擾動(dòng)對(duì)V錐流量計(jì)測量性能的影響
為了降低流體擾動(dòng)對(duì)差壓式流量計(jì)測量性能帶來的影響，節(jié)流裝置的安裝使用應(yīng)具備相應(yīng)的管道條件，上下游配置的直管段長度須滿足相關(guān)技術(shù)要求。對(duì)于目前仍廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)孔板來說，只要按標(biāo)準(zhǔn)[1-2]設(shè)計(jì)、制造，前后直管段的配管長度、內(nèi)徑、圓度等滿足規(guī)范要求，安裝使用前無需實(shí)流標(biāo)定就可估算其測量誤差。在各類技術(shù)交流及推介資料中，認(rèn)為 V 錐流量計(jì)具有流體自整流能力，抗流動(dòng)干擾性能強(qiáng)，直管段要求低的特點(diǎn)，提出前 1D ～ 3D、后 0D ～ 1D 直管段，有些甚至提出了不需要配置直管段就可正常使用。
對(duì)于提出直管段上述要求的合理性與科學(xué)性，由于沒有擾動(dòng)對(duì) V 錐流量計(jì)測量性能的影響進(jìn)行系統(tǒng)的研究，使得配多長的直管段才合適沒有足夠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐，對(duì)此業(yè)界一直持有不同的看法，急需通過實(shí)驗(yàn)來獲得答案。V 錐流量計(jì)是一種差壓式流量儀表，雖然其結(jié)構(gòu)具有一定的自整流能力，但其不對(duì)稱的取壓結(jié)構(gòu)，錐體與管道的同軸度誤差，管道、錐體圓度和焊接變形的影響及流場的復(fù)雜性，不可避免地會(huì)產(chǎn)生測量附加誤差，
圖 1 圓片型左漩漩渦擾動(dòng)發(fā)生器圖 2 圓片型右漩漩渦擾動(dòng)發(fā)生器
圖 3 圓片型速度剖面流動(dòng)擾動(dòng)發(fā)生器圖 4 短接環(huán)
圓片型左漩、右漩漩渦擾動(dòng)發(fā)生器可產(chǎn)生類似于直角連接的兩個(gè) 90°彎管所引起的漩渦。圓片型速度剖面流動(dòng)擾動(dòng)發(fā)生器可產(chǎn)生類似于突出的管道接頭或尚未全開的閘閥所引起的漩渦。利用現(xiàn)有的工作條件，在直管段 0D 處從 DN40 直接擴(kuò)大到DN50，使流動(dòng)截面突然擴(kuò)大，模擬日常使用中可能遇到的管道條件，研究當(dāng)管道口徑突變時(shí)，引起的擾流對(duì) V 錐流量計(jì)所產(chǎn)生的影響。值得說明的是圓片型左漩漩渦擾動(dòng)發(fā)生器、圓片型右漩漩渦擾動(dòng)發(fā)生器、圓片型速度剖面流動(dòng)擾動(dòng)發(fā)生器是依據(jù)參考文獻(xiàn) [3] 附錄 B 而設(shè)計(jì)制作。前直管段 0D、3D 設(shè)置擾動(dòng)器的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如表 1 所示。
1.2、后直管段 0D、3D 擾動(dòng)試驗(yàn)：
后直管段 0D、3D 處分別安裝圓片型左漩漩渦擾動(dòng)發(fā)生器、圓片型右漩漩渦擾動(dòng)發(fā)生器、圓片型速度剖面流動(dòng)擾動(dòng)發(fā)生器，同時(shí)進(jìn)行了管徑從 DN50突變地縮小到 DN40 的試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表 2 所示。
表 2 后直管段 0D、3D 設(shè)置擾動(dòng)器的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
由于差壓變送器的輸出電流正比于輸入差壓，設(shè)未安裝擾動(dòng)器輸出電流為 I0，安裝擾動(dòng)器后輸出電流為 I，則輸出電流的相對(duì)誤差為 [(I – I0)/I0]×100％?？傻迷谇爸惫芏?0D、3D 處擾動(dòng)與無擾動(dòng)時(shí)電流的相對(duì)誤差曲線，如圖 5 所示。后直管段 0D、3D 處擾動(dòng)與無擾動(dòng)時(shí)電流的相對(duì)誤差曲線，如圖 6所示。
