插入式均速管畢托管流量計(jì)
經(jīng)過三年多來的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用和貴州省計(jì)量 測(cè)試所對(duì)部分樣機(jī)的測(cè)試表明運(yùn)行情況良 好,計(jì)量性能達(dá)到研制設(shè)計(jì)要求,取得了初 步效果,并在1982年底鑒定,現(xiàn)在該流量計(jì) 已由水城鋼鐵廠電修廠投入試生產(chǎn)。
1. 主要技術(shù)指標(biāo)見表1。
2. 適用條件
工作壓力:0.3—10kgf/cm2;
水 溫:0—50迫;
7k 質(zhì):(差壓式)適用 于清水及懸浮物少于500 mg//,'無大顆粒雜質(zhì)的工 業(yè)水計(jì)量;(分 流式)只適用于清水計(jì) 量。
3. 安裝要求
(1 )表前應(yīng)有不小于10倍管徑的直 管段,表后應(yīng)有5倍管徑的直管段。
(2)均速畢托管的附件短管4 (見 后圖4)與輸水管保持垂直:。
二、均速管畢托管流量計(jì)原理和構(gòu)造
通過實(shí)驗(yàn),在探索分析紊流狀態(tài)時(shí)圓形 壓力輸水管內(nèi)水流速分布規(guī)律的基礎(chǔ)上,我 們將只有一對(duì)感壓孔的普通畢托管(或水測(cè) 速管)變換改造成具有多對(duì)感壓孔的均速畢 托管,達(dá)到了直接測(cè)試管道內(nèi)平均水流速的 目的(圖1)。
根據(jù)繞流原理,潛沒于水流體中的柱體 物(如圖2所示圓柱體),在一定的雷諾數(shù) (Red)變化區(qū)間內(nèi),水流沿物體表面繞 行,到達(dá)分離點(diǎn)以后,附面層脫離,物體尾
型 號(hào) 及 規(guī) 格 |
測(cè)量范圍 m3/h |
參考上限差壓 mmH2O |
基本誤差限 | |
JBL—H 型 (差壓式) |
Dgl50 Dg200 Dg250 Dg300 Dg400 Dg500 Dg600 |
25—200 50—400 60—500 100—800 160—1250 250—2000 360—3000 |
860 940 690 830 660 660 710 |
基本誤差限為流最上 限值的土 1.5% |
JBL- I 型 (分流式) |
Dgi50 Dg200 Dg250 Dg300 |
60—200 120—400 160—500 270—800 |
基本誤差限為上限流 量值的±2.5% |
A-探頭(差壓感受元件)
圖2柱體在水流體中的繞流示意圖
部形成渦流低壓區(qū),迎、背流面間產(chǎn)生壓強(qiáng) 差A(yù)P。在5x 102<Red<2x 105區(qū)間,即在 稱之為牛頓區(qū)的渦流壓差阻力區(qū)內(nèi),壓強(qiáng)差 △P與水流速的平方根成近似線性關(guān)系。
AP = C – V – ~~ ( 1 )
圖3圓柱體阻力系數(shù)曲線
V-——流體重度(kg/m3) 式(1)可寫成V=J器•!/花 (2) 即水流速與柱體迎、背流面之間壓強(qiáng)差平方 根成正比。
斷面為橋墩形的柱體探頭(即差壓感受 元件)A位于輸水管橫截面中心線上(見圖 1),探頭的迎流面和背流面各有一排(9孔) 成對(duì)稱分布的感壓孔,分別與正負(fù)導(dǎo)壓管連 通。由于輸水管內(nèi)水流體與靜止柱體探頭相
V?d 對(duì)運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生繞流。繞流雷諾數(shù)Red = %-, 其中P為水流體運(yùn)動(dòng)粘度,V為水流速。流 量計(jì)探頭迎流面上諸感壓孔承受流體全壓。 因水流速在管道直徑方向非均勻分布,故探 頭各感壓孔承受的全壓值也不相等。這些數(shù) 值不等的全壓值在正壓聯(lián)通管內(nèi)自動(dòng)平衡。 平衡后正壓管內(nèi)的全壓值為P”以水柱高 Hi表示,則Fh=導(dǎo);位于渦流低壓區(qū)的背 流面感壓孔承受流體低壓,同樣,在負(fù)壓管 內(nèi)自動(dòng)平衡后的低壓值為Pz,以水柱高Hz 表 7K , H 2
&——探頭后駐點(diǎn)無因次壓力,為負(fù) 值
a-a2用流速系數(shù)a表示,又因a?為負(fù) 值,須a = «1-a2 = a1 + | a2 \ 代入式(3)
式(4)與式(2)比較,物理含義相 同,a相當(dāng)于式(2)中的阻力系數(shù)C,探 頭的幾何形狀、工藝參數(shù)擇定后,a為常 數(shù)。
在常溫下,輸水■體積流量
Q = 3600- co* V (m3/h) 式中q一_輸水管橫斷面積
則 。=3600,蘭?~?J夸h
令36。。•平
必——儀表流量常數(shù)
0 = ^ ■/ h
