均速管流量計--簡(jiǎn)便、價(jià)廉、節能的流量?jì)x表
長(cháng)期以來(lái),人們都認為:各總壓孔所測總壓反映了管道中的流速分布,由于流速不等,所測總壓也不相等,這些總壓在均速管高壓腔中“平均”后輸出的壓力,就是管道中平均流速的總壓。實(shí)際并非如此,由于各點(diǎn)總壓不等,在高壓腔中會(huì )有流動(dòng),甚至在孔的邊緣還會(huì )有渦流,這都將產(chǎn)生壓損。1975年,William.H.等人曾對此進(jìn)行了測試、研究,也提出了一個(gè)經(jīng)驗公式,但這個(gè)經(jīng)驗公式中還存在一些系數有待實(shí)驗去確定,無(wú)法直接算出平均流速差壓值。因此,迄今為止,無(wú)論采用哪些方法來(lái)確定總壓孔的位置與數量,均速管最終還是需通過(guò)實(shí)驗標定來(lái)確定流量系數K。由于隨著(zhù)流量的變化(即Re的變化)時(shí),流速分布在靠近管壁處的變化將比管道中心大,對數—契比雪夫的總壓分布,在靠近管壁處要多一個(gè)測點(diǎn),以適應這種變化,也更為合理。
易忽視的熱點(diǎn)——管道
30多年來(lái),廠(chǎng)商對以上兩個(gè)問(wèn)題都不遺余力,進(jìn)行了大量的創(chuàng )新。但就均速管本身而言,僅是一個(gè)多點(diǎn)流速計,它只有插入管道中才能測流量,才可稱(chēng)為流量計。況且,管道對均速管的流量測量的影響舉足輕重,不可忽視,主要表現在以下兩個(gè)方面:
1、 直管段長(cháng)度
均速管前直管道長(cháng)度必須達到20~30D,以保證流速分布為充分發(fā)展紊流,只有這樣,僅測幾點(diǎn)的流速才可能推算流經(jīng)整個(gè)截面的流量。否則,管道中的流動(dòng)將如圖3所示,比較復雜(在其他阻力件后,情況也類(lèi)似),流速分布不僅不對稱(chēng)于軸線(xiàn),還會(huì )有橫向流動(dòng)(二次流)及漩渦,僅測直徑上幾點(diǎn)流速能說(shuō)明什么問(wèn)題?又如何保證測量的準確度?
2、 管道內徑
均速管只能測流速,要測流量必須乘管道截面(圓管要測內徑,矩形管需測寬與高)。而它又是一種插入式儀表,實(shí)際應用中,往往很難或并不認真測內徑。
ISO7145就認為,在無(wú)法測內徑時(shí),允許用軟尺測管道外徑的周長(cháng)、估計壁厚來(lái)確定內徑,這樣做當然更無(wú)法確認管道內壁的腐蝕、積垢等情況的影響。如此確定的管內徑,怎么能保證準確,而從下面分析可看出管內徑的準確與否,將成為影響均速管流量測量準確度舉足輕重的因素。
流量準確度的估算
如僅考慮主要因素,均速管計算公式可簡(jiǎn)化為:
此外,公式①中的流量系數K即使廠(chǎng)商逐臺標定,也是在實(shí)驗室的特定條件下得到的,而現場(chǎng)往往達不到試驗室的流場(chǎng)條件,這時(shí)采用廠(chǎng)商提供的流量系數K,也將帶來(lái)較大的誤差。早在20年前,W.Rahmeyer和C.L.Britton在阻力件(彎頭、閘伐……)后2至12D處安裝均速管進(jìn)行了系統的實(shí)驗測試。測試表明,在直管段不到4~5D時(shí),流量系數的偏差將達到±8%以上。
上述分析進(jìn)一步說(shuō)明了,管道(包含內徑D及直管段長(cháng)度L)是影響均速管流量測量準確度的主要因素!
在工控系統中的位置
現場(chǎng)中直管段長(cháng)度取決于工藝要求,很難為照顧流量?jì)x表來(lái)安排20D以上的直管段,而沒(méi)有足夠長(cháng)的直管段,均速管就必須面對誤差可能達到±8%的嚴酷事實(shí)!均速管在工控系統中還有無(wú)立足之地?
均速管在工控系統中只是一個(gè)提供信息源的檢測環(huán)節,它的輸出所反映的流量信息,應正確無(wú)誤地反映流量的變化,而不一定是確切值,在這里重復性的重要性往往大于準確度。例如,在鍋爐的燃燒調節控制系統中,應測空氣流量,并以此調節、控制燃料的大小,以保證最佳的燃燒效率。這里只要均速管的輸出與流量存在確定的單值函數關(guān)系,且不隨意變化,即重復性較好就可以了。至于空氣量的確切值是多少(準確度)并非系統所關(guān)心的問(wèn)題。也就是說(shuō),只要不涉及物流的結算(貿易、經(jīng)濟評估等),準確度就是非主要考慮的問(wèn)題。
30多年來(lái)對均速管的研究表明,在直管段達不到要求情況下,其誤差可達到±8%以上,但重復性往往可做到0.5%。只要使用目的不是貿易結算(如天然氣的計量),而是用于工控系統的調節、監控,均速管就以其結構簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),特別是大口徑情況常做為首選儀表,而大有用武之地。
發(fā)展、創(chuàng )新面臨的問(wèn)題
均速管問(wèn)世30余年來(lái),以其結構簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)在流量家族中占有一席之地。但正所謂“福兮禍所伏;禍兮福所倚”,這些優(yōu)點(diǎn)卻不可避免地為它帶來(lái)了以下3個(gè)缺點(diǎn):
1、準確度較低
多年來(lái),均速管發(fā)展的型號近20種之多,由于是插入形式,只能通過(guò)檢測桿來(lái)反映流速,無(wú)論在上面取了多少個(gè)測點(diǎn),也只能反映管道截面上直徑(或寬、高)上的流速分布,在直管道達不到要求時(shí),這些點(diǎn)失去代表意義,準確度難以?xún)?yōu)于±3%。
2、輸出差壓小
均速管是根據皮托管測速原理,通過(guò)測總靜壓來(lái)推算流量,常用于大口徑測氣體情況,這時(shí)輸出差壓僅幾十帕(幾毫米水柱)。這是它的原理與結構所決定的,研制廠(chǎng)家多年來(lái)雖不遺余力在檢測桿上大做文章,但收獲有限,最新推出的T形結構,即使按廠(chǎng)商所說(shuō)提高了20%輸出差壓,從實(shí)用角度來(lái)看所提高的輸出差壓也無(wú)濟于事。
3、易于堵塞
由于必須通過(guò)檢測孔來(lái)測流量,只要流體中有粉塵、固體顆粒、凝析物等,堵塞就難以避免。雖易于拆裝,甚至可不斷流進(jìn)行檢修,終不是好事,為用戶(hù)難以接受。
均速管的研制者30余年來(lái)針對以上存在的問(wèn)題不懈努力,做了不少改進(jìn),但如不跳出舊的模式,就難取得突破性的進(jìn)展,似已山窮水盡疑無(wú)路了。但如果打開(kāi)思路,與其他某種儀表取長(cháng)補短,是否能柳暗花明又一春?筆者為此做了嘗試,于1986年取得一項專(zhuān)利(CN852045298)確有些效果,但不明顯,最近在此基礎上又做了改進(jìn),正申報專(zhuān)利,以期對均速管的推廣應用盡微薄之力。(end)
評論