式中： —— 體積流量，m3/h； D —— 管道內(nèi)徑，mm； ν —— 流體運(yùn)動(dòng)黏度，m2/s
差壓式流量計(jì)需有適用的雷諾數(shù) Re D范圍工作于湍流流動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)管道內(nèi)徑 D 為 50 mm，水的運(yùn)動(dòng)黏度 ν 為 1.006×10-6 m2/s，雷諾數(shù) Re D取 4 000 時(shí)，則體積流量： = DνRe D/354×10-3 = 0.05×1.006×10-6×4 000/354×10-3≈ 5.7×10-4 m3/s ≈ 2.0 m3/h由此可知，體積流量在 1.0 ～ 2.0 m3/h 范圍內(nèi)為過渡狀態(tài)。
由于流量與差壓的方差成正比，故有流量與差壓變送器輸出電流的方差成正比。則流量的相對(duì)誤差為
圖 5 前直管段 0D、3D 處擾動(dòng)時(shí)電流相對(duì)誤差曲線圖 6 后直管段 0D、3D 處擾動(dòng)時(shí)電流相對(duì)誤差曲線圖 7 前直管段 0D、3D 處擾動(dòng)時(shí)流量相對(duì)誤差曲線
當(dāng)流量增大到 8 m3/h 時(shí)，在以電磁流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)表的水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)行測試時(shí)，由于流量波動(dòng)太大已難以讀數(shù)。在用玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)進(jìn)行比對(duì)測量時(shí)，能直觀地發(fā)現(xiàn)浮子上下大范圍地沉浮，管道內(nèi)的壓強(qiáng)波動(dòng)較大，流速場變化明顯。另外，由于 V 錐流量計(jì)輸出的差壓較低，引壓管液位的微小波動(dòng)或差壓變送器零漂對(duì)流量有著顯著的影響。如在流量點(diǎn) 1 m3/h 處，實(shí)測輸出電流僅為4.117 m A，由于差變的量程為 6 k Pa，對(duì)應(yīng)的差壓 Δp = [（4.117 – 4）m A /（20 – 4）m A]×6 k Pa ≈ 0.044 k Pa。在流量計(jì)靜態(tài)時(shí)，若管道內(nèi)壓力波動(dòng)或引壓管內(nèi)氣泡等原因?qū)е乱龎汗軆?nèi)壓差不平衡，只要產(chǎn)生 44 Pa相當(dāng)于 4.5 mm 水柱的液位差，即可產(chǎn)生高達(dá) 1 m3/h的虛假流量[4]。雖然 V 錐流量計(jì)的壓損相對(duì)較小，但產(chǎn)生的差壓也相對(duì)較低，因此，小流量時(shí)的測量誤差應(yīng)引起足夠重視。
4、結(jié)語：
1）在 0D 處 V 錐流量計(jì)具有較好抗管道口徑突變的能力。2）前、后 0D、3D 處擾動(dòng)對(duì) V 錐流量計(jì)測量性能的影響不可忽視。3）配置高準(zhǔn)確度、低零漂差壓變送器，差壓引壓管應(yīng)具有良好的工作狀態(tài)，否則，小信號(hào)有效切除的難度較大，并將縮減成套 V 錐流量計(jì)的范圍度。4）V 錐流量計(jì)是一個(gè)典型的懸臂梁結(jié)構(gòu)，即使是穩(wěn)定流在支撐桿上流過，發(fā)生“卡門”渦街是不可避免的，同時(shí)受上游來流沖擊也會(huì)產(chǎn)生時(shí)變加速度將誘 發(fā)流體振蕩，當(dāng)與懸臂梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振時(shí)將對(duì)測量結(jié)果產(chǎn)生較大影響。由于阻流件類型的復(fù)雜多樣，以及 V 錐流量計(jì)的結(jié)構(gòu)、制造及安裝等原因，對(duì)擾動(dòng)產(chǎn)生測量誤差的研究將是長期和艱巨的。通過擾動(dòng)對(duì) V 錐流量計(jì)測量性能影響的初步研究，拋磚引玉，將有效助推V 錐流量計(jì)的技術(shù)進(jìn)步與流量事業(yè)的發(fā)展。