會(huì)員.png)
QQ交談
您所在位置：請(qǐng)輸入產(chǎn)品關(guān)鍵字：
郵編：210018
聯(lián)系人：徐曉丹
電話：025-85717123
傳真：025-83254338
手機(jī)：15366052088
留言：發(fā)送留言
個(gè)性化：www.chipuyb.com
網(wǎng)址：www.chipuyb.com
商鋪：http://www.weixunsd.com/st260454/
插入式渦輪流量計(jì)和插入式電磁流量計(jì)實(shí)驗(yàn)性能比較
點(diǎn)擊次數(shù)：1830 發(fā)布時(shí)間：2014-5-17
一、概論
插入式流量計(jì)（ISF）是將流速檢測(cè)頭從管道預(yù)留孔插入管道，測(cè)出局部流速乘以流通面積求取流量的儀表。ISF有安裝維修方便、壓損小等優(yōu)點(diǎn)，從1980年前后開始在我國(guó)公用事業(yè)水行業(yè)中漸漸擴(kuò)大應(yīng)用于大管徑流量測(cè)量。表1所示是供水業(yè)兩個(gè)年段調(diào)查裝用流量?jī)x表品種分布，1991年和2002/2003年ISF分別占有48.3%和9.7%。又據(jù)業(yè)內(nèi)人士估計(jì)，2006年中國(guó)儀器儀表行業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)員單位生產(chǎn)點(diǎn)流速計(jì)型ISF超過(guò)2500臺(tái)，加上會(huì)員外單位生產(chǎn)和進(jìn)口，市場(chǎng)銷售臺(tái)數(shù)將超過(guò)許多，從中可以看出ISF在我國(guó)的應(yīng)用規(guī)模。
表1 我國(guó)供水業(yè)流量?jī)x表裝用品種分布（%）
序號(hào) | 品種 項(xiàng)目摘要 | 差壓式 | 電磁式 | 超聲式 | 插入式 | 均速管 | 其他 | 樣本總數(shù)(臺(tái)) | ||
文丘里管 | 孔板 | 渦輪 | 渦街 | |||||||
1 | 1991年29家大中水廠 出廠水計(jì)量① | 10.4 | 3.4 | 10.5 | 14.3 | 38.4 | 9.9 | 3.0 | 10.1 | 524 |
2 | 2002/2003年46家 大中水廠裝用② | 1.8 |
| 61.9 | 26.6 | 9.7 |
|
| 10.0 | 1900 |
資料來(lái)源：①汪光燾：城市供水2000年技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1993；②中國(guó)水協(xié)：流量?jī)x表應(yīng)用技術(shù)研討會(huì)資料匯編，2003。
ISF可分為徑流速計(jì)型和點(diǎn)流速計(jì)型兩大類，供水業(yè)較少采用徑流速計(jì)型ISF（如均速管），較多采用點(diǎn)流速計(jì)型ISF，常用品種有渦輪式和電磁式。
大管徑應(yīng)用點(diǎn)流速計(jì)型ISF的優(yōu)點(diǎn)是：
（1）安裝維修方便，可不斷流安裝和維護(hù)更換；
（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，價(jià)格低，且不與管道尺寸相關(guān)；
（3）壓損小，測(cè)量所需泵負(fù)載能耗小；
（4）一種規(guī)格流速檢測(cè)頭可用于各種管徑；
（5）有良好的用戶適應(yīng)性，除固定安裝外也適用臨時(shí)安裝與其他使用中儀表比對(duì)。
其缺點(diǎn)是：
（1）測(cè)量性能受流動(dòng)狀況即來(lái)流流速分布和旋轉(zhuǎn)度影響大，前置直管要求長(zhǎng)；
（2）準(zhǔn)確度較低，一般為±（2.5～5）%R。
ISF由于測(cè)量準(zhǔn)確度較低，一般認(rèn)為不適用于核算貿(mào)易計(jì)算，僅適用于過(guò)程監(jiān)（檢）測(cè)與控制系統(tǒng)，例如供水業(yè)原水與凝聚劑液流量配比，用ISF測(cè)大管徑原水流量，控制小管徑凝聚劑液流量。然而在20世紀(jì)80年代我國(guó)供水業(yè)出廠水原來(lái)大部分都不裝核算計(jì)量?jī)x表，在裝用計(jì)量?jī)x表初期由于當(dāng)時(shí)進(jìn)口電磁流量計(jì)價(jià)格昂貴，初創(chuàng)期國(guó)產(chǎn)電磁流量計(jì)準(zhǔn)確度低（±2.5%FS），即使ISF準(zhǔn)確度更低，比不計(jì)量還是一大進(jìn)步。因此，一度成為供水業(yè)大管徑流量測(cè)量的主導(dǎo)儀表，1991年裝用高達(dá)48%。現(xiàn)在這些使用場(chǎng)所已漸被準(zhǔn)確度為±（0.5～1）%R的電磁流量計(jì)（和超聲流量計(jì)）所替代，僅有小型水廠限于投資，仍有一部分用作核算計(jì)量。
