摘要(yao):插入(ru)式流(liu)量計(ji)
結構(gou)和原(yuan)理,以(yi)及兩(liang)種常(chang)用測(ce)量方(fang)法的(de)理論(lun)依據(ju),并在(zai)此基(ji)礎上(shang),設計(ji)了一(yi)種插(cha)入式(shi)流量(liang)計在(zai)水流(liu)量标(biao)準裝(zhuang)置上(shang)的不(bu)✌️同流(liu)✔️速實(shi)驗。通(tong)過對(dui)數據(ju)分析(xi)💛,爲插(cha)入♉式(shi)流量(liang)計的(de)校準(zhun)和使(shi)用提(ti)供了(le)更有(you)效的(de)方法(fa)。
0引言(yan)
随着(zhe)現代(dai)工業(ye)的不(bu)斷發(fa)展,流(liu)量計(ji)已成(cheng)爲生(sheng)産過(guo)☁️程中(zhong)的💜一(yi)個♻️重(zhong)要部(bu)件。由(you)于大(da)多數(shu)流量(liang)計采(cai)用管(guan)📧道法(fa)蘭式(shi)結構(gou)，當出(chu)現故(gu)障時(shi)，需停(ting)止生(sheng)産才(cai)可進(jin)行維(wei)修、保(bao)養;而(er)插入(ru)式流(liu)量計(ji)的特(te)殊💋結(jie)構形(xing)式,可(ke)在不(bu)停止(zhi)生産(chan)的狀(zhuang)🏒态下(xia)進行(hang)。因此(ci)，爲确(que)保長(zhang)期工(gong)作中(zhong)流量(liang)計的(de)計量(liang)準确(que)性,需(xu)定期(qi)進🏃🏻♂️行(hang)量值(zhi)溯源(yuan)📞。同時(shi)，由于(yu)在實(shi)驗室(shi)進行(hang)校準(zhun)時,要(yao)求該(gai)流量(liang)計在(zai)滿足(zu)安裝(zhuang)要求(qiu)的情(qing)況下(xia)，應具(ju)有高(gao)的精(jing)度等(deng)級,增(zeng)加了(le)校準(zhun)難度(du)。因此(ci)♈，需在(zai)不改(gai)變現(xian)有實(shi)驗裝(zhuang)置的(de)⭐情況(kuang)下，選(xuan)擇一(yi)種較(jiao)爲合(he)适的(de)測量(liang)方法(fa)。
1結構(gou)與原(yuan)理
插(cha)入式(shi)流量(liang)計是(shi)以插(cha)入形(xing)式安(an)裝的(de)流量(liang)儀表(biao)命名(ming)，典型(xing)的♋電(dian)流速(su)計型(xing)插入(ru)式流(liu)量計(ji)由測(ce)量頭(tou)、插入(ru)杆、插(cha)入機(ji)構、轉(zhuan)換🤟器(qi)和儀(yi)表殼(ke)體(測(ce)量管(guan)道)構(gou)成。目(mu)前,主(zhu)要包(bao)括點(dian)流速(su)計型(xing)和👈徑(jing)流速(su)計型(xing)。其中(zhong),國内(nei)使用(yong)較多(duo)的爲(wei)點流(liu)速計(ji)型插(cha)入式(shi)流🈚量(liang)計。其(qi)結構(gou)如圖(tu)1所示(shi)。首先(xian),使用(yong)測量(liang)頭插(cha)入管(guan)道中(zhong)某一(yi)特定(ding)位置(zhi),并測(ce)量局(ju)部流(liu)速;然(ran)後，根(gen)據管(guan)道内(nei)流速(su)分布(bu)及儀(yi)表與(yu)管道(dao)的幾(ji)何參(can)數等(deng)計🔱算(suan)流量(liang)值。其(qi)具有(you)結構(gou)簡單(dan)、安裝(zhuang)維護(hu)簡便(bian)、壓損(sun)小、價(jia)格低(di)廉等(deng)優🔅點(dian),但測(ce)量精(jing)度低(di)。
2測量(liang)方法(fa)
流量(liang)是指(zhi)單位(wei)時間(jian)内通(tong)過某(mou)個流(liu)通界(jie)面的(de)流體(ti)👅容積(ji)或質(zhi)💜量。在(zai)時間(jian)測量(liang)應用(yong)中，通(tong)常爲(wei)測量(liang)管道(dao)某一(yi)界面(mian)的流(liu)速及(ji)該截(jie)面的(de)面積(ji)的乘(cheng)積。點(dian)流速(su)計型(xing)插入(ru)式流(liu)量計(ji)的流(liu)量測(ce)量主(zhu)要采(cai)用流(liu)速-面(mian)積法(fa)計算(suan)。按照(zhao)流速(su)測量(liang)方式(shi)💃🏻的不(bu)同，分(fen)爲單(dan)點流(liu)🧑🏽🤝🧑🏻速法(fa)(即通(tong)過測(ce)量單(dan)點流(liu)速計(ji)算流(liu)量)和(he)平均(jun)流速(su)法(測(ce)量平(ping)均流(liu)速)。
