摘要(yào):近年來,對(duì)v 形錐(zhuī)流(liú)量計 的(de)宣傳越(yuè)來越多(duō)，但很多(duō)宣(xuān)傳不(bú)夠科學(xué)。爲了更(gèng)好地認(rèn)識v形錐(zhuī)流量計,以試驗(yàn)數據(jù)和原理探(tàn)讨爲依(yī)據(jù)，從安(ān)裝所(suǒ)需(xū)的前後(hòu)直管段長度、量程比、壓力(lì)損失(shī)、适用領(lǐng)域(yù)等方(fāng)面對其進行了(le)理性、細緻(zhì)的分(fèn)析,證(zhèng)實(shí)了該産(chǎn)品在生産應用(yòng)中仍(réng)存在許多(duō)不足之處。
0引言(yán)
　　v形錐(zhuī)流量計(又(yòu)稱 内(nèi)錐(zhuī)流(liú)量計 、v錐流量(liàng)計等)是(shì)美國(guó)mccrometer公司(sī)于20世(shì)紀80年代研制推向市場的。由于(yú)v形錐(zhuī)流量計獨(dú)特(tè)的(de)結構(gòu),決定(dìng)了其(qí)具有優于(yú)孔闆流量計的(de)一些(xiē)特點甲,如壓力損失較小(xiǎo)、安裝(zhuāng)所需的前(qián)後直管(guǎn)段長度較短、測(cè)量(liàng)信号穩定(dìng)等(děng)12])。但(dàn)是由于v形錐流量計(jì)屬(shǔ)于非标準節(jiē)流裝(zhuāng)置,生(shēng)産廠(chǎng)家的結(jié)構各不(bú)相同，現場經驗及試(shì)驗數據尚不夠充(chōng)分，它的(de)性能(néng)尚未被完全掌握。結(jié)合工(gōng)作中積(jī)累(lèi)的經驗、數(shù)據,對v形錐(zhuī)流量計的(de)一-些特點(diǎn)進行(háng)了分(fèn)析,認爲無(wú)論是(shì)使用(yòng)單(dān)位,還是(shì)生産單位都應(yīng)對v形(xíng)錐流量計(jì)有一個理性認(rèn)識。
1工(gōng)作原(yuán)理
　　标(biāo)準節流裝置(如孔闆、噴嘴等)的(de)最(zuì)小(xiǎo)流(liú)通(tōng)面是(shì)節流件中(zhōng)心的(de)圓孔(kǒng)，流體(tǐ)通過時因(yīn)流(liú)通面積(jī)的突然減(jiǎn)小而加速,v形錐流量(liàng)計是在管(guǎn)道中心同軸安裝-一(yī)個尖圓錐(zhuī)體(前錐體爲<90的銳角(jiǎo),後(hòu)錐體爲(wèi)>90的鈍(dùn)角)。其流通(tōng)方式由标準節流裝置的中(zhōng)心突然(rán)收縮式改(gǎi)爲管壁收(shōu)縮式,流體(tǐ)通過v形錐節流(liú)件時(shí)，進行(háng)了二(èr)次分配。流體的流動(dòng)狀态由原(yuán)來的(de)“管道(dào)中心(xīn)流速高、管壁(bì)處流速低(dī)”逐(zhú)漸調(diào)整爲“靠近管壁(bì)處流速高、中間(jiān)流速低(dī)”，從而具(jù)備流動調整器的效果。
v形錐流(liú)量計結構如圖(tú)1所示。

　　由圖(tú)1可知(zhī),v形錐流量(liàng)計爲“邊壁(bì)收縮(suō)式”節流裝置,正(zhèng)壓取(qǔ)壓孔(kǒng)開在(zài)測(cè)量管壁上，此(cǐ)處的流體還未(wèi)通過節流件,負(fù)壓取壓(yā)孔開在錐體尾(wěi)部(bù)。由于(yú)測量(liàng)原理(lǐ)同樣(yàng)滿足伯努(nǔ)利方(fāng)程和流體(tǐ)流動連續性方程,所(suǒ)以v形(xíng)錐流量計(jì)與标(biāo)準(zhǔn)節流裝(zhuāng)置的計算公(gōng)式--樣。其計(jì)算公式(shì)如下3]:

　　式中:qm爲流(liú)體的質量(liàng)流量(liàng)，kg/h;c爲流出系數(經過實(shí)流(liú)标定可(kě)知);ε爲可膨(péng)脹性(xìng)系數(對液體ε=1);β=db/d爲(wèi)直徑比(bǐ)，其(qí)中d,=√d-d2爲工(gōng)作條件下節(jiē)流件最小截面(miàn)處的等(děng)效(xiào)流通直徑(d爲錐體外(wài)徑,外徑),mm;d爲工作(zuò)條件(jiàn)下儀表測量管的内徑,mm;△p爲從節流件(jiàn)上、下遊取壓口處測(cè)取的差壓，kpa;ρ爲儀表(biǎo)安(ān)裝處上遊(yóu)側工(gōng)作(zuò)條(tiáo)件下(xià)的流(liú)體密度,kg/m3
2對(duì)v形錐流量計特(tè)點的(de)分析
　　v形錐(zhuī)流量(liàng)計具有調整流動狀态(tài)的(de)功能,其壓力損(sǔn)失小于孔(kǒng)闆(試(shì)驗也(yě)證實(shí)了這(zhè)一點),測(cè)量信号(hào)比較穩定(dìng),量程(chéng)比較寬,安裝所需的前後直管(guǎn)段較(jiào)短(duǎn)。但通，過(guò)近些年來的現(xiàn)場應(yīng)用發現,對(duì)v形錐流量(liàng)計優(yōu)點的介紹有些(xiē)言過其實，應對這些(xiē)優點(diǎn)進行(háng)理性(xìng)分析(xī)。
2.1安裝(zhuāng)所需的前(qián)後直(zhí)管段長度
　　v形錐(zhuī)流量(liàng)計(jì)的節流(liú)件(jiàn)爲錐形結構(gòu)，當流(liú)體(tǐ)通過節(jiē)流件時(shí),節(jiē)流件與管壁所形成(chéng)的環(huán)形通道面積逐(zhú)漸(jiàn)減小,使(shǐ)流體流速加大(dà)、靜壓(yā)力(lì)降(jiàng)低。流(liú)體力學試驗證(zhèng)明這(zhè)種流型可(kě)以(yǐ)減(jiǎn)小甚(shèn)至消(xiāo)除漩渦，相當(dāng)于(yú)附加了(le)一個流(liú)動調整器。因此(cǐ),它可以在(zài)直管段不夠長的情(qíng)況下,較其(qí)他節流裝(zhuāng)置(zhì)獲得較(jiào)高的精度(dù),但所(suǒ)需的前後:直管(guǎn)段仍要視具體(tǐ)情況而定,且普(pǔ)遍超過“以(yǐ)偏概全”宣稱(chēng)的前0~3d、後(hòu)0~1d。印度德裏工學(xué)院應用力學系(xì)學者曾以(yǐ)兩(liǎng)台(tái)内徑(jìng)d=52mm、等效直徑(jìng)比β分别爲(wèi)0.643和0.77的v形錐(zhuī)流量(liàng)計爲(wèi)例,對該儀(yí)表與(yǔ)上遊擾動閘閥(fá)v2間相隔(gé)3種距離(lí)(l爲5d、10d、15d)和(hé)閥(fá)門(mén)4種開(kāi)度下(xià)的擾流進(jìn)行試驗。試驗介(jiè)質爲油和水，流(liú)體來自離地15m的(de)溢流(liú)水槽。試驗(yàn)裝置(zhì)和試驗數(shù)據如圖2所示。

