摘要:近(jìn)年來,對V 形錐(zhuī)流量計 的宣(xuān)傳越來越多(duo)，但很多宣傳(chuán)不夠科學。爲(wei)了更好地認(rèn)識V形錐流量(liàng)計,以試驗數(shù)據和原理探(tàn)讨爲依據，從(cóng)安裝所需的(de)前後直管段(duan)長度、量程比(bi)、壓力損失、适(shi)用領域等方(fang)面對其進行(háng)了理性、細緻(zhì)的分析,證實(shi)了該産品在(zài)生産應用中(zhōng)仍存在許多(duo)不足之處。
0引(yin)言
　　V形錐流量(liàng)計(又稱 内錐(zhui)流量計 、V錐流(liu)量計等)是美(mei)國McCROMETER公司于20世(shì)紀80年代研制(zhi)推向市場的(de)。由于V形錐流(liú)量計獨特的(de)結構,決定了(le)其具有優于(yu)孔闆流量計(jì)的一些特點(diǎn)甲,如壓力損(sun)失較小、安裝(zhuang)所需的前後(hòu)直管段長度(dù)較短、測量信(xìn)号穩定等12])。但(dan)是由于V形錐(zhui)流量計屬于(yu)非标準節流(liu)裝置,生産廠(chang)家的結構各(ge)不相同，現場(chǎng)經驗及試驗(yàn)數據尚不夠(gòu)充分，它的性(xing)能尚未被完(wan)全掌握。結合(he)工作中積累(lei)的經驗、數據(jù),對V形錐流量(liàng)計的一-些特(te)點進行了分(fen)析,認爲無論(lun)是使用單位(wei),還是生産單(dan)位都應對V形(xing)錐流量計有(you)一個理性認(rèn)識。
1工作原理(li)
　　标準節流裝(zhuang)置(如孔闆、噴(pen)嘴等)的最小(xiǎo)流通面是節(jiē)流件中心的(de)圓孔，流體通(tong)過時因流通(tong)面積的突然(ran)減小而加速(su),V形錐流量計(jì)是在管道中(zhong)心同軸安裝(zhuang)-一個尖圓錐(zhuī)體(前錐體爲(wei)<90的銳角,後錐(zhuī)體爲>90的鈍角(jiǎo))。其流通方式(shi)由标準節流(liu)裝置的中心(xin)突然收縮式(shì)改爲管壁收(shōu)縮式,流體通(tong)過V形錐節流(liú)件時，進行了(le)二次分配。流(liú)體的流動狀(zhuang)态由原來的(de)“管道中心流(liú)速高、管壁處(chu)流速低”逐漸(jian)調整爲“靠近(jìn)管壁處流速(sù)高、中間流速(sù)低”，從而具備(bei)流動調整器(qì)的效果。
V形錐(zhuī)流量計結構(gòu)如圖1所示。

　　由圖1可(kě)知,V形錐流量(liang)計爲“邊壁收(shou)縮式”節流裝(zhuang)置,正壓取壓(yā)孔開在測量(liàng)管壁上，此處(chù)的流體還未(wei)通過節流件(jian),負壓取壓孔(kǒng)開在錐體尾(wei)部。由于測量(liang)原理同樣滿(mǎn)足伯努利方(fang)程和流體流(liú)動連續性方(fāng)程,所以V形錐(zhui)流量計與标(biāo)準節流裝置(zhì)的計算公式(shi)--樣。其計算公(gong)式如下3]:

　　式中(zhong):qm爲流體的質(zhi)量流量，kg/h;C爲流(liu)出系數(經過(guò)實流标定可(ke)知);ε爲可膨脹(zhang)性系數(對液(ye)體ε=1);β=db/D爲直徑比(bǐ)，其中d,=√D-d2爲工作(zuo)條件下節流(liú)件最小截面(mian)處的等效流(liú)通直徑(d爲錐(zhui)體外徑,外徑(jìng)),mm;D爲工作條件(jian)下儀表測量(liàng)管的内徑,mm;△P爲(wei)從節流件上(shang)、下遊取壓口(kǒu)處測取的差(chà)壓，kPa;ρ爲儀表安(an)裝處上遊側(cè)工作條件下(xià)的流體密度(du),kg/m3
