摘要(yào):從介紹産品工(gōng)作原理入手,闡(chan)述了彎管流量(liàng)計
與
孔闆流量(liang)計
在原理上的(de)本質區别。在性(xìng)能比較的基礎(chǔ)上突出說👉明了(le)彎管🌂流量計具(jù)有的無附加壓(yā)力損失的節能(néng)性能明顯優于(yú)孔闆流量計。文(wén)章指出,在長期(qi)運行的大流量(liàng)系統中應充分(fèn)考慮這種區别(bié)所引起的能源(yuán)合💁理利用問🔴題(ti)。
一、引言
彎管流(liú)量計也是一種(zhong)差壓式流量計(ji),但其差壓的産(chan)生與🐇孔闆流量(liàng)計有根本性區(qū)别:孔闆流量計(ji)是
節流型差壓(ya)流量計
,是利用(yòng)對流體節流裝(zhuang)置施行節流産(chan)生差壓來測量(liàng)流✉️體的🧑🏾🤝🧑🏼流量的(de):彎管流量計的(de)流量傳感器是(shi)一個90°标準彎👉管(guan),它🏃是利用流體(tǐ)的慣性原理産(chǎn)生差壓來測量(liang)流體的流量的(de)。
二、彎管流量計(ji)和孔闆流量計(jì)原理
1.彎管流計(ji)
(1)基本原理
當流(liú)體流經彎管時(shí),由于彎管的約(yuē)束作用,迫使流(liú)體在彎管内作(zuò)近似于圓周運(yùn)動。根據流體強(qiang)制旋流理⁉️論,流(liu)體在管道内作(zuò)圓周運動必然(ran)會産生慣🎯性離(li)心力,該離心力(li)的大小與流體(tǐ)的流速、流體的(de)🏃🏻♂️質量(密度)以及(ji)作圓周運動的(de)曲率半徑等因(yīn)素有關。離心力(lì)的💜大小可以通(tong)過對彎管内、外(wai)側壓力差⛱️的測(ce)量來确定👉的:因(yīn)此,隻要測出彎(wan)管内、外側的差(cha)壓值,就可🔅以方(fang)便地計.算出管(guan)道内流體的流(liú)速,進而算出管(guǎn)道内流體的流(liu)量值,這就是彎(wan)管流量計的基(ji)本測量原理(見(jiàn)圖1).
(2)流量方程
式(shì)中，?一流體的平(ping)均流速
a一流量(liang)系數
R/D一彎管的(de)彎徑比
P1-P2一彎管(guǎn)内、外側壓力差(cha)
β一指數
ρ一流體(tǐ)的密度
2.孔闆流(liu)量t計
(1)基本原理(li)
充滿管道的流(liu)體,當它流經管(guan)道内的節流件(jian)時。如圖👌2所示，流(liu)體将在節流件(jian)處形成局部收(shōu)縮.因此，流速增(zēng)加,靜🙇🏻壓力降低(di)🐆,在節流件前後(hou)産生了壓差。流(liu)👌體流量愈大,産(chǎn)生的壓差愈大(dà),因而可依據壓(ya)差來衡量流量(liàng)大小。這種測量(liang)方法是以流動(dòng)連續性方程(質(zhì)量守恒定律)和(he)伯努🔞力方程(能(néng)量⛱️守恒定律)爲(wèi)基礎的:
(2)流量方(fang)程
式中.qm一質量(liang)流量,kg/s
C一流出系(xi)數
E一可膨脹性(xìng)系數
β一直徑比(bi).β=d/D
d.一工作條件下(xia)節流件的孔徑(jing),m
D一工作條件下(xia).上遊管道内徑(jing),m
△p一差壓,Pa
P1一流體(tǐ)密度,kg/m3