　　通(tōng)過試驗可知(zhī),當β=0.643、l=5d、閥開(kāi)度在25%附近(jìn)變化時,受閘閥影響(xiǎng),流出系數最大(dà),變化(huà)約爲6%;而當β=0.77、l=5d、閥開度(dù)大于25%時,流出系(xì)數(shù)變化高達8%;當l=10d時，流出(chū)系數最大變化(huà)也約有(yǒu)1.7%[41。所(suǒ)以這(zhè)一-試(shì)驗(yàn)論(lùn)證了(le)前置閘閥開度(dù)大于(yú)25%時(shí),各種開(kāi)度下(xià)當(dāng)要求(qiú)較(jiào)高測量精度時(shí)，l=10d尚嫌不足(zú),而不是各種情(qíng)況下前後直管段均(jun1)爲前(qián)0~3d、後0~1d。
　　由此可(kě)知,儀表前(qián)有10d以(yǐ)上長的(de)直管段(duàn)才有(yǒu)可能(néng)忽略(luè)局部阻力件對(duì)測量精度(dù)的(de)影響。按照gb2624-2006的要求(qiú),當β>0.6時(shí),孔闆(pǎn)需要(yào)長度>40d的前(qián)直管段，即便允許0.5%附(fù)加誤差時,所需(xū)的前直管段也要>13d。噴(pēn)嘴所需的前直管段(duàn)較孔闆短(duǎn),但(dàn)長度至(zhì)少也要>18d,與(yǔ)之相比,v形錐(zhuī)流量計(jì)可以顯著(zhe)縮短(duǎn)直管段長度。另(lìng)外，選擇合(hé)适的β值可(kě)以用較短的直管段長度(dù)克服(fú)阻流件對(duì)流出(chū)系數的影響(xiǎng)。通(tōng)過(guò)試驗證(zhèng)明,當v形錐流(liú)量(liàng)計直徑比(bǐ)β值選(xuǎn)擇0.65左(zuǒ)右時,維持(chí)流出(chū)系數(shù)不變(biàn)所(suǒ)需的直(zhí)管段(duàn)長度(dù)最短(duǎn)。
　　無論在何種工(gōng)作條(tiáo)件下，所需的前(qián)後直管段(duàn)分别(bié)爲0~3d和(hé)0~1d,甚至(zhì)不需(xū)要前後直管段(duàn)的宣傳(chuán)是(shì)不科(kē)學的,安裝前需預留足夠長的(de)前後直(zhí)管段。
2.2量(liàng)程比和測量精(jīng)度讨論
　　在(zài)對v形錐流(liú)量(liàng)計的宣(xuān)傳中宣稱(chēng)其測(cè)量範圍爲10:1,甚至(zhì)更寬,重複性(xìng)0.1%,不确定(dìng)度0.5%,并提供(gòng)了幾個口徑的(de)雷諾數與(yǔ)流出系數曲線圖,如(rú)圖3所示(shì)。在保證(zhèng)流出系數不變(即保(bǎo)證(zhèng)線性度(dù))的情況下(xià),v形錐(zhuī)流量(liàng)計的(de)測量(liàng)範圍并未(wèi)達(dá)到10:1,除去(qù)小雷(léi)諾數(shù)的點超(chāo)差(chà),剩下的也隻有4倍的(de)範(fàn)圍(wéi)度。在機械(xiè)工業第十三計(jì)量測試中(zhōng)心站對dn50、dn100和dn300這3種口徑(jìng)20台v形(xíng)錐流(liú)量計(jì)分别(bié)做了(le)試驗(yàn)。試驗曲線如圖(tú)3所示(shì)。

從圖3可以(yǐ)得出(chū)以下結論
①3種口徑的(de)流量(liàng)計在量程比10:1的(de)範圍(wéi)下均沒有做到(dào)流出系數(shù)不确(què)定度0.5%
