煤氣流量計在測量過程中對於管道的變徑整流器應用分（fèn）析

一、概（gài）述（shù）
一般（bān）流量計（jì）前後的變徑都是為了適應流量計，為了滿足流量計的測（cè）量範圍，使流量計的測量精（jīng）確度達到*好。比如說介質不滿管（guǎn）、流量偏高或偏低、都可以通過縮徑或擴徑來使其達到流量計的要求（qiú）。但前後變徑必須要注意留好足夠的直管（guǎn）段（duàn），否則流量計（jì）的精度不但（dàn）不會提（tí）升，反而會（huì）下降（jiàng）。傳統的流體（tǐ）整流器經長期的研究與實踐已趨於成熟，它（tā）一般采用阻隔體分隔流道來調整管道內的（de）速（sù）度分布，以達到整流的目的；這一類整流器主要用於實驗室和流量標定係統。但這種方法易引（yǐn）起汙物堵塞和增（zēng）加阻力損（sǔn）失，所以在工業管道上很少采用。
煤氣（qì）流量計由於（yú）其獨特的性能，一直受到人們重視，並己到了廣（guǎng）泛的應用，但仍有兩個方麵的問題困擾著人們（men），一是由於儀表上遊管道阻流件的幹擾，流場發生畸變，影（yǐng）響旋渦正常撥離（lí）。為了（le）克服流場（chǎng）擾動，儀表前（qián）需要配裝（zhuāng）較長直管道（一般為15~40倍的工藝管內徑的長（zhǎng）度），而在實（shí）際現場是很難滿足的。二是，煤氣流量計主要（yào）特點（diǎn）之一是量程寬，一般在（zài）10：1左右，應該說這樣寬的測量範圍應屬比較優良的性能，但在實際工業應用中（zhōng），*大（dà）流量（liàng）遠低（dī）於儀表的上限值，*小流量又往往會低於儀表的（de）下限值，一些儀表經常工作在下限流量附近，造成儀表的計量準確度下降，這時信號較弱，儀表的抗幹擾能力也下降。為了測量小流量，人（rén）們（men）往往（wǎng）采用內腔形狀為園台的傳（chuán）統變（biàn）徑管，經過縮徑提高測量處的流速。使煤氣流量計工作在正常流速範圍（wéi）內，但這種（zhǒng）變徑方式，結構尺寸大（一般長度為工藝管內徑的3~5倍），同時，由於流體流經變徑管，在變徑（jìng）處產生大量旋轉流團，增大局部阻力損失（shī），也使流場發生畸變。所以必須在變徑管與儀表之間加裝大於15倍工藝管內徑長度的直管道進行整流，且增（zēng）加了沿程（chéng）阻力損失（如圖1所示），這種方法增加施工成本，也給加工、安裝帶來（lái）不便。

縱端麵采用特殊形線的（de）變徑整（zhěng）流器（己申報****），具有整流，提高（gāo）流速及（jí）改變流速分布的多（duō）重作用，其結構尺寸小，長度僅為工（gōng）藝管（guǎn）內徑的1/3，可以（yǐ）直接（jiē）卡裝在儀表的兩端，不僅不需要另外附加直（zhí）管道，而（ér）且可以降低儀表對上遊直（zhí）管道的要求。實驗表明：儀表上遊阻（zǔ）力件為一個平麵內的兩個90°彎頭 在一般情況下，煤氣流（liú）量（liàng）計上遊側應加裝大於20倍管道內（nèi）徑長度的直管道，而煤氣流量計加裝了變徑整流器大大降低了（le）對上遊測（cè）直管道長度的要求，其阻力遠遠小於（yú）傳統的變徑管。更主要的是，可使下限流速降為原來的1/3，量程比提高到15：1以上。
二、原理及分析
*先應該指（zhǐ）出，傳統的（de）變（biàn）徑管可以經過縮徑（jìng），並（bìng）配以較小（xiǎo）口徑的（de）流量計來達到測量小流量的目（mù）的，但是這種方法不可（kě）能擴大儀表的量程比，因為它並末改變管道的流速分（fèn）布狀態。我們知道，煤氣流量計的理論及推導是（shì）基於在無（wú）窮大的（de）均勻流場中得到的，而在實際封閉圓管（guǎn）中，卻是非均勻流場（chǎng），橫斷（duàn）麵的流速分布是一回轉拋物麵，雖然選（xuǎn）擇合理（lǐ）的柱型，使柱體兩側弓形（xíng）麵的流速分布（bù）均勻，但實（shí）際上，工藝管道（dào）上回轉拋物麵的流速分布的影響是（shì）客觀存在的。實驗表（biǎo）明在比（bǐ）較大的流量時，這個影響（xiǎng）較小，或說這個影響在允許的範圍內；但隨著流量的下降，這個影響越來越大，從大（dà）量標定數據看，儀表常數總是隨著流量（liàng）的（de）減小而增大。這說明取樣點的流速與（yǔ）平均流速差異越來（lái）越大。