2對V形錐流量(liàng)計特點的分(fen)析
　　V形錐流量(liàng)計具有調整(zheng)流動狀态的(de)功能,其壓力(lì)損失小于孔(kong)闆(試驗也證(zhèng)實了這一點(dian)),測量信号比(bi)較穩定,量程(cheng)比較寬,安裝(zhuang)所需的前後(hou)直管段較短(duǎn)。但通，過近些(xiē)年來的現場(chang)應用發現,對(duì)V形錐流量計(jì)優點的介紹(shao)有些言過其(qi)實，應對這些(xie)優點進行理(lǐ)性分析。
2.1安裝(zhuang)所需的前後(hou)直管段長度(du)
　　V形錐流量計(ji)的節流件爲(wei)錐形結構，當(dāng)流體通過節(jiē)流件時,節流(liu)件與管壁所(suo)形成的環形(xíng)通道面積逐(zhu)漸減小,使流(liu)體流速加大(dà)、靜壓力降低(dī)。流體力學試(shi)驗證明這種(zhong)流型可以減(jian)小甚至消除(chú)漩渦，相當于(yú)附加了一個(gè)流動調整器(qì)。因此,它可以(yi)在直管段不(bu)夠長的情況(kuang)下,較其他節(jie)流裝置獲得(de)較高的精度(du),但所需的前(qián)後:直管段仍(réng)要視具體情(qíng)況而定,且普(pu)遍超過“以偏(piān)概全”宣稱的(de)前0~3D、後0~1D。印度德(dé)裏工學院應(ying)用力學系學(xué)者曾以兩台(tái)内徑D=52mm、等效直(zhi)徑比β分别爲(wei)0.643和0.77的V形錐流(liu)量計爲例,對(dui)該儀表與上(shàng)遊擾動閘閥(fa)V2間相隔3種距(ju)離(L爲5D、10D、15D)和閥門(mén)4種開度下的(de)擾流進行試(shi)驗。試驗介質(zhì)爲油和水，流(liú)體來自離地(di)15m的溢流水槽(cáo)。試驗裝置和(hé)試驗數據如(ru)圖2所示。

　　通過(guo)試驗可知,當(dang)β=0.643、L=5D、閥開度在25%附(fu)近變化時,受(shòu)閘閥影響,流(liú)出系數最大(dà),變化約爲6%;而(ér)當β=0.77、L=5D、閥開度大(dà)于25%時,流出系(xì)數變化高達(dá)8%;當L=10D時，流出系(xì)數最大變化(huà)也約有1.7%[41。所以(yi)這一-試驗論(lùn)證了前置閘(zhá)閥開度大于(yu)25%時,各種開度(du)下當要求較(jiao)高測量精度(dù)時，L=10D尚嫌不足(zu),而不是各種(zhǒng)情況下前後(hou)直管段均爲(wei)前0~3D、後0~1D。
　　由此可(ke)知,儀表前有(yǒu)10D以上長的直(zhí)管段才有可(ke)能忽略局部(bu)阻力件對測(cè)量精度的影(yǐng)響。按照GB2624-2006的要(yao)求,當β>0.6時,孔闆(pǎn)需要長度>40D的(de)前直管段，即(jí)便允許0.5%附加(jia)誤差時,所需(xū)的前直管段(duàn)也要>13D。噴嘴所(suo)需的前直管(guan)段較孔闆短(duǎn),但長度至少(shǎo)也要>18D,與之相(xiàng)比,V形錐流量(liàng)計可以顯著(zhe)縮短直管段(duan)長度。另外，選(xuan)擇合适的β值(zhí)可以用較短(duǎn)的直管段長(zhǎng)度克服阻流(liu)件對流出系(xì)數的影響。通(tong)過試驗證明(míng),當V形錐流量(liàng)計直徑比β值(zhí)選擇0.65左右時(shi),維持流出系(xi)數不變所需(xū)的直管段長(zhǎng)度最短。
