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矩形大管道的风量测量

文章来源：本站收集上传时间：2018-6-25 浏览量：3049

　　决矩形大管道风量测量的几种方法，比较了各自优缺点，举荐了运用场合。文中关键介绍了机翼流量计。

　　　　大型管道中的流量测量近年来已广泛引起人们的重视，并认真地着手处理。不少企业为节约场所，便于设备，在管道中流体压力不大的情况下，常选用矩形管道贴壁设备，如火电厂进风管道、大型通风系统，选用边长达2~3m的矩形管道已层出不穷。这种管道中的流量测量有一些特别问题，不能照搬圆管中的测量方法和仪表，而中又稀有介绍。前二年，笔者为处理某工程的这个问题，进行了探求，规划、制造了二台机翼流量计，并一次调试、投运成功。

　　　　1流体在矩形管道中的活动特征早在1926年，Nikuradse就对流体在矩形管道中的活动进行了检验，其等速线如所示。它显示出不同于圆管中的同心圆等速线，而且发现有二次流。

　　　　二次流从本质上来看，是在紊流条件下，在管道横截面上，有垂直于轴向的法向活动，它与轴向活动叠加后构成二次流，也可称为涡流。由于层流不存在法向活动，所以在层流条件下不可能发作二次流。

　　　　（科学技术服务中心，1964年，Brundrett及Baines又对矩形光滑管及粗糙管中的活动进行了检验。他们认为矩形管道中的二次流是由横截面上的雷诺力所引起的，而起首要作用的是法向应力强度，这是一种非等熵活动，紊流运动是构成二次流的基础。1973年Landei和Ying选用分析方法描绘了这种杂乱的活动。他们证明了二次流有使壁面应力均匀化的趋势，并指出二次流将改动抵触因子的大小，其起伏约为±10%.长期以来，人们对这种活动的研讨偏重在对阻力的影响，很少涉及流量的测量，近年来才有所考虑，有关论说拜见。

　　　　也曾有人试图只测矩形管道轴向的压力梯度dp/d，来处理流量测量问题，其公式为1/2高度；为流体动力粘性系数；dPl/ck为无量纲轴向压力梯度。

　　　　这种方法至今还未传闻运用到实践工程中，问题在于这个核算公式是否切当地描绘了实践的活动情况，是否可准确判定边界条件。这些还有待于实践证明。

　　　　2常用方法下面介绍测量矩形大管道流量的三种常用方法，虽各有所长，但均不尽人意。

　　　　2.1速度面积法这是一种经典的测量方法，早已有国际标准能够遵循（IS03966，IS07194）。这种方法的长处是不受管道大小的束缚，而且也还准确、可靠；不足之处是判定一个流量值要测20多点的流速，测量非常繁琐，因此简直不太可能运用于工业现场上，但却可做为一种最基本、最实践的校验方法。

　　　　此处要说明的是，在国际标准中，这种方法举荐的流速计是NPL型皮保管，它虽准确但对流向比较灵敏，当流向违反轴向逾越10时，就将引起1%以上的过失。在圆管中运用多属位流不成问题，但用于矩形管道则应另当别论。因在矩形管道中不可防止地会存在二次流，流向违反逾越±10则习认为常，仍用NPL型皮保管，难保必要的准确度。为此，笔者举荐一种带导流进口的特别皮保管，它在流向违反轴线±40.以内时，仍可坚持1%的准确度。

　　　　2.2刺进法2.2.1点速法点速法是通过测量管道中某一点的流速来核算流量的方法。这种方法简略易行，但准确度很低，在工业现场多用于监测，很少用于计量。

　　　　原则上，选用这种方法一般流速计均可测流量。

　　　　现在所用的有刺进式涡轮流量计、插人式涡街流量计、皮托一文丘利管等等。笔者在此特别举荐皮托一文丘利管，它结构简略，作业可靠，可输出比皮保管大几倍的差压信号，且耐高温及可作业在较前二者更为恶劣的现场，在火电厂及冶金、钢铁行业曾风靡一时。要注意的是，其速度-差压特性重复性差，每支均需在风洞中校验后才好运用。

　　　　2.2.2线速法线速法是指一次测量沿一贯线上多点流速的概括值来判定流量，较点速法准确，且设备条件也优于点速法，国内外常选用均速管。它的结构简略，作业可靠，便于设备，较适用于矩形管道各种情况的风量测量，其设备方位如所示。

　　　　均速管在矩形管道中运用时，其流量核算公式与圆管类似，不同之处是在核算横截面积及便于选用流量系数K时引证了当量直径与矩形横截面宽6与高/1的联络为这样处理仅为权宜之计，特别是当矩形截面的宽6与高h相差较大时，会有较大的过失。

　　　　2.3弯管流计（见这种方法已运用了几十年，是一种较老到的测量方法，只是输出差压太小，测量精度也不高。在选用矩形管道时，由于工艺布局的需求，可常见有矩形弯头，假设顺水推舟加以运用，倒也是一种可考虑的方法。

　　　　否则，在直管道中故意参与一个90弯管流量计则就大可不必了。

　　　　3机翼流量计3.1原理测量矩形管道中的流量，早期曾选用过矩形文丘利管。为防止气流在扩张段分别，增大压损，后扩张角一般不得逾越1p~12，因此文丘利管很长，给设备与运送带来不方便。假设在矩形通道中设备一至数个机翼（见），则既可能将每个分别角控制在10~12°，又缩短了整个长度，使结构紧凑，便于设备、运送。