②流出系數是(shì)随(suí)着雷(léi)諾數變化的，它(tā)們之(zhī)間并不是(shì)簡單的線性關(guān)系,按照(zhào)jjg640差壓式(shì)流量(liàng)計檢定規(guī)程,在(zài)實流檢定(dìng)時隻需計(jì)算出每個(gè)測量點流(liú)出系(xì)數的(de)重複(fú)性,而不用計算整個(gè)測量範圍(wéi)内流(liú)出(chū)系數的線性度,流(liú)出系(xì)數的不(bú)确(què)定度是采用測(cè)量範圍内重(zhòng)複性最(zuì)大的測量(liàng)點來(lái)計(jì)算的。現場使(shǐ)用v形錐流(liú)量計(jì)時，如果隻是簡單地采用流量(liàng)範圍(wéi)内流出系數的平均(jun1)值來(lái)計量是(shì)不夠科(kē)學的,必定會帶來較大(dà)的測量(liàng)誤差。另外要想(xiǎng)做到在10:1的測量(liàng)範圍(wéi)内(nèi)達到0.5%的(de)測量精度,需要(yào)對流出(chū)系數進(jìn)行分(fèn)段(duàn)線性化(huà)補償,并且要配(pèi)用精(jīng)度(dù)gap、适(shì)當量程的 差(chà)壓(yā)變送器 。
③v形錐(zhuī)流量計(jì)不适用于dn50以下(xià)口徑。因爲口徑(jìng)越小，加工難度(dù)越大,不易(yì)保證加工精(jīng)度(dù);另外(wài)口徑(jìng)越小，流出系數的離散性越大，所(suǒ)以v形錐(zhuī)流量計的(de)适用(yòng)口徑範圍應爲(wèi)dn100~600。在這(zhè)個口(kǒu)徑範圍内，節流件易(yì)于保(bǎo)證加(jiā)工(gōng)精(jīng)度,也便(biàn)于(yú)做到(dào)實流檢定,保證(zhèng)測量精度。
④節流(liú)裝置的測(cè)量範(fàn)圍一(yī)般爲(4~5):1,v形(xíng)錐(zhuī)流量計具有流動調整的功能,流體通過節流件時産生的漩(xuán)渦小(xiǎo)，流動較孔闆穩定。尤其在(zài)測量小(xiǎo)流量時，穩定(dìng)性(xìng)尤爲突(tū)出，在流量上限(xiàn)相近的(de)情況(kuàng)下(xià),流量(liàng)下限(xiàn)比孔闆低(dī)。所以在保證測量上限不變(biàn)的情況下,盡(jìn)量降低流量測(cè)量下限(xiàn),并且配(pèi)用可變(biàn)量(liàng)程的智能(néng)差壓變送(sòng)器(qì)是可以提高(gāo)測量(liàng)範圍度的。這也是宣(xuān)稱v形錐流量(liàng)計量程(chéng)比能(néng)達到(dào)10:1甚至(zhì)更寬的原因。
2.3節(jiē)能效果分析
　　v形(xíng)錐流(liú)量計(jì)的結(jié)構具有改善流動方向的作用(yòng),這種流動在流(liú)體力學試(shì)驗(yàn)中證明(míng)可以(yǐ)減小(xiǎo)甚至消(xiāo)除漩渦(wō)[5]。其節(jiē)流件(jiàn)沒有(yǒu)銳利的緣口,與(yǔ)孔闆類節流裝(zhuāng)置相比(bǐ)具有減(jiǎn)小壓(yā)損、節(jiē)能的效果(guǒ)。但(dàn)通過試驗證(zhèng)實,其(qí)永久(jiǔ)壓力損失(shī)僅(jǐn)比孔闆稍低(dī)，所以v形錐流(liú)量(liàng)計并(bìng)不是(shì)最理(lǐ)想的(de)節(jiē)能(néng)型差(chà)壓式(shì)流量(liàng)儀表(biǎo)。
2.4适用(yòng)領域分析
