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1 V型內(nèi)錐式流量計(jì)的工作原理及特點(diǎn)
                            從分類學(xué)上講，“V”
                        型內(nèi)錐式流量計(jì)和孔板流量計(jì)都屬于差壓式流量計(jì)，遵守能量守恒定律。孔板屬于中心突然收縮式流量計(jì)，
                        “V”型內(nèi)錐則屬于邊緣逐漸收縮式。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1、圖2所示。

                                             
                            
                        從圖1中可以看出，當(dāng)流體流過(guò)孔板時(shí)會(huì)形成流體的局部收縮，在孔板下游形成幅度較大的漩渦，它會(huì)使孔板的量程比縮小，差壓信號(hào)中的噪聲增大，流量計(jì)的測(cè)量精度降低，壓損增大。另外，孔板的這種中心突然收縮的節(jié)流方式還會(huì)帶來(lái)其它不良影響：要求的上游直管過(guò)長(zhǎng)（一般20D～50D），孔板前極易積污，孔板人口邊緣極易磨損從而喪失精度，流出系數(shù)不穩(wěn)定，線性差。
                           
                        “V”型內(nèi)錐節(jié)流裝置包括一個(gè)在測(cè)量管中同軸安裝的尖圓錐體和相應(yīng)的取壓口。該測(cè)量管是預(yù)先精密加工好的，在尖圓錐體的兩端產(chǎn)生差壓。如圖2所示，P1處為正壓，P2處為負(fù)壓。圓錐體的*朝向來(lái)流，并且與尾隨面之間是一個(gè)尖銳的銳角，從而保證流體在進(jìn)入下游的低壓區(qū)之前有一個(gè)平滑的過(guò)渡區(qū)。
                           
                        由于流體不是被迫收縮到管道中心線附近，并且不再是一個(gè)阻擋物（節(jié)流件）令流體突然改變流動(dòng)方向，而是利用這種結(jié)構(gòu)新穎的內(nèi)錐式節(jié)流裝置實(shí)現(xiàn)了對(duì)流體的逐漸朝向管道內(nèi)壁的收縮（節(jié)流），使“V”型內(nèi)錐式流量計(jì)具有了一系列*的優(yōu)點(diǎn)。
                           
                        這種流量計(jì)在其節(jié)流件的下游只會(huì)產(chǎn)生高頻低幅的喘流（小渦流），因而差壓變送器所測(cè)量的差壓ΔP信號(hào)是低噪聲信號(hào)。這樣在負(fù)壓側(cè)的取壓孔處就可以測(cè)得靈敏度（分辨率）優(yōu)于2.5mm
                        水柱的壓力，從而利用一臺(tái)差壓變送器就能夠獲得很寬的量程比（大于15:1）和很好的重復(fù)性（優(yōu)于土0.1%）。
                           
                        “V”型內(nèi)錐的安裝方式使得管道中的流體在流經(jīng)該節(jié)流件時(shí)會(huì)逐漸向管壁收縮，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)流裝置的自清掃，清掃液體中的含氣或氣體中的含液以及氣、液中所含的固體顆粒，將它們吹向下游，始終確保沒(méi)有污物在流量計(jì)中沉積或堆積。同時(shí)，流體與內(nèi)錐的相互作用使得內(nèi)錐能矯正已畸變的速度分布，并能很大程度上消除漩渦二次流，起到流動(dòng)調(diào)整器的作用。由于“V”型內(nèi)錐流量計(jì)不受速度分布的影響，所以在安裝過(guò)程中可以大大減少上下游直管段長(zhǎng)度。
                            2“V”型內(nèi)錐式流量計(jì)的計(jì)算
                            
                        由于“V”型內(nèi)錐流量計(jì)仍屬于節(jié)流式差壓流量計(jì)，所以它遵循伯努利方程和流體流動(dòng)連續(xù)性方程。“V”型內(nèi)錐流量計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)的計(jì)算方法基本相似。節(jié)流式差壓流量計(jì)普遍適用的實(shí)際流量公式為：
                             
