變徑整流器在氧氣流量計（jì）的流量（liàng）測（cè）量中的作用及（jí）應用介紹

一、概述
在管道類的流量測量過程中，管路中液（yè）體流速分布不均勻（yún）和旋（xuán）混流（liú）的（de）存在，是一些流量計（jì）(主要是速度式流量計) 測量精（jīng）度（dù）、運行穩定性差的主（zhǔ）要原因（yīn），尤其是（shì）氧氣流量計，孔板流量計（jì），差壓（yā）式流量（liàng）計和旋進旋渦，對此因素對於流量（liàng）計測量效果（guǒ）的影響*為嚴重，所以現在的旋進旋渦流量計都是自帶的整流器，而引起管道（dào） 中液體流速不均和旋渦流的原因，是由於（yú）流量計上遊管路存在諸如管線結（jié）構、閥、泵（bèng） 、接頭不（bú）同心或焊接毛邊、墊（diàn）片突出（chū）管路內等其他障（zhàng）礙因（yīn）素。為了克服管道中（zhōng）存在的 流速分布不均，並消除旋渦流，在上遊部分的管（guǎn）道內裝入一束導管組成(或其他元件) 整流器。這是安裝整流器的原因。整流器也是流（liú）量計量係統中一個主要的附屬設備。
傳統的流體整流器經長期的研究與實踐（jiàn）已趨於成熟（shú），它一般采用阻隔體（tǐ）分（fèn）隔流道來調整管道內的速度分布，以達到整流（liú）的目的；這一類整流器（qì）主要用於實驗室和流量標定係統。但這種方法易引起汙物堵（dǔ）塞和增加阻力損失，所以在工業管道上很少采用。
氧氣流量計由於其獨特的性能，一直受（shòu）到人（rén）們重（chóng）視，並己到了廣泛的應（yīng）用，但仍有（yǒu）兩（liǎng）個方麵的問（wèn）題困擾著人們，一是由於儀（yí）表（biǎo）上（shàng）遊管道阻流件的（de）幹擾（rǎo），流場發生畸變（biàn），影響（xiǎng）旋渦正常撥離。為了克服流場擾動，儀表前需要配裝較長直管道（dào）(一般為15~40倍的工藝管內（nèi）徑的長度)，而在實際現（xiàn）場是很（hěn）難滿足的。二是，氧氣流量計主要特點之一是量程寬，一般（bān）在10：1左（zuǒ）右，應該說這樣寬的測量範圍應屬比較優良的性能，但（dàn）在實際工業應用中，*大流量遠低於儀表的（de）上限值（zhí），*小流量又往往會低於儀表的下限值，一些儀表經常工作在下限流量附近，造成儀表的計量準確度下降，這時信號較弱，儀表的抗幹擾能力也下（xià）降。為了（le）測量小（xiǎo）流（liú）量，人們往（wǎng）往采用內腔形狀為園台的傳統變徑管，經過縮（suō）徑提高測量處的流速。使氧氣流量（liàng）計（jì）工作在正常流（liú）速範圍內，但這種變徑方（fāng）式，結構尺寸大(一般長度（dù）為工藝管（guǎn）內徑的3~5倍)，同時（shí），由於流體流經變徑管，在變徑處（chù）產生大量旋轉（zhuǎn）流團，增大局（jú）部阻力損失（shī），也使（shǐ）流場發生畸變（biàn）。所以必須在變徑（jìng）管與儀表之間加裝大於15倍工藝管內徑長度的（de）直管道（dào）進行整流，且增加了沿程阻力損失(如圖1所示)，這種（zhǒng）方法增加施工成本（běn），也給加（jiā）工、安裝帶來不便。

