是利用流體的慣性原理產(chǎn)生差壓來(lái)測(cè)量流體的流量的。
二、彎管流量計(jì)和孔板流量計(jì)原理
1.彎管流計(jì)
(1)基本原理
當(dāng)流體流經(jīng)彎管時(shí),由于彎管的約束作用,迫使流體在彎管內(nèi)作近似于圓周運(yùn)動(dòng)。根據(jù)流體強(qiáng)制旋流理論,流體在管道內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng)必然會(huì)產(chǎn)生慣性離心力,該離心力的大小與流體的流速、流體的質(zhì)量(密度)以及作圓周運(yùn)動(dòng)的曲率半徑等因素有關(guān)。離心力的大小可以通過(guò)對(duì)彎管內(nèi)、外側(cè)壓力差的測(cè)量來(lái)確定的:因此,只要測(cè)出彎管內(nèi)、外側(cè)的差壓值,就可以方便地計(jì).算出管道內(nèi)流體的流速,進(jìn)而算出管道內(nèi)流體的流量值,這就是彎管流量計(jì)的基本測(cè)量原理(見(jiàn)圖1).
(2)流量方程
式中，?一流體的平均流速
a一流量系數(shù)
R/D一彎管的彎徑比
P1-P2一彎管內(nèi)、外側(cè)壓力差
β一指數(shù)
ρ一流體的密度
2.孔板流量t計(jì)
(1)基本原理
充滿管道的流體,當(dāng)它流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時(shí)。如圖2所示，流體將在節(jié)流件處形成局部收縮.因此，流速增加,靜壓力降低,在節(jié)流件前后產(chǎn)生了壓差。流體流量愈大,產(chǎn)生的壓差愈大,因而可依據(jù)壓差來(lái)衡量流量大小。這種測(cè)量方法是以流動(dòng)連續(xù)性方程(質(zhì)量守恒定律)和伯努力方程(能量守恒定律)為基礎(chǔ)的:
(2)流量方程
式中.qm一質(zhì)量流量,kg/s
C一流出系數(shù)
E一可膨脹性系數(shù)
β一直徑比.β=d/D
d.一工作條件下節(jié)流件的孔徑,m
D一工作條件下.上游管道內(nèi)徑,m
△p一差壓,Pa
P1一流體密度,kg/m3
三、彎管流量計(jì)的基本特點(diǎn)及其與孔板流量計(jì)性能比較
以供熱系統(tǒng)為對(duì)象,選定孔板流量計(jì)與彎管流量.計(jì)作對(duì)比，是因?yàn)榭装辶髁坑?jì)目前在供熱系統(tǒng)中仍然是使用普遍的流量計(jì)。
(1)無(wú)任何附加節(jié)流件或插人件.可大大降低流體在管道內(nèi)輸送的動(dòng)力消耗,節(jié)約能源。
由于彎管流量計(jì)獨(dú)特的測(cè)量原理,它沒(méi)有其它流量計(jì)必須具備的節(jié)流件或插入件,這一特點(diǎn)給彎管流量計(jì)的工業(yè)化應(yīng)用帶來(lái)了巨大的便利和好處。
對(duì)于節(jié)流型孔板流量計(jì)來(lái)說(shuō)，流體在孔板上的壓力損失是不可避免的。在通常情況下,該節(jié)流壓力損失(稱其為不可恢復(fù)壓力損失)可達(dá)孔板在該流量下產(chǎn)生的差壓值的30%~90%(與孔板的β值有關(guān))。為了提高孔板流量計(jì)的測(cè)量精度,設(shè)計(jì)人員在選定孔板流量計(jì)的工作差壓值時(shí)一般都取高值,于是該壓力損失就相當(dāng)可觀。在供熱系統(tǒng)中,由于孔板的阻力損失會(huì)使供熱循環(huán)水泵耗電量增加或使同樣的水泵壓頭不能滿足遠(yuǎn)端供熱用戶的需求。對(duì)于一個(gè)完整的供熱系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它所安裝的流量檢測(cè)孔板不會(huì)只是一塊,而多孔板的安裝使系統(tǒng)功率損失更大。對(duì)于蒸汽介質(zhì)來(lái)說(shuō),孔板節(jié)流壓力損失會(huì)使蒸汽品質(zhì)下降,或需要提供更高的供汽質(zhì)量才能滿足用戶對(duì)蒸汽品位的要求。無(wú)論是哪--種情況都會(huì)造成附加的經(jīng)濟(jì)損失和提高系統(tǒng).的運(yùn)行費(fèi)用。如果用彎管流量計(jì)代替孔板流量計(jì)進(jìn)行流量檢測(cè).則不存在管道附加阻力損失的問(wèn)題,孔板流量計(jì)的節(jié)流損耗也可簡(jiǎn)單地看作是彎管流量計(jì)的節(jié)能效果。這種替代對(duì)于那些大系統(tǒng)、大管徑、大流量、低壓頭的測(cè)量對(duì)象好處將更加明顯。