2.1單(dan)點流(liu)速法(fa)
單點(dian)流速(su)法測(ce)量流(liu)量是(shi)指在(zai)管道(dao)截面(mian)上隻(zhi)測量(liang)一點(dian)流速(su)以計(ji)算流(liu)量的(de)方法(fa)。該方(fang)法是(shi)通過(guo)測量(liang)圓管(guan)道.上(shang)👈任意(yi)🧑🏾🤝🧑🏼半徑(jing)，上的(de)流速(su)和測(ce)量點(dian)與中(zhong)心線(xian)的距(ju)離，再(zai)根據(ju)式(4)計(ji)算圓(yuan)管截(jie)🐕面的(de)平均(jun)流速(su)，從而(er)得到(dao)管道(dao)🌈截面(mian)的流(liu)量。
根(gen)據流(liu)體力(li)學理(li)論，當(dang)管道(dao)中介(jie)質爲(wei)紊流(liu)狀态(tai)時，流(liu)速分(fen)布模(mo)型爲(wei):
其中(zhong)，vx一距(ju)離管(guan)道中(zhong)心線(xian)rx的流(liu)速,m/s;Umax管(guan)道中(zhong)心線(xian)的流(liu)速，m/s;r,--流(liu)速測(ce)點與(yu)管道(dao)中心(xin)線的(de)距離(li),m;R一管(guan)道内(nei)半徑(jing),m;n一随(sui)🌈雷諾(nuo)數不(bu)同而(er)變化(hua)的指(zhi)數。
雷(lei)諾數(shu)Re的計(ji)算公(gong)式爲(wei):
2.2平均(jun)流速(su)法
根(gen)據檢(jian)測規(gui)程中(zhong)管道(dao)截面(mian)平均(jun)流速(su)位置(zhi)在(0.242±0.013)R處(chu)，通過(guo)🌈測量(liang)管🏃♂️道(dao)的平(ping)均流(liu)速與(yu)管道(dao)面積(ji)計算(suan)流量(liang)。流量(liang)計算(suan)公式(shi)爲:
面(mian)的面(mian)積.m2。
3實(shi)驗方(fang)法與(yu)結果(guo)及分(fen)析
選(xuan)擇水(shui)流量(liang)标準(zhun)裝置(zhi)，管道(dao)直徑(jing)300mm,測量(liang)段.上(shang)遊長(zhang)度✊約(yue)💋7000mm,下遊(you)長度(du)5000mm,滿足(zu)流量(liang)計的(de)安裝(zhuang)要求(qiu)，并選(xuan)用一(yi)種☀️超(chao)聲波(bo)插入(ru)式流(liu)量計(ji)。其測(ce)量原(yuan)理爲(wei)超聲(sheng)波束(shu)在液(ye)體中(zhong)傳播(bo)時，流(liu)體的(de)流動(dong)使傳(chuan)播時(shi)😄間産(chan)生微(wei)小變(bian)化，且(qie)傳播(bo)時間(jian)的變(bian)化與(yu)液體(ti)的流(liu)速成(cheng)正比(bi)，從💞而(er)得到(dao)液體(ti)的流(liu)速。水(shui)溫29.3℃,通(tong)過查(cha)表可(ke)得取(qu)水的(de)運🐕動(dong)粘度(du)v=8.2x10-7m2/s,并根(gen)♉據🐇邊(bian)界層(ceng)效應(ying)，平均(jun)流速(su)選取(qu)(0.242+0.013)R=38.25mm(即rx=111.75mm)。同(tong)時,爲(wei)了使(shi)實✍️驗(yan)結果(guo)具有(you)較好(hao)的對(dui)比✂️性(xing)，單點(dian)流速(su)法選(xuan)💚擇與(yu)其相(xiang)接近(jin)的位(wei)置,流(liu)量計(ji)探頭(tou)🌐安裝(zhuang)位置(zhi)rx=110mm,即距(ju)離管(guan)道内(nei)壁40mm處(chu)。兩種(zhong)方法(fa)試驗(yan)時，流(liu)速從(cong)0.5m/s開始(shi)，以0.5m/s爲(wei)測量(liang)間隔(ge),逐漸(jian)将流(liu)速增(zeng)加至(zhi)3.5m/s,測量(liang)不同(tong)流速(su)時的(de)标準(zhun)流速(su)🤩與被(bei)測流(liu)速,并(bing)采用(yong)單點(dian)流速(su)法，以(yi)被測(ce)流速(su)爲基(ji)礎數(shu)據計(ji)算平(ping)均流(liu)速;然(ran)後，采(cai)用平(ping)均流(liu)速法(fa)，以被(bei)測平(ping)均流(liu)速計(ji)算被(bei)☀️測流(liu)量。其(qi)中,平(ping)均流(liu)速法(fa)是通(tong)過在(zai)平均(jun)流速(su)測量(liang)點直(zhi)接測(ce)得流(liu)速，并(bing)采用(yong)流速(su)與流(liu)量🈚計(ji)算公(gong)式得(de)到流(liu)量。将(jiang)兩種(zhong)方法(fa)測:量(liang)計算(suan)得到(dao)的流(liu)量💁與(yu)标準(zhun)流量(liang)進🍉行(hang)計算(suan),即可(ke)得到(dao)示值(zhi)誤差(cha)。
