變徑整（zhěng）流器（qì）在鍋爐蒸汽流量計的流量測量中的作用及應用（yòng）介紹（shào）

一、概（gài）述
鍋爐蒸汽流量計是利用液體振動原理而（ér）開發的一種新型流量計，廣泛應用在石油、化工、冶金、造紙等行業流體的計量，該流量計無可動部件（jiàn），可（kě）靠性強、精度高、壽（shòu）命長，可在很寬的流量範圍內精確測量液體的瞬時流量和累計流量。其不受介質溫度、壓力、粘度及組分的影響，同時不（bú）堵、不卡（kǎ）、不易結垢、耐高溫、高（gāo）壓，安全防爆（bào），適用於惡劣環境。渦街（jiē）流量計分一體化顯示（shì）和遠（yuǎn）傳顯示，並（bìng）可輸出脈衝信號（hào）或電流信（xìn）號與微（wēi）機聯網。
傳統的流體（tǐ）整流器經長期的研究與實踐已趨於成熟，它一般采用（yòng）阻隔體分隔流道來調整管道內的速度分布（bù），以達到整（zhěng）流的目的；這一類整流器主要用於實驗室和流量標定係統。但這種方法易引起汙（wū）物堵塞（sāi）和增加阻力損（sǔn）失，所以在（zài）工業管道上很少采用。
鍋爐蒸汽（qì）流量計由於其獨特的性能，一直受到人們重視，並己到了廣泛的應用，但仍（réng）有兩個（gè）方麵的問題困擾著人們，一是由於儀表上遊管（guǎn）道阻流件的幹擾，流場發生畸變，影響旋渦正常撥離。為（wéi）了克服流場擾動，儀表前需要（yào）配裝較（jiào）長直管道(一般為15~40倍的工藝管內徑的長度)，而在實際現場是很難滿足的。二是，鍋爐蒸汽流量計主要特點之（zhī）一是量程寬，一（yī）般在10：1左右，應該說這樣寬（kuān）的測量（liàng）範圍應屬（shǔ）比較優良的性能，但在實際工業應用（yòng）中，*大流量遠低於儀表的上限值，*小流量又往往會（huì）低於儀表的下限值（zhí），一些（xiē）儀表經常工作在下限（xiàn）流量附近，造成（chéng）儀表的計量準確度下降，這時信號較弱，儀表的抗（kàng）幹擾（rǎo）能力也（yě）下降。為了測量小流量，人們往（wǎng）往采用內腔形狀為園台的傳（chuán）統變徑管，經過縮徑提高測量處的流速。使鍋（guō）爐蒸汽（qì）流量計（jì）工作在正常流速範圍內，但這種變徑方式，結構尺寸大(一般長度為工藝管內徑（jìng）的3~5倍)，同時，由（yóu）於流體流經變徑管，在變徑處產生大量旋轉流團，增大局部阻力（lì）損失，也使（shǐ）流場發生（shēng）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（zhǎng）度的直管（guǎn）道進行整流，且增加了沿程阻力損失(如圖1所示)，這種方法增加（jiā）施工成本，也給加工、安裝帶來不便。

縱（zòng）端麵（miàn）采用特殊形線的變徑整流器(己申（shēn）報****)，具有整（zhěng）流，提高流速及改變流速分布的多重作用，其結構尺寸小（xiǎo），長度僅為工藝（yì）管內徑的1/3，可以直接卡裝在儀表的兩端，不（bú）僅不（bú）需要另外附（fù）加直管道，而（ér）且可以降低儀表對上遊直管道的要求。實驗表明：儀表（biǎo）上遊阻力件為（wéi）一個平麵內的兩個90°彎頭 在一般情況下，鍋爐蒸汽流（liú）量（liàng）計上遊側應加裝大於20倍管道內徑長度的直管道，而鍋爐蒸汽流量計（jì）加裝了變徑整流器大大降低了（le）對上遊測直（zhí）管道長度的（de）要求，其阻力遠遠小於傳統的變徑管。更主要的是，可使下限流速降為（wéi）原來的1/3，量程比提高到15：1以上。
二（èr）、原理及分析
*先應該指出，傳統的變徑管（guǎn）可以經過縮徑，並配以較小口徑的流量計（jì）來達到測量小（xiǎo）流量的目的，但是這種方法不可能擴（kuò）大（dà）儀表的量程比，因為它並末改變管道的流速分布狀態。我們知道，鍋爐蒸汽（qì）流量計的理論及推導（dǎo）是基於在無窮大的均勻流場中得到的，而在實（shí）際封（fēng）閉圓管中，卻是非均勻流場（chǎng），橫斷麵的流速分布是一回轉拋物麵，雖然選擇合理的柱型，使柱體兩（liǎng）側弓形麵的流（liú）速分布均勻，但實際上，工藝管道上回轉拋物（wù）麵（miàn）的流速分布的影響是客觀存在的。實驗表明在比較（jiào）大（dà）的（de）流（liú）量時，這個影響較小，或說（shuō）這個影響在允許的範（fàn）圍（wéi）內（nèi）；但隨著流量的下降，這個影響越來越（yuè）大，從大量標定數據看，儀表常數（shù）總是隨著流量的（de）減小而增大。這（zhè）說明取樣點的流速與平均流速差異越來越大。
采用了變徑整流器（qì）後（見圖2），由於縮經斷麵的流速在逐漸增大，在（zài）斷麵上各點流速的增加（jiā）是不一樣的，靠近中心流速增加（jiā）小，而靠近（jìn）喉徑邊沿處流速增加大。
設（shè）整流器（qì）進口處壓力為P1，平均流速為V1，某點上的速度不均勻度為U1，出口（kǒu）處壓力為P2，平均流速為V2，通過（guò）進口處某點同**線，在出口處（chù）的速（sù）度不均勻度為U2，沿該流線（xiàn），由伯努利方程得：


