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蒸汽流量計壓損影響的關(guān)鍵因素：

       影響蒸汽流量計高壓損與相對壓損關(guān)鍵因素的實流實驗,為提高對蒸汽流量計壓力損失的認(rèn)識,獲得準(zhǔn)確度的壓損計算公式,開展了關(guān)鍵因素對蒸汽流量計壓損影響的實流實驗研究。實驗介質(zhì)為常溫水,雷諾數(shù)范圍0. 14×105~4. 2×105。設(shè)計等效直徑比分別為0. 45、0. 55、0. 65、0. 75、0. 85的實驗樣機一套,從高壓損與相對壓損2個角度進行分析。研究表明,***方面等效直徑比相同而雷諾數(shù)不同時,蒸汽流量計的高壓損隨雷諾數(shù)的增大而增大,在對數(shù)坐標(biāo)系下成線性關(guān)系;雷諾數(shù)相同而等效直徑比不同時,高壓損隨等效直徑比的增大而減小;另***方面,蒸汽流量計的相對壓損與雷諾數(shù)無關(guān),與等效直徑比相關(guān),隨等效直徑比的增大而減小。將本研究給出的蒸汽流量計相對壓損計算公式與國外公式預(yù)測結(jié)果進行了比較,***偏差為21%;同時,與國外測試的不同流量計相對壓損曲線進行了比較,得出本套樣機相對壓損曲線介于孔板和噴嘴之間,且***靠近孔板的結(jié)論。

    蒸汽流量計自20世紀(jì)80年代問世以來,已成功應(yīng)用于石油、化工、天然氣等許多流量測量領(lǐng)域。隨著蒸汽流量計的推廣,安裝條件、壓損等逐漸成為國內(nèi)外學(xué)一、研究部門、制造商及使用部門討論與關(guān)心的熱點問題。

    國外學(xué)***研究的普遍結(jié)論是蒸汽流量計有較強的抗流態(tài)擾動性能,前后直管段的要求也比標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置低一些的結(jié)論[1-6]。2004年***今,天津大學(xué)先后進行了關(guān)于蒸汽量計流出系數(shù)、可膨脹系數(shù)、彎頭影響及濕氣測量等方面的研究工作[7-11],取得了一些寶***的經(jīng)驗成果。

    自2003年起,國內(nèi)也在積***開展對蒸汽流量計的推廣使用工作,然而許多生產(chǎn)廠家對量程比、壓損、精度等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)乃***安裝條件多采取直接照搬美國McC.公司產(chǎn)品說明書的方式。客觀上,由于蒸汽流量計的結(jié)構(gòu)尚未實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化,其等效直徑比、前后錐角、上下游支撐形式及尺寸、取壓方式等存在諸多差異,這些不僅會對流出系數(shù)、可膨脹系數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)產(chǎn)生影響,同樣也會對蒸汽量計的壓損產(chǎn)生影響,因此某些研究機構(gòu)給出的結(jié)論是否具有普適性值得推敲。目前,國內(nèi)關(guān)于蒸汽流量計壓損的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒炑芯可形匆妶蟮?。本研究設(shè)計并制作了100 mm口徑樣機一套,等效直徑比分別為0.45/0.55/0.65/0.75/0.85,前后錐角為45°/120°,開展了壓損的實驗研究。

2 理論基礎(chǔ)

如同其他類型的差壓流量計,蒸汽流量計的工作原理同樣基于伯努利方程和流體連續(xù)性方程。壓力降的大小和流體的流速具有一定的函數(shù)關(guān)系[12],為:

安裝蒸汽節(jié)流式流量計將造成***恢復(fù)的額外的壓損,即高壓損,為:

定義高壓損Δω與蒸汽正常測量差壓ΔP的比值為相對壓損,有:

以下通過高壓損與相對壓損兩個指標(biāo)對蒸汽流量計的壓損實驗進行分析[14-15]。

3 實驗方案設(shè)計

本研究是在天津大學(xué)流量實驗室水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上完成的,文獻[7]對實驗裝置進行了詳細(xì)的說明。

本研究中設(shè)計并制作了內(nèi)徑為100 mm的蒸汽流量計樣機一套,實驗錐體5個,前后錐角均為45°/120°,等效直徑比分別為0.45/0.55/0.65/0.75/0.85。錐體可從測量管中方便拆卸。詳見文獻[7]。

