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插入式均速管畢托管流量計(jì)

 
         對冶金企業(yè)的生產(chǎn)、生活用水實(shí)行按表 計(jì)量考核管理,是節(jié)水節(jié)能工作中一個(gè)重要 環(huán)節(jié)。為了尋求較為簡便易行的水流量計(jì)量 手段,水城鋼鐵廠'自1978年以來,進(jìn)行了插入式均速管畢托管流量計(jì)的研制工作。 提出了插入式均速管畢托管流量計(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì);試制了一批口徑分別為150、200、250、 300、500mm的均速畢托管流量計(jì),其中30 余套在本廠和一些兄弟單位安裝試用。
經(jīng)過三年多來的現(xiàn)場應(yīng)用和貴州省計(jì)量 測試所對部分樣機(jī)的測試表明運(yùn)行情況良 好,計(jì)量性能達(dá)到研制設(shè)計(jì)要求,取得了初 步效果,并在1982年底鑒定,現(xiàn)在該流量計(jì) 已由水城鋼鐵廠電修廠投入試生產(chǎn)。
插入式畢托巴流量計(jì)
均速管畢托管流量計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)及適用條件如 下:
1. 主要技術(shù)指標(biāo)見表1。
2. 適用條件
工作壓力:0.3—10kgf/cm2;
水 溫:0—50迫;
7k 質(zhì):(差壓式)適用 于清水及懸浮物少于500 mg//,'無大顆粒雜質(zhì)的工 業(yè)水計(jì)量;(分 流式)只適用于清水計(jì) 量。
3. 安裝要求
(1 )表前應(yīng)有不小于10倍管徑的直 管段,表后應(yīng)有5倍管徑的直管段。
(2)均速畢托管的附件短管4 (見 后圖4)與輸水管保持垂直:。
二、
均速管畢托管流量計(jì)原理和構(gòu)造
運(yùn)用畢托管和繞流圓柱體水測速管(簡 稱水測速管)來測量水流速,具有結(jié)構(gòu)簡單 等優(yōu)點(diǎn)。但普通畢托管或水測速管一次只能 測試管道截面上某一點(diǎn)的瞬時(shí)流速。如用畢 托管來測試水流量,通常要在管道橫截面的 不同位置處分別測出若干點(diǎn)的流速,輔以均 化計(jì)算導(dǎo)出平均流速及流量。也有采用水測 速管只測管軸處最大流速值,再乘以平均流 速與最大流速之比(實(shí)驗(yàn)數(shù)),導(dǎo)出平均流 速,從而計(jì)算流量。這些方法由于測點(diǎn)多、 流量推算繁復(fù),在非穩(wěn)定流、雷諾數(shù)變化較 大時(shí),誤差也較大,故作為固定式水流量計(jì) 量器具,在生產(chǎn)上很少采用。
通過實(shí)驗(yàn),在探索分析紊流狀態(tài)時(shí)圓形 壓力輸水管內(nèi)水流速分布規(guī)律的基礎(chǔ)上,我 們將只有一對感壓孔的普通畢托管(或水測 速管)變換改造成具有多對感壓孔的均速畢 托管,達(dá)到了直接測試管道內(nèi)平均水流速的 目的(圖1)。
根據(jù)繞流原理,潛沒于水流體中的柱體 物(如圖2所示圓柱體),在一定的雷諾數(shù) (Red)變化區(qū)間內(nèi),水流沿物體表面繞 行,到達(dá)分離點(diǎn)以后,附面層脫離,物體尾

 
型 號 及 規(guī) 格 測量范圍
m3/h
參考上限差壓
mmH2O
基本誤差限
JBL—H
(差壓式)
Dgl50
Dg200
Dg250
Dg300
Dg400
Dg500
Dg600
25—200
50400
60500
100—800
160—1250
250—2000
360—3000
860
940
690
830
660
660
710
基本誤差限為流最上
限值的土 1.5%
JBL- I
(分流式)
Dgi50
Dg200
Dg250
Dg300
60—200
120—400
160—500
270—800
  基本誤差限為上限流
量值的±2.5%

 
 
 
畢托巴流量計(jì)工作原理 
A-探頭(差壓感受元件)
 
