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插入式均速管毕托管流量计


文章日期:2019-07-27|阅读数:

 
         对冶金企业的生产、生活用水实行按表 计量考核管理,是节水节能工作中一个重要 环节。为了寻求较为简便易行的水流量计量 手段,水城钢铁厂'自1978年以来,进行了插入式均速管毕托管流量计的研制工作。 提出了插入式均速管毕托管流量计的结构设 计;试制了一批口径分别为150、200、250、 300、500mm的均速毕托管流量计,其中30 余套在本厂和一些兄弟单位安装试用。
经过三年多来的现场应用和贵州省计量 测试所对部分样机的测试表明运行情况良 好,计量性能达到研制设计要求,取得了初 步效果,并在1982年底鉴定,现在该流量计 已由水城钢铁厂电修厂投入试生产。
插入式毕托巴流量计
均速管毕托管流量计的主要技术指标及适用条件如 下:
1. 主要技术指标见表1。
2. 适用条件
工作压力:0.3—10kgf/cm2;
水 温:0—50迫;
7k 质:(差压式)适用 于清水及悬浮物少于500 mg//,'无大颗粒杂质的工 业水计量;(分 流式)只适用于清水计 量。
3. 安装要求
(1 )表前应有不小于10倍管径的直 管段,表后应有5倍管径的直管段。
(2)均速毕托管的附件短管4 (见 后图4)与输水管保持垂直:。
二、
均速管毕托管流量计原理和构造
运用毕托管和绕流圆柱体水测速管(简 称水测速管)来测量水流速,具有结构简单 等优点。但普通毕托管或水测速管一次只能 测试管道截面上某一点的瞬时流速。如用毕 托管来测试水流量,通常要在管道横截面的 不同位置处分别测出若干点的流速,辅以均 化计算导出平均流速及流量。也有采用水测 速管只测管轴处最大流速值,再乘以平均流 速与最大流速之比(实验数),导出平均流 速,从而计算流量。这些方法由于测点多、 流量推算繁复,在非稳定流、雷诺数变化较 大时,误差也较大,故作为固定式水流量计 量器具,在生产上很少采用。
通过实验,在探索分析紊流状态时圆形 压力输水管内水流速分布规律的基础上,我 们将只有一对感压孔的普通毕托管(或水测 速管)变换改造成具有多对感压孔的均速毕 托管,达到了直接测试管道内平均水流速的 目的(图1)。
根据绕流原理,潜没于水流体中的柱体 物(如图2所示圆柱体),在一定的雷诺数 (Red)变化区间内,水流沿物体表面绕 行,到达分离点以后,附面层脱离,物体尾


 
型 号 及 规 格 测量范围
m3/h
参考上限差压
mmH2O
基本误差限
JBL—H
(差压式)
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
基本误差限为流最上
限值的土 1.5%
JBL- I
(分流式)
Dgi50
Dg200
Dg250
Dg300
60—200
120—400
160—500
270—800
  基本误差限为上限流
量值的±2.5%
 
 
 
毕托巴流量计工作原理 
A-探头(差压感受元件)
 
 
 
图2柱体在水流体中的绕流示意图
 
部形成涡流低压区,迎、背流面间产生压强 差AP。在5x 102<Red<2x 105区间,即在 称之为牛顿区的涡流压差阻力区内,压强差 △P与水流速的平方根成近似线性关系。
AP = C - V - ~~ ( 1 )
 