三、彎管流(liú)量計的基本特(te)點及其與孔闆(pǎn)流量計性能🐇比(bi)較
以供熱系統(tǒng)爲對象,選定孔(kǒng)闆流量計與彎(wan)管流量🌈.計作對(dui)比，是因爲孔闆(pan)流量計目前在(zài)供熱系統中仍(reng)然是使用普遍(bian)的流量計。
(1)無任(rèn)何附加節流件(jiàn)或插人件.可大(da)大降低流體在(zai)💛管道内輸送的(de)動力消耗,節約(yue)能源。
由于彎管(guǎn)流量計獨特的(de)測量原理,它沒(méi)有其它流量計(jì)🤞必須具備的節(jiē)流件或插入件(jiàn),這一特點給彎(wān)管流❤️量計的工(gong)業化應用🙇🏻帶來(lai)了巨大的便利(lì)和好處。
對于節(jiē)流型孔闆流量(liang)計來說，流體在(zai)孔闆上的壓☎️力(lì)損失🔞是不可避(bì)免的。在通常情(qing)況下,該節流壓(ya)力損失(稱其爲(wèi)不🏃🏻可恢複壓♍力(li)損失)可達孔闆(pan)在該流量下産(chan)生的差⭕壓值的(de)30%~90%(與孔闆的β值有(you)關)。爲了提高孔(kong)闆流量計的測(cè)量精度,設計人(ren)員在選定孔闆(pǎn)流量計的工作(zuò)差壓值時一般(ban)都取高值,于是(shi)該壓力損失就(jiu)相當可❌觀。在供(gòng)熱系統👅中,由于(yú)孔闆的阻力損(sǔn)失會使😘供熱循(xún)⛱️環水泵♉耗電量(liàng)增加或使同樣(yang)的水💰泵壓頭不(bu)能滿足✏️遠端供(gòng)熱用戶的需求(qiú)。對于一個完整(zheng)的✊供熱系統來(lái)✉️說，它所安裝的(de)流量檢⁉️測孔闆(pan)不會隻是一塊(kuài),而多孔闆的安(an)裝使系統功率(lǜ)損失更大。對于(yú)蒸汽介質來說(shuo),孔闆節流壓力(li)損失會使蒸汽(qi)品質下降,或需(xū)要提供更高的(de)供汽質量才能(néng)滿足用戶對蒸(zhēng)汽品位的要求(qiú)。無論是哪--種情(qing)況都會造成附(fu)加的經濟損失(shi)和提高系統.的(de)運行費👄用。如果(guǒ)用彎管流量計(jì)代替孔闆流量(liang)計進行流量檢(jian)測.則不存在管(guǎn)道附加阻力損(sun)失的問題,孔闆(pan)流量計的節流(liú)損耗也可簡單(dan)地看作是彎管(guan)流量計的節能(neng)效果。這種替☎️代(dài)對于那些大系(xi)統、大管徑、大流(liu)量、低壓頭的測(cè)量對象好處将(jiang)更加明顯。
(2)結構(gou)簡單,價格低廉(lián)
彎管傳感器就(jiù)是一個90标準彎(wān)頭,随着彎管機(jī)械加工❤️工，業的(de)發🤩展和行業标(biāo)準化、規範化管(guan)理的不斷完善(shan).用作彎管傳感(gǎn)🔅器的标準機制(zhì)彎頭其質量越(yuè)來越好.價格也(ye)越來越低,它一(yī)🍓方面使彎管傳(chuan)感器的技術指(zhi)标能得到更好(hǎo)的保證.同時.也(yě)大大降低了彎(wan)管傳感🌏器的價(jia)格，目前.彎管傳(chuan)感器甚至比市(shi)場上價格便宜(yí)的.法蘭式孔闆(pǎn)傳感器還要便(bian)宜.而且管徑愈(yu)大.愈便宜。
