擾動對V錐流量計(jì)測量影響 發(fā)布時(shí)間:2018-12-24
摘要:對V錐流量計(jì)抗擾動特性有助于厘清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)行擾動對V錐流量計(jì)測量性能影響的試驗(yàn)。通過分析得出了未安裝與安裝擾動發(fā)生器時(shí)流量的相對誤差。結(jié)果表明,上、下游0D、3D處擾動對V錐流量計(jì)測量性能的影響明顯,在實(shí)際使用中應(yīng)引起足夠的重視。 0引言 為了降低流體擾動對差壓式流量計(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,由于沒有擾動對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,不可避免地會產(chǎn)生測量附加誤差,更沒有形成成套的技術(shù)手冊用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝與使用。為了獲得第一手資料,一臺口徑DN50,β為0.6的V錐流量傳感器,并配置測量范圍為6kPa,精度為0.2級,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)并充滿圓管及節(jié)流件,并采用成套擾動器對V錐流量計(jì)進(jìn)行抗擾動性能的實(shí)流測試。 1試驗(yàn)結(jié)果 1.1前直管段0D、3D處擾動試驗(yàn) 在前直管段0D、3D處分別安裝圓片型擾動發(fā)生器,圓片型左漩漩渦擾動發(fā)生器,如圖1所示,圓片型右漩漩渦擾動發(fā)生器,如圖2所示,圓片型速度剖面流動擾動發(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擾動發(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發(fā)生器、圓片型右漩漩渦擾動發(fā)生器、圓片型速度剖面流動擾動發(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擾動試驗(yàn) 后直管段0D、3D處分別安裝圓片型左漩漩渦擾動發(fā)生器、圓片型右漩漩渦擾動發(fā)生器、圓片型速度剖面流動擾動發(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)未安裝擾動器輸出電流為I0,安裝擾動器后輸出電流為I,則輸出電流的相對誤差為[(I-I0)/I0]×100%?傻迷谇爸惫芏0D、3D處擾動與無擾動時(shí)電流的相對誤差曲線,如圖5所示。后直管段0D、3D處擾動與無擾動時(shí)電流的相對誤差曲線,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狀態(tài)。當(dāng)管道內(nèi)徑D為50mm,水的運(yùn)動黏度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。則流量的相對誤差為 從式(2)可得,在前直管段0D、3D處擾動與無擾動時(shí)流量的相對誤差曲線,如圖7所示,后直管段0D、3D處擾動與無擾動時(shí)流量的相對誤差曲線,如圖8所示,其中將流量小于0.5m3/h的電流信號切除(當(dāng)流量值較小,電流I0接近4時(shí),δ將很大,沒有實(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)行測試時(shí),由于流量波動太大已難以讀數(shù)。在用玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)進(jìn)行比對測量時(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或差壓變送器零漂對流量有著顯著的影響。如在流量點(diǎn)1m3/h處,實(shí)測輸出電流僅為4.117mA,由于差變的量程為6kPa,對應(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)的壓損相對較小,但產(chǎn)生的差壓也相對較低,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處擾動對V錐流量計(jì)測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,對擾動產(chǎn)生測量誤差的研究將是長期和艱巨的。通過擾動對V錐流量計(jì)測量性能影響,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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