图3圆柱体阻力系数曲线
 
式中-C——阻力系数,牛顿区内C近似为 常数(图3);
V-——流体重度(kg/m3) 式(1)可写成V=J器•!/花 (2) 即水流速与柱体迎、背流面之间压强差平方 根成正比。
断面为桥墩形的柱体探头(即差压感受 元件)A位于输水管横截面中心线上(见图 1),探头的迎流面和背流面各有一排(9孔) 成对称分布的感压孔,分别与正负导压管连 通。由于输水管内水流体与静止柱体探头相
V・d 对运动,产生绕流。绕流雷诺数Red = %-, 其中P为水流体运动粘度,V为水流速。流 量计探头迎流面上诸感压孔承受流体全压。 因水流速在管道直径方向非均匀分布,故探 头各感压孔承受的全压值也不相等。这些数 值不等的全压值在正压联通管内自动平衡。 平衡后正压管内的全压值为P”以水柱高 Hi表示,则Fh=导;位于涡流低压区的背 流面感压孔承受流体低压,同样,在负压管 内自动平衡后的低压值为Pz,以水柱高Hz 表 7K , H 2
&——探头后驻点无因次压力,为负 值
a-a2用流速系数a表示,又因a?为负 值,须a = «1-a2 = a1 + | a2 \ 代入式(3)
式(4)与式(2)比较,物理含义相 同,a相当于式(2)中的阻力系数C,探 头的几何形状、工艺参数择定后,a为常 数。
在常温下,输水■体积流量
Q = 3600- co* V (m3/h) 式中q一_输水管横断面积
则 。=3600,兰?~・J夸h
令36。。•平
必——仪表流量常数
0 = ^ ■/ h
经实验证明,只要感压孔沿圆管直径向 紊流范围内按一定规律分布,正负导压管内 的水压强差h与管道内平均水流速可保持以 下函数关系:
=(% 一 口2)
(m)
(3)
4流量计构造
1 .输水管,2.探头,3.分流水表;4,短管,
5.正压导管,6.负压导管7.闸阀;8.闸阀,
9 .平衡阀;10.差压变送器;11开方器$ 12 ,电 子电位差计;13 .旋塞阀
式中 V-—输水管内平均水流速;
p
静压水头;
%——探头前驻点无因次压力;
42
 

4流量计构造
1 .输水管,2.探头,3.分流水表;4,短管,
5.正压导管,6.负压导管7.闸阀;8.闸阀,
9 .平衡阀;10.差压变送器;11开方器$ 12 ,电 子电位差计;13 .旋塞阀
 
流量Q与均速毕托管测差压h平方根成 正比。输水管径一定,标定a值(或H值), 只要测出差压h、即可导出流量Q。
流量计构造如图4所示。探头2插在输 水管中,在其截面的径向位置。探头感受的 流量差压信号经导压管5( + )、6(一)引出, 推动分流水表或其他形式的二次仪表进行流 量显示和积算。
为便于维修和定期校验,流量计带有管 头0 (焊接固定在输水管上)、旋塞阀、外套 管、盘根座等动密封止水装置及螺杆压入紧 固装置,均速毕托管可在管道不停水的情况 下装入或拆卸。
按配用不同形式的二次仪表,流量计分 分为差压式和分流式两种类型:
1. JBL-I型差压式流量计 以均速 毕托管作为流量计一次传感元件,配以差压 变送器、电子开方器、电子电位差计,或配 差压变送器、开方积算器等DDZ系列电动单 元组合仪表,实现流量信号变送、转换、显 示、积算等目的(图5)。
 