(3)彎管(guan)傳感器耐磨損(sǔn),對微量磨損不(bú)敏感
傳感器對(duì)磨損不敏感是(shi)保證流量計長(zhang)期精度佳測量(liang)的重要條件之(zhi)一.這方面彎管(guǎn)流量計有着不(bú)可比拟的⚽優勢(shì):而孔闆流🔴量計(ji)的人口銳角對(dui)微量磨損就🔴十(shí)分敏感。規程規(gui)定,計量用孔闆(pǎn)流量計的孔闆(pǎn)每年必須進行(hang)一次或一次以(yi)上的強制性磨(mó)損檢查,這是保(bao)證孔闆流量計(ji)正确計量的必(bì)要條件:即便如(ru)此.在✏️兩個檢修(xiū)周期内也很難(nan)保證孔闆流量(liang)計測量精度的(de)一緻🆚性.這樣頻(pín)繁的拆裝、檢查(cha)、維修不是一般(ban)單位都可以作(zuò)到.的,對于🎯那些(xiē)大管徑的孔闆(pan).尤其是蒸汽孔(kǒng)闆其拆裝難度(du)之大使維😘修者(zhe)無不望而卻☁️步(bu).大量㊙️的維修費(fèi)用也給使用者(zhě)帶來了額外的(de)經濟負擔:因此(cǐ).現實情況是多(duo)數孔闆流量計(jì)使用單位以損(sun)失測量精度爲(wei)代價來減少孔(kong)闆流🎯量計的檢(jian)修次數。這種方(fāng)法當然是不可(ke)取的:彎管傳感(gan)器不✏️僅耐磨性(xìng)能好,即使有輕(qīng)微磨🌈損,對彎管(guǎn)傳感器的工作(zuo)性能和測量精(jing)度的影響也是(shi)極小的。因此.彎(wan)管流量計可以(yǐ)長期保持精度(dù)的狀态。
(4)可測量(liàng)容易髒污、堵塞(sāi)傳感器的流體(ti)
供熱系統的循(xun)環水其水質是(shì)比較差的,原因(yin)是在⚽一個👅供㊙️暖(nuǎn)期内循環水是(shì)反複使用而不(bú)更換(隻是少量(liang)補充).加上🌈防腐(fu)⭐需求💛等其它原(yuan)因在循環水中(zhōng)還要加入一些(xiē)化學物👄質,使循(xun)環水對流量測(ce)量裝置的污染(ran)影響更大。孔闆(pǎn)傳感器人口的(de)直角部分🌐即使(shǐ)是輕微的沾污(wu)也會對測量精(jīng)度造成極大的(de)🙇🏻影響。而彎管傳(chuan)🌈感器對于供熱(rè)🧡循環水這樣的(de)介質其适應性(xing)是很強的.即使(shǐ)🤟是長期的運行(hang)也能保證🤟其❓正(zhèng)常工作,且能保(bǎo)💘證足夠的測量(liàng)精度不受影響(xiǎng)。
(5)量程範圍寬、直(zhi)管段要求不嚴(yan)格.适應性強
隻(zhi)要是可以用孔(kong)闆流量計進行(háng)測量的對象都(dou)可以用彎管流(liu)量計來代替。而(er)在耐高溫、耐高(gāo)壓、耐沖擊、耐震(zhen)動、耐潮濕、耐粉(fen)塵等方面,彎管(guǎn)流量計遠遠優(yōu)于其⭐它常用流(liu)量計(如
渦街流(liu)量計
、
電磁流量(liang)計
、
超聲波流量(liang)計
等等)。震動、沖(chong)擊對彎管傳感(gǎn)器的正常工作(zuo)幾乎沒有影響(xiǎng).而高溫、高壓對(dui)于彎管流量計(ji)來說隻是采用(yong)與工藝管道相(xiàng)同材質的标準(zhǔn)彎頭作傳感器(qì),就可以方便地(dì)得🏃到解決。.