經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明,只要感壓孔沿圓管直徑向 紊流范圍內(nèi)按一定規(guī)律分布,正負(fù)導(dǎo)壓管內(nèi) 的水壓強(qiáng)差h與管道內(nèi)平均水流速可保持以 下函數(shù)關(guān)系:
=(% 一 口2)
(m)
(3)
圖4流量計(jì)構(gòu)造
1 .輸水管,2.探頭,3.分流水表;4,短管,
5.正壓導(dǎo)管,6.負(fù)壓導(dǎo)管,7.閘閥;8.閘閥,
9 .平衡閥;10.差壓變送器;11開方器$ 12 ,電 子電位差計(jì);13 .旋塞閥
式中 V-—輸水管內(nèi)平均水流速;
p
靜壓水頭;
%——探頭前駐點(diǎn)無因次壓力;
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圖4流量計(jì)構(gòu)造
1 .輸水管,2.探頭,3.分流水表;4,短管,
5.正壓導(dǎo)管,6.負(fù)壓導(dǎo)管,7.閘閥;8.閘閥,
9 .平衡閥;10.差壓變送器;11開方器$ 12 ,電 子電位差計(jì);13 .旋塞閥
流量計(jì)構(gòu)造如圖4所示。探頭2插在輸 水管中,在其截面的徑向位置。探頭感受的 流量差壓信號(hào)經(jīng)導(dǎo)壓管5( + )、6(一)引出, 推動(dòng)分流水表或其他形式的二次儀表進(jìn)行流 量顯示和積算。
為便于維修和定期校驗(yàn),流量計(jì)帶有管 頭0 (焊接固定在輸水管上)、旋塞閥、外套 管、盤根座等動(dòng)密封止水裝置及螺桿壓入緊 固裝置,均速畢托管可在管道不停水的情況 下裝入或拆卸。
按配用不同形式的二次儀表,流量計(jì)分 分為差壓式和分流式兩種類型:
1. JBL-I型差壓式流量計(jì) 以均速 畢托管作為流量計(jì)一次傳感元件,配以差壓 變送器、電子開方器、電子電位差計(jì),或配 差壓變送器、開方積算器等DDZ系列電動(dòng)單 元組合儀表,實(shí)現(xiàn)流量信號(hào)變送、轉(zhuǎn)換、顯 示、積算等目的(圖5)。
圖5差壓式流量計(jì)示意圖
2. 分流式流量計(jì)以高靈敏 度的YST5容積式水表或電子水表及Dgl5 旋翼式水表作為分流表,指示累計(jì)水量(參 見圖4 )。將水表進(jìn)出口接頭擰在閘閥7上與 導(dǎo)壓管5、6串聯(lián),在壓差h推動(dòng)下,水從探 頭迎流面感壓孔進(jìn)入正壓導(dǎo)管,通過分流表 及負(fù)壓導(dǎo)管再由探頭背流面感壓孔流出,返 回主管道。
根據(jù)測(cè)試的分流管路阻力特性,在給定 的量程范圍內(nèi),分流表通過的累計(jì)水量q與 相同時(shí)間內(nèi)輸水管通過的累計(jì)水量Q*成正 比,即
Qs-Kq K——倍率系數(shù)
通過流量檢定裝置標(biāo)定了每臺(tái)流量計(jì)的 倍率系數(shù)K,便可根據(jù)分流表秒表量q按上 式推算出相應(yīng)考核期內(nèi)輸水管過水量Q" 這種分流式流量計(jì)的特點(diǎn)在于構(gòu)造簡 單,有一定的精度。但受分流管路阻力特性 和分流表自身下限流量的制約,要求輸水管 內(nèi)平均水速不小于0.8?lm/s,為此分流 式流量計(jì)適合用于水泵揚(yáng)水量或下限流速在 0.8-lm/s以上的清水輸水管道累計(jì)水量測(cè) 試。I型和I型流量計(jì)的均速畢托管 部分結(jié)構(gòu)相同。
感壓孔在探頭上的取孔位置、孔數(shù)、孔 徑及探頭截面形狀的選擇應(yīng)考慮以下要求:
1. 在欲定的流量量程范圍內(nèi),a為足 夠準(zhǔn)確的近似常數(shù)。
2. 獲取較強(qiáng)的壓差信號(hào),以利提高測(cè) 試靈敏度。
• 3.兼顧分流式流量計(jì)的功能需要,感 壓孔徑大小適當(dāng),具有足夠的進(jìn)出水流通面 積。
' 經(jīng)對(duì)幾種不同形狀的探頭及布孔方案試 驗(yàn)比較,最后選擇了圖1、4所示方案,探頭 迎、背向各開9個(gè)感壓孔,在士0.75R范 圍內(nèi)均勻?qū)ΨQ分布。按此方案加工制作的 Dgl50-500不同規(guī)格探頭置于相應(yīng)口徑導(dǎo) 管中,放在大口徑流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上,進(jìn)行了 系數(shù)a值的實(shí)測(cè)標(biāo)定,在流速0.355-3.265 m/s范圍內(nèi),各流量點(diǎn)a值相對(duì)誤差均在士 1.2%以內(nèi)。表1為Dg300mm規(guī)格探頭流速 系數(shù)a實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。
根據(jù)每臺(tái)均速管標(biāo)定的a值及使用要 求,可按下式確定配套差壓變送器上限量程 差壓值 hg(mmHzO)。
hg=6.376 x 106 .