表2 點(diǎn)流速計(jì)型ISF性能比較
比較項(xiàng)目 | 渦輪式 | 電磁式 | 渦街式 |
1.檢測(cè)頭準(zhǔn)確度 | (1.5～2.5)%R | (1.5～2.5)%R | 2.5%R或2.5%FS |
2.抗污性 | 差 | 好 | 中 |
3.下限流速(m/s) | 0.1～0.2 | 0.1 | 0.4～0.5 |
點(diǎn)流速計(jì)型ISF常用品種有渦輪式、電磁式和渦街式3種，主要性能比較如表2所示，準(zhǔn)確度渦街式較差；抗污性渦輪式因有活動(dòng)元件zui差；渦街式怕纖維纏繞，電磁式；下限流速渦街式zui差，目前供水業(yè)已很少采用渦街式。近年插入式電磁流量計(jì)已進(jìn)入和蠶食插入式渦輪流量計(jì)的傳統(tǒng)領(lǐng)地。據(jù)業(yè)內(nèi)人士估計(jì)，2006年ISF生產(chǎn)臺(tái)數(shù)電磁式已占近80%，超過(guò)渦輪式所占16%，說(shuō)明今后新裝用ISF電磁式將居于強(qiáng)勢(shì)。
關(guān)于ISF的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行性能，意大利Naples ”Federico II” 大學(xué)Furio Casceffa 等發(fā)表論文（ISA Transactions 42 (2003): 171～179），報(bào)告插入式渦輪流量計(jì)和插入式電磁流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)的性能比較，本文作扼要述評(píng)，在此之前簡(jiǎn)述ISF工作原理。
二、點(diǎn)流速計(jì)型ISF工作原理
圖1 插入式流量計(jì)測(cè)量點(diǎn)示意圖 |
點(diǎn)流速計(jì)型ISF實(shí)質(zhì)上屬封閉管道流量測(cè)量方法中的速度面積法，是單臺(tái)流速計(jì)與流速積算技術(shù)結(jié)合起來(lái)的測(cè)量方法。流速檢測(cè)頭插在管道中心位置或臨界點(diǎn)位置（見(jiàn)圖1）。管道內(nèi)流體從靜止開始流動(dòng)是層流，流速分布廓形如圖2曲線1所示，呈拋物線；流速增加流動(dòng)漸漸過(guò)渡到湍流，若管道是光滑管流速分布廓形向曲線3、4、5所示變化，流速增加（亦即雷諾數(shù)Re增大）廓形趨于扁平。然而實(shí)際工業(yè)管道是粗糙管壁，廓形則如圖2虛線2所示。1947年，Aichelson推薦臨界點(diǎn)位置離中心線位置r=0.762R，他發(fā)現(xiàn)Re在4×103～3×106之間，該位置所測(cè)得流速等于（1±0.7%）×平均流速以內(nèi)，幾乎與流速無(wú)關(guān)，對(duì)Re變化相對(duì)不敏感。zui近研究證明，臨界位置在距管壁0.242R處(略小于1/4R)或離中心線距離r=0.758R處（略大于3/4R）。
1.流量公式
檢測(cè)頭放在臨界位置和中心位置的體積流量 分別如式（1）、（2）所示：
qv=A·F0·Fi·V=A·F0·Fi·Vav (1)
qv=A·F0·Fi·Fp·V (2)
式中A——流通面積；
=f 1—層流； V—所在點(diǎn)流速； 2—湍流，糙管； Vcl—中心線流速； 3—Re=4×103，光滑管； r—所在點(diǎn)離中心線距離； 4—Re=4×104，光滑管；R—管道半徑； 5—Re=4×105，光滑管； 圖2 工業(yè)管道流速廓形 |
F0——阻塞系數(shù)，是由檢測(cè)探頭插入流體中引起流通面積減少流速微小的增加，為限制阻塞影響，ISO7145建議檢測(cè)探頭直徑d和管道直徑D之比d/D≤0.06；
F1——插入系數(shù)，補(bǔ)償插入檢測(cè)頭引起速度分布畸變影響，由實(shí)驗(yàn)求取；
Fp——分布系數(shù)，在管中心測(cè)得的流速Vcl是zui大流速，其與平均流速Vav之間的比即為Fp=（Vav/Vcl）<1；
V——所測(cè)得的局部流速，在臨界位置V=Vav，在中心位置V=Vcl。
2.體積流量的不確定度