　　無論(lùn)在何種工作(zuo)條件下，所需(xū)的前後直管(guan)段分别爲0~3D和(he)0~1D,甚至不需要(yào)前後直管段(duan)的宣傳是不(bú)科學的,安裝(zhuāng)前需預留足(zu)夠長的前後(hòu)直管段。
2.2量程(chéng)比和測量精(jing)度讨論
　　在對(dui)V形錐流量計(jì)的宣傳中宣(xuān)稱其測量範(fàn)圍爲10:1,甚至更(gèng)寬,重複性0.1%,不(bú)确定度0.5%,并提(ti)供了幾個口(kou)徑的雷諾數(shù)與流出系數(shu)曲線圖,如圖(tú)3所示。在保證(zhèng)流出系數不(bu)變(即保證線(xian)性度)的情況(kuàng)下,V形錐流量(liang)計的測量範(fàn)圍并未達到(dào)10:1,除去小雷諾(nuo)數的點超差(chà),剩下的也隻(zhī)有4倍的範圍(wéi)度。在機械工(gōng)業第十三計(jì)量測試中心(xīn)站對DN50、DN100和DN300這3種(zhong)口徑20台V形錐(zhuī)流量計分别(bie)做了試驗。試(shì)驗曲線如圖(tu)3所示。

從圖3可以得(de)出以下結論(lun)
①3種口徑的流(liu)量計在量程(cheng)比10:1的範圍下(xia)均沒有做到(dào)流出系數不(bu)确定度0.5%
②流出(chu)系數是随着(zhe)雷諾數變化(huà)的，它們之間(jian)并不是簡單(dān)的線性關系(xi),按照JJG640差壓式(shì)流量計檢定(dìng)規程,在實流(liu)檢定時隻需(xū)計算出每個(gè)測量點流出(chū)系數的重複(fú)性,而不用計(jì)算整個測量(liàng)範圍内流出(chu)系數的線性(xing)度,流出系數(shù)的不确定度(du)是采用測量(liang)範圍内重複(fú)性最大的測(ce)量點來計算(suan)的。現場使用(yong)V形錐流量計(jì)時，如果隻是(shi)簡單地采用(yong)流量範圍内(nei)流出系數的(de)平均值來計(ji)量是不夠科(kē)學的,必定會(huì)帶來較大的(de)測量誤差。另(ling)外要想做到(dao)在10:1的測量範(fan)圍内達到0.5%的(de)測量精度,需(xu)要對流出系(xi)數進行分段(duan)線性化補償(chang),并且要配用(yòng)精度GAP、适當量(liang)程的 差壓變(biàn)送器 。
③V形錐流(liu)量計不适用(yòng)于DN50以下口徑(jing)。因爲口徑越(yuè)小，加工難度(du)越大,不易保(bǎo)證加工精度(du);另外口徑越(yuè)小，流出系數(shù)的離散性越(yuè)大，所以V形錐(zhui)流量計的适(shì)用口徑範圍(wéi)應爲DN100~600。在這個(gè)口徑範圍内(nei)，節流件易于(yu)保證加工精(jing)度,也便于做(zuo)到實流檢定(dìng),保證測量精(jīng)度。
④節流裝置(zhi)的測量範圍(wéi)一般爲(4~5):1,V形錐(zhui)流量計具有(you)流動調整的(de)功能,流體通(tong)過節流件時(shi)産生的漩渦(wō)小，流動較孔(kǒng)闆穩定。尤其(qi)在測量小流(liú)量時，穩定性(xìng)尤爲突出，在(zai)流量上限相(xiàng)近的情況下(xia),流量下限比(bǐ)孔闆低。所以(yi)在保證測量(liàng)上限不變的(de)情況下,盡量(liang)降低流量測(ce)量下限,并且(qiě)配用可變量(liàng)程的智能差(cha)壓變送器是(shì)可以提高測(ce)量範圍度的(de)。這也是宣稱(chēng)V形錐流量計(ji)量程比能達(da)到10:1甚至更寬(kuān)的原因。