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D 輸水管內(nèi)徑(mm)
序 號(hào) |
平均流速 m/s |
Red | On |
儀表流速系數(shù) a |
(Zn ^—(Z _ . °= a % |
1 | 0.355 | 9.8X104 | 1.660 | + 1.2% | |
2 | 0.648 | 17.9X104 | 1.660 | + 1.2% , | |
3 | 1.259 | 34.8X10、 | 1.630 | 1.640 | -0.61% |
4 | 1.870 | 51.8X104 | 1.630 | -0.61% | |
5 | 2.490 | 68.9X104 | 1.646 | + 0.36% | |
6 | 3.146 | 87 x IO' | 1.643 | + 0.18% |
為核定精度等級(jí),委托貴州省計(jì)量測(cè)試 所將6套不同口徑規(guī)格的均速畢托管差壓式 流量計(jì),在開封流量中心站的大口徑流量標(biāo) 準(zhǔn)裝置上進(jìn)行了計(jì)量性能的測(cè)試。(標(biāo)準(zhǔn)裝 置系統(tǒng)精度為士0.2%)。實(shí)測(cè)結(jié)果表明,被 檢流量的基本誤差限均小于量程上限的士 1.5%。表3列舉了 Dg300口徑流量計(jì)的部分 測(cè)試數(shù)據(jù)。
分流式流量計(jì)的精度系用標(biāo)準(zhǔn)表法測(cè) 試,(以精度±0.5%的渦輪流量計(jì)為標(biāo)準(zhǔn) 表)。表4列舉了口徑150mm分流式流量計(jì)測(cè) 試數(shù)據(jù)。
型號(hào):規(guī)格:Dg300mm
流量標(biāo)準(zhǔn)值 | 流量計(jì) | 艷對(duì)誤差 | 上限流宜 | 精 度 | ||
序 | 號(hào) | Qi S/h) |
指示流量 Qz (m3/h) |
2\Q = Q2—Qi (m3/h) |
Qmax (m3/h) |
AQmax »z 。一 c % M i max |
1 | 90.5 | 89 | -1.5 | |||
上 | 2 | 164.9 | 164.6 | -0.3 | ||
3 | 321.2 | 319.7 | -1.5 | |||
行 | 4 | 476.2 | 473.9 | -2.3 | ||
程 | 5 | 632.7 | 634.6 | + 1.9 | 800.80 | |
6 | 800.8 | 796.9 | -3.9 | + 0.2% | ||
下 | 6 | 800.6 | 796.9 | -3.7 | —0.5% | |
5 | 648.3 | 646.7 | -1.6 | |||
行 | 4 | 475.8 | 473.9 | -1.9 | ||
程 | 3 | 324.5 | 323.3 | -1.2 | ||
2 | 164.1 | 164.6 | + 0.5 |
該流量計(jì)的特點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)效益分析如下:
1.能直接、準(zhǔn)確地反映出平均流速水 頭參數(shù)。測(cè)量探頭無活動(dòng)部件,因而儀表具 有良好的復(fù)現(xiàn)性。采取多對(duì)感壓孔迎背流向 對(duì)稱布置,可獲取相當(dāng)于平均流速水頭L6 倍以上的差壓信號(hào),有利于提高測(cè)試靈敏 度。
2. 阻力損失小。常用的測(cè)量水的孔板 差壓流量計(jì)壓力損失一般在70~120mmHg 范圍內(nèi),均速畢托管的壓力損失約為前者的 2%,可忽略不計(jì)。對(duì)于用水量大的冶金、化 工、電力等行業(yè)而言,可節(jié)約大量輸水電 耗。
3, 采用插入式結(jié)構(gòu),均速畢托管直接
|
插在輸水管上,可在管道不停水情況下拆卸 或裝入,便于維修及定期清洗、校驗(yàn)。.
4. 有較寬的量程比。一般^^板差壓流 量計(jì)量程比為3 : 1?4 : 1,均速畢托管差壓 式流量計(jì)可達(dá)5 : 1~8 : lo
5. 結(jié)構(gòu)簡單,無須敷設(shè)旁通管道與閥 門組,建設(shè)投資與運(yùn)行費(fèi)用明顯低于其他類 型的流量計(jì)。
6. 設(shè)計(jì)加工定型后,系數(shù)“、K值等 技術(shù)參數(shù)可按使用件進(jìn)行計(jì)算,有利于實(shí)現(xiàn)
,標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。
除上述特點(diǎn)外,均速畢托管作為水流量 計(jì)量器具也還存在一些問題有待進(jìn)一步研究 解決,如擴(kuò)大分流式流量計(jì)的測(cè)試量程比、 完善有關(guān)規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)等。