                            式中：
                            ε為被測(cè)介質(zhì)的可膨脹系數(shù)，對(duì)于液體ε=1；對(duì)于氣體、蒸汽等可壓縮流體ε<1；
                            q 為流體的體積流量，m3/s；
                            qm為流體的質(zhì)量流量，kg/s；
                            d 為工作狀況下節(jié)流件的等效開(kāi)孔直徑（對(duì)于孔板是開(kāi)孔直徑，對(duì)于“V” 錐是等效開(kāi)孔直徑），m；
                            β為等效直徑比，對(duì)于孔板：β=d/D；對(duì)于“V”型內(nèi)錐節(jié)流裝置：β=（D2-d2）0.5/D；
                            ΔP為差壓值，Pa；
                            ρ1為工作狀況下，節(jié)流件上游處流體的密度，kg/m3；
                            c 為流出系數(shù)，c=實(shí)際流量/理論流量。
                           
                        對(duì)于“V”型內(nèi)錐流量計(jì)的計(jì)算公式只需對(duì)式（1）或式（2）進(jìn)行修正即可，“V”型內(nèi)錐流量計(jì)采用等效的開(kāi)孔直徑和等效直徑比。
                              
                            式中：
                            D 為工況下測(cè)量管的內(nèi)徑，m；
                            dv為工況下錐體zui大橫截面積處圓的直徑，m。
                            液體的可膨脹系數(shù)ε=1；
                            對(duì)于氣體、蒸汽等可壓縮流體ε<1，計(jì)算公式為：
                              
                            式中：
                            k為可壓縮流體的等熵指數(shù)；
                            P1為工況下內(nèi)錐上游取壓處的靜壓，Pa。
                           
                        由于發(fā)展時(shí)間較短，“V”型內(nèi)錐流量計(jì)尚未達(dá)到很高的標(biāo)準(zhǔn)化程度，所以對(duì)于每臺(tái)“V”型內(nèi)錐流量計(jì)，如果要求流量計(jì)具有優(yōu)于土0.5%的度，流量公式中所采用的流出系數(shù)C應(yīng)在盡可能接近使用條件的標(biāo)準(zhǔn)裝置上對(duì)其進(jìn)行實(shí)流校準(zhǔn)。如果要求土1.0%的度，則只要使用廠家在出廠時(shí)的校準(zhǔn)結(jié)果即可。
                            3 “V”型內(nèi)錐式流量計(jì)和孔頓流量計(jì)的籬耗對(duì)比
                           
                        和標(biāo)準(zhǔn)孔板相比，“V”型內(nèi)錐的*壓損要小，這個(gè)特點(diǎn)使其在節(jié)能方面比標(biāo)準(zhǔn)孔板具有的*性，下面我們通過(guò)一個(gè)實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明。
                           
                        燕化公司動(dòng)力事業(yè)部負(fù)責(zé)向整個(gè)公司提供中壓、低壓蒸汽，共有標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)98套，其中由第三熱電站向化工一廠輸送中壓蒸汽的Φ400線上裝有一標(biāo)準(zhǔn)孔板，孔板的設(shè)計(jì)參數(shù)分別為：
                            流量Qmax：100t/h，Qcom：80t/h，Qmin：10t/h；
                            差壓ΔP：60kPa；
                            工作壓力（絕壓）1.7MPa；
                            工作溫度：360℃；
                            管道內(nèi)徑：406mm；
                            等熵系數(shù)k：1.289；
                            直徑比β：0.62151；
                            可膨脹系數(shù)ε：0.9919；
                            雷諾系數(shù)Remax：3819011，Recom：3055209，Remin：381901。
                           
                        實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，在用蒸汽負(fù)荷較大的冬季，經(jīng)常超量程運(yùn)行，為了能夠?qū)ζ溥M(jìn)行計(jì)量，不得不對(duì)原有孔板進(jìn)行重新計(jì)算，擴(kuò)大量程，Qmax為110t/h，差壓值ΔP為73.2kPa，而到用蒸汽負(fù)荷較低的夏季，該孔板流量計(jì)又處于下限運(yùn)行，計(jì)量精度難以保證。為了解決這個(gè)問(wèn)題，寧夏銀河儀表有限公司設(shè)計(jì)了“V”型內(nèi)錐型流量計(jì)，為盡量減少更換儀表，VNZ內(nèi)錐流量計(jì)的設(shè)計(jì)zui大差壓ΔP仍為60kPa，流量Qmax為150t/h，Qcom為65t/h，Qmin為10t/h；其參數(shù)分別為：雷諾系數(shù)：Remax為6.19×106，Recom為2.68×106，Remin：1.24×106；等效直徑比β為0.68；等效直徑dv為192.92mm。
                            下面分別計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)孔板和VNZ內(nèi)錐流量計(jì)工作時(shí)的能耗。
                            標(biāo)準(zhǔn)孔板的*壓損Δω=（1-β1.9）ΔP。
                            VNZ內(nèi)錐流量計(jì)的*壓損Δω=（1.3-1.25βv）ΔP；
                            當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)孔板工作在Qmax為100t/h時(shí)，差壓值ΔP為60kPa，則：
                            Δω=（1-β1.9）ΔP=（1-0.621511.9）×60=35.69kPa
                            當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)孔板工作在Qmax為110t/h時(shí)，差壓值ΔP為73.2kPa，則：
                            Δω=（1-β1.9）ΔP=（1-0.621511.9）73.2=43.54kPa
                            而VNZ內(nèi)錐流量計(jì)在Qmax為150t/h時(shí)，差壓值ΔP為60kPa，則：
                            Δω=（1.3-1.25βv）ΔP=（1.3-1.25×0.68）×60=27kPa
                            蒸汽質(zhì)量流量計(jì)能耗計(jì)算公式為：
                             