图5差压式流量计示意图
 
2. 分流式流量计以高灵敏 度的YST5容积式水表或电子水表及Dgl5 旋翼式水表作为分流表,指示累计水量(参 见图4 )。将水表进出口接头拧在闸阀7上与 导压管5、6串联,在压差h推动下,水从探 头迎流面感压孔进入正压导管,通过分流表 及负压导管再由探头背流面感压孔流出,返 回主管道。
根据测试的分流管路阻力特性,在给定 的量程范围内,分流表通过的累计水量q与 相同时间内输水管通过的累计水量Q*成正 比,即
Qs-Kq K——倍率系数
通过流量检定装置标定了每台流量计的 倍率系数K,便可根据分流表秒表量q按上 式推算出相应考核期内输水管过水量Q" 这种分流式流量计的特点在于构造简 单,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约,要求输水管 内平均水速不小于0.8〜lm/s,为此分流 式流量计适合用于水泵扬水量或下限流速在 0.8-lm/s以上的清水输水管道累计水量测 试。I型和I型流量计的均速毕托管 部分结构相同。
感压孔在探头上的取孔位置、孔数、孔 径及探头截面形状的选择应考虑以下要求:
1. 在欲定的流量量程范围内,a为足 够准确的近似常数。
2. 获取较强的压差信号,以利提高测 试灵敏度。
• 3.兼顾分流式流量计的功能需要,感 压孔径大小适当,具有足够的进出水流通面 积。
' 经对几种不同形状的探头及布孔方案试 验比较,最后选择了图1、4所示方案,探头 迎、背向各开9个感压孔,在士0.75R范 围内均匀对称分布。按此方案加工制作的 Dgl50-500不同规格探头置于相应口径导 管中,放在大口径流量标准装置上,进行了 系数a值的实测标定,在流速0.355-3.265 m/s范围内,各流量点a值相对误差均在士 1.2%以内。表1为Dg300mm规格探头流速 系数a实测数据。
根据每台均速管标定的a值及使用要 求,可按下式确定配套差压变送器上限量程 差压值 hg(mmHzO)。
hg=6.376 x 106 .以言1-- (mmHzO)
43

式中:Qg——上限流量值(m3/h);
D 输水管内径(mm)

 

2 Dg300mm探头流速系数a实测数据
序 号 平均流速
m/s
Red On 仪表流速系数
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、实验数据及经济效益
为核定精度等级,委托贵州省计量测试 所将6套不同口径规格的均速毕托管差压式 流量计,在开封流量中心站的大口径流量标 准装置上进行了计量性能的测试。(标准装 置系统精度为士0.2%)。实测结果表明,被 检流量的基本误差限均小于量程上限的士 1.5%。表3列举了 Dg300口径流量计的部分 测试数据。
分流式流量计的精度系用标准表法测 试,(以精度±0.5%的涡轮流量计为标准 表)。表4列举了口径150mm分流式流量计测 试数据。

 

3均速毕托管流量计测试记录
型号:规格:Dg300mm 
    流量标准值 流量计 艳对误差 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    
 

该流量计的特点及经济效益分析如下:
1.能直接、准确地反映出平均流速水 头参数。测量探头无活动部件,因而仪表具 有良好的复现性。采取多对感压孔迎背流向 对称布置,可获取相当于平均流速水头L6 倍以上的差压信号,有利于提高测试灵敏 度。
2. 阻力损失小。常用的测量水的孔板 差压流量计压力损失一般在70~120mmHg 范围内,均速毕托管的压力损失约为前者的 2%,可忽略不计。对于用水量大的冶金、化 工、电力等行业而言,可节约大量输水电 耗。
3, 采用插入式结构,均速毕托管直接



 
 
序 号 流 速
(m/s)
流最标准值
6(m,/h)
分流表流量
q(m3/h)
倍率常数
K
双检表指示 流量Q
Q2 = kg
△Q
△Q= Qz—Qi
引用相对误差
Qma* 0/
Qbx-Q顷
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  
插在输水管上,可在管道不停水情况下拆卸 或装入,便于维修及定期清洗、校验。.
4. 有较宽的量程比。一般^^板差压流 量计量程比为3 : 1〜4 : 1,均速毕托管差压 式流量计可达5 : 1~8 : lo
5. 结构简单,无须敷设旁通管道与阀 门组,建设投资与运行费用明显低于其他类 型的流量计。
6. 设计加工定型后,系数“、K值等 技术参数可按使用件进行计算,有利于实现

,标准化、系列化。
除上述特点外,均速毕托管作为水流量 计量器具也还存在一些问题有待进一步研究 解决,如扩大分流式流量计的测试量程比、 完善有关规程和标准等。