一、引 言
近百年来国内外不少专家、学者对弯管流量计量进行了大量的研究,但都未能获得突破性的成果。于是,寻找高精度数学模型就成为弯管流量计能否得到广泛应用的前提条件,只有这样才能使弯管流量计由系数标定法的狭小范围内走向几何检定法的广阔天地,弯管流量计工业化大规模生产和使用才能成为现实。
二、弯管流量计的原理
弯管流量计是一种差压式流量计。它是利用流体的惯性原理产生差压来测量流体流量的(如图所示)。当流体流经弯管时,由于弯管的约束作用,迫使流体在弯管内作类似的圆周运动。根据流体强制旋流理论,流体在管道内作圆周运动而产生惯性离心力,该离心力的大小与流体的流速、流体的质量(密度)以及作圆周运动的曲率半径等因素有关。
如下式:
式中V———流体的平均流速
α———综合流量系数
R/D———弯管的弯径比
P1—P2———弯管内、外侧压力差
β———指数
ρ———流体的密度
由上式可知,弯管中心曲率半径与弯管内径的比值是影响流体产生离心力大小的重要因素。流体产生的惯性离心力的大小与流体流速之间具有单一的函数关系。而离心力的大小可以通过对弯管内、外侧压力差的测量来计算确定,因此,只要测出弯管内、外侧的差压值,就可以方便地计算出管道内流体的流速,进而可以计算出管道内流体的流量值。
三、弯管流量计的基本特点及其在供热系统中的应用
供热系统的流量有其自身的特点,首先其被测对象比较单一,主要是各种品位的蒸汽和采暖用的热水等;其次对于供热系统流量测量而言,其稳定性、可靠性、准确性、适应性的要求都很高,还有对于热源这种特殊商品的计量,往往不能简单地局限于流量值大小的测定上,因为热载体品位的高低对于供热来说具有决定性的影响,因此,必须在流量测量的基础上,同时要考虑热量的测量才能真正作到准确。所有这些要求弯管流量计都能给予充分满足。下面分别介绍一下弯管流量计的基本特点:
1·结构简单
弯管传感器实质上就是一个90°标准弯头。随着弯管机械加工工业的发展和行业标准化、规范化管理的不断完善,用作弯管传感器的标准机制弯头其质量越来越好,价格也越来越低。
2·无任何附加节流件或插入件,可大大降低流体在管道内输送的动力消耗,节约能源
由于弯管流量计独特的测量原理,它没有其它流量计一般必须具备的节流件或插入件,这一特点给弯管流量计的工业化应用带来了巨大的便利和好处。对于供热系统来说,目前使用最普遍的孔板流量计的阻力损失会使供热循环水泵耗电量增加或使同样的水泵压头不能满足远端供热用户的需求,对于那些多孔板的安装系统其功率损失更大。
下表给出的数据为目前热力管网常用主管道流量范围在不同的压力损失时,孔板流量计引起的循环泵额外耗电量、电耗费用、折合标准煤量、购煤费用及单台孔板流量计在一个取暖季运行费用等数据。其中运行天数按120天计算,电价按0·35元/度计算,标准煤价按200元/吨计算。
3·弯管传感器耐磨损、且对微量磨损不敏感
传感器对磨损不敏感是保证流量计长期高精度测量的重要条件之一,这方面弯管流量计有着不可比拟的优势。弯管传感器不仅耐磨性能好,即使有轻微磨损对弯管传感器的工作性能和测量精度的影响也是极小的。因此,弯管流量计可以长期保持高精度的工作状态。
4·可测量容易脏污、堵塞传感器的流体
供热系统的循环水水质比较差,原因是在一个供暖期内循环水是反复使用而不更换(只是少量补水)的,加上防腐需求等其它原因在循环水中还要加入一些化学物质,使循环水对流量测量装置的污染影响更大。弯管传感器对于象供热循环水这样的介质,适应性是非常强的,即使是长周期的运行也能保证弯管流量计的正常工作,保证其足够的测量精度不受影响。
5·可采用直接焊接法进行安装
流量测量装置现场跑、冒、滴、漏是十分令人头痛的问题,这里包含了诸如能源和物料浪费、环保、安全、计量准确等等方面的问题,是运行、管理部门十分重视又不易彻底解决的老大难问题。流量传感器直接焊接法安装就是为解决这样的实际应用问题而产生的。弯管传感器可以满足用直接焊接法安装所必备的一切技术条件,其中它的耐磨损、免维护、长周期、高精度运行的特点使焊接法安装这一优势得到了充分的发挥,现场跑冒滴漏的麻烦得到了彻底的解决。
6·适应性强、量程范围宽,直管段要求不严格
震动、冲击对弯管传感器的正常工作几乎没有影响,而高温、高压、腐蚀对于弯管流量计来说只要采用与工艺管道相同材质的标准弯头作传感器,就可以方便地得到解决。量程范围宽,一方面是指弯管流量计的量程比可高达10∶1,它的量程范围完全可以满足不同对象的流量测量要求;另一方面是指弯管传感器的几何尺寸几乎没有限制,管径可小到几十甚至十几毫米,也可大到一米以上,只要弯管的弯径比符合规定的技术要求,它们都可以作为传感器进行流量测量。这一特点对于一般的流量传感器是不容易作到的。弯管流量计由于其特殊的测量原理使其在实际应用时对直管段的要求不严,一般只要保证不小于前5(D)、后2(D)即可。
7·测量精度高、重现性好
供热系统安装流量测量装置一般都是计量型的流量计,随着计量管理工作的深入和发展以及市场经济的启动和强化,提供准确计量服务是搞好计量管理工作的前提条件。实验证明,弯管流量计的测量精度可达到1·14%(该数值为正常工作条件下实测的系统误差的最大值)。而弯管流量计的重现性精度高达0·2%,同时弯管流量计在一次安装之后,不再需要重复拆装,因此,其安装精度也能得到最佳的保证。
四、结束语
弯管流量计所具有的高精度、无附加压力损失、量程比大、适应能力强、经济效益高等特点。必将为我国的能源建设和我国科学化计量管理事业做出贡献。
参考文献
1 李志等.工业标准弯头弯管流量计研究.计量技术,1994;(6)
2 李志等.ZLRJ—1型智能流量热量积算仪研究.区域供热,1993;(3)
3 孙淮清.流量测量方法与仪表选用讲座.自动化仪表,1997;(2)
本文作者：宋建华