 
插入式均速管畢托管流量計(jì) 
圖2柱體在水流體中的繞流示意圖
 
部形成渦流低壓區(qū),迎、背流面間產(chǎn)生壓強(qiáng) 差A(yù)P。在5x 102<Red<2x 105區(qū)間,即在 稱之為牛頓區(qū)的渦流壓差阻力區(qū)內(nèi),壓強(qiáng)差 △P與水流速的平方根成近似線性關(guān)系。
AP = C – V – ~~ ( 1 )
插入式均速管畢托管流量計(jì) 
圖3圓柱體阻力系數(shù)曲線

 
式中-C——阻力系數(shù),牛頓區(qū)內(nèi)C近似為 常數(shù)(圖3);
V-——流體重度(kg/m3) 式(1)可寫成V=J器•!/花 (2) 即水流速與柱體迎、背流面之間壓強(qiáng)差平方 根成正比。
斷面為橋墩形的柱體探頭(即差壓感受 元件)A位于輸水管橫截面中心線上(見圖 1),探頭的迎流面和背流面各有一排(9孔) 成對稱分布的感壓孔,分別與正負(fù)導(dǎo)壓管連 通。由于輸水管內(nèi)水流體與靜止柱體探頭相
V?d 對運(yùn)動,產(chǎn)生繞流。繞流雷諾數(shù)Red = %-, 其中P為水流體運(yùn)動粘度,V為水流速。流 量計(jì)探頭迎流面上諸感壓孔承受流體全壓。 因水流速在管道直徑方向非均勻分布,故探 頭各感壓孔承受的全壓值也不相等。這些數(shù) 值不等的全壓值在正壓聯(lián)通管內(nèi)自動平衡。 平衡后正壓管內(nèi)的全壓值為P”以水柱高 Hi表示,則Fh=導(dǎo);位于渦流低壓區(qū)的背 流面感壓孔承受流體低壓,同樣,在負(fù)壓管 內(nèi)自動平衡后的低壓值為Pz,以水柱高Hz 表 7K , H 2
&——探頭后駐點(diǎn)無因次壓力,為負(fù) 值
a-a2用流速系數(shù)a表示,又因a?為負(fù) 值,須a = «1-a2 = a1 + | a2 \ 代入式(3)
式(4)與式(2)比較,物理含義相 同,a相當(dāng)于式(2)中的阻力系數(shù)C,探 頭的幾何形狀、工藝參數(shù)擇定后,a為常 數(shù)。
在常溫下,輸水■體積流量
Q = 3600- co* V (m3/h) 式中q一_輸水管橫斷面積
則 。=3600,蘭?~?J夸h
令36。。•平
必——儀表流量常數(shù)
0 = ^ ■/ h
經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明,只要感壓孔沿圓管直徑向 紊流范圍內(nèi)按一定規(guī)律分布,正負(fù)導(dǎo)壓管內(nèi) 的水壓強(qiáng)差h與管道內(nèi)平均水流速可保持以 下函數(shù)關(guān)系:
=(% 一 口2)
(m)
(3)
4流量計(jì)構(gòu)造
1 .輸水管,2.探頭,3.分流水表;4,短管,
5.正壓導(dǎo)管,6.負(fù)壓導(dǎo)管7.閘閥;8.閘閥,
9 .平衡閥;10.差壓變送器;11開方器$ 12 ,電 子電位差計(jì);13 .旋塞閥
式中 V-—輸水管內(nèi)平均水流速;
p
靜壓水頭;
%——探頭前駐點(diǎn)無因次壓力;
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插入式均速管畢托管流量計(jì)插入式均速管畢托管流量計(jì) 

4流量計(jì)構(gòu)造
1 .輸水管,2.探頭,3.分流水表;4,短管,
5.正壓導(dǎo)管,6.負(fù)壓導(dǎo)管,7.閘閥;8.閘閥,
9 .平衡閥;10.差壓變送器;11開方器$ 12 ,電 子電位差計(jì);13 .旋塞閥
 
