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    變徑整流工藝在流量測量中的應用
    1.問題的提出
    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。但這種方法易引起污物堵塞和增加阻力損失,所以在工業管理上很少采用。
    渦街流量計由于其獨特的性能,一直受到人們重視,并得到了廣泛的應用,但仍有兩個方面的問題困擾著人們,一是由于儀表上游管道阻流件的干擾,流場發生畸變,影響旋渦正常撥離。為了克服流場擾動,儀表前需要配裝較長直管道(一般為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點之一是量程寬,一般在10:1左右,應該說這樣寬的測量范圍應屬比較優良的性能,但在實際工業應用中,ZUI大流量遠低于儀表的上限值,ZUI小流量又往往會低于儀表的下限值,一些儀表經常工作在下限流量附近,造成儀表的計量準確度下降,這時信號較弱,儀表的抗干擾能力也下降。
    為了測量小流量,人們往往采用內腔形狀為圓臺的傳統變徑管,經過縮徑提高測量處的流速。使渦街流量計工作在正常流速范國內,但這種變徑方式,結構尺寸大(一般長度為工藝管內徑的3-5倍),同時,由于流體流經變徑管,在變徑處產生大量旋轉流團,增大局部阻力損失,也使流場發生畸變。所以必須在變徑管與儀表之間加裝大于15倍工藝管內徑長度的直管道進行整流,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。
    縱端面采用特殊形線的變徑整流器,具有整流、提高流速及改變流速分布的多重作用,其結構尺寸小,長度僅為工藝管內徑的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。實驗表明:儀表上游阻力件為一個平面內的兩個90°彎頭,在一般情況下,渦街流量計上游側應加裝大于20倍管道內徑長度的直管道,而渦街流量計加裝了變徑整流器大大降低了對上游側直管道長度的要求,其阻力遠遠小于傳統的變徑管。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。
     
    2.原理及分析
    首先應該指出,傳統的變徑管可以經過縮徑,并配以較小口徑的流量計來達到測量小流量的目的,但是這種方法不可能擴大儀表的量程比,因為它并未改變管道的流速分布狀態。
    我們知道,渦街流量計的理論及推導是基本在無窮大的均勻流場中得到的,而在實際封閉圓管中,卻是非均勻流場,橫斷面的流速分布是一回轉拋物面,雖然選擇合理的柱型,使柱體兩側弓形面的流速分布均勻,但實際上,工藝管道上回轉拋物面的流速分布的影響是客觀存在的。實驗表明在比較大的流量時,這個影響較小,或者說這個影響在允許的范圍內;但隨著流量的下降,這個影響越來越大,從大量標定數據看,儀表常數總是隨著流量的減小而增大。這說明取樣點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),由于縮徑斷面
    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,而靠近喉徑邊沿外流速增加大。
     
    3.實驗驗證
    例1:一臺口徑為40mm的渦街流量計安裝在40的工藝管道上,標定滿足準確度1%的量程比為8:1,當安裝在50工藝管道上,并在儀表兩側安裝變徑整流器,在15:1的范圍內準確度為1.0%。例2:二臺口徑為50mm和40mm渦街流量計配裝整流器后,分別安裝在口徑為80mm工藝管道上,進行水標定。實驗數據見表1。
    再將兩臺口徑為50mm和40mm渦街流量計配裝整流器后,分別安裝在80mm工藝管道上,且儀表上游為一個平面內兩個90彎頭,變徑整流器前端與第二個90°彎頭距離為3倍工藝管內徑長段,進行水標定、工藝圖如圖3,實驗數據見表2。
    (1)在管道流速較低時,采用變徑整流器、使儀表特性總體保持良好狀態;
    (2)采用變徑整流器,在儀表上游阻流件形式為一個平面內2個90°彎頭,直管道很短(3D)的情況下,儀表常數的偏移在0.7%左右,說明整流器具有良好的流動調整性能(與實驗相同的上游阻流件形式在不裝整流器條件下,儀表上游直管道長度為8倍工藝管內徑時,儀表常數偏移為2.0%)
    (3)在儀表前加裝變徑整流器,拓展了儀表的測量范圍。這與理論分析是相吻合的。
    已投入實際運行的變徑整流器與插入式渦街流量計所構成煤氣流量計量系統:①變徑整流器入口處為光滑曲線,介質流經時,有自清洗的效果,不會造成粉塵堆積。②變徑處流速提升可滿足插入式渦街流量計下限流速的要求,且渦街流量計量程比為10:1,完全滿足煤氣測量范圍的要求。③插入式渦街流量計可在管道不斷流的情況下拆下測頭進行定期或不定期清洗。滿足連續生產的要求。④壓損小,插入式渦街流量計測頭部分在大口徑管道內的流阻很小可忽略不計,變徑部分的變徑比一般都大于0.7,管道ZUI大流速按25m/s計算,壓損僅在200Pa以內。此種方法是解決大口徑煤氣計量的行之有效的方法。
     
    4.結束語
    渦街流量計與變徑整流器配套使用,形成了一種新的流量測量系統,可使流量測量下限大為下降(為原來的1/3),測量范圍擴大(15:1以上),并可以大大降低儀表對上游直管段長度的要求。這對一個流量計來講無疑是一個不小的進步,它拓寬了渦街流量計的應用范圍,在燃氣、城市煤氣、水、熱水、蒸汽、油品奶液.藥液、化工產品(上述介質一般要求下限流速低,測量范圍寬)的流量測量中將發揮突出優勢變徑整流器在工業用戶中實際應用情況還表明,變徑整流器簡化了儀表安裝工藝,并且大大降低了工程造價。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,同時我們還應進一步關注其它與流量測量相關的應用技術研究,充分利用現有的技術及設備資源,真正解決一些流量測量的難點問題。
     
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