摘要:近(jìn)年來,對(duì)V 形錐流(liu)量計 的(de)宣傳越(yue)來越多(duo)，但很多(duo)宣傳不(bú)夠科學(xué)。爲了更(gèng)好地認(ren)識V形錐(zhui)流量計(jì),以試驗(yan)數據和(hé)原理探(tàn)讨爲依(yī)據，從安(ān)裝所需(xū)的前後(hòu)直管段(duan)長度、量(liang)程比、壓(ya)力損失(shī)、适用領(lǐng)域等方(fang)面對其(qí)進行了(le)理性、細(xi)緻的分(fen)析,證實(shí)了該産(chǎn)品在生(shēng)産應用(yong)中仍存(cun)在許多(duō)不足之(zhi)處。
0引言(yán)
　　V形錐流(liú)量計(又(you)稱 内錐(zhui)流量計(jì) 、V錐流量(liàng)計等)是(shi)美國McCROMETER公(gōng)司于20世(shi)紀80年代(dài)研制推(tuī)向市場(chang)的。由于(yu)V形錐流(liú)量計獨(dú)特的結(jié)構,決定(dìng)了其具(ju)有優于(yú)孔闆流(liú)量計的(de)一些特(te)點甲,如(ru)壓力損(sun)失較小(xiǎo)、安裝所(suo)需的前(qián)後直管(guǎn)段長度(dù)較短、測(cè)量信号(hao)穩定等(deng)12])。但是由(yóu)于V形錐(zhuī)流量計(jì)屬于非(fēi)标準節(jiē)流裝置(zhì),生産廠(chǎng)家的結(jié)構各不(bú)相同，現(xian)場經驗(yan)及試驗(yan)數據尚(shang)不夠充(chōng)分，它的(de)性能尚(shang)未被完(wán)全掌握(wò)。結合工(gong)作中積(ji)累的經(jing)驗、數據(jù),對V形錐(zhuī)流量計(ji)的一-些(xiē)特點進(jin)行了分(fèn)析,認爲(wèi)無論是(shi)使用單(dān)位,還是(shi)生産單(dan)位都應(ying)對V形錐(zhuī)流量計(jì)有一個(gè)理性認(ren)識。
1工作(zuo)原理
　　标(biāo)準節流(liu)裝置(如(ru)孔闆、噴(pen)嘴等)的(de)最小流(liu)通面是(shi)節流件(jiàn)中心的(de)圓孔，流(liú)體通過(guò)時因流(liú)通面積(jī)的突然(rán)減小而(ér)加速,V形(xíng)錐流量(liang)計是在(zai)管道中(zhōng)心同軸(zhou)安裝-一(yi)個尖圓(yuán)錐體(前(qian)錐體爲(wei)<90的銳角(jiǎo),後錐體(ti)爲>90的鈍(dùn)角)。其流(liú)通方式(shì)由标準(zhǔn)節流裝(zhuāng)置的中(zhong)心突然(rán)收縮式(shì)改爲管(guan)壁收縮(suō)式,流體(ti)通過V形(xíng)錐節流(liu)件時，進(jin)行了二(er)次分配(pei)。流體的(de)流動狀(zhuàng)态由原(yuán)來的“管(guan)道中心(xīn)流速高(gāo)、管壁處(chù)流速低(di)”逐漸調(diao)整爲“靠(kào)近管壁(bì)處流速(sù)高、中間(jian)流速低(di)”，從而具(jù)備流動(dòng)調整器(qi)的效果(guo)。
V形錐流(liú)量計結(jie)構如圖(tu)1所示。

　　由圖(tu)1可知,V形(xíng)錐流量(liang)計爲“邊(biān)壁收縮(suō)式”節流(liú)裝置,正(zheng)壓取壓(ya)孔開在(zai)測量管(guǎn)壁上，此(ci)處的流(liú)體還未(wèi)通過節(jiē)流件,負(fu)壓取壓(yā)孔開在(zài)錐體尾(wei)部。由于(yú)測量原(yuán)理同樣(yàng)滿足伯(bó)努利方(fāng)程和流(liú)體流動(dòng)連續性(xìng)方程,所(suo)以V形錐(zhui)流量計(ji)與标準(zhun)節流裝(zhuāng)置的計(ji)算公式(shì)--樣。其計(ji)算公式(shi)如下3]:

　　式(shi)中:qm爲流(liu)體的質(zhì)量流量(liàng)，kg/h;C爲流出(chu)系數(經(jing)過實流(liú)标定可(ke)知);ε爲可(kě)膨脹性(xìng)系數(對(dui)液體ε=1);β=db/D爲(wèi)直徑比(bi)，其中d,=√D-d2爲(wèi)工作條(tiáo)件下節(jie)流件最(zuì)小截面(mian)處的等(děng)效流通(tong)直徑(d爲(wei)錐體外(wai)徑,外徑(jìng)),mm;D爲工作(zuò)條件下(xia)儀表測(cè)量管的(de)内徑,mm;△P爲(wei)從節流(liu)件上、下(xia)遊取壓(yā)口處測(ce)取的差(cha)壓，kPa;ρ爲儀(yi)表安裝(zhuang)處上遊(you)側工作(zuo)條件下(xia)的流體(ti)密度,kg/m3
2對(dui)V形錐流(liu)量計特(te)點的分(fèn)析
　　V形錐(zhuī)流量計(ji)具有調(diào)整流動(dòng)狀态的(de)功能,其(qi)壓力損(sǔn)失小于(yu)孔闆(試(shì)驗也證(zheng)實了這(zhè)一點),測(ce)量信号(hao)比較穩(wen)定,量程(cheng)比較寬(kuan),安裝所(suǒ)需的前(qián)後直管(guan)段較短(duan)。但通，過(guò)近些年(nian)來的現(xiàn)場應用(yong)發現,對(duì)V形錐流(liu)量計優(you)點的介(jie)紹有些(xiē)言過其(qi)實，應對(duì)這些優(you)點進行(hang)理性分(fen)析。
2.1安裝(zhuang)所需的(de)前後直(zhí)管段長(zhǎng)度
　　V形錐(zhuī)流量計(ji)的節流(liu)件爲錐(zhuī)形結構(gòu)，當流體(tǐ)通過節(jie)流件時(shí),節流件(jiàn)與管壁(bì)所形成(chéng)的環形(xing)通道面(miàn)積逐漸(jiàn)減小,使(shi)流體流(liu)速加大(dà)、靜壓力(lì)降低。流(liu)體力學(xué)試驗證(zhèng)明這種(zhǒng)流型可(kě)以減小(xiao)甚至消(xiao)除漩渦(wō)，相當于(yu)附加了(le)一個流(liu)動調整(zhěng)器。因此(cǐ),它可以(yi)在直管(guǎn)段不夠(gòu)長的情(qing)況下,較(jiao)其他節(jiē)流裝置(zhi)獲得較(jiào)高的精(jīng)度,但所(suo)需的前(qian)後:直管(guǎn)段仍要(yào)視具體(tǐ)情況而(ér)定,且普(pǔ)遍超過(guò)“以偏概(gai)全”宣稱(cheng)的前0~3D、後(hou)0~1D。印度德(de)裏工學(xue)院應用(yòng)力學系(xì)學者曾(ceng)以兩台(tai)内徑D=52mm、等(deng)效直徑(jing)比β分别(bié)爲0.643和0.77的(de)V形錐流(liu)量計爲(wèi)例,對該(gāi)儀表與(yu)上遊擾(rao)動閘閥(fa)V2間相隔(ge)3種距離(li)(L爲5D、10D、15D)和閥(fá)門4種開(kāi)度下的(de)擾流進(jin)行試驗(yan)。試驗介(jiè)質爲油(you)和水，流(liu)體來自(zì)離地15m的(de)溢流水(shuǐ)槽。試驗(yàn)裝置和(hé)試驗數(shù)據如圖(tu)2所示。