2.3節能(néng)效果分析
　　V形(xíng)錐流量計的(de)結構具有改(gai)善流動方向(xiang)的作用,這種(zhong)流動在流體(tǐ)力學試驗中(zhong)證明可以減(jian)小甚至消除(chú)漩渦[5]。其節流(liú)件沒有銳利(li)的緣口,與孔(kǒng)闆類節流裝(zhuang)置相比具有(yǒu)減小壓損、節(jiē)能的效果。但(dan)通過試驗證(zheng)實,其永久壓(yā)力損失僅比(bǐ)孔闆稍低，所(suǒ)以V形錐流量(liàng)計并不是最(zuì)理想的節能(neng)型差壓式流(liú)量儀表。
2.4适用(yong)領域分析
　　與(yǔ)孔闆類節流(liu)裝置相比,V形(xing)錐流量計爲(wei)“邊壁收縮式(shi)”結構。當測量(liang)髒物介質時(shí),髒污不會堆(dui)積在節流件(jiàn)附近,但由于(yú)負壓取壓口(kou)開在錐體尾(wěi)部，管線較長(zhǎng)且有拐角，這(zhe)裏是髒污易(yi)積聚的區域(yu),雜質很容易(yi)進人負壓取(qu)壓管内部造(zào)成堵塞。當測(ce)量蒸汽介質(zhi)時，停氣檢修(xiū)時管道底部(bu)會存有積水(shui)。恢複通氣後(hou)，在壓力的推(tui)動下，水的波(bō)動很容易導(dao)緻管道的振(zhèn)動。流量較大(dà)時,管道振動(dong)劇烈甚至損(sun)壞節流件造(zào)成生産事故(gù)。當測量氣體(tǐ)介質時,由于(yu)在錐體的下(xia)遊産生的是(shì)高頻低幅并(bìng)成對稱分布(bù)的小漩渦，信(xìn)号噪聲非常(chang)低。在低流量(liang)、低差壓的情(qing)況下,V型錐流(liu)量計仍能保(bao)證較高的測(ce)量精度和穩(wěn)定性,因此特(te)别适合于低(di)密度、低流速(su)氣體的測量(liàng)。
　　通過以上分(fen)析可知,V形錐(zhuī)流量計适合(hé)對低流速液(yè)體介質、低密(mì)度、低流速氣(qi)體介質和低(dī)流速的蒸汽(qi)流量計量,而(er)不适宜于測(cè)量較爲髒污(wu)的介質和高(gao)流速流體介(jie)質。
2.5流出系數(shù)與可膨脹性(xìng)系數研究
　　V形(xing)錐流量計同(tong)樣遵循伯努(nu)利方程和流(liú)體連續性方(fāng)程，所以在測(cè)量不可壓縮(suo)流體時,流出(chū)系數仍可按(an)式(1)通過實流(liú)标定得到,因(yīn)V形錐流量計(jì)爲非标準節(jie)流裝置。當測(ce)量可壓縮流(liú)體時,一般采(cǎi)用雷諾數相(xiang)等的原理,在(zai)氣體試驗室(shì)或水流量試(shi)驗室标定出(chū)流出系數。由(yóu)于各種測量(liàng)介質的物性(xìng)不同,采用與(yu)測量介.質不(bú)同的介質進(jìn)行實流标定(dìng)時往往忽略(luè)了可膨脹性(xing)系數對流出(chū)系數的影響(xiǎng)。MeCROMETER公司分别給(gei)出了V形錐流(liú)量計的可膨(peng)脹性系數ε和(hé)流出系數C的(de)計算公式7-8]

3結(jie)束語
　　從安裝(zhuang)所需的前後(hou)直管段長度(dù)、量程比、壓力(lì)損失和适用(yong)領域等方面(mian),對廠家所宣(xuān)傳的V形錐流(liu)量計的優點(diǎn)做了理性、細(xi)緻的分析,希(xī)望能夠引起(qi)注意，在選用(yòng)V形錐流量計(jì)時--定要權衡(heng)其利弊,不要(yào)盲目使用。

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