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内锥流量计受前置闸阀扰流的影
 

1 引言
上世纪80年代中期美国McCrometer公司开发内锥流量计(V-cone flowmeter),在其样本和使用说明书中对前后置直管长度L要求语焉不详,只称前置L要求为0~3D,(D为仪表名义口径),后置L要求为0~1D,没有按各种扰流件(如弯管、阀等)提出具体要求。然而该公司工作人员在学术会议发表文章的结论却称:①前置闸阀直接连接等效直径比β为0.75的仪表,75%~100%开度时会带来0.5%测量值的额外误差,β为0.5阀任何开度时流量系数CD变化小于2%;②闸阀相隔5D直管距离接上仪表,β为0.75阀任何开度,CD变化小于2%[2]。对于声称准确度为0.5%测量值的仪表,变化是相当可观的。这一结论与产品使用说明书所述有相当出入。
近年我国流量仪表制造企业纷纷开发内锥流量计,已有数十家之多,2005年多国仪器仪表展览会上就有国内企业9家展示,到2006年展会已有30家国内企业展示,可见发展之迅猛。推向市场的产品使用说明书对前后置直管要求沿用与McCrometer公司相同或相近的提法。诚然,内锥流量计由于锥体的整流作用与孔板等节流件相比,可以缩短直管要求;然而在一些宣传文章和推介会上,大都只谈了优点,很少说明各扰流件使流出系数不容忽视的变化,若要获得较高测量准确度还是要有一定长度的直管。使用说明书上“0~3D上游直管长度”的表述方法的误导,又没有各类扰流件具体要求,使人们产生内锥流量计不受流速分布畸变影响的误解。
印度德里工学院应用力学系学者发表闸阀开度对内锥流量计影响的研究报告,报告结论称前置直管L=5D对流出系数最大变化约为6%,L≥10时才不受影响[1] 。这报告既不是代表制造供应方,也不是用户委托方的第三方研究报告,应是比较客观的。下文择要转述,并作些讨论。
2 实验和数据
   实验对象是内径D=52mm的内锥流量计,一台锥体最大直径d=40mm,等效直径比β为0.643(=),另一台d=33mm,β为0.77.实验装置如图1所示,用油、水两种液体,来自离地15m的恒水头高位槽,作内锥流量计与上游扰动闸阀V2间相隔3种距离(L为5D,10D,15D)和阀4种开度的扰流实验。实验数据汇总如表1和图2、3所示。


3 讨论
   1 德里工学院论文的结论所称受闸阀影响流量系数最大变化约6%,仅指β=0.643,L=5D,阀开度25%时的变化;如在β=0.77,L=5D,阀开度大于25%时系数变化高达8%,L=10D时也约有1.7%。所以这一实验论证了前置闸阀开度>25%时各种开度,要求较高测量准确度时,L=10D尚嫌不足。
   2 关于产品标准
   ①内锥流量计尚无国际标准、地区/国家标准或学会/协会团体标准,对于前后置直管长度要求只见到先行企业如上文所述的说明,而参照发表论文实验数据,我们感到颇有疑问[3,4]。现在不清楚国内各企业产品标准对此如何规定,但纵览样本或使用说明书,绝大部分沿用McCrometer公司的提法。因此需要制订内锥流量计的行业标准,规定典型扰流件的最短前后置直管长度和其他技术要求,予以澄清。
   ②标准应规定检验扰流件影响的方法。某些测量原理流量传感器的结构设计敏感于流动状况,就应在产品标准中规定要作典型扰流件的旋转流和流速分布畸变影响的试验方法,例如:
A:电磁流量传感器的磁场分布设计和液流通道形状(直通进口或渐缩进口)等结构会改善流速分布畸变的敏感度,因此在电磁流量计性能评定方法的国际(国家)标准中规定了闸阀、单弯管、立体双弯管3种扰流件的评定试验[5]
B:涡轮流量计的涡轮叶片形状设计(直形或螺旋状)和前后导向架结构设计,对来流旋转度和流速分布的敏感度或抑制程度各异,因此气体涡轮流量计国际标准提示附录中规定了低水平扰流件(立体双弯管渐扩管组合件)和高水平扰流件(立体双弯管半闭板组合件)的扰流试验[6]
    ③孔板喷嘴等标准节流装置结构设计均已标准化,并做了大量各类扰流件的实验,在国际标准中规定了标准节流装置各类扰流件的直管长度要求[7],因此制造厂就不一定在企业技术文件中列出具体要求。内锥流量计尚未标准化,各企业结构设计各异,产品使用说明书应列出典型扰流件的直管段长度下限值;还应制订行业标准,规定作若干典型扰流件的扰流试验,以检验制造厂提出直管段长度下限是否正确。
    ④技术监督部门在发放计量器具许可证前所作的型式试验中,应包括典型扰流件的扰流试验项。

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