　　通過試(shi)驗可知(zhi),當β=0.643、L=5D、閥開(kāi)度在25%附(fu)近變化(hua)時,受閘(zha)閥影響(xiǎng),流出系(xì)數最大(dà),變化約(yue)爲6%;而當(dang)β=0.77、L=5D、閥開度(dù)大于25%時(shi),流出系(xì)數變化(hua)高達8%;當(dang)L=10D時，流出(chū)系數最(zuì)大變化(huà)也約有(you)1.7%[41。所以這(zhe)一-試驗(yàn)論證了(le)前置閘(zhá)閥開度(du)大于25%時(shí),各種開(kai)度下當(dang)要求較(jiao)高測量(liàng)精度時(shi)，L=10D尚嫌不(bu)足,而不(bú)是各種(zhong)情況下(xià)前後直(zhí)管段均(jun)爲前0~3D、後(hou)0~1D。
　　由此可(kě)知,儀表(biǎo)前有10D以(yi)上長的(de)直管段(duàn)才有可(kě)能忽略(lue)局部阻(zu)力件對(dui)測量精(jīng)度的影(yǐng)響。按照(zhào)GB2624-2006的要求(qiú),當β>0.6時,孔(kong)闆需要(yào)長度>40D的(de)前直管(guan)段，即便(biàn)允許0.5%附(fù)加誤差(cha)時,所需(xū)的前直(zhí)管段也(yě)要>13D。噴嘴(zui)所需的(de)前直管(guǎn)段較孔(kong)闆短,但(dàn)長度至(zhi)少也要(yào)>18D,與之相(xiang)比,V形錐(zhui)流量計(ji)可以顯(xian)著縮短(duǎn)直管段(duan)長度。另(ling)外，選擇(ze)合适的(de)β值可以(yi)用較短(duan)的直管(guan)段長度(du)克服阻(zǔ)流件對(duì)流出系(xi)數的影(ying)響。通過(guò)試驗證(zheng)明,當V形(xing)錐流量(liàng)計直徑(jìng)比β值選(xuǎn)擇0.65左右(yòu)時,維持(chi)流出系(xi)數不變(biàn)所需的(de)直管段(duàn)長度最(zui)短。
　　無論(lùn)在何種(zhong)工作條(tiao)件下，所(suǒ)需的前(qian)後直管(guan)段分别(bié)爲0~3D和0~1D,甚(shèn)至不需(xū)要前後(hòu)直管段(duan)的宣傳(chuán)是不科(ke)學的,安(ān)裝前需(xū)預留足(zu)夠長的(de)前後直(zhí)管段。
2.2量(liàng)程比和(hé)測量精(jīng)度讨論(lùn)
　　在對V形(xing)錐流量(liang)計的宣(xuan)傳中宣(xuan)稱其測(cè)量範圍(wei)爲10:1,甚至(zhi)更寬,重(zhong)複性0.1%,不(bú)确定度(du)0.5%,并提供(gong)了幾個(ge)口徑的(de)雷諾數(shù)與流出(chu)系數曲(qǔ)線圖,如(rú)圖3所示(shì)。在保證(zhèng)流出系(xì)數不變(biàn)(即保證(zheng)線性度(du))的情況(kuàng)下,V形錐(zhui)流量計(jì)的測量(liàng)範圍并(bing)未達到(dào)10:1,除去小(xiao)雷諾數(shu)的點超(chao)差,剩下(xia)的也隻(zhī)有4倍的(de)範圍度(du)。在機械(xie)工業第(di)十三計(jì)量測試(shi)中心站(zhan)對DN50、DN100和DN300這(zhe)3種口徑(jing)20台V形錐(zhui)流量計(ji)分别做(zuò)了試驗(yan)。試驗曲(qǔ)線如圖(tu)3所示。

從(cóng)圖3可以(yi)得出以(yi)下結論(lun)
①3種口徑(jing)的流量(liàng)計在量(liàng)程比10:1的(de)範圍下(xia)均沒有(yǒu)做到流(liu)出系數(shù)不确定(ding)度0.5%