縱端麵采用特殊形線的變徑整流器(己申報****)，具有（yǒu）整流，提高流速及改變流速分布的多重作用，其結構尺寸小，長度僅為工藝管內徑的1/3，可以直接卡裝在儀表的兩端，不僅不需要另外附加直管道，而且可以降低儀表對上遊直管道的要求。實驗表明：儀表上遊阻力（lì）件為一個平麵內的兩個（gè）90°彎頭 在一般情況下，氧氣（qì）流量計上遊側應加裝大於20倍管道內徑長度（dù）的直管道，而氧氣流量計加裝了變徑整（zhěng）流器大大降低了對（duì）上遊測直管道長度的要求，其阻力遠（yuǎn）遠小於（yú）傳統的（de）變徑管。更主（zhǔ）要的是，可使下限流速降為原來的1/3，量程比提高到15：1以（yǐ）上。
二、原理及分析
*先（xiān）應該（gāi）指出，傳統的變徑管可以（yǐ）經過（guò）縮徑（jìng），並配以較（jiào）小口徑的（de）流量計（jì）來達到測量小流（liú）量的目的，但是這種方法不可能擴大儀（yí）表（biǎo）的量（liàng）程比，因為它並末改變管道的流速分布狀態。我們知道，氧氣流量（liàng）計的理論及推導是基於在無窮大的均勻流場中得到的，而在實際封閉圓管中，卻是非均勻流場，橫斷麵的流速分布是一回轉拋物麵，雖然選擇合理的柱型（xíng），使柱體兩側弓形（xíng）麵（miàn）的流速分布均勻，但（dàn）實際上，工藝（yì）管道上（shàng）回轉拋物麵（miàn）的流速分布的影響是客觀存在的。實驗表明在比較大的流量時，這個影響較小，或說這個影響在允許的範圍內；但隨著流量的下降，這個影響越來越大，從大量標定數據看（kàn），儀表常數總是隨（suí）著（zhe）流量的減小而增（zēng）大。這說明取樣點的流速與平均流速差異越來越大。
采用了（le）變徑整流器後（見圖2），由於縮（suō）經斷麵的流速在逐漸增大（dà），在斷麵（miàn）上各點流速的增加是不一樣的，靠近中心流速增加小，而靠近喉徑邊沿處流速增加大。
設整流器進口（kǒu）處壓力為P1，平均流速為V1，某點上的速度不均勻度為（wéi）U1，出口處壓力為P2，平均流速為V2，通過進口處某點同（tóng）**線，在出口處的速度不均勻度為U2，沿該流線，由伯努利方程得：


由式（shì）（6）可見，收縮比對（duì）出口處流速均勻度（dù）的影響，即（jí）對於一定的進口速度不均勻度，
出口處的速度不均勻度將縮小n2倍。因此出口（kǒu）處流速趨（qū）於均勻，更接近氧氣流（liú）量計理論的均勻（yún）流場的（de）條件，不僅使漩渦（wō）趨於穩定，且提高了儀表的測量範圍。另外，這種變徑整流器，在流體動能的轉換過程中有（yǒu）效的抑（yì）製了幹擾（rǎo）。
三、實驗驗正
例1：一台口徑為40mm的氧氣流量計安裝在φ40的（de）工藝管道上（shàng），標定滿足精度（dù）1%的（de）量程比為8：1，當安（ān）裝（zhuāng）在φ50工藝管道上，並在儀表兩側（cè）安裝變徑整流（liú）器，在（zài）15：1的範（fàn）圍內精（jīng）度為1.0%。
例2：二台口（kǒu）徑為50mm和40mm氧氣流量計配裝整流器（qì）後（hòu），分別安裝（zhuāng）在口徑為80mm工藝管道上，進行水標定。實驗數據見表（biǎo）1。

工藝管（guǎn）內徑/整流（liú）器喉部（bù）直徑（mm）	儀表常數	重（chóng）複性	非線性	量程（chéng）	*小流速（米/秒）
80/50	17452	0.05%	0.95%	15:1	0.1
80/40	10197	0.04%	0.78%	15:1	0.16

再將兩（liǎng）台口徑為φ50mm和φ40mm氧氣流量計配裝整流器後，分別安（ān）裝在（zài）φ80mm工以管道上，且儀表（biǎo）上遊尉為一個平（píng）麵內兩個（gè）90°彎頭，變徑整流器前端與*二（èr）個90°彎頭距離為3倍工藝管內徑長段，進行（háng）水標（biāo）定，工藝圖如圖3，實驗數據（jù）見表2

工藝管內徑/整流器喉部直徑（mm）	儀表常數	重複性（xìng）	非線性	量程	*小流速（sù）（米/秒）
80/50	17266	0.02%	0.9%	16:1	0.1
80/40	10278	0.15%	0.08%	15:1	0.15

