摘要(yao):近年來(lai),對V 形錐(zhui)流量計(ji) 的宣傳(chuan)越來越(yue)多，但很(hen)多宣傳(chuan)不夠科(ke)學。爲了(le)更好地(di)認識V形(xing)錐流量(liang)計,以試(shi)驗數據(ju)和原理(li)探讨爲(wei)依據，從(cong)安裝所(suo)需的前(qian)後直管(guan)段長度(du)、量程比(bi)、壓力損(sun)失、适用(yong)領域等(deng)方面對(dui)其進行(hang)了理性(xing)、細緻的(de)分析,證(zheng)實了該(gai)産品在(zai)生産應(ying)用中仍(reng)存在許(xu)多不足(zu)之處。
0引(yin)言
　　V形錐(zhui)流量計(ji)(又稱 内(nei)錐流量(liang)計 、V錐流(liu)量計等(deng))是美國(guo)McCROMETER公司于(yu)20世紀80年(nian)代研制(zhi)推向市(shi)場的。由(you)于V形錐(zhui)流量計(ji)獨特的(de)結構,決(jue)定了其(qi)具有優(you)于孔闆(pan)流量計(ji)的一些(xie)特點甲(jia),如壓力(li)損失較(jiao)小、安裝(zhuang)所需的(de)前後直(zhi)管段長(zhang)度較短(duan)、測量信(xin)号穩定(ding)等12])。但是(shi)由于V形(xing)錐流量(liang)計屬于(yu)非标準(zhun)節流裝(zhuang)置,生産(chan)廠家的(de)結構各(ge)不相同(tong)，現場經(jing)驗及試(shi)驗數據(ju)尚不夠(gou)充分，它(ta)的性能(neng)尚未被(bei)完全掌(zhang)握。結合(he)工作中(zhong)積累的(de)經驗、數(shu)據,對V形(xing)錐流量(liang)計的一(yi)-些特點(dian)進行了(le)分析,認(ren)爲無論(lun)是使用(yong)單位,還(hai)是生産(chan)單位都(dou)應對V形(xing)錐流量(liang)計有一(yi)個理性(xing)認識。
1工(gong)作原理(li)
　　标準節(jie)流裝置(zhi)(如孔闆(pan)、噴嘴等(deng))的最小(xiao)流通面(mian)是節流(liu)件中心(xin)的圓孔(kong)，流體通(tong)過時因(yin)流通面(mian)積的突(tu)然減小(xiao)而加速(su),V形錐流(liu)量計是(shi)在管道(dao)中心同(tong)軸安裝(zhuang)-一個尖(jian)圓錐體(ti)(前錐體(ti)爲<90的銳(rui)角,後錐(zhui)體爲>90的(de)鈍角)。其(qi)流通方(fang)式由标(biao)準節流(liu)裝置的(de)中心突(tu)然收縮(suo)式改爲(wei)管壁收(shou)縮式,流(liu)體通過(guo)V形錐節(jie)流件時(shi)，進行了(le)二次分(fen)配。流體(ti)的流動(dong)狀态由(you)原來的(de)“管道中(zhong)心流速(su)高、管壁(bi)處流速(su)低”逐漸(jian)調整爲(wei)“靠近管(guan)壁處流(liu)速高、中(zhong)間流速(su)低”，從而(er)具備流(liu)動調整(zheng)器的效(xiao)果。
V形錐(zhui)流量計(ji)結構如(ru)圖1所示(shi)。

　　由(you)圖1可知(zhi),V形錐流(liu)量計爲(wei)“邊壁收(shou)縮式”節(jie)流裝置(zhi),正壓取(qu)壓孔開(kai)在測量(liang)管壁上(shang)，此處的(de)流體還(hai)未通過(guo)節流件(jian),負壓取(qu)壓孔開(kai)在錐體(ti)尾部。由(you)于測量(liang)原理同(tong)樣滿足(zu)伯努利(li)方程和(he)流體流(liu)動連續(xu)性方程(cheng),所以V形(xing)錐流量(liang)計與标(biao)準節流(liu)裝置的(de)計算公(gong)式--樣。其(qi)計算公(gong)式如下(xia)3]:

　　式中:qm爲(wei)流體的(de)質量流(liu)量，kg/h;C爲流(liu)出系數(shu)(經過實(shi)流标定(ding)可知);ε爲(wei)可膨脹(zhang)性系數(shu)(對液體(ti)ε=1);β=db/D爲直徑(jing)比，其中(zhong)d,=√D-d2爲工作(zuo)條件下(xia)節流件(jian)最小截(jie)面處的(de)等效流(liu)通直徑(jing)(d爲錐體(ti)外徑,外(wai)徑),mm;D爲工(gong)作條件(jian)下儀表(biao)測量管(guan)的内徑(jing),mm;△P爲從節(jie)流件上(shang)、下遊取(qu)壓口處(chu)測取的(de)差壓，kPa;ρ爲(wei)儀表安(an)裝處上(shang)遊側工(gong)作條件(jian)下的流(liu)體密度(du),kg/m3
2對V形錐(zhui)流量計(ji)特點的(de)分析
　　V形(xing)錐流量(liang)計具有(you)調整流(liu)動狀态(tai)的功能(neng),其壓力(li)損失小(xiao)于孔闆(pan)(試驗也(ye)證實了(le)這一點(dian)),測量信(xin)号比較(jiao)穩定,量(liang)程比較(jiao)寬,安裝(zhuang)所需的(de)前後直(zhi)管段較(jiao)短。但通(tong)，過近些(xie)年來的(de)現場應(ying)用發現(xian),對V形錐(zhui)流量計(ji)優點的(de)介紹有(you)些言過(guo)其實，應(ying)對這些(xie)優點進(jin)行理性(xing)分析。
2.1安(an)裝所需(xu)的前後(hou)直管段(duan)長度
　　V形(xing)錐流量(liang)計的節(jie)流件爲(wei)錐形結(jie)構，當流(liu)體通過(guo)節流件(jian)時,節流(liu)件與管(guan)壁所形(xing)成的環(huan)形通道(dao)面積逐(zhu)漸減小(xiao),使流體(ti)流速加(jia)大、靜壓(ya)力降低(di)。流體力(li)學試驗(yan)證明這(zhe)種流型(xing)可以減(jian)小甚至(zhi)消除漩(xuan)渦，相當(dang)于附加(jia)了一個(ge)流動調(diao)整器。因(yin)此,它可(ke)以在直(zhi)管段不(bu)夠長的(de)情況下(xia),較其他(ta)節流裝(zhuang)置獲得(de)較高的(de)精度,但(dan)所需的(de)前後:直(zhi)管段仍(reng)要視具(ju)體情況(kuang)而定,且(qie)普遍超(chao)過“以偏(pian)概全”宣(xuan)稱的前(qian)0~3D、後0~1D。印度(du)德裏工(gong)學院應(ying)用力學(xue)系學者(zhe)曾以兩(liang)台内徑(jing)D=52mm、等效直(zhi)徑比β分(fen)别爲0.643和(he)0.77的V形錐(zhui)流量計(ji)爲例,對(dui)該儀表(biao)與上遊(you)擾動閘(zha)閥V2間相(xiang)隔3種距(ju)離(L爲5D、10D、15D)和(he)閥門4種(zhong)開度下(xia)的擾流(liu)進行試(shi)驗。試驗(yan)介質爲(wei)油和水(shui)，流體來(lai)自離地(di)15m的溢流(liu)水槽。試(shi)驗裝置(zhi)和試驗(yan)數據如(ru)圖2所示(shi)。