　　與孔(kǒng)闆類節(jiē)流裝置(zhì)相比(bǐ),v形錐(zhuī)流量(liàng)計爲(wèi)“邊壁收縮(suō)式”結(jié)構。當測量(liàng)髒物介質(zhì)時,髒(zāng)污不(bú)會(huì)堆積在(zài)節流(liú)件附近,但(dàn)由于負壓取壓(yā)口開在錐體尾部，管(guǎn)線較長且(qiě)有拐角，這(zhè)裏是(shì)髒污(wū)易積聚的(de)區域(yù),雜(zá)質(zhì)很容(róng)易進人負壓取壓管内(nèi)部造成(chéng)堵塞。當(dāng)測量蒸汽介(jiè)質(zhì)時(shí)，停氣(qì)檢修(xiū)時管道底(dǐ)部會(huì)存有積水(shuǐ)。恢複(fú)通氣(qì)後，在壓力的(de)推動下(xià)，水的(de)波動很容(róng)易導緻管(guǎn)道的(de)振動(dòng)。流量較大(dà)時,管道振(zhèn)動劇(jù)烈甚至損壞節(jiē)流件造成生産(chǎn)事故。當測量氣(qì)體介質時(shí),由于(yú)在錐體(tǐ)的(de)下遊(yóu)産生的是(shì)高頻(pín)低幅(fú)并成對稱(chēng)分布(bù)的小漩渦，信号噪聲非常(cháng)低。在低流(liú)量、低(dī)差壓(yā)的情(qíng)況下(xià),v型錐流(liú)量(liàng)計仍(réng)能保(bǎo)證較高的(de)測量精度和穩定性,因此(cǐ)特别(bié)适合(hé)于低密度、低流速(sù)氣體的測量。
　　通過以上分析(xī)可(kě)知,v形(xíng)錐(zhuī)流量計适(shì)合對低流(liú)速液體介質、低密度、低流(liú)速氣(qì)體介質和(hé)低流速的蒸汽(qì)流量計(jì)量(liàng),而不(bú)适宜于(yú)測量較(jiào)爲髒污的介質(zhì)和(hé)高流速(sù)流體(tǐ)介質。
2.5流(liú)出系(xì)數(shù)與可膨脹性系數研究(jiū)
　　v形錐流(liú)量計同樣遵循(xún)伯努(nǔ)利方程和(hé)流體連續性(xìng)方(fāng)程，所以在(zài)測量(liàng)不可壓縮流體(tǐ)時,流出系(xì)數仍可按式(1)通過實(shí)流标定得到,因(yīn)v形錐流量(liàng)計爲(wèi)非标準(zhǔn)節流裝(zhuāng)置。當測量(liàng)可壓(yā)縮(suō)流體時,一般(bān)采用雷諾數(shù)相(xiàng)等的原理,在氣(qì)體試驗室或水(shuǐ)流量(liàng)試驗室标(biāo)定出流出系數(shù)。由于各種(zhǒng)測量(liàng)介質的(de)物(wù)性不(bú)同,采用與(yǔ)測量(liàng)介.質不同(tóng)的介質進(jìn)行實(shí)流标(biāo)定時往往(wǎng)忽略了可膨脹(zhàng)性系(xì)數對流(liú)出(chū)系數的影(yǐng)響。mecrometer公司分(fèn)别(bié)給出了v形錐(zhuī)流量(liàng)計的可膨脹性系數(shù)ε和流(liú)出系數(shù)c的計算(suàn)公式7-8]

3結束(shù)語
　　從(cóng)安裝(zhuāng)所需(xū)的前(qián)後直管段(duàn)長度(dù)、量程(chéng)比、壓(yā)力損(sǔn)失和适用(yòng)領域(yù)等方(fāng)面,對廠家所宣傳(chuán)的v形錐流量(liàng)計的優點(diǎn)做了理性、細緻(zhì)的分析,希望能(néng)夠引起注(zhù)意，在(zài)選(xuǎn)用v形錐(zhuī)流量(liàng)計時--定要權衡(héng)其利弊,不要盲(máng)目使用(yòng)。

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