彎管(guan)傳感器的幾何(hé)尺寸幾乎沒有(you)限制，管經小可(ke)到幾十mm甚🛀🏻至十(shí)兒mm.大可到Im甚至(zhì)2m以上,隻要彎管(guǎn)的彎徑比符台(tai)規定要求。都可(kě)以作爲傳感器(qi)進行流量測量(liang),這一-特點是一(yī)般流量傳感器(qi)不容易作到的(de):
直管段要求不(bu)太嚴格也是彎(wan)管流量計在現(xiàn)場使🍓用.中十分(fen)重要的特點之(zhi)一。許多流量測(ce)量裝置都因爲(wei)現場🔅直管段不(bú)能滿🈲足要求而(ér)不能進行測螢(ying)💜或不能保證其(qí)瀏量精度.彎管(guan)流量計由于其(qi)特殊的測量原(yuán)理使其在實際(ji)應用時對直管(guǎn)段的要求不嚴(yán)格，一-般隻需保(bao)證前5D後2D即可.遠(yuǎn)遠💃低于其它流(liú)⛹🏻♀️量測量裝置的(de)要求。
(6)可采用直(zhí)接焊接法進行(hang)安裝
流量測量(liang)裝置現場跑、冒(mao)、滴、漏是一個十(shí)分令人頭痛㊙️的(de)現🐉實問題,它包(bao)含了諸如能源(yuan)和物料的浪費(fèi),環保、安全、計量(liang)正确等方面的(de)問題.是運行、管(guan)理部✨門十分重(zhòng)視又不易徹底(di)解決✌️的老大✍️難(nan)問題:流量🍓傳感(gǎn)器直.接焊接法(fa)安裝就是爲解(jiě)決這🔞個實際問(wen)題而産生的(例(lì)如焊接式孔闆(pan)):但是.孔闆的不(bú)耐磨損給焊接(jiē)式孔闆保持長(zhǎng)期精度正常使(shǐ)用帶來了困難(nan).既然孔闆檢修(xiu)周期短,那麽,嚴(yan)格地說焊接法(fa)安裝绐孔闆流(liú)量計帶來的不(bú)是好處,相反使(shǐ)經常性的檢修(xiu)工作變得更加(jia)困難。因此,焊接(jie)式孔闆并不是(shi)解決測量裝置(zhi)現場的跑冒滴(dī)漏的🌍好方法。而(ér)彎管傳感器完(wan)全可以滿❗足直(zhí)接焊接法安裝(zhuāng)的一-切技術條(tiao)件.它的耐磨損(sǔn)、免維護、長周期(qī).精度運行🍉的特(te)點使焊接法安(an)裝這一優勢得(dé)到了💞充分的發(fā)揮.現場跑冒滴(dī)漏的麻煩得到(dào)了徹底的解決(jué)
(7)通過實驗研究(jiū).提出了彎徑比(bǐ)爲1.5~1.6範圍内.在該(gai)條件下的蒸汽(qi)彎管流量計的(de)簡化模型,不但(dàn)可使彎管參量(liang)無須單獨㊙️标定(ding)即可實現蒸汽(qi)流量高精度測(cè)🚶♀️量,而且在采用(yòng)了蒸汽溫度、壓(yā)力智能補償後(hòu),使流量計能适(shi)用于溫度、壓力(lì)變化範圍大的(de)蒸汽流量測量(liàng):二次儀表以計(jì)算機技術爲核(hé)心,采用蒸汽密(mì)度補償處理.因(yīn)而使二次儀表(biao)精度達到0.29.流量(liàng)測量系統實測(cè)精度達到了1.14%(引(yin)用誤差):
四、結束(shu)語