　　　　从原理上来看，机翼流量计选用的仍是节约，使气流加速、降压，通过测差压来判定流量的大小，因此，它仍是一种节约设备。但机翼流量进口部分有导流作用，在气体加速的过程中，可缓解气流的横向活动，减小涡流的标准，所以它对进口直管道的长度要求不象机翼流量计原理图一般节约设备那么苛刻，约仅需3倍当量直径的长度，这一点对矩形大管道特别具有实用价值。

　　　　3.2核算公式一般流经机翼流量计的气流速度不会逾越30m/s，故可按不可压流处理，流体的密度p可视为常数，公工推导以柏努利方程及连续方程为基础（推导从略），核算公式为输出差压，pa；yv为常数，取决式（2）各参数的单位，此处为5.09x103；K为流量系数，一般在0.95~0.99之间；a为阻塞比，界说为m=42/禹；七为流量计喉部最小通道面积，m2；山为流量计进口截面积，m2.在规划机翼流量计时，往往是已知流量9及进口截面积木，由此来选定差压Ap及阻塞比a二个参数。核算时要先给定其间一个参数来求另一个参数。笔者建议选定阻塞比a时以0.3~0.5之间为宜；a值选得太小，过于阻塞则压力丢掉太大，影响管道中的正常活动；选得太大，节约作用不明显，输出差压又太小，难以选用差压变送器。差压Ap值建议不要小于400Pa，上限则无束缚。

　　　　3.3结构机翼流量计的结构如所示。

　　　　机翼型面型面的曲线由三段组成：前缘为一个曲率半径为25的圆弧（或直接选用一根衫0的圆管）；中段曲线为二次方程y2=c（c为常数）所描绘；后缘为便于加工选用直线，三段滑润相接，不容许有拐点。

　　　　总、静压孔方位在每个机翼前缘正对流向有一组总压孔，各孔相距0.2~0.3m，将所测得的总压集合在位于前缘的总压汇管中，再将每个汇管中的总压均值接至位于机翼流量计外壳上的总压集气管，通过仪表阀门，接至差压变送器篼压端。

　　　　在机翼最高点，也就是通道最窄处的机翼表面有一组静压孔（如考虑到流体的运动惯性，对流体而言，最窄通道应处于结构最窄处下流约1公分处）。各静压孔的距离为0.1~02m，将所测得的静压集合在由截面50mmx60mm的方槽静压汇管中（见）。每个静压汇管收集的静压再接到位于流量计外壳上的静压集气管，通过仪表阀门接到差压变送器低压端。

　　　　总、静压孔径总压孔径为2~3mm；静压孔径为1~2mm.一般来说，静压孔应为机翼板厚的1/2.静压孔不容许有倒角，边际光滑不得有毛刺、焊渣。而总压孔前缘可容许有90>~120P内倒角，甚至为加强导流作用，设备导流套管。

　　　　人孔为便于检修、校验，在机翼流量计进口前方约1处，应安排一个0.6mx0.6m的人孔。

　　　　这儿要说明二个问题。其一是为什么要用方槽静压汇管。原则上讲，只需在机翼中静压排孔设备一个隔板，将总、静压分别隔也是可行的。但这就要求加工机翼时全部焊缝应必定密封，不得漏气，否则测不到真实的静压。其次由于机翼的后内腔容积很大，而静压孔又仅为1~2mm，要达到安稳的静压值需求较长的时间，流；1计时间常数太大。因此，从改善加工条件，改善测控系统功用启航，选用容积较小，易于加工的静压汇管是有必要的。其二是假设机翼流量计处于进风管道进口，在进口处应考虑设备有导流作用的喇叭口，喇叭口呈弧形，视点以45°~60为宜，在这种情况下，由于流量计距进口较近，可疏忽压损，大气压力可视为总压，差压变送器高压腔直接与大气相通，省掉了总压汇管及集气管，简化了结构。

　　　　排污工业现场中的气体难免会含有一些粉尘，机翼流量计由于测压孔较多，一般不易阻塞。在运用较长时间后，集气管或测压汇管因空腔较小，可能集聚较多的粉尘。如在汇管或集气管的另一端设备一个排污球阀（或堵头）通向大气，守时翻开阀门（或堵头），（下转第16）3传感器标定效果传感器在规划设备调试结束之后，在计量部门进行了标定，为了与口径为（425mm的电磁涡轮流量传感器进行比较，本文给出了与之口径一起，轴承和涡轮转子材料相同的光纤速度式涡轮流量传感器的标定效果。标定程序严峻依照流量标定规程进行，标定介质为水，共进行了三个来回行程。标定效果见，其间a为办-TV联络曲线，b为办-A：联络曲线。

　　　　由标定效果可知：光纤速度式涡轮流量传感器的可测量规划为0.29-12.60m3/h，量程比为43：1，在标守时，由于标定设备压力不可，流量只能做到12.60m3/h，不可能再上升，否则，流量测量上限还有可能前进。而相同口径的电磁涡轮流量传感器可测量规划为1.19~12.24m3/h，量程比只需10：1，由此可见，光纤速度式流量传感器的测量死区大为减小。

　　　　经对标定效果进行分析核算可知：传感器在全量程规划内的线性过失为0.83%，该数值有些偏大，但其重复性过失仅为0.25%，因此，能够很方便地运用非线性修改的方法来减小线性过失。例如，选用三段线性插值方法，传感器的线性过失就可减到0.30%.4结论光纤速度式涡轮流量传感器具有测量重复性好，量程比大，抗电磁干扰能力强和安全可靠等一起的长处，尤其是分别式光纤速度式涡轮流量传感器，检验现场不带电，在低粘度燃油及可燃性气体流量测量中是一种安全可靠的流量检测仪器。

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