彎管流量計(jì)的幾點(diǎn)看法

  1 彎管測(cè)量準(zhǔn)確度及可用性

    在測(cè)量氣體流量時(shí)生產(chǎn)廠家在資料中講到：“當(dāng)差壓很小時(shí)，即處于低流速區(qū)（流速為3～5m/s），流量誤差較大；當(dāng)差壓增大并接近100Pa后，流速約為7m/s，流量誤差減小”。生產(chǎn)廠家在這里明確指出：彎管流量計(jì)的測(cè)量下限（用流速表示）為7m/s，流速低于7m/s則會(huì)引起較大誤差。這個(gè)7m/s是流速的概念，一般用戶習(xí)慣用瞬時(shí)流量單位m³/h，下面我用瞬時(shí)流量單位m³/h來(lái)說(shuō)明流速7m/s的下限指標(biāo)對(duì)測(cè)量所產(chǎn)生的影響。

    從流速、流量與管徑的關(guān)系式

       （1）

    導(dǎo)出：

        （2）

    V：流體流速；q_v：流體體積流量；D：管道直徑。

    這里以DN100和DN200兩種管道為例來(lái)計(jì)算一下，流速是7m/s時(shí)對(duì)應(yīng)的流量：

    （用2式計(jì)算）。

     （用2式計(jì)算）。

    經(jīng)計(jì)算7m/s的流速限制對(duì)測(cè)量的影響如下：

    對(duì)DN100的管徑，當(dāng)流量低于198m³/h時(shí)，彎管的誤差增大甚至不能測(cè)量。

    對(duì)DN200的管徑，當(dāng)流量低于791m³/h時(shí)，彎管的誤差增大甚至不能測(cè)量。

    2 彎管測(cè)量蒸汽流量時(shí)的影響

    以蒸汽為例計(jì)算一下，看一看用于蒸汽流量測(cè)量時(shí)的影響：

    先給出質(zhì)量流量與體積流量的計(jì)算關(guān)系式：

        （3）

    式中：q_m：流體質(zhì)量流量ρ：流體密度q_v：流體體積流量

    假如飽和蒸汽的溫度為180℃，壓力為1.0197MPa，密度為5.160kg/m³，動(dòng)力粘度為0.0156MPa·s，在流速是7m/s時(shí)對(duì)應(yīng)的質(zhì)量流量是：

    對(duì)DN100的管徑

    q_m=198×5.160=1021.68kg/h=1.02t/h

    對(duì)DN200的管徑

    q_m=791×5.160=4081.1kg/h=4.08t/h

    經(jīng)計(jì)算7m/s的流速限制對(duì)蒸汽流量影響如下：

    DN100的管徑當(dāng)流量低于1.02t/h，彎管的誤差增大甚至不能測(cè)量。

    DN200的管徑當(dāng)流量低于4.08t/h，彎管的誤差增大甚至不能測(cè)量。    

    3 雷諾系數(shù)與彎管流量計(jì)的關(guān)系

    計(jì)算一下對(duì)應(yīng)的下限雷諾數(shù)Re是多少先給出2個(gè)計(jì)算雷諾數(shù)的常用公式

        （4）

        （5）    

    式中μ：為流體動(dòng)力粘度，其余同上。    

    大家都知道雷諾數(shù)R_eD在流量?jī)x表中是一個(gè)很重要參數(shù)，它是衡量很多流量?jī)x表測(cè)量范圍性能的一個(gè)尺度。

    例如：渦街流量計(jì)用下限雷諾數(shù)來(lái)說(shuō)明其測(cè)量zui小流量的能力：    

    雷諾數(shù)R_eD≥2×10⁴范圍為線性測(cè)量區(qū)（精度保證區(qū)）；

    雷諾數(shù)R_eD在5000～2×10⁴范圍為可測(cè)區(qū)（精度低于技術(shù)指標(biāo)）；

    雷諾數(shù)R_eD＜5000為不可測(cè)量區(qū)（死區(qū)）。

    渦街流量計(jì)雷諾數(shù)與測(cè)量范圍關(guān)系如圖1所示。

圖1 渦街流量計(jì)測(cè)量范圍與雷諾數(shù)關(guān)系

    其它流量計(jì)也都有不同的下限雷諾數(shù)要求（限制），這里就不一一列舉了。

圖2 差壓儀表流出系數(shù)C與雷諾數(shù)R_eD關(guān)系的曲線    

    由于彎管流量計(jì)屬于差壓式儀表，所以這里把差壓式儀表雷諾數(shù)與流出系數(shù)C的關(guān)系圖列出進(jìn)行分析，見圖（2）。從相關(guān)資料中可以查到：

    孔板的下限雷諾數(shù)指標(biāo)為10000；見圖示，

    V錐的下限雷諾數(shù)指標(biāo)為8000；見圖示。

    下面我將按照彎管的下限流速推得的流量反推彎管的下限雷諾數(shù)（仍以上述參數(shù)為例）：

    依據(jù)（4）式計(jì)算DN100彎管的下限雷諾數(shù)為：    

    （23萬(wàn)）

    依據(jù)（4）式計(jì)算DN200彎管的下限雷諾數(shù)為；

    （46萬(wàn)）     

    彎管流量計(jì)下限雷諾數(shù)與其它流量計(jì)的比較見圖2所示。      

    DN100、DN200的彎管下限雷諾數(shù)高達(dá)2.3×10⁵和4.6×10⁵，這表明彎管只能工作在高雷諾數(shù)區(qū)域內(nèi)。

    而差壓式流量?jī)x表的上限雷諾數(shù)因受亞音速的限制，一般不超過(guò)10⁷。這就充分說(shuō)明彎管流量計(jì)在同樣的上限雷諾數(shù)的條件下，其較高的下限雷諾數(shù)而限制了其測(cè)量范圍，這說(shuō)明了彎管流量計(jì)測(cè)量的范圍較窄，測(cè)量小流量的能力差。

    在、國(guó)內(nèi)所有的著書立學(xué)中（除了彎管的生產(chǎn)廠外），凡是提到彎管流量計(jì)時(shí)都一致指出它的測(cè)量精度低，如《流量測(cè)量節(jié)流裝置設(shè)計(jì) 手冊(cè)》中明確指出：在R/D≥1.25，Re＞10⁴時(shí)彎管流量計(jì)的流出系數(shù)相對(duì)不確定度為±4%。對(duì)此我們也查了大量的資料，得到的結(jié)果是：幾乎所有國(guó)內(nèi)、國(guó)外的專家、學(xué)者在所推薦的彎管流量計(jì)在其可以保證測(cè)量精度上，都不能為使用者所接受。面對(duì)流量界關(guān)于彎管流量計(jì)測(cè)量精度上的技術(shù)分歧，還有待于廣大用戶和實(shí)踐來(lái)檢驗(yàn)和判斷。

    4 改進(jìn)方法

    彎管處于管道的拐彎處，等同于一個(gè)脹力彎，管道冬、夏的熱脹冷縮對(duì)彎管的彎徑比R/D肯定有影響，而R/D又是決定測(cè)量精度極為重要的參數(shù)，因此對(duì)R/D應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制，若不能嚴(yán)格對(duì)應(yīng)，則會(huì)產(chǎn)生大于5%的誤差。