                            式中：
                             ΔP為永遠(yuǎn)壓損值，kPa，ΔP=Δω孔扳-Δωv錐
                             Qkph為液體或氣體（蒸汽）的質(zhì)量流量，kg/h；
                             η為泵和電機(jī)的效率（常取η=0.8）；
                             ρ1為流動(dòng)工況下，在上游取壓孔處氣體的密度，kg/m3。
                            一年下來(lái)孔板比VNZ內(nèi)錐流量計(jì)多消耗的能量為：
                            年能耗=（w/1000）（運(yùn)行時(shí)數(shù)/年）=50.361×365×24=441162kW&#8226;h
                            考慮到98套孔板，如果全部采用“V”型內(nèi)錐流量計(jì)，那么一年下來(lái)節(jié)能將是一個(gè)非常驚人的數(shù)字。
                            4 “V”型內(nèi)錐式流量計(jì)測(cè)量水井的井口流量
                           
                        燕化公司動(dòng)力事業(yè)部第三供水車(chē)間在用水井19口，2004年開(kāi)采地下水2512萬(wàn)噸，大部分水井的計(jì)量為旋翼式水表，
                        由于井口的水流量是很強(qiáng)烈的紊流，并且?guī)в泻芏嗟哪嗌澈碗s質(zhì)；另外流量檢測(cè)儀表的安裝位置靠近泵出口，直管段很短，給準(zhǔn)確計(jì)量帶來(lái)不小的困難。
                           
                        砂石碎片導(dǎo)致一次元件損壞比較嚴(yán)重，現(xiàn)場(chǎng)維修的工作量非常大。為了能夠準(zhǔn)確計(jì)量地下水的開(kāi)采量，采用“V”型內(nèi)錐式流量計(jì)替換現(xiàn)在的機(jī)械式旋翼式水表。
                           
                        VNZ流量計(jì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)決定了它能（修正）矯正已畸變的速度分布，這主要是由于流體與內(nèi)錐的相互作用。測(cè)試結(jié)果證明：“V”形內(nèi)錐有整流作用，它不但能改善速度分布還能在很大程度上消除漩渦二次流，詳見(jiàn)圖3和圖4畸變的速度分布和由內(nèi)錐造成的新的速度分布。

                            
                        由于VNZ流量計(jì)并不受速度分布的影響，因此可將這種流量計(jì)安裝在一個(gè)普通差壓式流量計(jì)無(wú)法適用的很短的直管上或很小的安裝地點(diǎn)內(nèi)。由于減少了上下游直管段及流動(dòng)調(diào)整器，安裝空間及占地面積都大大減少，因此可以使原始投資大大削簡(jiǎn)。紊流和泥沙不再對(duì)計(jì)量造成困難。
                             5 結(jié)束語(yǔ)
                           
                        從上面的分析和計(jì)算可以看出“V”型內(nèi)錐型流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)孔板的計(jì)算方法基本相似，但由于“V”型內(nèi)錐型流量計(jì)的結(jié)構(gòu)決定了其具有標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)*的優(yōu)點(diǎn)，在節(jié)能、和惡劣條件下準(zhǔn)確計(jì)量方面，“V”型內(nèi)錐型流量計(jì)尤其值得大力推廣使用，盡管目前標(biāo)準(zhǔn)化程度不如標(biāo)準(zhǔn)孔板，但其在流量測(cè)量領(lǐng)域中必然會(huì)得到廣泛的應(yīng)用。