摘要:近年來,對(duì)V 形錐流量計 的(de)宣傳越來越多(duo)，但很多宣傳不(bú)夠科學。爲了更(geng)好地認識V形錐(zhui)流量計,以試驗(yan)數據和原理探(tan)讨爲依據，從安(ān)裝所需的前後(hou)直管段長度、量(liang)程比、壓力損失(shī)、适用領域等方(fang)面對其進行了(le)理性、細緻的分(fèn)析,證實了該産(chǎn)品在生産應用(yong)中仍存在許多(duo)不足之處。
0引言(yán)
　　V形錐流量計(又(yòu)稱 内錐流量計(ji) 、V錐流量計等)是(shi)美國McCROMETER公司于20世(shì)紀80年代研制推(tui)向市場的。由于(yu)V形錐流量計獨(dú)特的結構,決定(dìng)了其具有優于(yu)孔闆流量計的(de)一些特點甲,如(rú)壓力損失較小(xiǎo)、安裝所需的前(qián)後直管段長度(du)較短、測量信号(hào)穩定等12])。但是由(yóu)于V形錐流量計(jì)屬于非标準節(jie)流裝置,生産廠(chǎng)家的結構各不(bú)相同，現場經驗(yan)及試驗數據尚(shàng)不夠充分，它的(de)性能尚未被完(wan)全掌握。結合工(gōng)作中積累的經(jing)驗、數據,對V形錐(zhui)流量計的一-些(xie)特點進行了分(fèn)析,認爲無論是(shì)使用單位,還是(shì)生産單位都應(ying)對V形錐流量計(jì)有一個理性認(rèn)識。
1工作原理
　　标(biao)準節流裝置(如(rú)孔闆、噴嘴等)的(de)最小流通面是(shì)節流件中心的(de)圓孔，流體通過(guò)時因流通面積(jī)的突然減小而(er)加速,V形錐流量(liàng)計是在管道中(zhōng)心同軸安裝-一(yi)個尖圓錐體(前(qian)錐體爲<90的銳角(jiao),後錐體爲>90的鈍(dùn)角)。其流通方式(shì)由标準節流裝(zhuāng)置的中心突然(ran)收縮式改爲管(guan)壁收縮式,流體(ti)通過V形錐節流(liú)件時，進行了二(èr)次分配。流體的(de)流動狀态由原(yuan)來的“管道中心(xīn)流速高、管壁處(chu)流速低”逐漸調(diao)整爲“靠近管壁(bi)處流速高、中間(jian)流速低”，從而具(ju)備流動調整器(qi)的效果。
V形錐流(liu)量計結構如圖(tu)1所示。

　　由圖(tu)1可知,V形錐流量(liàng)計爲“邊壁收縮(suo)式”節流裝置,正(zhèng)壓取壓孔開在(zài)測量管壁上，此(ci)處的流體還未(wei)通過節流件,負(fu)壓取壓孔開在(zai)錐體尾部。由于(yu)測量原理同樣(yàng)滿足伯努利方(fāng)程和流體流動(dòng)連續性方程,所(suo)以V形錐流量計(ji)與标準節流裝(zhuang)置的計算公式(shi)--樣。其計算公式(shì)如下3]:

　　式中:qm爲流(liu)體的質量流量(liang)，kg/h;C爲流出系數(經(jīng)過實流标定可(kě)知);ε爲可膨脹性(xìng)系數(對液體ε=1);β=db/D爲(wei)直徑比，其中d,=√D-d2爲(wei)工作條件下節(jie)流件最小截面(mian)處的等效流通(tong)直徑(d爲錐體外(wài)徑,外徑),mm;D爲工作(zuo)條件下儀表測(cè)量管的内徑,mm;△P爲(wèi)從節流件上、下(xià)遊取壓口處測(ce)取的差壓，kPa;ρ爲儀(yí)表安裝處上遊(yóu)側工作條件下(xià)的流體密度,kg/m3
2對(duì)V形錐流量計特(tè)點的分析
　　V形錐(zhui)流量計具有調(diao)整流動狀态的(de)功能,其壓力損(sǔn)失小于孔闆(試(shì)驗也證實了這(zhè)一點),測量信号(hao)比較穩定,量程(chéng)比較寬,安裝所(suo)需的前後直管(guǎn)段較短。但通，過(guo)近些年來的現(xian)場應用發現,對(duì)V形錐流量計優(you)點的介紹有些(xie)言過其實，應對(duì)這些優點進行(hang)理性分析。
2.1安裝(zhuang)所需的前後直(zhí)管段長度
　　V形錐(zhuī)流量計的節流(liu)件爲錐形結構(gou)，當流體通過節(jiē)流件時,節流件(jiàn)與管壁所形成(cheng)的環形通道面(miàn)積逐漸減小,使(shǐ)流體流速加大(da)、靜壓力降低。流(liu)體力學試驗證(zheng)明這種流型可(ke)以減小甚至消(xiao)除漩渦，相當于(yu)附加了一個流(liú)動調整器。因此(cǐ),它可以在直管(guǎn)段不夠長的情(qíng)況下,較其他節(jie)流裝置獲得較(jiao)高的精度,但所(suǒ)需的前後:直管(guǎn)段仍要視具體(ti)情況而定,且普(pǔ)遍超過“以偏概(gài)全”宣稱的前0~3D、後(hòu)0~1D。印度德裏工學(xué)院應用力學系(xì)學者曾以兩台(tai)内徑D=52mm、等效直徑(jing)比β分别爲0.643和0.77的(de)V形錐流量計爲(wèi)例,對該儀表與(yu)上遊擾動閘閥(fa)V2間相隔3種距離(lí)(L爲5D、10D、15D)和閥門4種開(kai)度下的擾流進(jìn)行試驗。試驗介(jie)質爲油和水，流(liú)體來自離地15m的(de)溢流水槽。試驗(yàn)裝置和試驗數(shù)據如圖2所示。