(2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉
彎管傳感器就是一個(gè)90標(biāo)準(zhǔn)彎頭,隨著彎管機(jī)械加工工，業(yè)的發(fā)展和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化管理的不斷完善.用作彎管傳感器的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制彎頭其質(zhì)量越來(lái)越好.價(jià)格也越來(lái)越低,它一方面使彎管傳感器的技術(shù)指標(biāo)能得到更好的保證.同時(shí).也大大降低了彎管傳感器的價(jià)格，目前.彎管傳感器甚至比市場(chǎng)上價(jià)格便宜的.法蘭式孔板傳感器還要便宜.而且管徑愈大.愈便宜。
(3)彎管傳感器耐磨損,對(duì)微量磨損不敏感
傳感器對(duì)磨損不敏感是保證流量計(jì)長(zhǎng)期精度佳測(cè)量的重要條件之一.這方面彎管流量計(jì)有著不可比擬的優(yōu)勢(shì):而孔板流量計(jì)的人口銳角對(duì)微量磨損就十分敏感。規(guī)程規(guī)定,計(jì)量用孔板流量計(jì)的孔板每年必須進(jìn)行一次或一次以上的強(qiáng)制性磨損檢查,這是保證孔板流量計(jì)正確計(jì)量的必要條件:即便如此.在兩個(gè)檢修周期內(nèi)也很難保證孔板流量計(jì)測(cè)量精度的一致性.這樣頻繁的拆裝、檢查、維修不是一般單位都可以作到.的,對(duì)于那些大管徑的孔板.尤其是蒸汽孔板其拆裝難度之大使維修者無(wú)不望而卻步.大量的維修費(fèi)用也給使用者帶來(lái)了額外的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān):因此.現(xiàn)實(shí)情況是多數(shù)孔板流量計(jì)使用單位以損失測(cè)量精度為代價(jià)來(lái)減少孔板流量計(jì)的檢修次數(shù)。這種方法當(dāng)然是不可取的:彎管傳感器不僅耐磨性能好,即使有輕微磨損,對(duì)彎管傳感器的工作性能和測(cè)量精度的影響也是極小的。因此.彎管流量計(jì)可以長(zhǎng)期保持精度的狀態(tài)。
(4)可測(cè)量容易臟污、堵塞傳感器的流體
供熱系統(tǒng)的循環(huán)水其水質(zhì)是比較差的,原因是在一個(gè)供暖期內(nèi)循環(huán)水是反復(fù)使用而不更換(只是少量補(bǔ)充).加上防腐需求等其它原因在循環(huán)水中還要加入一些化學(xué)物質(zhì),使循環(huán)水對(duì)流量測(cè)量裝置的污染影響更大�？装鍌鞲衅魅丝诘闹苯遣糠旨词故禽p微的沾污也會(huì)對(duì)測(cè)量精度造成極大的影響。而彎管傳感器對(duì)于供熱循環(huán)水這樣的介質(zhì)其適應(yīng)性是很強(qiáng)的.即使是長(zhǎng)期的運(yùn)行也能保證其正常工作,且能保證足夠的測(cè)量精度不受影響。
(5)量程范圍寬、直管段要求不嚴(yán)格.適應(yīng)性強(qiáng)
只要是可以用孔板流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量的對(duì)象都可以用彎管流量計(jì)來(lái)代替。而在耐高溫、耐高壓、耐沖擊、耐震動(dòng)、耐潮濕、耐粉塵等方面,彎管流量計(jì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其它常用流量計(jì)(如渦街流量計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)等等)。震動(dòng)、沖擊對(duì)彎管傳感器的正常工作幾乎沒(méi)有影響.而高溫、高壓對(duì)于彎管流量計(jì)來(lái)說(shuō)只是采用與工藝管道相同材質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)彎頭作傳感器,就可以方便地得到解決。.