　　通過(guo)試驗可(ke)知,當β=0.643、L=5D、閥(fa)開度在(zai)25%附近變(bian)化時,受(shou)閘閥影(ying)響,流出(chu)系數最(zui)大,變化(hua)約爲6%;而(er)當β=0.77、L=5D、閥開(kai)度大于(yu)25%時,流出(chu)系數變(bian)化高達(da)8%;當L=10D時，流(liu)出系數(shu)最大變(bian)化也約(yue)有1.7%[41。所以(yi)這一-試(shi)驗論證(zheng)了前置(zhi)閘閥開(kai)度大于(yu)25%時,各種(zhong)開度下(xia)當要求(qiu)較高測(ce)量精度(du)時，L=10D尚嫌(xian)不足,而(er)不是各(ge)種情況(kuang)下前後(hou)直管段(duan)均爲前(qian)0~3D、後0~1D。
　　由此(ci)可知,儀(yi)表前有(you)10D以上長(zhang)的直管(guan)段才有(you)可能忽(hu)略局部(bu)阻力件(jian)對測量(liang)精度的(de)影響。按(an)照GB2624-2006的要(yao)求,當β>0.6時(shi),孔闆需(xu)要長度(du)>40D的前直(zhi)管段，即(ji)便允許(xu)0.5%附加誤(wu)差時,所(suo)需的前(qian)直管段(duan)也要>13D。噴(pen)嘴所需(xu)的前直(zhi)管段較(jiao)孔闆短(duan),但長度(du)至少也(ye)要>18D,與之(zhi)相比,V形(xing)錐流量(liang)計可以(yi)顯著縮(suo)短直管(guan)段長度(du)。另外，選(xuan)擇合适(shi)的β值可(ke)以用較(jiao)短的直(zhi)管段長(zhang)度克服(fu)阻流件(jian)對流出(chu)系數的(de)影響。通(tong)過試驗(yan)證明,當(dang)V形錐流(liu)量計直(zhi)徑比β值(zhi)選擇0.65左(zuo)右時,維(wei)持流出(chu)系數不(bu)變所需(xu)的直管(guan)段長度(du)最短。
　　無(wu)論在何(he)種工作(zuo)條件下(xia)，所需的(de)前後直(zhi)管段分(fen)别爲0~3D和(he)0~1D,甚至不(bu)需要前(qian)後直管(guan)段的宣(xuan)傳是不(bu)科學的(de),安裝前(qian)需預留(liu)足夠長(zhang)的前後(hou)直管段(duan)。
2.2量程比(bi)和測量(liang)精度讨(tao)論
　　在對(dui)V形錐流(liu)量計的(de)宣傳中(zhong)宣稱其(qi)測量範(fan)圍爲10:1,甚(shen)至更寬(kuan),重複性(xing)0.1%,不确定(ding)度0.5%,并提(ti)供了幾(ji)個口徑(jing)的雷諾(nuo)數與流(liu)出系數(shu)曲線圖(tu),如圖3所(suo)示。在保(bao)證流出(chu)系數不(bu)變(即保(bao)證線性(xing)度)的情(qing)況下,V形(xing)錐流量(liang)計的測(ce)量範圍(wei)并未達(da)到10:1,除去(qu)小雷諾(nuo)數的點(dian)超差,剩(sheng)下的也(ye)隻有4倍(bei)的範圍(wei)度。在機(ji)械工業(ye)第十三(san)計量測(ce)試中心(xin)站對DN50、DN100和(he)DN300這3種口(kou)徑20台V形(xing)錐流量(liang)計分别(bie)做了試(shi)驗。試驗(yan)曲線如(ru)圖3所示(shi)。

從圖3可(ke)以得出(chu)以下結(jie)論
①3種口(kou)徑的流(liu)量計在(zai)量程比(bi)10:1的範圍(wei)下均沒(mei)有做到(dao)流出系(xi)數不确(que)定度0.5%
