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摘要：對(duì)V錐流量計(jì)抗擾動(dòng)特性有助于厘清V錐流量計(jì)的計(jì)量性能。將成套圓片型漩渦、圓片型剖面擾動(dòng)發(fā)生器，分別安裝在V錐流量計(jì)上、下游0D、3D處的直管段上，進(jìn)行擾動(dòng)對(duì)V錐流量計(jì)測(cè)量性能影響的試驗(yàn)。通過(guò)分析得出了未安裝與安裝擾動(dòng)發(fā)生器時(shí)流量的相對(duì)誤差。結(jié)果表明，上、下游0D、3D處擾動(dòng)對(duì)V錐流量計(jì)測(cè)量性能的影響明顯，在實(shí)際使用中應(yīng)引起足夠的重視。
0引言
　　為了降低流體擾動(dòng)對(duì)差壓式流量計(jì)測(cè)量性能帶來(lái)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(zhǎng)度須滿(mǎn)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(lái)說(shuō)，只要按標(biāo)準(zhǔn)[1-2]設(shè)計(jì)、制造，前后直管段的配管長(zhǎng)度、內(nèi)徑、圓度等滿(mǎn)足規(guī)范要求，安裝使用前無(wú)需實(shí)流標(biāo)定就可估算其測(cè)量誤差。在各類(lèi)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(méi)有擾動(dòng)對(duì)V錐流量計(jì)測(cè)量性能的影響進(jìn)行系統(tǒng)的研究，使得配多長(zhǎng)的直管段才合適沒(méi)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(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)獲得答案。V錐流量計(jì)是一種差壓式流量?jī)x表，雖然其結(jié)構(gòu)具有一定的自整流能力，但其不對(duì)稱(chēng)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(chǎng)的復(fù)雜性，不可避免地會(huì)產(chǎn)生測(cè)量附加誤差，更沒(méi)有形成成套的技術(shù)手冊(cè)用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝與使用。為了獲得第一手資料，一臺(tái)口徑DN50，β為0.6的V錐流量傳感器，并配置測(cè)量范圍為6kPa，精度為0.2級(jí)，低零漂差壓變送器，其輸入差壓與輸出電流設(shè)置為線性關(guān)系，以提高小流量時(shí)輸出電流的靈敏度；配置0.05級(jí)四位半數(shù)字多用表用于指示差壓變送器輸出電流值；工作介質(zhì)水為牛頓流體，連續(xù)并充滿(mǎn)圓管及節(jié)流件，并采用成套擾動(dòng)器對(duì)V錐流量計(jì)進(jìn)行抗擾動(dòng)性能的實(shí)流測(cè)試。
1試驗(yàn)結(jié)果
1.1前直管段0D、3D處擾動(dòng)試驗(yàn)
　　在前直管段0D、3D處分別安裝圓片型擾動(dòng)發(fā)生器，圓片型左漩漩渦擾動(dòng)發(fā)生器，如圖1所示，圓片型右漩漩渦擾動(dòng)發(fā)生器，如圖2所示，圓片型速度剖面流動(dòng)擾動(dòng)發(fā)生器，如圖3所示，短接環(huán)如圖4所示。

　　圓片型左漩、右漩漩渦擾動(dòng)發(fā)生器可產(chǎn)生類(lèi)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(lèi)似于突出的管道接頭或尚未全開(kāi)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(shuō)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。


2數(shù)據(jù)處理
　　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％。可得在前直管段0D、3D處擾動(dòng)與無(wú)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(wú)擾動(dòng)時(shí)電流的相對(duì)誤差曲線，如圖6所示。
　　一般管道雷諾數(shù)ReD＜2300為層流狀態(tài)，ReD=2000～4000為過(guò)渡狀態(tài)，ReD＞4000為紊流狀態(tài)，流體雷諾數(shù)的計(jì)算公式如下：

式中：
qv——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)ReD范圍工作于湍流流動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)管道內(nèi)徑D為50mm，水的運(yùn)動(dòng)黏度ν為1.006×10-6m2/s，雷諾數(shù)ReD取4000時(shí)，則體積流量：
qv=DνReD/354×10-3=0.05×1.006×10-6×4000/354×10-3≈5.7×10-4m3/s≈2.0m3/h
　　由此可知，體積流量在1.0～2.0m3/h范圍內(nèi)為過(guò)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

　　從式（2）可得，在前直管段0D、3D處擾動(dòng)與無(wú)擾動(dòng)時(shí)流量的相對(duì)誤差曲線，如圖7所示，后直管段0D、3D處擾動(dòng)與無(wú)擾動(dòng)時(shí)流量的相對(duì)誤差曲線，如圖8所示，其中將流量小于0.5m3/h的電流信號(hào)切除（當(dāng)流量值較小，電流I0接近4時(shí)，δ將很大，沒(méi)有實(shí)際意義）。




3試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象
　　當(dāng)流量增大到8m3/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(cè)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(cè)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(chǎng)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)1m3/h處，實(shí)測(cè)輸出電流僅為4.117mA，由于差變的量程為6kPa，對(duì)應(yīng)的差壓Δp=[（4.117-4）mA/（20-4）mA]×6kPa≈0.044kPa。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44Pa相當(dāng)于4.5mm水柱的液位差，即可產(chǎn)生高達(dá)1m3/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(cè)量誤差應(yīng)引起足夠重視。
4結(jié)語(yǔ)
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(cè)量性能的影響不可忽視。
3）配置高精度、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(guò)，發(fā)生“卡門(mén)”渦街是不可避免的，同時(shí)受上游來(lái)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(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大影響。
由于阻流件類(lèi)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(cè)量誤差的研究將是長(zhǎng)期和艱巨的。通過(guò)擾動(dòng)對(duì)V錐流量計(jì)測(cè)量性能影響，拋磚引玉，將有效助推V錐流量計(jì)的進(jìn)步與流量的發(fā)展。

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