②流出(chū)系數是(shi)随着雷(lei)諾數變(biàn)化的，它(ta)們之間(jiān)并不是(shì)簡單的(de)線性關(guan)系,按照(zhào)JJG640差壓式(shì)流量計(jì)檢定規(guī)程,在實(shí)流檢定(ding)時隻需(xu)計算出(chu)每個測(cè)量點流(liu)出系數(shu)的重複(fu)性,而不(bú)用計算(suàn)整個測(ce)量範圍(wei)内流出(chu)系數的(de)線性度(du),流出系(xì)數的不(bú)确定度(du)是采用(yong)測量範(fan)圍内重(zhòng)複性最(zui)大的測(ce)量點來(lái)計算的(de)。現場使(shi)用V形錐(zhuī)流量計(ji)時，如果(guo)隻是簡(jian)單地采(cai)用流量(liàng)範圍内(nei)流出系(xì)數的平(píng)均值來(lái)計量是(shì)不夠科(kē)學的,必(bi)定會帶(dài)來較大(da)的測量(liàng)誤差。另(lìng)外要想(xiang)做到在(zài)10:1的測量(liang)範圍内(nèi)達到0.5%的(de)測量精(jīng)度,需要(yao)對流出(chu)系數進(jin)行分段(duàn)線性化(huà)補償,并(bìng)且要配(pei)用精度(dù)GAP、适當量(liang)程的 差(chà)壓變送(song)器 。
③V形錐(zhui)流量計(jì)不适用(yong)于DN50以下(xia)口徑。因(yīn)爲口徑(jing)越小，加(jiā)工難度(du)越大,不(bú)易保證(zhèng)加工精(jing)度;另外(wai)口徑越(yue)小，流出(chū)系數的(de)離散性(xìng)越大，所(suǒ)以V形錐(zhui)流量計(ji)的适用(yòng)口徑範(fàn)圍應爲(wèi)DN100~600。在這個(ge)口徑範(fàn)圍内，節(jie)流件易(yi)于保證(zhèng)加工精(jing)度,也便(bian)于做到(dao)實流檢(jiǎn)定,保證(zhèng)測量精(jīng)度。
④節流(liú)裝置的(de)測量範(fàn)圍一般(ban)爲(4~5):1,V形錐(zhuī)流量計(ji)具有流(liu)動調整(zhěng)的功能(neng),流體通(tōng)過節流(liu)件時産(chǎn)生的漩(xuan)渦小，流(liu)動較孔(kong)闆穩定(ding)。尤其在(zai)測量小(xiǎo)流量時(shí)，穩定性(xing)尤爲突(tu)出，在流(liú)量上限(xian)相近的(de)情況下(xià),流量下(xia)限比孔(kǒng)闆低。所(suǒ)以在保(bao)證測量(liang)上限不(bú)變的情(qíng)況下,盡(jìn)量降低(di)流量測(cè)量下限(xiàn),并且配(pei)用可變(bian)量程的(de)智能差(chà)壓變送(song)器是可(kě)以提高(gao)測量範(fàn)圍度的(de)。這也是(shi)宣稱V形(xing)錐流量(liang)計量程(chéng)比能達(dá)到10:1甚至(zhì)更寬的(de)原因。
2.3節(jie)能效果(guo)分析
　　V形(xing)錐流量(liàng)計的結(jié)構具有(you)改善流(liú)動方向(xiàng)的作用(yòng),這種流(liú)動在流(liú)體力學(xue)試驗中(zhong)證明可(kě)以減小(xiǎo)甚至消(xiao)除漩渦(wō)[5]。其節流(liú)件沒有(yǒu)銳利的(de)緣口,與(yǔ)孔闆類(lèi)節流裝(zhuang)置相比(bǐ)具有減(jiǎn)小壓損(sǔn)、節能的(de)效果。但(dan)通過試(shì)驗證實(shí),其永久(jiu)壓力損(sǔn)失僅比(bi)孔闆稍(shāo)低，所以(yi)V形錐流(liu)量計并(bing)不是最(zui)理想的(de)節能型(xing)差壓式(shi)流量儀(yi)表。
2.4适用(yòng)領域分(fen)析