由式（6）可見，收縮比對出口處流速均勻度的影響，即對於（yú）一定的進口速度不均勻度（dù），
出口處的速度不均勻度將縮小n2倍。因此出口處（chù）流速趨於均勻，更（gèng）接近（jìn）鍋爐蒸（zhēng）汽流量計理論的均勻流場（chǎng）的條件，不僅使漩渦趨（qū）於穩定（dìng），且提高了（le）儀表的（de）測量範圍。另外，這種變徑整流器，在（zài）流體動能的轉換過程中有效的抑製（zhì）了幹擾。
三（sān）、實驗驗正
例1：一台口（kǒu）徑為40mm的鍋爐蒸汽流量（liàng）計安裝在φ40的工藝管道上，標定滿足精度1%的量程比為8：1，當（dāng）安裝在（zài）φ50工藝（yì）管道上，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（èr）台口徑為50mm和40mm鍋爐（lú）蒸汽流量計配裝整流器後，分別（bié）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。

工藝管內徑/整流器喉部直徑（mm）	儀表常數	重複（fù）性	非線性	量程	*小流速（sù）（米/秒）
80/50	17452	0.05%	0.95%	15:1	0.1
80/40	10197	0.04%	0.78%	15:1	0.16

再將兩台口徑為φ50mm和φ40mm鍋爐蒸（zhēng）汽（qì）流量計配裝整流器後，分別安（ān）裝在φ80mm工以管道上，且儀表上遊尉為（wéi）一個平麵內兩個90°彎頭，變徑整（zhěng）流器前端與（yǔ）*二個90°彎頭距離為3倍工藝管內徑長段，進行水標定（dìng），工藝圖如圖3，實驗數據見表2