點(diǎn)流速計(jì)型ISF所測(cè)體積流量總不確定度Uqv，除檢測(cè)頭的不確定度外，還應(yīng)包括流通面積、測(cè)量點(diǎn)位置、各系數(shù)等的不確定度。臨界位置和中心位置總不確定度分別如式（3）、（4）所示。
（3）
（4）
式中 ——流通面積，即測(cè)量管道橫截面面積的不確定度；
——局部速度測(cè)量不確定度，即檢測(cè)頭的不確定度；
——確定測(cè)量點(diǎn)（即臨界位置）的不確定度，ISO7145規(guī)定Rcrit=（0.758±0.013）R；
——檢測(cè)頭安裝位置的安裝不確定度，在中心位置時(shí)因其附近橫向速度梯度很小（也就是曲線平坦），可忽略不計(jì)；
——分布系數(shù)Fp的不確定度，與實(shí)驗(yàn)求取Fp的校驗(yàn)程序密切相關(guān)；
——求取阻塞系數(shù)的不確定度；
——求取插入系數(shù)的不確定度。
因?yàn)楣剑?）、（2）中的校正系數(shù)是Fp、Fo、Fi是由制造商實(shí)驗(yàn)求取的，其不確定度與制造商完成的校準(zhǔn)不確定度有關(guān)。因此終端用戶僅能由校準(zhǔn)決定體積流量測(cè)量的總不確定度才是zui有意義的計(jì)量學(xué)數(shù)據(jù)。
三、實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)
實(shí)驗(yàn)是利用水廠泵站附近現(xiàn)場(chǎng)DN300管道，設(shè)置如圖3所示是標(biāo)準(zhǔn)表比較法校準(zhǔn)裝置。按ISO7145要求，插入檢測(cè)頭上游直管段長(zhǎng)度L在中心位置時(shí)≥25D，在臨界位置時(shí)≥50D，因受現(xiàn)場(chǎng)條件限制只能滿足L=25D，為此裝了一套長(zhǎng)1m管束式流動(dòng)調(diào)整器。
圖3 標(biāo)準(zhǔn)表法校準(zhǔn)簡(jiǎn)圖
標(biāo)準(zhǔn)表是口徑150mm Copa-XM型滿管電磁流量計(jì)（Fischer+Porter產(chǎn)品），準(zhǔn)確度為±0.2%R，滿度流量為720m3/h。被測(cè)渦輪ISF是FLS型（Flow Level System產(chǎn)品），流速范圍0.15～3.0m/s；電磁ISF是Aquaprobe型（ABB Kent-Tayler產(chǎn)品），滿度流速3.5m/s。
調(diào)節(jié)控制閥到設(shè)定流量測(cè)量點(diǎn)，固定每次實(shí)驗(yàn)時(shí)間約1000s，盡量縮短啟-停儀表輸出記錄步驟。在臨界位置校準(zhǔn)渦輪ISF和電磁ISF的數(shù)據(jù)如圖4所示，在中心位置校準(zhǔn)電磁ISF的數(shù)據(jù)如圖5所示。
圖4 在臨界位置實(shí)驗(yàn)結(jié)果
圖5 在中心位置實(shí)驗(yàn)結(jié)果
四、討論
以本實(shí)驗(yàn)圖4、5試驗(yàn)數(shù)據(jù)可獲得以下一些信息：
（1）測(cè)量準(zhǔn)確度。電磁ISF測(cè)量誤差范圍為-2%～+2.5%，誤差帶為±2.25%；渦輪ISF誤差范圍為-6.5%～0%，誤差帶為±3.25%，在低流量區(qū)誤差較大，電磁ISF優(yōu)于渦輪ISF。但這僅是校準(zhǔn)所得的準(zhǔn)確度，實(shí)際應(yīng)用未作現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)時(shí)還應(yīng)考慮上文分析測(cè)量通道，準(zhǔn)確度還要低。
（2）重復(fù)性。電磁ISF在中心位置為0.12%～0.67%之間，在臨界位置為0.16%～0.60%之間；渦輪ISF在0.38%～1.13%之間。重復(fù)性電磁ISF優(yōu)于渦輪ISF。
（3）中心位置和臨界位置之間的比較。電磁ISF中心位置誤差范圍（-1.9%～+1%）比臨界位置誤差范圍（-2%～+2.5%）小。臨界位置測(cè)量誤差比中心位置大的原因是實(shí)際臨界位置（即平均流速位置）是隨著流量變化游移的，而檢測(cè)頭是固定的，則實(shí)際所測(cè)流速與平均流速之間的比值有些變化；而在中心位置所測(cè)流速與平均流速間比值的變化比臨界位置小。然而在大管徑實(shí)際應(yīng)用中，因中心位置安裝時(shí)插入桿成為較長(zhǎng)的懸臂梁，從機(jī)械穩(wěn)固性方面因素考慮，一般還是采用臨界位置安裝。