實（shí）驗結果表明：
1、在管道流速較低時，采用變徑整流器，使儀表特（tè）性總體保持良（liáng）好狀態；
2、采用變徑整流器，在儀表上遊阻流件形式為一個平麵內2個90°彎頭，直管道很短（3D）的情況下，儀表常數的偏移在（zài）0.7%左右，說明整流（liú）器（qì）具有良好的流動調整性能。（與實驗相同的上遊阻流件形式在不裝整（zhěng）流（liú）器條件（jiàn）下，儀表上遊直管道長段（duàn）為8倍工藝（yì）管內徑時，儀表常數偏移為2.0%！）
3、在儀（yí）表前加（jiā）裝變徑整流器（qì），投（tóu）展了儀（yí）表的測量範圍。
這與理論分析是相吻合的。
四、阻力計算
設工藝管道（dào）直徑為D1, 介質的密度為ρ，流速為V1氧氣流量計的壓力損失為（wéi）?ω1， 整流（liú）器壓力損失（shī）為?ω3， 總壓力損失為?ω。
?ω1=0.3ρV2 1(Pa)
采（cǎi）用整（zhěng）流器後，儀表口徑為D2，則氧氣流量計處的流速為V2壓損為?ω2。
?ω2=1.3ρV2 2=(V2/V1)2·?ω1=(D1/D2)4·?ω1
整流器的壓損，取決於縮徑比（bǐ）D2/D1，之值一（yī）般都在0.8以上，則整流器的壓損：
?ω3=0.12?ω2
所（suǒ）以總的（de）壓損?ω為：?ω=1.12?ω2=1.12（D1/D2）4×1.3ρV2 1（Pa）
例：管徑為D1=100mm的水計量係統，采用氧氣流量（liàng）計作（zuò）為流量計量儀表，其*大流速Vmax為1m/s，其*小流速Vmin為0.3m/s，擬采用100/80整（zhěng）流器計算各相關參數：
縮徑後（hòu）流速為V2：V2max=(100/80)2×1=1.56m/s
V2min=0.47m/s
?ωmax=1.12(D1/D2)41.3ρV2 1
=1.12(100/80)4×1.3×998×1=3547(Pa)
五、應用舉例
加裝變徑整流器（qì）滿管式氧（yǎng）氣流量計已大量用於氣體、水、蒸氣等介（jiè）質的測量，其實例枚不勝舉，均收到了令人滿意的效果。
更（gèng）值得一提的是，將變徑整流器與插（chā）入式氧氣流量計配（pèi）套使用(見圖4)，用於大口徑煤氣測（cè）量，成功地解決了大口徑煤氣介質髒，流速低、流量變化大，允許壓損小等者大難（nán）問題。
在冶金行業中，測量大口徑煤氣一般采用孔板流星（xīng）計，由於（yú）其自身的局（jú）限性，很難滿足實際測量要求，其問題是：①煤氣中含有粉塵和各種雜質，經（jīng）一段時間運行，大量粉塵堆積在孔板的上遊側，各種雜質（zhì）附（fù）著在測量元件表麵，就孔（kǒng）板來說，已無準確度可言（yán），同時又經（jīng）常發生（shēng）導管堵（dǔ）塞（sāi）的（de）問題。由於生產的連續性，不可能停氣清洗或更換孔板。②由於介（jiè）質
流速低，為獲得較（jiào）大的差壓，孔板的開孔徑一般都比較（jiào）小，造成壓損大，當流量增大時，孔
板卻起不了限（xiàn）流作用，遇到此類情（qíng）況，有些企（qǐ）業不得不拆除孔（kǒng）板來滿足生產。③普通（tōng）孔板流量計的量程近為3：1，往往不能滿足實際工況的需要。
已投入實際（jì）運行的變徑整流（liú）器與插入式氧氣流量計所構成煤氣流量計量係統：①變（biàn）徑整流器入口處為光滑曲線，介質流經（jīng）時，有（yǒu）自清洗的效果，不會（huì）造成粉塵堆積。②變徑處流速提升可滿足插入式渦銜流（liú）量計下限（xiàn）流速（sù）的要求，且氧氣流量計量程比為10：1，完全滿足煤氣測量範圍的要求。③插入式氧氣流量計可在管道不斷流的情況下拆出測頭進行定期或不定期清洗。滿足連續生產的要求。④壓損小，插入式氧氣流量計測頭部分在大口徑管道內的流阻（zǔ）很小可忽略不計，變徑部分的變徑比一般都大於0.7，管（guǎn）道*大流（liú）速按25米/秒計算，壓損僅在（zài）200Pa以內。
上述表明，此種（zhǒng）方法是解決（jué）大口徑煤氣（qì）計量的行之有效的方法。
六、結束語
氧氣流量計與變徑整流器配套使用，形成了（le）一種新的（de）流量（liàng）測量係統，可使流量測量下限為下降（為原來的1/3），測量範圍擴大(15：1以上（shàng）)，並（bìng）可以大大降低儀表對上遊直（zhí）管道長度的要求（qiú）。這對一個流量計來講無疑是（shì）一（yī）個不小的進步，它拓寬了氧氣流量計的應用（yòng）範圍，在燃氣、 城市煤氣、水、熱水、蒸汽、油品、奶液、藥液、化工產品(上述介質一般要求下限流速（sù）低，測量（liàng）範（fàn）圍寬)的流量（liàng）測量中將發揮（huī）突出優勢。變（biàn）徑整（zhěng）流器在工業用戶中實際應用情況還表明，變徑整流器簡化了儀表安裝工（gōng）藝，並且大大降低了工程造價。
變徑整（zhěng）流器研究與應用是流量應用（yòng）技術（shù）研究（jiū）的（de）典型實例，它本身的研究還有待於進一步（bù）的深入，同時我們還應進一步關注其它與流量鋇幢相關的應用（yòng）技術研究，充分利利用現有的技術設備資源，真正解決一些（xiē）流量測（cè）量的難點問題。

上一篇：使用鍋爐蒸汽流（liú）量計進行蒸汽測量時需要注意那（nà）些要求（qiú）

下一篇：煤（méi）氣流量計在氮肥生產廠家的工作情況及維護要求