V錐流量計(jì)最小流量測量與等效直徑比關(guān)系

趙玉敏 高進(jìn)勝

（山東省計(jì)量科學(xué)研究院，濟(jì)南250014）

V錐流量計(jì)最小流量測量與等效直徑比關(guān)系

趙玉敏 高進(jìn)勝

（山東省計(jì)量科學(xué)研究院，濟(jì)南250014）

對于同規(guī)格V形錐流量計(jì)，等效直徑比不同，在流量測量過程中產(chǎn)生影響也不同，尤其是在最小流量測量時(shí)影響最大。本文針對這個(gè)問題，從理論分析和試驗(yàn)檢測兩個(gè)方面進(jìn)行了闡述，確定同一規(guī)格V形錐流量計(jì)最小流量與等效直徑比有關(guān)系，從而對實(shí)際應(yīng)用起到了指導(dǎo)作用。

錐形流量計(jì)；最小流量；等效直徑比；檢測分析

0 引言

V形錐流量計(jì)由于錐體的整流作用與孔板等節(jié)流件相比，采用流體掃過型結(jié)構(gòu)，不可能截留流體中任何夾帶的氣，液或固相污物，非常適用于臟污流體的流量測量。V形錐流量計(jì)的出現(xiàn)，為差壓式流量計(jì)廣泛應(yīng)用揭開了嶄新的一頁。而流量系數(shù)標(biāo)定直接關(guān)系到錐式流量計(jì)應(yīng)用的準(zhǔn)確度，因此正確理解流量系數(shù)，準(zhǔn)確標(biāo)定，是該類型流量計(jì)檢測與應(yīng)用的重中之重。

流量系數(shù)最容易產(chǎn)生變化或者跳躍的是在最小流量點(diǎn)上，而目前的V形錐流量計(jì)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)時(shí)流量范圍追求最大化，流量系數(shù)在流量下限是否可以保證線性度成為該產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，也就是最小流量的流量系數(shù)與等效直徑比的關(guān)系，因此要正確理解和對待該類型流量計(jì)流量下限與等效直徑比關(guān)系成為該產(chǎn)品應(yīng)用的關(guān)鍵所在。本文在這方面進(jìn)行了有意義的探索，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了可靠的理論依據(jù)。

1 原理

V錐傳感器是在測量管中安裝與管道中心線同軸的V錐體，進(jìn)行流量測量的一種儀表。該傳感器的測量管和V錐體是經(jīng)過設(shè)計(jì)、精密加工的。流體在測量管內(nèi)流經(jīng)V錐體時(shí)，在V錐體前重新形成流態(tài)局部收縮，流速增大，靜壓下降，在V錐體前后產(chǎn)生壓差Δp，在上游管壁（流體收縮前）處測得高壓p1（靜壓），在V錐體朝下游端面的中心軸處開取壓口取得低壓p2（靜壓），如圖1所示。

圖1 差壓式流量計(jì)測量原理圖

由圖1可見，其理論屬于差壓式測量原理，即流速分布是以管道中心線為對稱的一個(gè)指數(shù)曲面，流體通過一定管道的壓力降與流量的平方成正比。可精確測量寬雷諾數(shù)（8×103≤Re≤5×107）范圍內(nèi)各種介質(zhì)的流量。

2 流量測量的數(shù)學(xué)模型

流量測量的數(shù)學(xué)模型為：

式中：β為等效直徑比；ρ1為流體工況條件下的密度；D為管道內(nèi)徑；K為流量系數(shù)；Δp為V錐體前后產(chǎn)生的壓差。

3 等效直徑比β定義

對于V錐傳感器，等效直徑比：

式中：D為工況下測量管的內(nèi)徑；d為V錐節(jié)流元件的最大橫截面處的直徑。

4 V錐流量計(jì)的技術(shù)特性

按照《流量測量節(jié)流裝置設(shè)計(jì)手冊》，標(biāo)準(zhǔn)的β系數(shù)范圍：0.45，0.55，0.65，0.75，0.85?？梢?，V錐體β系數(shù)計(jì)算范圍寬，配單個(gè)差壓變送器時(shí)：10∶1至15∶1，配雙差壓變送器時(shí)：30∶1至40∶1。

5 β和最小流量的關(guān)系

對于同一規(guī)格的V錐流量傳感器，D＝50mm，d＝30mm，水的密度ρ＝996.8kg／m3，黏度為0.00000137mPa·s，等效直徑比β＝0.8和β＝0.6的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別如表1和表2所示。

對于同一管道內(nèi)經(jīng)的流量計(jì)，β的大小代表凈流通面積，β越大，則凈流通面積越小。對于同樣的流量，流體在節(jié)流件處收縮產(chǎn)生的差壓值越大，越有利于提高流量計(jì)量的準(zhǔn)確度。這個(gè)問題在寬量程的最小流量、現(xiàn)場定點(diǎn)小流量范圍使用、寬量程的試驗(yàn)樣機(jī)等表現(xiàn)的最為敏感。

表1 β＝0.8的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

續(xù)表

表2 β＝0.6的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

6 結(jié)論

對于同一規(guī)格的V錐流量計(jì)，在寬量程使用時(shí)，等效直徑比β盡可能小的主要優(yōu)點(diǎn)為：

1）流量系數(shù)開始呈現(xiàn)平穩(wěn)時(shí)的雷諾數(shù)低，亦即推薦使用的最小雷諾數(shù)小，這使實(shí)際最小雷諾數(shù)大于推薦使用最小雷諾數(shù)的可能性大，有助于測量范圍的擴(kuò)大，對測量有利；

2）節(jié)流件前后所需的最小直管段較短；

3）有利于提高測量準(zhǔn)確度。

但是，β過小，也存在缺點(diǎn)：流體流經(jīng)節(jié)流裝置的壓力損失大，增加了動(dòng)力消耗。在滿足流量系數(shù)盡可能恒定、壓力損失不超過現(xiàn)場的允許值、節(jié)流件前后直管段盡可能短等條件下，應(yīng)盡量使β接近0.5，在最小流量測量中獲得較高的測量準(zhǔn)確度。

［1］曾漢平，張輝，王鳳偉.差壓式氣動(dòng)傳感器穩(wěn)定性研究.計(jì)量技術(shù)，2010（9）：3－5

［2］［美］RW米勒.流量測量工程手冊.第1版.孫延祚，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990

［3］ISO5167－2 5167－3 ISO 5167－4用差壓裝置測量測量流體流量安裝在充滿流體圓載面管道第2部分—孔板，第3部分—噴嘴和文丘里噴嘴，第4部分—文丘里管

［4］王建中.關(guān)于推廣V錐流量計(jì)做節(jié)流裝置的換代產(chǎn)品問題的商榷.http：／／www.chinaflow.com.cn，2010

［5］JJG 640—1994差壓式流量計(jì)檢定規(guī)程

［6］孫淮清，王建中.流量測量節(jié)流裝置設(shè)計(jì)手冊.第2版.化學(xué)工業(yè)出版社，2005

10.3969／j.issn.1000－0771.2013.4.06