②流(liu)出系數(shu)是随着(zhe)雷諾數(shu)變化的(de)，它們之(zhi)間并不(bu)是簡單(dan)的線性(xing)關系,按(an)照JJG640差壓(ya)式流量(liang)計檢定(ding)規程,在(zai)實流檢(jian)定時隻(zhi)需計算(suan)出每個(ge)測量點(dian)流出系(xi)數的重(zhong)複性,而(er)不用計(ji)算整個(ge)測量範(fan)圍内流(liu)出系數(shu)的線性(xing)度,流出(chu)系數的(de)不确定(ding)度是采(cai)用測量(liang)範圍内(nei)重複性(xing)最大的(de)測量點(dian)來計算(suan)的。現場(chang)使用V形(xing)錐流量(liang)計時，如(ru)果隻是(shi)簡單地(di)采用流(liu)量範圍(wei)内流出(chu)系數的(de)平均值(zhi)來計量(liang)是不夠(gou)科學的(de),必定會(hui)帶來較(jiao)大的測(ce)量誤差(cha)。另外要(yao)想做到(dao)在10:1的測(ce)量範圍(wei)内達到(dao)0.5%的測量(liang)精度,需(xu)要對流(liu)出系數(shu)進行分(fen)段線性(xing)化補償(chang),并且要(yao)配用精(jing)度GAP、适當(dang)量程的(de) 差壓變(bian)送器 。
③V形(xing)錐流量(liang)計不适(shi)用于DN50以(yi)下口徑(jing)。因爲口(kou)徑越小(xiao)，加工難(nan)度越大(da),不易保(bao)證加工(gong)精度;另(ling)外口徑(jing)越小，流(liu)出系數(shu)的離散(san)性越大(da)，所以V形(xing)錐流量(liang)計的适(shi)用口徑(jing)範圍應(ying)爲DN100~600。在這(zhe)個口徑(jing)範圍内(nei)，節流件(jian)易于保(bao)證加工(gong)精度,也(ye)便于做(zuo)到實流(liu)檢定,保(bao)證測量(liang)精度。
④節(jie)流裝置(zhi)的測量(liang)範圍一(yi)般爲(4~5):1,V形(xing)錐流量(liang)計具有(you)流動調(diao)整的功(gong)能,流體(ti)通過節(jie)流件時(shi)産生的(de)漩渦小(xiao)，流動較(jiao)孔闆穩(wen)定。尤其(qi)在測量(liang)小流量(liang)時，穩定(ding)性尤爲(wei)突出，在(zai)流量上(shang)限相近(jin)的情況(kuang)下,流量(liang)下限比(bi)孔闆低(di)。所以在(zai)保證測(ce)量上限(xian)不變的(de)情況下(xia),盡量降(jiang)低流量(liang)測量下(xia)限,并且(qie)配用可(ke)變量程(cheng)的智能(neng)差壓變(bian)送器是(shi)可以提(ti)高測量(liang)範圍度(du)的。這也(ye)是宣稱(cheng)V形錐流(liu)量計量(liang)程比能(neng)達到10:1甚(shen)至更寬(kuan)的原因(yin)。
2.3節能效(xiao)果分析(xi)
　　V形錐流(liu)量計的(de)結構具(ju)有改善(shan)流動方(fang)向的作(zuo)用,這種(zhong)流動在(zai)流體力(li)學試驗(yan)中證明(ming)可以減(jian)小甚至(zhi)消除漩(xuan)渦[5]。其節(jie)流件沒(mei)有銳利(li)的緣口(kou),與孔闆(pan)類節流(liu)裝置相(xiang)比具有(you)減小壓(ya)損、節能(neng)的效果(guo)。但通過(guo)試驗證(zheng)實,其永(yong)久壓力(li)損失僅(jin)比孔闆(pan)稍低，所(suo)以V形錐(zhui)流量計(ji)并不是(shi)最理想(xiang)的節能(neng)型差壓(ya)式流量(liang)儀表。
2.4适(shi)用領域(yu)分析