彎管傳感器的幾何尺寸幾乎沒(méi)有限制，管經(jīng)小可到幾十mm甚至十兒mm.大可到Im甚至2m以上,只要彎管的彎徑比符臺(tái)規(guī)定要求。都可以作為傳感器進(jìn)行流量測(cè)量,這一-特點(diǎn)是一般流量傳感器不容易作到的:
直管段要求不太嚴(yán)格也是彎管流量計(jì)在現(xiàn)場(chǎng)使用.中十分重要的特點(diǎn)之一。許多流量測(cè)量裝置都因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)直管段不能滿足要求而不能進(jìn)行測(cè)螢或不能保證其瀏量精度.彎管流量計(jì)由于其特殊的測(cè)量原理使其在實(shí)際應(yīng)用時(shí)對(duì)直管段的要求不嚴(yán)格，一-般只需保證前5D后2D即可.遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其它流量測(cè)量裝置的要求。
(6)可采用直接焊接法進(jìn)行安裝
流量測(cè)量裝置現(xiàn)場(chǎng)跑、冒、滴、漏是一個(gè)十分令人頭痛的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題,它包含了諸如能源和物料的浪費(fèi),環(huán)保、安全、計(jì)量正確等方面的問(wèn)題.是運(yùn)行、管理部門十分重視又不易徹底解決的老大難問(wèn)題:流量傳感器直.接焊接法安裝就是為解決這個(gè)實(shí)際問(wèn)題而產(chǎn)生的(例如焊接式孔板):但是.孔板的不耐磨損給焊接式孔板保持長(zhǎng)期精度正常使用帶來(lái)了困難.既然孔板檢修周期短,那么,嚴(yán)格地說(shuō)焊接法安裝紿孔板流量計(jì)帶來(lái)的不是好處,相反使經(jīng)常性的檢修工作變得更加困難。因此,焊接式孔板并不是解決測(cè)量裝置現(xiàn)場(chǎng)的跑冒滴漏的好方法。而彎管傳感器完全可以滿足直接焊接法安裝的一-切技術(shù)條件.它的耐磨損、免維護(hù)、長(zhǎng)周期.精度運(yùn)行的特點(diǎn)使焊接法安裝這一優(yōu)勢(shì)得到了充分的發(fā)揮.現(xiàn)場(chǎng)跑冒滴漏的麻煩得到了徹底的解決
(7)通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究.提出了彎徑比為1.5~1.6范圍內(nèi).在該條件下的蒸汽彎管流量計(jì)的簡(jiǎn)化模型,不但可使彎管參量無(wú)須單獨(dú)標(biāo)定即可實(shí)現(xiàn)蒸汽流量高精度測(cè)量,而且在采用了蒸汽溫度、壓力智能補(bǔ)償后,使流量計(jì)能適用于溫度、壓力變化范圍大的蒸汽流量測(cè)量:二次儀表以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心,采用蒸汽密度補(bǔ)償處理.因而使二次儀表精度達(dá)到0.29.流量測(cè)量系統(tǒng)實(shí)測(cè)精度達(dá)到了1.14%(引用誤差):
四、結(jié)束語(yǔ)