流量Q與均速畢托管測差壓h平方根成 正比。輸水管徑一定,標(biāo)定a值(或H值), 只要測出差壓h、即可導(dǎo)出流量Q。
流量計(jì)構(gòu)造如圖4所示。探頭2插在輸 水管中,在其截面的徑向位置。探頭感受的 流量差壓信號經(jīng)導(dǎo)壓管5( + )、6(一)引出, 推動分流水表或其他形式的二次儀表進(jìn)行流 量顯示和積算。
為便于維修和定期校驗(yàn),流量計(jì)帶有管 頭0 (焊接固定在輸水管上)、旋塞閥、外套 管、盤根座等動密封止水裝置及螺桿壓入緊 固裝置,均速畢托管可在管道不停水的情況 下裝入或拆卸。
按配用不同形式的二次儀表,流量計(jì)分 分為差壓式和分流式兩種類型:
1. JBL-I型差壓式流量計(jì) 以均速 畢托管作為流量計(jì)一次傳感元件,配以差壓 變送器、電子開方器、電子電位差計(jì),或配 差壓變送器、開方積算器等DDZ系列電動單 元組合儀表,實(shí)現(xiàn)流量信號變送、轉(zhuǎn)換、顯 示、積算等目的(圖5)。
插入式均速管畢托管流量計(jì) 
圖5差壓式流量計(jì)示意圖
 
2. 分流式流量計(jì)以高靈敏 度的YST5容積式水表或電子水表及Dgl5 旋翼式水表作為分流表,指示累計(jì)水量(參 見圖4 )。將水表進(jìn)出口接頭擰在閘閥7上與 導(dǎo)壓管5、6串聯(lián),在壓差h推動下,水從探 頭迎流面感壓孔進(jìn)入正壓導(dǎo)管,通過分流表 及負(fù)壓導(dǎo)管再由探頭背流面感壓孔流出,返 回主管道。
根據(jù)測試的分流管路阻力特性,在給定 的量程范圍內(nèi),分流表通過的累計(jì)水量q與 相同時(shí)間內(nèi)輸水管通過的累計(jì)水量Q*成正 比,即
Qs-Kq K——倍率系數(shù)
通過流量檢定裝置標(biāo)定了每臺流量計(jì)的 倍率系數(shù)K,便可根據(jù)分流表秒表量q按上 式推算出相應(yīng)考核期內(nèi)輸水管過水量Q" 這種分流式流量計(jì)的特點(diǎn)在于構(gòu)造簡 單,有一定的精度。但受分流管路阻力特性 和分流表自身下限流量的制約,要求輸水管 內(nèi)平均水速不小于0.8?lm/s,為此分流 式流量計(jì)適合用于水泵揚(yáng)水量或下限流速在 0.8-lm/s以上的清水輸水管道累計(jì)水量測 試。I型和I型流量計(jì)的均速畢托管 部分結(jié)構(gòu)相同。
感壓孔在探頭上的取孔位置、孔數(shù)、孔 徑及探頭截面形狀的選擇應(yīng)考慮以下要求:
1. 在欲定的流量量程范圍內(nèi),a為足 夠準(zhǔn)確的近似常數(shù)。
2. 獲取較強(qiáng)的壓差信號,以利提高測 試靈敏度。
• 3.兼顧分流式流量計(jì)的功能需要,感 壓孔徑大小適當(dāng),具有足夠的進(jìn)出水流通面 積。
' 經(jīng)對幾種不同形狀的探頭及布孔方案試 驗(yàn)比較,最后選擇了圖1、4所示方案,探頭 迎、背向各開9個(gè)感壓孔,在士0.75R范 圍內(nèi)均勻?qū)ΨQ分布。按此方案加工制作的 Dgl50-500不同規(guī)格探頭置于相應(yīng)口徑導(dǎo) 管中,放在大口徑流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上,進(jìn)行了 系數(shù)a值的實(shí)測標(biāo)定,在流速0.355-3.265 m/s范圍內(nèi),各流量點(diǎn)a值相對誤差均在士 1.2%以內(nèi)。表1為Dg300mm規(guī)格探頭流速 系數(shù)a實(shí)測數(shù)據(jù)。
根據(jù)每臺均速管標(biāo)定的a值及使用要 求,可按下式確定配套差壓變送器上限量程 差壓值 hg(mmHzO)。
hg=6.376 x 106 .以言1– (mmHzO)
43


式中:Qg——上限流量值(m3/h);
D 輸水管內(nèi)徑(mm)


 


2 Dg300mm探頭流速系數(shù)a實(shí)測數(shù)據(jù)

序 號 平均流速
m/s
Red On 儀表流速系數(shù)
a
(Zn ^—(Z _ .
°= a %
1 0.355 9.8X104 1.660   + 1.2%
2 0.648 17.9X104 1.660   + 1.2% ,
3 1.259 34.8X10、 1.630 1.640 -0.61%
4 1.870 51.8X104 1.630 -0.61%
5 2.490 68.9X104 1.646   + 0.36%
6 3.146 87 x IO' 1.643   + 0.18%
 


