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差压式流量计
 
 
1 概 述

  差压式流量计(以下简称DPF或流量计)是根据安装于管道中流量检测件产生的差压、已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来测量流量的仪表。DPF由一次装置(检测件)和二次装置(差压转换和流量显示仪表)组成。通常以检测件的型式对DPF分类,如孔扳流量计、文丘里管流量计及均速管流量计等。二次装置为各种机械、电子、机电一体式差压计,差压变送器和流量显示及计算仪表,它已发展为三化(系列化、通用化及标准化)程度很高的种类规格庞杂的一大类仪表。差压计既可用于测量流量参数,也可测量其他参数(如压力、物位、密度等)。
  DPF按其检测件的作用原理可分为节流式、动压头式、水力阻力式、离心式、动压增益式和射流式等几大类,其中以节流式和动压头式应用最为广泛。
  节流式DPF的检测件按其标准化程度分为标准型和非标准型两大类。所谓标准节流装置是指按照标准文件设计、制造、安装和使用,无须经实流校准即可确定其流量值并估算流量测量误差,非标准节流装置是成熟程度较差,尚未列入标准文件中的检测件。
  标准型节流式DPF的发展经过漫长的过程,早在20世纪20年代,美国和欧洲即开始进行大规模的节流装置试验研究。用得最普遍的节流装置--孔板和喷嘴开始标准化。现在标准喷嘴的一种型式ISA l932喷嘴,其几何形状就是30年代标准化的,而标准孔板亦曾称为ISA l932孔板。节流装置结构形式的标准化有很深远的意义,因为只有节流装置结构形式标准化了,才有可能把国际上众多研究成果汇集到一起,它促进检测件的理论和实践向深度和广度拓展,这是其他流量计所不及的。1980年ISO(国际标准化组织)正式通过国际标准ISO 5167,至此流量测量节流装置第一个国际标准诞生了。ISO 5167总结了几十年来国际上对为数有限的几种节流装置(孔板、喷嘴和文丘里管)的理论与试验的研究成果,反映了此类检测件的当代科学与生产的技术水平。但是从ISO 5167正式颁布之日起,它就暴露出许多亟待解决的问题,这些问题主要有以下几个方面。
  1)ISO 5167试验数据的陈旧性 ISO 5167中采用的数据大多是30年代的试验结果,今天无论节流装置制造技术,流量试验设备及实验技术都有巨大的进步,重新进行系统地试验以获得更高精确度及更可靠的数据是必要的。进入80年代美国和欧洲都进行大规模的试验,为修订ISO 5167打下基础。
  2) ISO 5167中关于直管段长度规定的问题 在ISO投票通过ISO 5167时,美国投了反对票,其主要原因是对直管段长度的规定有不同意见,这个问题应是ISO 5167修订的主要问题之一。
  3) ISO 5167中各项规定的科学性问题 影响节流装置流出系数的因素特别多,主要有孔径与管径的比值β、取压装置、雷诺数、节流件安装偏心度、前后阻流件类型及直管段长度、孔板入口边缘尖锐度、管壁粗糙度、流体流动湍流度等,众多因素影响错综复杂,有的参数难以直接测量,因此标准中有些规定并非科学地确定,而是为了取得一致,不得不人为地确定。著名流量专家斯宾塞(E.A.Spencer)提出一系列应重新检讨的问题,如孔板平直度、同心度、直角边缘尖锐度、管道粗糙度、上游流速分布及流动调整器的作用等。
  4)关于节流式DPF测量精确度提高的问题 鉴于节流式DPF在流量计中占有重要地位,提高其测量精确度意义重大。历次国际学术会议认为必须使流量测量工作者、流体力学与计算机技术工作者紧密合作共同攻关才能解决此问题。
  20世纪80年代美国和欧洲开始进行大规模的孔板流量计试验研究,欧洲为欧共体实验计划(EEC Experimental Program),美国为API实验计划(API Experimental Program)。试验的目的是用现代最新测试设备及试验数据的统计处理技术进行新一轮的范围广泛的试验研究,为修订ISO 5167打下技术基础。1999年ISO发出ISO 5167的修订稿(ISO/CD 5167-1-4),该文件为委员会草案,它在技术内容与编辑上都有很大改动,是一份全新的标准。本来预定于1999年7月在美国丹佛举行的ISO/TC30/SC2会议上审查通过为DIS(标准草案),但是会议认为尚有细节问题应再商榷而未能通过。新的ISO 5167标准何时正式颁布尚不得而知。ISO 5167新标准在标准的两个核心内容皆有实质性变化,一是孔板的流出系数公式,用Reader-Harris/Gallagher计算式(R-G式)代替Stolz计算式,另一为节流装置上游侧直管段长度的规定以及流动调整器的使用等。
  我们通常称ISO 5167(GB/T2624)中所列节流装置为标准节流装置,其他的都称为非标准节流装置,应该指出,非标准节流装置不仅是指那些节流装置结构与标难节流装置相异的,如果标准节流装置在偏离标准条件下工作亦应称为非标准节流装置,例如,标准孔板在混相流或标准文丘里喷嘴在临界流下工作的都是。
  目前非标准节流装置大致有以下一些种类:
  1)低雷诺数用 1/4圆孔板,锥形入口孔板,双重孔板,双斜孔板,半圆孔板等;
  2)脏污介质用 圆缺孔板,偏心孔板,环状孔板,楔形孔板,弯管节流件等;
  3)低压损用 罗洛斯管,道尔管,道尔孔板,双重文丘里喷嘴,通用文丘里管,Vasy管等;
  4)小管径用 整体(内藏)孔板;
  5)端头节流装置 端头孔板,端头喷嘴,Borda管等;
  6)宽范围度节流装置 弹性加载可变面积可变压头流量计(线性孔板);
  7)毛细管节流件 层流流量计;
  8)脉动流节流装置;
  9)临界流节流装置 音速文丘里喷嘴;
  10)混相流节流装置。
  节流式DPF现场应用的不断拓展必然提出发展非标准节流装置的要求,十余年来ISO亦在不断制订有关非标准节流装置的技术文件,在它们不能成为正式标准之前作为技术报告发表。可以预见,今后有可能若干较为成熟的非标准节流装置会晋升为标准型的。
  20世纪90年代中后期世界范围内各式DPF销售量在流量仪表总量中台数占50%-60%(每年约百万台),金额占30%左右。我国销售台数约占流量仪表总量(不包括家用燃气表和家用水表及玻璃管浮子流量计)的35%-42%(每年6万-7万台)。

 

 

 
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