工藝管內徑/整流器喉部直（zhí）徑（mm）	儀表常數	重複性	非線性	量程	*小流速（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（yí）表（biǎo）特性總體保持良好狀態；
2、采用變徑整（zhěng）流（liú）器，在儀表上遊阻（zǔ）流件形式為一個平（píng）麵內2個90°彎頭，直管道很短（3D）的情（qíng）況下，儀表常數的（de）偏移在0.7%左右（yòu），說明整流器具有良好的流動調整性能。（與實驗相同的上遊（yóu）阻流件形式在不裝整流器條件下，儀表上遊（yóu）直（zhí）管道長段為8倍工藝管內徑（jìng）時，儀（yí）表常數偏移為2.0%！）
3、在（zài）儀表前（qián）加裝變徑整流器，投（tóu）展了儀表的測量範圍。
這與理論分析是相吻合的（de）。
四、阻力計算
設（shè）工藝管道直徑為（wéi）D1, 介質的密（mì）度為ρ，流速為V1鍋爐蒸汽流量計的壓力損失為?ω1， 整（zhěng）流器壓力損失為?ω3， 總壓力損失（shī）為?ω。
?ω1=0.3ρV2 1(Pa)
采用整流器後（hòu），儀表口徑為D2，則鍋爐蒸汽流量計（jì）處的流速（sù）為V2壓損為（wéi）?ω2。
?ω2=1.3ρV2 2=(V2/V1)2·?ω1=(D1/D2)4·?ω1
整（zhěng）流器的壓（yā）損，取決於縮徑比（bǐ）D2/D1，之值一般都在0.8以上，則整流器的壓損：
?ω3=0.12?ω2
所以（yǐ）總的壓損?ω為：?ω=1.12?ω2=1.12（D1/D2）4×1.3ρV2 1（Pa）
例：管徑為D1=100mm的水計量係統，采（cǎi）用鍋爐蒸汽流（liú）量計作為（wéi）流量計量儀表，其*大流（liú）速Vmax為1m/s，其*小流速Vmin為0.3m/s，擬采用100/80整（zhěng）流器（qì）計算（suàn）各相關參數：
縮徑後（hòu）流速為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、應用舉（jǔ）例
加裝變徑（jìng）整（zhěng）流（liú）器滿管式（shì）鍋爐蒸汽流量計已大量用於氣體、水、蒸氣等介質的（de）測（cè）量，其實例枚不勝舉，均收到了（le）令人滿意的效（xiào）果。
更值得一提的是，將變（biàn）徑整流器與插入式鍋爐（lú）蒸汽流量（liàng）計配套使（shǐ）用(見圖4)，用於大口徑煤氣測量（liàng），成功地解決了（le）大（dà）口徑煤氣介質髒，流速低、流量變化大，允許（xǔ）壓損小等者大難問題（tí）。
在冶金行業中，測量大口徑煤氣一般采用孔板（bǎn）流星計，由於其（qí）自身的局限（xiàn）性（xìng），很難滿足實際測量要求，其問（wèn）題是：①煤（méi）氣中含有粉塵和各種雜質，經一段時間運行，大量粉塵堆積在孔板的上（shàng）遊側，各種雜質附著在測量元件表麵，就孔板（bǎn）來說，已無準（zhǔn）確度可言，同時又（yòu）經常發生導管堵塞的問題。由於生產的連續性，不可（kě）能停氣清洗或更換孔板。②由於介質
流速低，為獲得（dé）較大的差壓，孔板的開孔徑一般都比較小，造成壓損大，當流量增大時，孔
板卻起不了限流（liú）作（zuò）用，遇到此類情況，有些企業不得不拆（chāi）除孔板來滿足（zú）生產。③普通孔（kǒng）板流量計的量程近為3：1，往往不能滿（mǎn）足實際工況的需要。
已（yǐ）投入實際運行的變（biàn）徑整流器與插入式鍋爐蒸汽流量計所構（gòu）成煤氣流量計量係統：①變徑整流（liú）器入口處為光滑曲線，介質流經時，有自清洗的效果，不會造（zào）成粉塵堆積。②變徑處流速提升可滿足插入式渦銜流量計下限流速的要求，且鍋爐蒸汽流（liú）量計量程比為10：1，完全滿足煤（méi）氣測量範圍的要求。③插入式鍋（guō）爐蒸汽（qì）流量計可在管道不斷流的情況下拆出測頭進行定（dìng）期或不定期清洗（xǐ）。滿（mǎn）足連續生產的要（yào）求。④壓損小，插入式鍋爐蒸汽流量計測頭部分在（zài）大口徑管道內的流（liú）阻很小可忽略（luè）不計，變徑部分的變徑比一（yī）般都大於0.7，管道*大流速（sù）按25米/秒計算，壓損僅在200Pa以內（nèi）。
上述表明，此種方法是（shì）解決大口徑煤氣計量的行之有效的方法。
六、結（jié）束語
鍋爐蒸汽（qì）流量計與變徑整流器配套使用，形成了（le）一種新的流（liú）量測量係統，可使流量（liàng）測量下限為下降（為原來的1/3），測量範圍擴大(15：1以上)，並可以大大降低（dī）儀表對上遊（yóu）直管道長度的要求。這對一個流量計來講無疑是一個不小的進步，它拓寬（kuān）了鍋爐蒸汽流（liú）量計的應用範圍，在燃氣、 城市煤氣、水、熱水、蒸汽、油品、奶液、藥液、化工產品(上述介質一般要（yào）求下限流（liú）速低，測量範圍寬)的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（biàn）徑整流器（qì）簡化了儀表安裝工藝（yì），並且大大降低了工程（chéng）造價。
變徑整流器研究與應用是流量應用技術研究的典型實例（lì），它本身（shēn）的研究（jiū）還有待於進一步（bù）的深入，同（tóng）時我們還應進一步關注其它與流量鋇幢相關的應用（yòng）技（jì）術研究，充分利利用現有的技術設備資源，真（zhēn）正解決一些流量測量的難點問題。

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