3.1實驗(yan)結果(guo)
3.1.1單點(dian)流速(su)法測(ce)量數(shu)據
單(dan)點流(liu)速法(fa)測量(liang)數據(ju)與計(ji)算結(jie)果如(ru)表1所(suo)示。
由(you)表1可(ke)知,被(bei)測平(ping)均流(liu)速均(jun)小于(yu)被測(ce)流速(su)，且差(cha)值會(hui)随流(liu)速的(de)增加(jia)而逐(zhu)漸變(bian)大;被(bei)測流(liu)速與(yu)标準(zhun)流速(su)存⚽在(zai)一定(ding)的差(cha)值🆚，當(dang)流速(su)在3.5m/s左(zuo)右時(shi)，與标(biao)準流(liu)速相(xiang)差可(ke)🐕達0.053m/s,與(yu)被測(ce)平均(jun)流速(su)差♋值(zhi)約爲(wei)0.04m/s。差值(zhi)産生(sheng)的主(zhu)要原(yuan)因是(shi)測量(liang)管道(dao)的口(kou)徑、超(chao)聲波(bo)探頭(tou)的安(an)裝🐪位(wei)置、雷(lei)諾數(shu)與n值(zhi)的計(ji)算取(qu)舍。此(ci)外，流(liu)✔️量的(de)穩定(ding)性也(ye)是不(bu)可忽(hu)略的(de)因素(su)。
3.1.2平均(jun)流速(su)法測(ce)量數(shu)據
平(ping)均流(liu)速法(fa)測量(liang)數據(ju)與計(ji)算結(jie)果如(ru)表2所(suo)示。
由(you)表2可(ke)知,通(tong)過流(liu)量計(ji)測量(liang)可得(de)被測(ce)平均(jun)流速(su),可直(zhi)接計(ji)算🐆流(liu)量,過(guo)程較(jiao)爲簡(jian)單,且(qie)不涉(she)及雷(lei)諾數(shu)等參(can)數⛷️,減(jian)小了(le)附加(jia)誤差(cha)。
3.2實驗(yan)結果(guo)分析(xi)
插入(ru)式流(liu)量計(ji)适用(yong)于大(da)口徑(jing)管道(dao)的測(ce)量,實(shi)驗選(xuan)用的(de)DN300mm管道(dao),由于(yu)超聲(sheng)探頭(tou)離管(guan)壁較(jiao)近，在(zai)管壁(bi)摩擦(ca)力的(de)作用(yong)📐下,會(hui)造成(cheng)低流(liu)🐪速情(qing)況下(xia)邊界(jie)層較(jiao)厚，影(ying)🔆響較(jiao)大,但(dan)邊界(jie)💰層會(hui)随流(liu)速的(de)增加(jia)而逐(zhu)漸變(bian)薄,且(qie)大部(bu)分流(liu)體處(chu)于正(zheng)常的(de)紊流(liu)狀态(tai)，影響(xiang)較小(xiao)，使流(liu)速趨(qu)于标(biao)準流(liu)速。因(yin)此，根(gen)據表(biao)1、表2的(de)數據(ju)可知(zhi)，在流(liu)速相(xiang)近的(de)情🏃🏻♂️況(kuang)下，當(dang)單點(dian)流速(su)法和(he)平均(jun)流速(su)法在(zai)低流(liu)速時(shi)，前者(zhe)誤差(cha)優于(yu)🥵後者(zhe),且二(er)者均(jun)爲負(fu)值。同(tong)時🐅，随(sui)着流(liu)速的(de)增加(jia)，誤差(cha)值會(hui)逐漸(jian)接近(jin),變爲(wei)正值(zhi)♉，且後(hou)者優(you)于前(qian)者。
4結(jie)論
插(cha)入式(shi)流量(liang)計以(yi)突出(chu)的優(you)點被(bei)廣泛(fan)應用(yong)于各(ge)個領(ling)域,但(dan)在校(xiao)準或(huo)使用(yong)時需(xu)綜合(he)考慮(lü)管徑(jing)與流(liu)速的(de).大小(xiao)，一般(ban)适用(yong)于較(jiao)大的(de)管徑(jing)，因此(ci)，在管(guan)徑确(que)定的(de)情況(kuang)下,若(ruo)流速(su)較小(xiao)，則可(ke)優先(xian)采用(yong)單點(dian)流速(su)法♊;若(ruo)流速(su)較🌈大(da).則可(ke)采用(yong)平均(jun)流速(su)法，從(cong)而🌏減(jian)小計(ji)算♉時(shi)對測(ce)量結(jie)🔞果的(de)影響(xiang)，進一(yi)步提(ti)高測(ce)量的(de)正确(que)率。該(gai)方法(fa)可爲(wei)插入(ru)式流(liu)量計(ji)的安(an)裝及(ji)使用(yong)提供(gong)一定(ding)的理(li)論依(yi)據。