　　與孔(kǒng)闆類節(jiē)流裝置(zhi)相比,V形(xíng)錐流量(liàng)計爲“邊(biān)壁收縮(suō)式”結構(gou)。當測量(liàng)髒物介(jie)質時,髒(zang)污不會(huì)堆積在(zai)節流件(jian)附近,但(dàn)由于負(fu)壓取壓(ya)口開在(zai)錐體尾(wei)部，管線(xian)較長且(qie)有拐角(jiǎo)，這裏是(shì)髒污易(yi)積聚的(de)區域,雜(zá)質很容(rong)易進人(rén)負壓取(qu)壓管内(nei)部造成(cheng)堵塞。當(dāng)測量蒸(zheng)汽介質(zhì)時，停氣(qi)檢修時(shi)管道底(di)部會存(cún)有積水(shui)。恢複通(tōng)氣後，在(zai)壓力的(de)推動下(xià)，水的波(bō)動很容(rong)易導緻(zhi)管道的(de)振動。流(liu)量較大(dà)時,管道(dao)振動劇(ju)烈甚至(zhì)損壞節(jiē)流件造(zào)成生産(chan)事故。當(dang)測量氣(qi)體介質(zhi)時,由于(yu)在錐體(ti)的下遊(yóu)産生的(de)是高頻(pin)低幅并(bing)成對稱(chēng)分布的(de)小漩渦(wo)，信号噪(zao)聲非常(cháng)低。在低(dī)流量、低(di)差壓的(de)情況下(xia),V型錐流(liu)量計仍(reng)能保證(zhèng)較高的(de)測量精(jing)度和穩(wěn)定性,因(yin)此特别(bie)适合于(yú)低密度(dù)、低流速(sù)氣體的(de)測量。
　　通(tōng)過以上(shàng)分析可(ke)知,V形錐(zhui)流量計(ji)适合對(duì)低流速(sù)液體介(jie)質、低密(mì)度、低流(liú)速氣體(ti)介質和(he)低流速(su)的蒸汽(qi)流量計(ji)量,而不(bú)适宜于(yu)測量較(jiào)爲髒污(wu)的介質(zhi)和高流(liú)速流體(ti)介質。
2.5流(liú)出系數(shu)與可膨(péng)脹性系(xi)數研究(jiu)
　　V形錐流(liu)量計同(tóng)樣遵循(xún)伯努利(li)方程和(he)流體連(lián)續性方(fāng)程，所以(yǐ)在測量(liàng)不可壓(ya)縮流體(ti)時,流出(chū)系數仍(réng)可按式(shì)(1)通過實(shí)流标定(dìng)得到,因(yīn)V形錐流(liú)量計爲(wèi)非标準(zhun)節流裝(zhuāng)置。當測(cè)量可壓(yā)縮流體(tǐ)時,一般(ban)采用雷(lei)諾數相(xiàng)等的原(yuán)理,在氣(qi)體試驗(yan)室或水(shuǐ)流量試(shì)驗室标(biao)定出流(liú)出系數(shù)。由于各(ge)種測量(liang)介質的(de)物性不(bú)同,采用(yong)與測量(liang)介.質不(bu)同的介(jiè)質進行(háng)實流标(biao)定時往(wǎng)往忽略(lue)了可膨(peng)脹性系(xì)數對流(liu)出系數(shu)的影響(xiǎng)。MeCROMETER公司分(fen)别給出(chu)了V形錐(zhuī)流量計(jì)的可膨(péng)脹性系(xi)數ε和流(liu)出系數(shu)C的計算(suàn)公式7-8]

3結(jié)束語
　　從(cóng)安裝所(suǒ)需的前(qian)後直管(guǎn)段長度(dù)、量程比(bǐ)、壓力損(sun)失和适(shì)用領域(yù)等方面(miàn),對廠家(jiā)所宣傳(chuán)的V形錐(zhui)流量計(ji)的優點(dian)做了理(li)性、細緻(zhì)的分析(xi),希望能(néng)夠引起(qǐ)注意，在(zài)選用V形(xíng)錐流量(liang)計時--定(dìng)要權衡(héng)其利弊(bi),不要盲(mang)目使用(yong)。

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