實驗布局設(shè)計,流體***左測流入,樣機上游直管段100D。蒸汽流量計上游取壓孔為P1,位于距錐體支撐管前端0.5D的管壁處,下游取壓孔為P2,沿錐體中心軸及支撐管中心軸取出,通過差壓變送器1測得錐體前后差壓。實驗表明,距錐體尾部取壓孔P2約3.5D時壓力可恢復(fù)***正常值,本實驗中P2′為下游高壓損取壓孔,與P2的距離定為4D[14]。箭頭表示流體流向。

本實驗對每種錐體進行實驗時均用2臺差壓變送器,***臺用于測量錐體前后的差壓ΔP,另***臺測節(jié)流裝置產(chǎn)生的壓損ΔP″。

4 實驗結(jié)果與分析

4.1 壓損曲線

蒸汽流量計不同等效直徑比的高壓損對數(shù)坐標(biāo)曲線,可見β值相同時,高壓損隨雷諾數(shù)的增大而增大,呈線性關(guān)系;在雷諾數(shù)相同時,高壓損隨β值的增大而減小。

相對壓損與雷諾數(shù)的關(guān)系曲線,ξ可見節(jié)流比不同,相對壓損不同,其值隨節(jié)流比的增大而減小;雷諾數(shù)Re>4×104時,不同β值的錐體其相對壓損不隨雷諾數(shù)的變化而變化,基本恒定;雷諾數(shù)Re<4×104時,因高壓損和有效差壓測量值均相對較小,系統(tǒng)誤差增大,相對壓損波動。

4.2 相對壓損計算公式

根據(jù)實驗擬合出的相對壓損與等效直徑比的關(guān)系,即:

ξ=1.259 9-1.121 2β                 (7)

5 本研究與國外研究的比較

5.1 相對壓損公式形式不同lin

文獻[6]給出蒸汽流量計的壓損公式為:

ξ=1.3-1.25β                            (8)

式(7)、(8)表述的曲線如圖5所示,可見,兩***的相對壓損的趨勢相似,均為隨β值的增大而減小,但存在一定偏差,本套樣機的相對壓損偏***,β值越大偏差越大,分別為0.7%、5.8%、10.3%、13.2%、21.1%。

5.2 不同流量計相對壓損的比較

Iff.t StephenA曾通過實驗比較了蒸汽、孔板、噴嘴、及7°/15°出口文丘里共6種流量計的壓損[6]。本套蒸汽樣機的相對壓損趨勢線與Stephen實驗結(jié)果的比較?？梢?本套樣機的壓損趨勢線介于孔板和噴嘴之間,***靠近孔板,而Stephen蒸汽相對壓曲線***靠近噴嘴。分析其原因,作***認(rèn)為由于蒸汽流量計的結(jié)構(gòu)尚未實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化,其等效直徑比、前后錐角、上下游支撐形式、取壓孔徑、取壓方式及加工粗糙度等存在諸多差異,因此不同研究機構(gòu)給出的壓損公式必然存在一定差異,不同廠家自行設(shè)計的產(chǎn)品不同,如直接引用國外公式計算壓損,將會***避免的帶來一定偏差。

6 結(jié)　　論

通過關(guān)鍵因素對蒸汽流量計壓損影響的實流實驗及其與國外研究的比較,得出以下結(jié)論:

1)蒸汽流量計的高壓損不僅和β值有關(guān),而且跟雷諾數(shù)有關(guān),雷諾數(shù)相同時,高壓損隨β值的增大而減小;β值相同時,高壓損隨雷諾數(shù)的增大而增大,在對數(shù)坐標(biāo)下呈線性關(guān)系;

2)蒸汽流量計的相對壓損與雷諾數(shù)無關(guān),受β值影響,隨β值的增大而減小;

3)針對設(shè)計樣機,給出了新的蒸汽流量計壓損計算公式;

4)本套蒸汽流量計的相對壓損值與國外相比偏***,β值越大偏差越大,從小到大5個β值的偏差分別為0.7%、5.8%、10.3%、13.2%、21.1%;

5)與文獻[6]相比,得出本套樣機壓損趨勢線介于孔板和和噴嘴之間且***靠近孔板的結(jié)論。

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