　　與(yu)孔闆類(lei)節流裝(zhuang)置相比(bi),V形錐流(liu)量計爲(wei)“邊壁收(shou)縮式”結(jie)構。當測(ce)量髒物(wu)介質時(shi),髒污不(bu)會堆積(ji)在節流(liu)件附近(jin),但由于(yu)負壓取(qu)壓口開(kai)在錐體(ti)尾部，管(guan)線較長(zhang)且有拐(guai)角，這裏(li)是髒污(wu)易積聚(ju)的區域(yu),雜質很(hen)容易進(jin)人負壓(ya)取壓管(guan)内部造(zao)成堵塞(sai)。當測量(liang)蒸汽介(jie)質時，停(ting)氣檢修(xiu)時管道(dao)底部會(hui)存有積(ji)水。恢複(fu)通氣後(hou)，在壓力(li)的推動(dong)下，水的(de)波動很(hen)容易導(dao)緻管道(dao)的振動(dong)。流量較(jiao)大時,管(guan)道振動(dong)劇烈甚(shen)至損壞(huai)節流件(jian)造成生(sheng)産事故(gu)。當測量(liang)氣體介(jie)質時,由(you)于在錐(zhui)體的下(xia)遊産生(sheng)的是高(gao)頻低幅(fu)并成對(dui)稱分布(bu)的小漩(xuan)渦，信号(hao)噪聲非(fei)常低。在(zai)低流量(liang)、低差壓(ya)的情況(kuang)下,V型錐(zhui)流量計(ji)仍能保(bao)證較高(gao)的測量(liang)精度和(he)穩定性(xing),因此特(te)别适合(he)于低密(mi)度、低流(liu)速氣體(ti)的測量(liang)。
　　通過以(yi)上分析(xi)可知,V形(xing)錐流量(liang)計适合(he)對低流(liu)速液體(ti)介質、低(di)密度、低(di)流速氣(qi)體介質(zhi)和低流(liu)速的蒸(zheng)汽流量(liang)計量,而(er)不适宜(yi)于測量(liang)較爲髒(zang)污的介(jie)質和高(gao)流速流(liu)體介質(zhi)。
2.5流出系(xi)數與可(ke)膨脹性(xing)系數研(yan)究
　　V形錐(zhui)流量計(ji)同樣遵(zun)循伯努(nu)利方程(cheng)和流體(ti)連續性(xing)方程，所(suo)以在測(ce)量不可(ke)壓縮流(liu)體時,流(liu)出系數(shu)仍可按(an)式(1)通過(guo)實流标(biao)定得到(dao),因V形錐(zhui)流量計(ji)爲非标(biao)準節流(liu)裝置。當(dang)測量可(ke)壓縮流(liu)體時,一(yi)般采用(yong)雷諾數(shu)相等的(de)原理,在(zai)氣體試(shi)驗室或(huo)水流量(liang)試驗室(shi)标定出(chu)流出系(xi)數。由于(yu)各種測(ce)量介質(zhi)的物性(xing)不同,采(cai)用與測(ce)量介.質(zhi)不同的(de)介質進(jin)行實流(liu)标定時(shi)往往忽(hu)略了可(ke)膨脹性(xing)系數對(dui)流出系(xi)數的影(ying)響。MeCROMETER公司(si)分别給(gei)出了V形(xing)錐流量(liang)計的可(ke)膨脹性(xing)系數ε和(he)流出系(xi)數C的計(ji)算公式(shi)7-8]

3結束語(yu)
　　從安裝(zhuang)所需的(de)前後直(zhi)管段長(zhang)度、量程(cheng)比、壓力(li)損失和(he)适用領(ling)域等方(fang)面,對廠(chang)家所宣(xuan)傳的V形(xing)錐流量(liang)計的優(you)點做了(le)理性、細(xi)緻的分(fen)析,希望(wang)能夠引(yin)起注意(yi)，在選用(yong)V形錐流(liu)量計時(shi)--定要權(quan)衡其利(li)弊,不要(yao)盲目使(shi)用。

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