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內錐流量計受前置閘閥擾流的影
 

1 引言
上世紀80年代中期美國McCrometer公司開發內錐流量計(V-cone flowmeter),在其樣本和使用說明書中對前后置直管長度L要求語焉不詳,只稱前置L要求為0~3D,(D為儀表名義口徑),后置L要求為0~1D,沒有按各種擾流件(如彎管、閥等)提出具體要求。然而該公司工作人員在學術會議發表文章的結論卻稱:①前置閘閥直接連接等效直徑比β為0.75的儀表,75%~100%開度時會帶來0.5%測量值的額外誤差,β為0.5閥任何開度時流量系數CD變化小于2%;②閘閥相隔5D直管距離接上儀表,β為0.75閥任何開度,CD變化小于2%[2]。對于聲稱準確度為0.5%測量值的儀表,變化是相當可觀的。這一結論與產品使用說明書所述有相當出入。
近年我國流量儀表制造企業紛紛開發內錐流量計,已有數十家之多,2005年多國儀器儀表展覽會上就有國內企業9家展示,到2006年展會已有30家國內企業展示,可見發展之迅猛。推向市場的產品使用說明書對前后置直管要求沿用與McCrometer公司相同或相近的提法。誠然,內錐流量計由于錐體的整流作用與孔板等節流件相比,可以縮短直管要求;然而在一些宣傳文章和推介會上,大都只談了優點,很少說明各擾流件使流出系數不容忽視的變化,若要獲得較高測量準確度還是要有一定長度的直管。使用說明書上“0~3D上游直管長度”的表述方法的誤導,又沒有各類擾流件具體要求,使人們產生內錐流量計不受流速分布畸變影響的誤解。
印度德里工學院應用力學系學者發表閘閥開度對內錐流量計影響的研究報告,報告結論稱前置直管L=5D對流出系數最大變化約為6%,L≥10時才不受影響[1] 。這報告既不是代表制造供應方,也不是用戶委托方的第三方研究報告,應是比較客觀的。下文擇要轉述,并作些討論。
2 實驗和數據
   實驗對象是內徑D=52mm的內錐流量計,一臺錐體最大直徑d=40mm,等效直徑比β為0.643(=),另一臺d=33mm,β為0.77.實驗裝置如圖1所示,用油、水兩種液體,來自離地15m的恒水頭高位槽,作內錐流量計與上游擾動閘閥V2間相隔3種距離(L為5D,10D,15D)和閥4種開度的擾流實驗。實驗數據匯總如表1和圖2、3所示。


3 討論
   1 德里工學院論文的結論所稱受閘閥影響流量系數最大變化約6%,僅指β=0.643,L=5D,閥開度25%時的變化;如在β=0.77,L=5D,閥開度大于25%時系數變化高達8%,L=10D時也約有1.7%。所以這一實驗論證了前置閘閥開度>25%時各種開度,要求較高測量準確度時,L=10D尚嫌不足。
   2 關于產品標準
   ①內錐流量計尚無國際標準、地區/國家標準或學會/協會團體標準,對于前后置直管長度要求只見到先行企業如上文所述的說明,而參照發表論文實驗數據,我們感到頗有疑問[3,4]。現在不清楚國內各企業產品標準對此如何規定,但縱覽樣本或使用說明書,絕大部分沿用McCrometer公司的提法。因此需要制訂內錐流量計的行業標準,規定典型擾流件的最短前后置直管長度和其他技術要求,予以澄清。
   ②標準應規定檢驗擾流件影響的方法。某些測量原理流量傳感器的結構設計敏感于流動狀況,就應在產品標準中規定要作典型擾流件的旋轉流和流速分布畸變影響的試驗方法,例如:
A:電磁流量傳感器的磁場分布設計和液流通道形狀(直通進口或漸縮進口)等結構會改善流速分布畸變的敏感度,因此在電磁流量計性能評定方法的國際(國家)標準中規定了閘閥、單彎管、立體雙彎管3種擾流件的評定試驗[5]
B:渦輪流量計的渦輪葉片形狀設計(直形或螺旋狀)和前后導向架結構設計,對來流旋轉度和流速分布的敏感度或抑制程度各異,因此氣體渦輪流量計國際標準提示附錄中規定了低水平擾流件(立體雙彎管漸擴管組合件)和高水平擾流件(立體雙彎管半閉板組合件)的擾流試驗[6]
    ③孔板噴嘴等標準節流裝置結構設計均已標準化,并做了大量各類擾流件的實驗,在國際標準中規定了標準節流裝置各類擾流件的直管長度要求[7],因此制造廠就不一定在企業技術文件中列出具體要求。內錐流量計尚未標準化,各企業結構設計各異,產品使用說明書應列出典型擾流件的直管段長度下限值;還應制訂行業標準,規定作若干典型擾流件的擾流試驗,以檢驗制造廠提出直管段長度下限是否正確。
    ④技術監督部門在發放計量器具許可證前所作的型式試驗中,應包括典型擾流件的擾流試驗項。

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