前置閥門對(duì)蒸汽流量計(jì)的干擾

　　蒸汽流量計(jì)各制造廠技術(shù)資料聲稱只需0～3D前置直管和0～1D后置直管，然而印度德里工學(xué)院閘閥、蝶閥擾流影響的實(shí)驗(yàn)說明，規(guī)定這樣短的直管流出系數(shù)變化是相當(dāng)大的（閘閥在儀表上游5D，閥開度25%，對(duì)β為0.77的儀表，流出系數(shù)變化5.5%）。

討論蒸汽流量計(jì)受前置閘閥蝶閥擾流的對(duì)策

1 引言

   上世紀(jì)80年代中期美國McCrometer公司開發(fā)蒸汽流量計(jì)（V-cone flowmeter），在其樣本和使用說明書中對(duì)前后置直管長度L要求語焉不詳，只稱前置L要求為0～3D，（D為儀表名義口徑），后置L要求為0～1D，沒有按各種擾流件（如彎管、閥等）提出具體要求。然而該公司工作人員在學(xué)術(shù)會(huì)議發(fā)表文章的結(jié)論卻稱：

   ①前置閘閥直接連接等效直徑比β為0.75的儀表，75%～100%開度時(shí)會(huì)帶來0.5%測(cè)量值的額外誤差，β為0.5閥任何開度時(shí)流量系數(shù)CD變化小于2%；

   ②閘閥相隔5D直管距離接上儀表，β為0.75閥任何開度，CD變化小于2%。對(duì)于聲稱準(zhǔn)確度為0.5%測(cè)量值的儀表，變化是相當(dāng)可觀的。這一結(jié)論與產(chǎn)品使用說明書所述有相當(dāng)出入。

   近年我國流量儀表制造企業(yè)紛紛開發(fā)蒸汽流量計(jì)，已有數(shù)十家之多，2005年多國儀器儀表展覽會(huì)上就有國內(nèi)企業(yè)9家展示，到2006年展會(huì)已有30家國內(nèi)企業(yè)展示，可見發(fā)展之迅猛。推向市場的產(chǎn)品使用說明書對(duì)前后置直管要求沿用與McCrometer公司相同或相近的提法。誠然，蒸汽流量計(jì)由于錐體的整流作用與孔板等節(jié)流件相比，可以縮短直管要求；然而在一些宣傳文章和推介會(huì)上，大都只談了優(yōu)點(diǎn)，很少說明各擾流件使流出系數(shù)不容忽視的變化，若要獲得較高測(cè)量準(zhǔn)確度還是要有一定長度的直管。使用說明書上“0～3D上游直管長度”的表述方法的誤導(dǎo)，又沒有各類擾流件具體要求，使人們產(chǎn)生蒸汽流量計(jì)不受流速分布畸變影響的誤解。

   印度德里工學(xué)院應(yīng)用力學(xué)系學(xué)者發(fā)表閘閥開度對(duì)蒸汽流量計(jì)影響的研究報(bào)告，報(bào)告結(jié)論稱前置直管L=5D對(duì)流出系數(shù)最大變化約為6%，L≥10時(shí)才不受影響。這報(bào)告既不是代表制造供應(yīng)方，也不是用戶委托方的第三方研究報(bào)告，應(yīng)是比較客觀的。下文擇要轉(zhuǎn)述，并作些討論。

2 實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)

   實(shí)驗(yàn)對(duì)象是內(nèi)徑D=52mm的蒸汽流量計(jì)，一臺(tái)錐體最大直徑d=40mm，等效直徑比β為0.643,另一臺(tái)d=33mm，β為0.77.實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，用油、水兩種液體，來自離地15m的恒水頭高位槽，作蒸汽流量計(jì)與上游擾動(dòng)閘閥V2間相隔3種距離（L為5D，10D，15D）和閥4種開度的擾流實(shí)驗(yàn)。

3 討論

   1 　經(jīng)過多年的實(shí)用經(jīng)驗(yàn)結(jié)論所稱受閘閥影響流量系數(shù)最大變化約6%，僅指β=0.643，L=5D，閥開度25%時(shí)的變化；如在β=0.77，L=5D，閥開度大于25%時(shí)系數(shù)變化高達(dá)8%，L=10D時(shí)也約有1.7%。所以這一實(shí)驗(yàn)論證了前置閘閥開度>25%時(shí)各種開度，要求較高測(cè)量準(zhǔn)確度時(shí)，L=10D尚嫌不足。

   2 關(guān)于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

   ①蒸汽流量計(jì)尚無國際標(biāo)準(zhǔn)、地區(qū)/國家標(biāo)準(zhǔn)或?qū)W會(huì)/協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于前后置直管長度要求只見到先行企業(yè)如上文所述的說明，而參照發(fā)表論文實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們感到頗有疑問。現(xiàn)在不清楚國內(nèi)各企業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此如何規(guī)定，但縱覽樣本或使用說明書，絕大部分沿用McCrometer公司的提法。因此需要制訂蒸汽流量計(jì)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定典型擾流件的最短前后置直管長度和其他技術(shù)要求，予以澄清。

   ②標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)規(guī)定檢驗(yàn)擾流件影響的方法。某些測(cè)量原理流量傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)敏感于流動(dòng)狀況，就應(yīng)在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定要作典型擾流件的旋轉(zhuǎn)流和流速分布畸變影響的試驗(yàn)方法，例如：

   A：電磁流量傳感器的磁場分布設(shè)計(jì)和液流通道形狀（直通進(jìn)口或漸縮進(jìn)口）等結(jié)構(gòu)會(huì)改善流速分布畸變的敏感度，因此在電磁流量計(jì)性能評(píng)定方法的國際（國家）標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了閘閥、單彎管、立體雙彎管3種擾流件的評(píng)定試驗(yàn)。

   B：渦輪流量計(jì)的渦輪葉片形狀設(shè)計(jì)（直形或螺旋狀）和前后導(dǎo)向架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)來流旋轉(zhuǎn)度和流速分布的敏感度或抑制程度各異，因此氣體渦輪流量計(jì)國際標(biāo)準(zhǔn)提示附錄中規(guī)定了低水平擾流件（立體雙彎管漸擴(kuò)管組合件）和高水平擾流件（立體雙彎管半閉板組合件）的擾流試驗(yàn)。

   ③孔板噴嘴等標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均已標(biāo)準(zhǔn)化，并做了大量各類擾流件的實(shí)驗(yàn)，在國際標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置各類擾流件的直管長度要求，因此制造廠就不一定在企業(yè)技術(shù)文件中列出具體要求。蒸汽流量計(jì)尚未標(biāo)準(zhǔn)化，各企業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)各異，產(chǎn)品使用說明書應(yīng)列出典型擾流件的直管段長度下限值；還應(yīng)制訂行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定作若干典型擾流件的擾流試驗(yàn)，以檢驗(yàn)制造廠提出直管段長度下限是否正確。

   ④技術(shù)監(jiān)督部門在發(fā)放計(jì)量器具許可證前所作的型式試驗(yàn)中，應(yīng)包括典型擾流件的擾流試驗(yàn)項(xiàng)。