　　通過試(shi)驗可知,當β=0.643、L=5D、閥開(kai)度在25%附近變化(hua)時,受閘閥影響(xiǎng),流出系數最大(da),變化約爲6%;而當(dāng)β=0.77、L=5D、閥開度大于25%時(shi),流出系數變化(hua)高達8%;當L=10D時，流出(chū)系數最大變化(hua)也約有1.7%[41。所以這(zhe)一-試驗論證了(le)前置閘閥開度(dù)大于25%時,各種開(kai)度下當要求較(jiào)高測量精度時(shi)，L=10D尚嫌不足,而不(bu)是各種情況下(xià)前後直管段均(jun)爲前0~3D、後0~1D。
　　由此可(kě)知,儀表前有10D以(yǐ)上長的直管段(duan)才有可能忽略(lue)局部阻力件對(dui)測量精度的影(ying)響。按照GB2624-2006的要求(qiú),當β>0.6時,孔闆需要(yao)長度>40D的前直管(guan)段，即便允許0.5%附(fù)加誤差時,所需(xū)的前直管段也(yě)要>13D。噴嘴所需的(de)前直管段較孔(kǒng)闆短,但長度至(zhì)少也要>18D,與之相(xiàng)比,V形錐流量計(jì)可以顯著縮短(duan)直管段長度。另(ling)外，選擇合适的(de)β值可以用較短(duǎn)的直管段長度(du)克服阻流件對(dui)流出系數的影(ying)響。通過試驗證(zheng)明,當V形錐流量(liang)計直徑比β值選(xuan)擇0.65左右時,維持(chi)流出系數不變(bian)所需的直管段(duàn)長度最短。
　　無論(lùn)在何種工作條(tiao)件下，所需的前(qián)後直管段分别(bie)爲0~3D和0~1D,甚至不需(xu)要前後直管段(duàn)的宣傳是不科(kē)學的,安裝前需(xu)預留足夠長的(de)前後直管段。
2.2量(liàng)程比和測量精(jīng)度讨論
　　在對V形(xing)錐流量計的宣(xuān)傳中宣稱其測(ce)量範圍爲10:1,甚至(zhì)更寬,重複性0.1%,不(bu)确定度0.5%,并提供(gong)了幾個口徑的(de)雷諾數與流出(chu)系數曲線圖,如(rú)圖3所示。在保證(zheng)流出系數不變(biàn)(即保證線性度(du))的情況下,V形錐(zhui)流量計的測量(liang)範圍并未達到(dào)10:1,除去小雷諾數(shù)的點超差,剩下(xià)的也隻有4倍的(de)範圍度。在機械(xie)工業第十三計(ji)量測試中心站(zhan)對DN50、DN100和DN300這3種口徑(jing)20台V形錐流量計(ji)分别做了試驗(yàn)。試驗曲線如圖(tú)3所示。

