在工業(yè)過程控制 .流量計量及檢測中,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,由于閥體結(jié)構(gòu)的影響,將會產(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 ,而且會嚴(yán)重破壞管道中流體的流速分布,給流量計的計量性能帶來較大影響,影響流量計計量性能的準(zhǔn)確檢測。因此,調(diào)節(jié)闊流速分布研究對流量計的計量性能及其檢測具有重要的意義。通過對調(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,并對調(diào)節(jié)閥的安裝特性進(jìn)行了分析;在對調(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,指出國家標(biāo)準(zhǔn)和TEC標(biāo)準(zhǔn)對流量系數(shù)偏差規(guī)定的區(qū)別，并通過相應(yīng)計算得出管內(nèi)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)品設(shè)計中存在的不足之處。從前人的研究成果可以看出，對由于調(diào)節(jié)閥等流場擾動對渦街流量計計量性能的影響的研究還很少,因此非常有必要對此進(jìn)行研究。

本文選用易受流速分布影響的渦街流量計,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,研究了擾動后的渦街流量計流量計量性能，并取得了非常有意義的研究結(jié)果。

1. 實驗裝置及條件

利用調(diào)節(jié)閥引起的流場擾動來研究對渦街流量計計量性能產(chǎn)生影響的實驗裝置如圖 1 所示,主要由動力設(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、后直管段及標(biāo)準(zhǔn)計量系統(tǒng)等 7 部分組成。實驗時,啟動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)贛將試驗管路流量調(diào)節(jié)到所試驗的流量,待流量穩(wěn)定后,啟動換向器將水流由旁通管換入工作量器。換向器動作的同時,啟動流量標(biāo)定儀,開始記錄渦街流量計的脈沖輸出信號和計時時間。當(dāng)達(dá)到設(shè)定水量或時間時 ,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)定儀顯示的時間上和累計脈沖數(shù)。累計脈沖數(shù)除以工作量器中水的體積,即可得到渦街流量計的儀表系數(shù)。

2. 流場擾動對渦街流量計計量性能的影響

2.1 渦街流量計的儀表系數(shù)

渦街流量計第;個實驗點第/次實驗得到的儀表系數(shù)為:

式中: Kij 為第i個實驗點第j次實驗得到的系數(shù)，

(m3) -1或L-1;

Nij 個實驗點第j次實驗得到的流量計累積脈沖數(shù);

Vij為第i個實驗點第j次實驗時由標(biāo)準(zhǔn)裝置中

工作量器測得的水的實際體積,m3 或L;

i取 1,2,3，…,m,m 為第m個實驗點,m>=3;

j 取1,2,3，…nn,n 為第n實驗,n>=3。

第i 個實驗點的平均儀表系數(shù)為:

渦街流量計的平均儀表系數(shù)表示為:

式中:K 為渦街流量計的儀表系數(shù),(m3 )-1或L-1;

(Ki )max 為各實驗點得到的天中的ZUI大值(m3)-1或L-1;

(Ki) min為各實驗點得到的 乓中的ZUI小值(m3)-1 或L-1。

2. 2 渦街流量計各實驗點的儀表系數(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 , 渦街流量計安裝在調(diào)節(jié)閣后 1 倍,5

倍及 10 倍管徑上距離處各實驗點的儀表系數(shù)分布與渦街流量計在正常安裝條件下各實驗點的儀表系

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) ,各實驗點的儀表系數(shù)隨流量的增加逐漸變小,且各實驗點儀表系數(shù)的分布趨勢是基本相同的。

2) 渦街流量計在調(diào)節(jié)閥后 5 倍及 10 倍管徑距離處安裝時,各實驗點的儀表系數(shù)小于正常條件下安裝時的儀表系數(shù),其分布趨勢表現(xiàn)為隨渦街流量計距離調(diào)節(jié)閥的距離增加,各實驗點的儀表系數(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,不對稱的分布;經(jīng)過一定長度的直管段整流后,這種不規(guī)則、不對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 不對稱性好于5 倍管徑距離的的水流不規(guī)則、不對稱性) ,但仍然具有不規(guī)則、不對稱性,使得水流流過渦街流量計時,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)闊擾動在經(jīng)過一定長度的直管段整流后，形成的旋渦減少,并且不規(guī)則、不對稱性越大,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)隨渦街流量計距離調(diào)節(jié)閥的距離增加,各實驗點的儀表系數(shù)逐漸向正常條件下的儀表系數(shù)靠近的分布趨勢。

3) 在距離調(diào)節(jié)閥 10 倍管徑處, 渦街流量計各實驗點的儀表系數(shù)仍然小于正常條件下的渦街流量計各實驗點的儀表系數(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,渦街流量計各實驗點儀表系數(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,脈動比較大,流速分布極不規(guī)則,這種含有較多脈動且分布不規(guī)則的水流流過渴街流量計的三角柱形旋渦發(fā)生體時,將會嚴(yán)重影響渦街流量計旋渦的脫落,同時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,渦街流量計各實驗點儀表系數(shù)分布非常不規(guī)則。

2.3 渦街流量計平均儀表系數(shù)

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

渦街流量計各實驗點的儀表系數(shù)及其平均儀表系數(shù)的分析可以看出,調(diào)節(jié)閥流場擾動對流場條件要求較高的渦街流量計的儀表系數(shù)帶來了較大影響,從而影響流量計的計量準(zhǔn)確度。結(jié)合仿真結(jié)果,本文提出如下控制流場分布的均勻性,穩(wěn)定性及削弱流場擾動對流量計計量性能影響的方法,即在設(shè)計水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置及安裝流量計時,可以充分利用調(diào)節(jié)閥對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,使用時上游球閥全開，從則將不會對管道中的流體產(chǎn)生影響，實現(xiàn)裝置準(zhǔn)確檢測及流量計的準(zhǔn)確計量。