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均速管流量計(jì)--簡(jiǎn)便價(jià)廉節(jié)能的流量?jī)x表 流量?jī)x表技術(shù)指標(biāo)比較早的均速管檢測(cè)桿為圓截面;迎流向有多個(gè)總壓孔,背流向?yàn)榈蛪嚎?;中間用板隔開,后認(rèn)為均速管既處于位流,整個(gè)截面靜壓應(yīng)相等,改為僅在檢測(cè)桿中央背流向一側(cè)鉆一個(gè)背壓孔,用細(xì)管將背壓傳至差壓變送器低壓端,取消了隔板,簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。
上世紀(jì)70年代末期,圓截面使用多年后,發(fā)現(xiàn)在雷諾數(shù)處于105~106之間時(shí),流體在圓管上分離點(diǎn)將從78u移至130u,即所謂“阻力危機(jī)”現(xiàn)象,改變了圓截面上的壓力分布,引起約±10%的流量誤差,逐由菱形代替。菱形兩側(cè)為銳角,分離點(diǎn)確定,排除了阻力危機(jī)。其他結(jié)構(gòu)不變。
菱形-Ⅰ使用7、8年后,又發(fā)現(xiàn)背壓孔的傳壓細(xì)管,由于內(nèi)徑僅3毫米,易堵塞。美國(guó)Dieterich公司又推出了由3個(gè)腔體所組成的檢測(cè)桿截面,總壓孔由兩對(duì)改為3到4對(duì),背壓孔與總壓孔一一對(duì)應(yīng),取消了總背壓引出管,這種結(jié)構(gòu)即或有一二個(gè)背壓孔被堵,也不會(huì)影響均速管的正常工作。
近20年來(lái),不斷有人從減少均速管阻力角度出發(fā),推出了各種阻力較小的檢測(cè)桿形狀,如對(duì)稱翼型、扁圓形、橢圓形(Preso)等。其實(shí)均速管的永久壓損僅幾十帕,可忽略不計(jì),不必小題大做。而這類截面形狀低壓多取自兩側(cè),卻帶來(lái)輸出差壓過(guò)低的弊病,揚(yáng)短避長(zhǎng),得不償失。但也有特殊情況,Emerson公司就采用這種翼形剖面結(jié)構(gòu)測(cè)蒸汽,由于蒸汽流速較高、密度較大,有可能獲得較大的差壓,的確需要減小阻力,以增加強(qiáng)度,但僅限于一個(gè)型號(hào),用于特殊場(chǎng)合。
美國(guó)Verabar公司推出,在彈頭前端表面做了粗糙處理,(粗糙度X/KS約為200),宣稱這樣可以控制附面層的厚度,以此提高測(cè)量精確度。實(shí)際估算附面層對(duì)準(zhǔn)確度的影響是可忽略不計(jì)的。彈頭型的低壓取自兩側(cè),輸出差壓較菱形、圓形及T形小20% ~30%,不利于氣體低流速情況下選用。
這是Emerson公司近兩年推出的新結(jié)構(gòu)(該公司稱485型Annubar)。在T形檢測(cè)桿上迎流向有兩排總壓孔,背流向漩渦區(qū)有兩排背壓孔。Emerson公司宣稱,由于其創(chuàng)新的槽口設(shè)計(jì),精確度將會(huì)有所提高;而背壓處于T形漩渦區(qū),較菱形、圓形可增大約20%輸出差壓。背部采取多個(gè)低壓孔。這種結(jié)構(gòu)總壓、背壓孔均不到2毫米,易堵塞,只能用于潔凈流體。
德爾塔巴(Deltaflow)均速管,由德國(guó)思科公司(Systec Co)推出。在MICONEX 2004展會(huì)上宣稱有許多優(yōu)點(diǎn),而從截面形狀及結(jié)構(gòu)上與菱形-Ⅱ相比并無(wú)本質(zhì)區(qū)別。它仍是一種插入式流量?jī)x表,無(wú)法擺脫只測(cè)管道中直徑上幾點(diǎn)流速來(lái)推算流量的基本模式。廠家宣傳其直管段僅3~7D,而精確度可達(dá)±0.6%,缺乏說(shuō)服力,令人難以置信。但其材料的選用卻有看點(diǎn),一般均速管材料多使用316不銹鋼;而Deltaflow選用的是1.4528或哈氏合金鋼,耐溫低至-200℃,高可達(dá)1000℃以上,且可適用于各種腐蝕性介質(zhì)。
表1中所依據(jù)的流速分布,按尼庫(kù)拉茲(Nikuradse)所提出的充分發(fā)展紊流數(shù)學(xué)模型。上世紀(jì)90年代初,對(duì)管流的研究表明尼庫(kù)拉茲公式雖簡(jiǎn)單,但所描述的充分發(fā)展紊流在靠管壁及管道中心兩處均與實(shí)際情況有較大差異(特別是在管壁附近),所以應(yīng)增加到3對(duì)總壓孔,而目前在較大管徑時(shí)也有用4對(duì)的。其分布按對(duì)數(shù)—契比雪夫法(見表2),并已為ISO TC30所確認(rèn):
對(duì)于低壓孔的位置與數(shù)量,由于均速管處于位流,在橫截面上無(wú)橫向流動(dòng),各點(diǎn)靜壓相等,因而取一點(diǎn)及多點(diǎn)均可,不涉及精確度問(wèn)題,只是取多點(diǎn)不易堵塞,而取自檢測(cè)桿背部將比取自兩側(cè)可獲得更大的差壓。
①式中QV為容積流量;C取決于各參數(shù)單位的系數(shù);D為管道內(nèi)徑;DP為輸出差壓;x為流體密度。由①式推導(dǎo)的流量不確定度為
從上所述,制造廠對(duì)均速管檢測(cè)桿的形狀、測(cè)點(diǎn)位置,做了不懈的努力,它們只會(huì)影響輸出差壓Dp的大小,而從②式中可知管內(nèi)徑D的相對(duì)誤差sD/D對(duì)流量精確度的影響將數(shù)倍于差壓Dp的誤差sDp/Dp。