雖然将彎管(guan)流量計和經典(dian)的孔闆流量計(jì)作了一系列的(de)對比.指出了孔(kong)闆流量計存在(zai)的一些不盡人(ren)意的缺點,但是(shi).有一點是十分(fen)清楚的.孔闆流(liú)量🔆計作爲一種(zhǒng)流量計量器具(ju).它具有悠⭐久的(de)曆史.經過無數(shu)專家、學者的👨❤️👨潛(qian)心研究和完善(shàn)，它👄的設計、計算(suàn)、加工、安裝、使用(yong)、維護等等環節(jie)都具🧑🏾🤝🧑🏼備了完備(bei)的标準和規範(fàn).尤其值得強調(diào)的是它已具備(bèi)了計量管理部(bu)門承認的⭐、具有(you).法律效用的🔞幾(ji)何相似檢定🚶的(de)許可、獲得了有(you)關管理部門的(de)正式☎️推薦,所有(yǒu)這一切使它在(zài)工業化應用中(zhong)具備了極其強(qiang)大的競争力。目(mu)前還沒有🌈任何(he)一種流量計可(ke)以和它“相提🔴并(bìng)論”。正如曆史是(shi)不會停止一樣(yàng).流量計的發展(zhan)也💰是日新月異(yi)的。孔闆流量🔞計(ji)的諸多缺點愈(yù)來愈爲人們所(suo)重視,要麽解決(jue)這些缺點,要麽(me)用一種更好的(de)流量計代替它(ta)。
其實,彎管流量(liang)計研究工作也(yě)有80餘年的曆史(shǐ)，隻是🏃♀️過去的工(gōng)作受到諸多客(ke)觀條件的限制(zhì),使彎管流👈量計(jì)的工，業化推廣(guang)應用十分困難(nan),其中重要的是(shi)🈲彎管加工技術(shu)和彎管的空間(jiān)測量技術。這些(xiē)限制條件的存(cún)🔞在幾乎葬送了(le)彎管流量計的(de)發展前途。現在(zai)這一切都得到(dao)了解決,高精度(du)的🈲彎管加工技(ji)👨❤️👨術可以保王🆚彎(wān)管傳感器的彎(wan)徑比能夠控制(zhi)在一個極小的(de)範圍内.而科學(xue)的測量方法又(you)使彎管彎徑比(bǐ)的測量精度得(dé)到了保證,所有(yǒu)這些🐇使彎管傳(chuan)感器的幾何相(xiang)似性成爲可能(neng)✌️。同時.通過研究(jiu)我們發現，在彎(wān)管傳感器特定(dìng)彎徑比條件下(xià),彎徑比與流量(liàng)系數之間出現(xian)的互🔅補性規律(lü),由此大大提高(gao)♈了這種流量計(ji)的測量精度及(ji)其穩定性。
在流(liu)速爲7~70m/s範圍内，檢(jiǎn)定其相應的測(cè)量範圍,其系統(tong)💞流量精度(包括(kuò)差壓、壓力、溫度(du)變送器及二次(ci)儀表等配套儀(yí)表)小🔴于企業标(biao)準規定的+2.5%FS的精(jing)度,在檢定樣機(ji)中.流速爲25~70m/s的常(cháng)用蒸汽流速範(fàn)圍内,其實測精(jīng)度優于1.14%FS:
彎管流(liú)量計突破了困(kun)擾它發展的流(liu)量系數離散性(xìng)大、測量💃精度低(di)的困難,滿足了(le)工業應用的要(yào)求:彎管流量計(jì)的精度.無附加(jia)壓力損失、量程(chéng)比大、适應能力(lì)強,經濟效益高(gāo)等特性完全符(fu)合能源建設和(hé)科學化計量管(guan)理事業的發展(zhǎn)要求:如在供熱(re)行業全面推廣(guǎng)⛷️使用彎管流量(liang)計.僅計算🈲它的(de)無附加阻力損(sǔn)失并将其折.算(suàn)成水泵電耗所(suǒ)能獲得💋的效益(yi),在一個取暖期(qi)就可高達3億元(yuan)人民币:據初步(bu)統計,在全國用(yong)彎管流量計全(quán)面替代目前🏃🏻♂️應(ying)用廣泛的孔闆(pan)流量計.每年就(jiù)🆚叮取得數十億(yi)元人民🐕币的💃經(jing)濟效益,且節約(yue)大量的能源:因(yīn)此.大力發展彎(wān)管流量計,把它(ta)🏃♂️盡快地推廣到(dào)能源建.設和科(ke)學化管理的各(ge)個領域是必要(yào)和可能🔆的。
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