雖然將彎管流量計(jì)和經(jīng)典的孔板流量計(jì)作了一系列的對(duì)比.指出了孔板流量計(jì)存在的一些不盡人意的缺點(diǎn),但是.有一點(diǎn)是十分清楚的.孔板流量計(jì)作為一種流量計(jì)量器具.它具有悠久的歷史.經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)專家、學(xué)者的潛心研究和完善，它的設(shè)計(jì)、計(jì)算、加工、安裝、使用、維護(hù)等等環(huán)節(jié)都具備了完備的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范.尤其值得強(qiáng)調(diào)的是它已具備了計(jì)量管理部門承認(rèn)的、具有.法律效用的幾何相似檢定的許可、獲得了有關(guān)管理部門的正式推薦,所有這一切使它在工業(yè)化應(yīng)用中具備了極其強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力。目前還沒(méi)有任何一種流量計(jì)可以和它“相提并論”。正如歷史是不會(huì)停止一樣.流量計(jì)的發(fā)展也是日新月異的�？装辶髁坑�(jì)的諸多缺點(diǎn)愈來(lái)愈為人們所重視,要么解決這些缺點(diǎn),要么用一種更好的流量計(jì)代替它。
其實(shí),彎管流量計(jì)研究工作也有80余年的歷史，只是過(guò)去的工作受到諸多客觀條件的限制,使彎管流量計(jì)的工，業(yè)化推廣應(yīng)用十分困難,其中重要的是彎管加工技術(shù)和彎管的空間測(cè)量技術(shù)。這些限制條件的存在幾乎葬送了彎管流量計(jì)的發(fā)展前途�，F(xiàn)在這一切都得到了解決,高精度的彎管加工技術(shù)可以保王彎管傳感器的彎徑比能夠控制在一個(gè)極小的范圍內(nèi).而科學(xué)的測(cè)量方法又使彎管彎徑比的測(cè)量精度得到了保證,所有這些使彎管傳感器的幾何相似性成為可能。同時(shí).通過(guò)研究我們發(fā)現(xiàn)，在彎管傳感器特定彎徑比條件下,彎徑比與流量系數(shù)之間出現(xiàn)的互補(bǔ)性規(guī)律,由此大大提高了這種流量計(jì)的測(cè)量精度及其穩(wěn)定性。
在流速為7~70m/s范圍內(nèi)，檢定其相應(yīng)的測(cè)量范圍,其系統(tǒng)流量精度(包括差壓、壓力、溫度變送器及二次儀表等配套儀表)小于企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的+2.5%FS的精度,在檢定樣機(jī)中.流速為25~70m/s的常用蒸汽流速范圍內(nèi),其實(shí)測(cè)精度優(yōu)于1.14%FS:
彎管流量計(jì)突破了困擾它發(fā)展的流量系數(shù)離散性大、測(cè)量精度低的困難,滿足了工業(yè)應(yīng)用的要求:彎管流量計(jì)的精度.無(wú)附加壓力損失、量程比大、適應(yīng)能力強(qiáng),經(jīng)濟(jì)效益高等特性完全符合能源建設(shè)和科學(xué)化計(jì)量管理事業(yè)的發(fā)展要求:如在供熱行業(yè)全面推廣使用彎管流量計(jì).僅計(jì)算它的無(wú)附加阻力損失并將其折.算成水泵電耗所能獲得的效益,在一個(gè)取暖期就可高達(dá)3億元人民幣:據(jù)初步統(tǒng)計(jì),在全國(guó)用彎管流量計(jì)全面替代目前應(yīng)用廣泛的孔板流量計(jì).每年就叮取得數(shù)十億元人民幣的經(jīng)濟(jì)效益,且節(jié)約大量的能源:因此.大力發(fā)展彎管流量計(jì),把它盡快地推廣到能源建.設(shè)和科學(xué)化管理的各個(gè)領(lǐng)域是必要和可能的。
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