 


三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及經(jīng)濟(jì)效益
為核定精度等級,委托貴州省計(jì)量測試 所將6套不同口徑規(guī)格的均速畢托管差壓式 流量計(jì),在開封流量中心站的大口徑流量標(biāo) 準(zhǔn)裝置上進(jìn)行了計(jì)量性能的測試。(標(biāo)準(zhǔn)裝 置系統(tǒng)精度為士0.2%)。實(shí)測結(jié)果表明,被 檢流量的基本誤差限均小于量程上限的士 1.5%。表3列舉了 Dg300口徑流量計(jì)的部分 測試數(shù)據(jù)。
分流式流量計(jì)的精度系用標(biāo)準(zhǔn)表法測 試,(以精度±0.5%的渦輪流量計(jì)為標(biāo)準(zhǔn) 表)。表4列舉了口徑150mm分流式流量計(jì)測 試數(shù)據(jù)。


 


3均速畢托管流量計(jì)測試記錄
型號:規(guī)格:Dg300mm 

    流量標(biāo)準(zhǔn)值 流量計(jì) 艷對誤差 上限流宜 精 度
Qi S/h) 指示流量
Qz (m3/h)
2\Q = Q2Qi
(m3/h)
Qmax
(m3/h)
AQmax »z
。一 c %
M i max
  1 90.5 89 -1.5    
2 164.9 164.6 -0.3    
3 321.2 319.7 -1.5    
4 476.2 473.9 -2.3    
5 632.7 634.6 + 1.9 800.80  
  6 800.8 796.9 -3.9   + 0.2%
6 800.6 796.9 -3.7   0.5%
5 648.3 646.7 -1.6    
4 475.8 473.9 -1.9    
3 324.5 323.3 -1.2    
2 164.1 164.6 + 0.5    
 



該流量計(jì)的特點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)效益分析如下:
1.能直接、準(zhǔn)確地反映出平均流速水 頭參數(shù)。測量探頭無活動部件,因而儀表具 有良好的復(fù)現(xiàn)性。采取多對感壓孔迎背流向 對稱布置,可獲取相當(dāng)于平均流速水頭L6 倍以上的差壓信號,有利于提高測試靈敏 度。
2. 阻力損失小。常用的測量水的孔板 差壓流量計(jì)壓力損失一般在70~120mmHg 范圍內(nèi),均速畢托管的壓力損失約為前者的 2%,可忽略不計(jì)。對于用水量大的冶金、化 工、電力等行業(yè)而言,可節(jié)約大量輸水電 耗。
3, 采用插入式結(jié)構(gòu),均速畢托管直接

 
 
序 號 流 速
(m/s)
流最標(biāo)準(zhǔn)值
6(m,/h)
分流表流量
q(m3/h)
倍率常數(shù)
K
雙檢表指示 流量Q
Q2 = kg
△Q
△Q= Qz—Qi
引用相對誤差
Qma* 0/
Qbx-Q頃
1 1.14 72.69 0.203   69.95 -2.74  
2 1.73 109.84 0.311   107.16 2*68  
3 2.67 144.33 0.415 344.58 143.00 -1.33 ±1.5%
4 2.88 182.95 0.537   185.04 + 2.09  
5 3.94 250.53 0.735   253.27 + 2.74  

插在輸水管上,可在管道不停水情況下拆卸 或裝入,便于維修及定期清洗、校驗(yàn)。.
4. 有較寬的量程比。一般^^板差壓流 量計(jì)量程比為3 : 1?4 : 1,均速畢托管差壓 式流量計(jì)可達(dá)5 : 1~8 : lo
5. 結(jié)構(gòu)簡單,無須敷設(shè)旁通管道與閥 門組,建設(shè)投資與運(yùn)行費(fèi)用明顯低于其他類 型的流量計(jì)。
6. 設(shè)計(jì)加工定型后,系數(shù)“、K值等 技術(shù)參數(shù)可按使用件進(jìn)行計(jì)算,有利于實(shí)現(xiàn)

,標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。
除上述特點(diǎn)外,均速畢托管作為水流量 計(jì)量器具也還存在一些問題有待進(jìn)一步研究 解決,如擴(kuò)大分流式流量計(jì)的測試量程比、 完善有關(guān)規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)等。

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