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在工業(yè)過程控制 .流量計(jì)量及檢測(cè)中,廣泛使用流量調(diào)節(jié)閣來調(diào)節(jié)管道中流體(一般指水) 的流量。當(dāng)流體流過不同開度的調(diào)節(jié)閥時(shí),由于閥體結(jié)構(gòu)的影響,將會(huì)產(chǎn)生諸如旋渦 .空化,水錘及死水區(qū)等水流現(xiàn)象,這些現(xiàn)象不僅影響管道局部水頭的損失 ,而且會(huì)嚴(yán)重破壞管道中流體的流速分布,給流量計(jì)的計(jì)量性能帶來較大影響,影響流量計(jì)計(jì)量性能的準(zhǔn)確檢測(cè)。因此,調(diào)節(jié)闊流速分布研究對(duì)流量計(jì)的計(jì)量性能及其檢測(cè)具有重要的意義。通過對(duì)調(diào)節(jié)閃軒有阻力特性分析, 推導(dǎo)得到了調(diào)節(jié)閥固有阻力關(guān)系式,提出了衡量調(diào)節(jié)閥阻力的特征阻力概念,并對(duì)調(diào)節(jié)閥的安裝特性進(jìn)行了分析;在對(duì)調(diào)節(jié)閥流量特性分析的基礎(chǔ)上,討論了調(diào)節(jié)效在輸油過程中的調(diào)節(jié)性能及流量特性的畸變,并對(duì)因流量特性畸變而影響控制質(zhì)量的不利方面給出了有具體的解決措施;文獻(xiàn)討論了調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)與可調(diào)比關(guān)系,提出把可調(diào)比看作流量特性曲線的特征參數(shù),在此基礎(chǔ)上,指出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和TEC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)流量系數(shù)偏差規(guī)定的區(qū)別，并通過相應(yīng)計(jì)算得出管內(nèi)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)品設(shè)計(jì)中存在的不足之處。從前人的研究成果可以看出，對(duì)由于調(diào)節(jié)閥等流場(chǎng)擾動(dòng)對(duì)渦街流量計(jì)計(jì)量性能的影響的研究還很少,因此非常有必要對(duì)此進(jìn)行研究。

本文選用易受流速分布影響的渦街流量計(jì),分別安裝在調(diào)節(jié)閥后距離調(diào)節(jié)閥 1 倍,5 倍及 10 倍管徑處,研究了擾動(dòng)后的渦街流量計(jì)流量計(jì)量性能，并取得了非常有意義的研究結(jié)果。

1. 實(shí)驗(yàn)裝置及條件

利用調(diào)節(jié)閥引起的流場(chǎng)擾動(dòng)來研究對(duì)渦街流量計(jì)計(jì)量性能產(chǎn)生影響的實(shí)驗(yàn)裝置如圖 1 所示,主要由動(dòng)力設(shè)備水源穩(wěn)壓設(shè)備 .單座調(diào)節(jié)閥 ,前直管段 .渦街流量計(jì)、后直管段及標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量系統(tǒng)等 7 部分組成。實(shí)驗(yàn)時(shí),啟動(dòng)換向器使水流流入旁通管,關(guān)閉工作量器的放水閃 ,操作流量調(diào)節(jié)贛將試驗(yàn)管路流量調(diào)節(jié)到所試驗(yàn)的流量,待流量穩(wěn)定后,啟動(dòng)換向器將水流由旁通管換入工作量器。換向器動(dòng)作的同時(shí),啟動(dòng)流量標(biāo)定儀,開始記錄渦街流量計(jì)的脈沖輸出信號(hào)和計(jì)時(shí)時(shí)間。當(dāng)達(dá)到設(shè)定水量或時(shí)間時(shí) ,換向器換向,使水流由工作量器換向旁通管。記錄工作量器中水的體積,流量標(biāo)定儀顯示的時(shí)間上和累計(jì)脈沖數(shù)。累計(jì)脈沖數(shù)除以工作量器中水的體積,即可得到渦街流量計(jì)的儀表系數(shù)。

2. 流場(chǎng)擾動(dòng)對(duì)渦街流量計(jì)計(jì)量性能的影響

2.1 渦街流量計(jì)的儀表系數(shù)

渦街流量計(jì)第;個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)第/次實(shí)驗(yàn)得到的儀表系數(shù)為:

式中: Kij 為第i個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)第j次實(shí)驗(yàn)得到的系數(shù)，

(m3) -1或L-1;

Nij 個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)第j次實(shí)驗(yàn)得到的流量計(jì)累積脈沖數(shù);

Vij為第i個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)第j次實(shí)驗(yàn)時(shí)由標(biāo)準(zhǔn)裝置中

工作量器測(cè)得的水的實(shí)際體積,m3 或L;

i取 1,2,3，…,m,m 為第m個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn),m>=3;

j 取1,2,3，…nn,n 為第n實(shí)驗(yàn),n>=3。

第i 個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的平均儀表系數(shù)為:

渦街流量計(jì)的平均儀表系數(shù)表示為:

式中:K 為渦街流量計(jì)的儀表系數(shù),(m3 )-1或L-1;

(Ki )max 為各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)得到的天中的ZUI大值(m3)-1或L-1;

(Ki) min為各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)得到的 乓中的ZUI小值(m3)-1 或L-1。