采用了（le）變徑整流（liú）器（qì）後（見圖2），由於縮經斷（duàn）麵的流速在逐漸增大，在斷麵上各點流速的增加（jiā）是不一樣的，靠近中心（xīn）流速增加小（xiǎo），而靠近喉徑邊（biān）沿處流速增加（jiā）大。
設整流器進口處壓（yā）力為P1，平均流速為V1，某點上的速度不均勻度為U1，出口處壓力為P2，平均流速為（wéi）V2，通過進口（kǒu）處某點同**線，在出口處的速度不均勻（yún）度為U2，沿該流（liú）線，由伯努利方程得：

由式（6）可見，收縮比對出口處流速（sù）均勻度的影響，即對於一定的進（jìn）口速（sù）度不均勻度，
出口處的速度（dù）不均勻度將縮小n2倍。因此出口處流（liú）速趨於均勻，更接近煤氣流量計理論的（de）均勻流場的條件，不僅使漩渦（wō）趨於穩（wěn）定，且提高了儀表的測量範圍。另外，這種變徑整流器，在（zài）流體動能（néng）的轉換過程中有效（xiào）的抑（yì）製了幹擾。三、實驗驗正
例1：一台口徑為40mm的煤氣流量計安裝在φ40的（de）工藝管道上，標定滿足精度1%的量程比為8：1，當安裝在φ50工藝管（guǎn）道上，並在儀表兩側安裝變徑整流器，在15：1的範圍內精度為1.0%。
例2：二台口徑為50mm和40mm煤（méi）氣流量計配裝整流（liú）器後，分別安裝在口徑為80mm工藝管道上，進行（háng）水標定。實驗數據見表1。
工藝（yì）管內徑/整流器喉（hóu）部直徑（mm） 儀表常數重複性（xìng） 非線性 量程 *小（xiǎo）流速（米/秒（miǎo））
80/50 17452 0.05% 0.95% 15:1 0.1
80/40 10197 0.04% 0.78% 15:1 0.16
流量計整流變（biàn）徑再將兩台口徑為φ50mm和（hé）φ40mm煤（méi）氣流量（liàng）計配裝整流器後，分別安裝在（zài）φ80mm工以管道上，且儀表上遊（yóu）尉為一個平麵內兩（liǎng）個90°彎（wān）頭，變徑整流器前端與*二個90°彎頭距離為3倍工藝管內徑長段（duàn），進行水標定，工藝圖如圖3，實驗數據見（jiàn）表2
工藝管內徑/整（zhěng）流器喉（hóu）部直徑（mm） 儀表常數重複性 非線性 量程 *小流速（sù）（米/秒）
80/50 17266 0.02% 0.9% 16:1 0.1
80/40 10278
0.15% 0.08% 15:1 0.15
實驗結果表明：
1、在管道流速較低時，采用變徑整流器，使儀表特性總體保持良好狀態；
2、 采用變徑整流器，在儀表上遊阻流件形式為一（yī）個平麵內2個90°彎頭，直管道很短（3D）的（de）情況下，儀表常數的（de）偏移在0.7%左（zuǒ）右，說明（míng）整流器具有良好的流動調整性能。（與實驗相同的上遊阻流件形式在不（bú）裝整流器條件（jiàn）下，儀表上遊直管（guǎn）道長段為8倍工藝（yì）管內徑時，儀表常數偏移為2.0%！）
3、 在儀表前加裝變徑整流器，投展了儀表的測量範圍。
這與（yǔ）理論分（fèn）析是相吻合的（de）。
四、阻力計算
設工藝管道直徑為D1, 介（jiè）質的（de）密度為ρ，流速為（wéi）V1煤氣流量計的壓力損失為?ω1， 整流器壓力損失為?ω3， 總壓力損失為?ω。?ω1=0.3ρV2 1（Pa）采用整流器後（hòu），儀表口徑為D2，則煤氣流量計處的流速為V2壓損為?ω2。
?ω2=1.3ρV2 2=（V2/V1）2·?ω1=（D1/D2）4·?ω1
整流器的壓損，取決於縮（suō）徑比D2/D1，之值一般都在0.8以上，則整流器的（de）壓損：
?ω3=0.12?ω2
所以總的（de）壓損?ω為：?ω=1.12?ω2=1.12（D1/D2）4×1.3ρV2 1（Pa）