從圖3可以(yǐ)得出以下結論(lun)
①3種口徑的流量(liang)計在量程比10:1的(de)範圍下均沒有(yǒu)做到流出系數(shu)不确定度0.5%
②流出(chu)系數是随着雷(léi)諾數變化的，它(tā)們之間并不是(shi)簡單的線性關(guan)系,按照JJG640差壓式(shì)流量計檢定規(gui)程,在實流檢定(dìng)時隻需計算出(chū)每個測量點流(liú)出系數的重複(fu)性,而不用計算(suan)整個測量範圍(wei)内流出系數的(de)線性度,流出系(xi)數的不确定度(dù)是采用測量範(fàn)圍内重複性最(zuì)大的測量點來(lái)計算的。現場使(shǐ)用V形錐流量計(jì)時，如果隻是簡(jiǎn)單地采用流量(liang)範圍内流出系(xì)數的平均值來(lái)計量是不夠科(ke)學的,必定會帶(dài)來較大的測量(liàng)誤差。另外要想(xiǎng)做到在10:1的測量(liàng)範圍内達到0.5%的(de)測量精度,需要(yào)對流出系數進(jìn)行分段線性化(huà)補償,并且要配(pei)用精度GAP、适當量(liàng)程的 差壓變送(sòng)器 。
③V形錐流量計(jì)不适用于DN50以下(xià)口徑。因爲口徑(jìng)越小，加工難度(du)越大,不易保證(zhèng)加工精度;另外(wài)口徑越小，流出(chu)系數的離散性(xìng)越大，所以V形錐(zhuī)流量計的适用(yòng)口徑範圍應爲(wei)DN100~600。在這個口徑範(fàn)圍内，節流件易(yì)于保證加工精(jīng)度,也便于做到(dao)實流檢定,保證(zhèng)測量精度。
④節流(liú)裝置的測量範(fàn)圍一般爲(4~5):1,V形錐(zhui)流量計具有流(liu)動調整的功能(neng),流體通過節流(liu)件時産生的漩(xuan)渦小，流動較孔(kǒng)闆穩定。尤其在(zài)測量小流量時(shi)，穩定性尤爲突(tū)出，在流量上限(xiàn)相近的情況下(xià),流量下限比孔(kong)闆低。所以在保(bao)證測量上限不(bu)變的情況下,盡(jìn)量降低流量測(cè)量下限,并且配(pei)用可變量程的(de)智能差壓變送(sòng)器是可以提高(gao)測量範圍度的(de)。這也是宣稱V形(xing)錐流量計量程(cheng)比能達到10:1甚至(zhì)更寬的原因。
2.3節(jie)能效果分析
　　V形(xing)錐流量計的結(jie)構具有改善流(liú)動方向的作用(yong),這種流動在流(liu)體力學試驗中(zhōng)證明可以減小(xiǎo)甚至消除漩渦(wō)[5]。其節流件沒有(yǒu)銳利的緣口,與(yǔ)孔闆類節流裝(zhuang)置相比具有減(jiǎn)小壓損、節能的(de)效果。但通過試(shì)驗證實,其永久(jiǔ)壓力損失僅比(bi)孔闆稍低，所以(yi)V形錐流量計并(bing)不是最理想的(de)節能型差壓式(shi)流量儀表。
2.4适用(yòng)領域分析
　　與孔(kong)闆類節流裝置(zhì)相比,V形錐流量(liàng)計爲“邊壁收縮(suō)式”結構。當測量(liang)髒物介質時,髒(zang)污不會堆積在(zai)節流件附近,但(dan)由于負壓取壓(ya)口開在錐體尾(wěi)部，管線較長且(qie)有拐角，這裏是(shi)髒污易積聚的(de)區域,雜質很容(rong)易進人負壓取(qu)壓管内部造成(cheng)堵塞。當測量蒸(zhēng)汽介質時，停氣(qi)檢修時管道底(di)部會存有積水(shui)。恢複通氣後，在(zài)壓力的推動下(xia)，水的波動很容(róng)易導緻管道的(de)振動。流量較大(dà)時,管道振動劇(ju)烈甚至損壞節(jie)流件造成生産(chǎn)事故。當測量氣(qi)體介質時,由于(yu)在錐體的下遊(yóu)産生的是高頻(pín)低幅并成對稱(chēng)分布的小漩渦(wō)，信号噪聲非常(cháng)低。在低流量、低(di)差壓的情況下(xia),V型錐流量計仍(réng)能保證較高的(de)測量精度和穩(wěn)定性,因此特别(bié)适合于低密度(du)、低流速氣體的(de)測量。
　　通過以上(shàng)分析可知,V形錐(zhui)流量計适合對(duì)低流速液體介(jie)質、低密度、低流(liu)速氣體介質和(hé)低流速的蒸汽(qi)流量計量,而不(bú)适宜于測量較(jiao)爲髒污的介質(zhi)和高流速流體(tǐ)介質。
2.5流出系數(shù)與可膨脹性系(xì)數研究
　　V形錐流(liú)量計同樣遵循(xún)伯努利方程和(he)流體連續性方(fang)程，所以在測量(liàng)不可壓縮流體(tǐ)時,流出系數仍(réng)可按式(1)通過實(shí)流标定得到,因(yin)V形錐流量計爲(wèi)非标準節流裝(zhuāng)置。當測量可壓(yā)縮流體時,一般(ban)采用雷諾數相(xiang)等的原理,在氣(qi)體試驗室或水(shuǐ)流量試驗室标(biao)定出流出系數(shu)。由于各種測量(liang)介質的物性不(bu)同,采用與測量(liàng)介.質不同的介(jie)質進行實流标(biāo)定時往往忽略(lue)了可膨脹性系(xi)數對流出系數(shù)的影響。MeCROMETER公司分(fèn)别給出了V形錐(zhui)流量計的可膨(péng)脹性系數ε和流(liú)出系數C的計算(suan)公式7-8]

3結束語
　　從(cong)安裝所需的前(qian)後直管段長度(du)、量程比、壓力損(sǔn)失和适用領域(yu)等方面,對廠家(jia)所宣傳的V形錐(zhui)流量計的優點(diǎn)做了理性、細緻(zhì)的分析,希望能(neng)夠引起注意，在(zài)選用V形錐流量(liang)計時--定要權衡(héng)其利弊,不要盲(máng)目使用。

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