2. 2 渦街流量計(jì)各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的儀表系數(shù)

圖2.3 分別給出了調(diào)節(jié)閃開度分別為 80% 、

1 0 0% 條件下 , 渦街流量計(jì)安裝在調(diào)節(jié)閣后 1 倍,5

倍及 10 倍管徑上距離處各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的儀表系數(shù)分布與渦街流量計(jì)在正常安裝條件下各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的儀表系

數(shù)分布比較圖。

由圖2 ,圖3 可以看出;

1) 渦街流量計(jì)在正常安裝條件下及分別在調(diào)節(jié)閥后 5 倍及 10 倍管徑距離安裝條件下(其中,調(diào)節(jié)閥的開度分別為 80% 、1 0 0% ,以下同) ,各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的儀表系數(shù)隨流量的增加逐漸變小,且各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)儀表系數(shù)的分布趨勢(shì)是基本相同的。

2) 渦街流量計(jì)在調(diào)節(jié)閥后 5 倍及 10 倍管徑距離處安裝時(shí),各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的儀表系數(shù)小于正常條件下安裝時(shí)的儀表系數(shù),其分布趨勢(shì)表現(xiàn)為隨渦街流量計(jì)距離調(diào)節(jié)閥的距離增加,各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的儀表系數(shù)逐漸向正常條件下的儀表系數(shù)靠近。這是由于水流流過調(diào)節(jié)效閥腔后,使得管道中的水流流速出現(xiàn)了不規(guī)則,不對(duì)稱的分布;經(jīng)過一定長(zhǎng)度的直管段整流后,這種不規(guī)則、不對(duì)稱的水流分布有了較大好轉(zhuǎn)(其中 10 倍管徑距離的水流不規(guī)則 不對(duì)稱性好于5 倍管徑距離的的水流不規(guī)則、不對(duì)稱性) ,但仍然具有不規(guī)則、不對(duì)稱性,使得水流流過渦街流量計(jì)時(shí),不能很好的形成旋渦,造成在相同流量下,水流經(jīng)調(diào)節(jié)闊擾動(dòng)在經(jīng)過一定長(zhǎng)度的直管段整流后，形成的旋渦減少,并且不規(guī)則、不對(duì)稱性越大,形成的旋渦越少,儀表系數(shù)也就越小; 因而出現(xiàn)了儀表系數(shù)隨渦街流量計(jì)距離調(diào)節(jié)閥的距離增加,各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的儀表系數(shù)逐漸向正常條件下的儀表系數(shù)靠近的分布趨勢(shì)。

3) 在距離調(diào)節(jié)閥 10 倍管徑處, 渦街流量計(jì)各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的儀表系數(shù)仍然小于正常條件下的渦街流量計(jì)各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的儀表系數(shù)。這一情況說明,10 倍管徑距離的直管段還不足以將調(diào)節(jié)閃擾動(dòng)后的水流整流至正常條件下的水流。

4) 在距離調(diào)節(jié)閥 1 倍管徑處,渦街流量計(jì)各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)儀表系數(shù)的線性變得非常不規(guī)則。這種情況是由于在距離調(diào)節(jié)閥 1 倍管徑處,水流流過調(diào)節(jié)效后基本未經(jīng)直管段整流,脈動(dòng)比較大,流速分布極不規(guī)則,這種含有較多脈動(dòng)且分布不規(guī)則的水流流過渴街流量計(jì)的三角柱形旋渦發(fā)生體時(shí),將會(huì)嚴(yán)重影響渦街流量計(jì)旋渦的脫落,同時(shí)還可能伴有小旋渦的產(chǎn)生。由于上述情況的存在,因而在距離調(diào)節(jié)閃1倍管徑處,渦街流量計(jì)各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)儀表系數(shù)分布非常不規(guī)則。

2.3 渦街流量計(jì)平均儀表系數(shù)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù),由式(1) ~ (3) 可以計(jì)算得到調(diào)節(jié)閃開度分別為 80% 、1 0 0% 條件下 ,渦街流量計(jì)安裝在調(diào)節(jié)降后 1 倍,5 倍及 10 倍管徑距離處各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的平均儀表系數(shù),如表1 所示。

渦街流量計(jì)各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的儀表系數(shù)及其平均儀表系數(shù)的分析可以看出,調(diào)節(jié)閥流場(chǎng)擾動(dòng)對(duì)流場(chǎng)條件要求較高的渦街流量計(jì)的儀表系數(shù)帶來了較大影響,從而影響流量計(jì)的計(jì)量準(zhǔn)確度。結(jié)合仿真結(jié)果,本文提出如下控制流場(chǎng)分布的均勻性,穩(wěn)定性及削弱流場(chǎng)擾動(dòng)對(duì)流量計(jì)計(jì)量性能影響的方法,即在設(shè)計(jì)水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置及安裝流量計(jì)時(shí),可以充分利用調(diào)節(jié)閥對(duì)上游直管段流速分布影響較小的有利條件,將用于流量調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)閥等闊門安裝在管道下游。即使需要在上游安裝閥門,可以考慮安裝與管道同徑球閃,使用時(shí)上游球閥全開，從則將不會(huì)對(duì)管道中的流體產(chǎn)生影響，實(shí)現(xiàn)裝置準(zhǔn)確檢測(cè)及流量計(jì)的準(zhǔn)確計(jì)量。