例：管徑為（wéi）D1=100mm的水計量係統，采用煤氣流量計作為流量計（jì）量儀（yí）表，其*大流速Vmax為1m/s，其*小流速Vmin為0.3m/s，擬采用100/80整流器計算各相關參數：縮（suō）徑後流速（sù）為V2：V2max=（100/80）2×1=1.56m/s
V2min=0.47m/s?ωmax=1.12（D1/D2）41.3ρV2 1=1.12（100/80）4×1.3×998×1=3547（Pa）
五、應（yīng）用舉例
加裝（zhuāng）變徑整流器滿管式煤氣流量計已（yǐ）大量用於氣體、水、蒸氣等介質的測量，其實例枚不勝舉，均收到了（le）令人（rén）滿意的效果。
更值得一提的是，將（jiāng）變徑整流（liú）器與插入式煤氣流量計配套使用（見圖4），用於大口徑煤氣測量，成功地（dì）解決了大口徑煤氣介質髒（zāng），流速（sù）低、流量變化大，允許壓損小（xiǎo）等者大難問題（tí）。
在冶金行業中，測量大口徑煤氣（qì）一般采用（yòng）孔板流（liú）星計，由於（yú）其（qí）自身（shēn）的局限性，很難滿足實際測量要求（qiú），其問題是：①煤氣中含有粉塵和各種雜質，經（jīng）一段時間運行，大量粉塵（chén）堆積在孔板的上遊側，各種雜質附著在測量元件表麵，就孔板來說，已無（wú）準確度可言，同時又經常發生導管堵塞的問題。由於生產（chǎn）的連續性，不可能（néng）停氣清洗或更換孔板（bǎn）。②由於介質（zhì）
流速低，為獲得較大的差壓，孔板的開孔徑一般都（dōu）比較小，造成壓損大，當流（liú）量增大（dà）時，孔
板卻起不了限流作用，遇到此類（lèi）情況，有些（xiē）企業不得不拆除孔板來滿足生產。③普通孔板流量計的量程近為3：1，往往（wǎng）不能滿足實際工況的需要。
已投入實際運行的變徑整流器與插入（rù）式煤氣流量計所構成煤氣流量計量（liàng）係統：①變徑整流器入口處為光滑曲線，介質流經時，有自清洗的效果，不會造成粉塵堆積。②變徑（jìng）處流速提升可滿足插入式渦銜流量計下限流（liú）速的要求，且（qiě）煤氣流量計量程比為10：1，完（wán）全滿足煤氣測（cè）量範圍的要求（qiú）。③插入式煤氣流量計可在管道不斷流的情（qíng）況下拆（chāi）出測頭進行定期或不定期清洗。滿足連續生產的要求。④壓損小，插入式煤氣流量計測頭部分在大口徑管道內的流阻很小（xiǎo）可忽略不（bú）計，變徑部分的變（biàn）徑比一般都大於0.7，管道*大流速按25米/秒計算（suàn），壓損僅在200Pa以內。
上述表明，此種（zhǒng）方法是解決（jué）大口徑煤氣計（jì）量的行之有效的方法。
六、結束語
煤氣流量計與變徑（jìng）整流器配套使用，形成了一種新的流量測量（liàng）係統，可使流量測量下限（xiàn）為下降（為原來的1/3），測（cè）量範圍擴大（15：1以上（shàng）），並可以大大降低儀（yí）表對上遊直管道（dào）長度的要求。這對一個流量計來講無疑是一個（gè）不小的進步，它拓寬（kuān）了（le）煤氣流量計的應用範圍，在燃（rán）氣、城市煤氣、水、熱（rè）水、蒸汽（qì）、油品、奶液（yè）、藥液、化工產品（上述（shù）介質一般要求下（xià）限流速低，測量範圍寬（kuān））的（de）流量測量中將發揮突出優勢。變徑整流器在工業用戶中實際應用情況還表明，變徑整流器簡化了儀表安裝工藝（yì），並且大大降低了工程造價。
變徑整流器研究與應用是（shì）流量應用技術研究（jiū）的典型實例，它本身的研究還有待於進（jìn）一步（bù）的深入，同時我們還應（yīng）進一步關注其它與流量（liàng）鋇幢相（xiàng）關的應用技術研究，充分利利用現有的技術設備資源，真正解決一些流量測量的難點問題

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