前置閥門對蒸汽流量計的干擾

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

討論蒸汽流量計受前置閘閥蝶閥擾流的對策

1 引言

   上世紀80年代中期美國McCrometer公司開發(fā)蒸汽流量計（V-cone flowmeter），在其樣本和使用說明書中對前后置直管長度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術會議發(fā)表文章的結論卻稱：

   ①前置閘閥直接連接等效直徑比β為0.75的儀表，75%～100%開度時會帶來0.5%測量值的額外誤差，β為0.5閥任何開度時流量系數(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%。對于聲稱準確度為0.5%測量值的儀表，變化是相當可觀的。這一結論與產品使用說明書所述有相當出入。

   近年我國流量儀表制造企業(yè)紛紛開發(fā)蒸汽流量計，已有數(shù)十家之多，2005年多國儀器儀表展覽會上就有國內企業(yè)9家展示，到2006年展會已有30家國內企業(yè)展示，可見發(fā)展之迅猛。推向市場的產品使用說明書對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上，大都只談了優(yōu)點，很少說明各擾流件使流出系數(shù)不容忽視的變化，若要獲得較高測量準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，又沒有各類擾流件具體要求，使人們產生蒸汽流量計不受流速分布畸變影響的誤解。

   印度德里工學院應用力學系學者發(fā)表閘閥開度對蒸汽流量計影響的研究報告，報告結論稱前置直管L=5D對流出系數(shù)最大變化約為6%，L≥10時才不受影響。這報告既不是代表制造供應方，也不是用戶委托方的第三方研究報告，應是比較客觀的。下文擇要轉述，并作些討論。

2 實驗和數(shù)據

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

3 討論

   1 　經過多年的實用經驗結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%時的變化；如在β=0.77，L=5D，閥開度大于25%時系數(shù)變化高達8%，L=10D時也約有1.7%。所以這一實驗論證了前置閘閥開度>25%時各種開度，要求較高測量準確度時，L=10D尚嫌不足。

   2 關于產品標準

   ①蒸汽流量計尚無國際標準、地區(qū)/國家標準或學會/協(xié)會團體標準，對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)表論文實驗數(shù)據，我們感到頗有疑問。現(xiàn)在不清楚國內各企業(yè)產品標準對此如何規(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的行業(yè)標準，規(guī)定典型擾流件的最短前后置直管長度和其他技術要求，予以澄清。

   ②標準應規(guī)定檢驗擾流件影響的方法。某些測量原理流量傳感器的結構設計敏感于流動狀況，就應在產品標準中規(guī)定要作典型擾流件的旋轉流和流速分布畸變影響的試驗方法，例如：

   A：電磁流量傳感器的磁場分布設計和液流通道形狀（直通進口或漸縮進口）等結構會改善流速分布畸變的敏感度，因此在電磁流量計性能評定方法的國際（國家）標準中規(guī)定了閘閥、單彎管、立體雙彎管3種擾流件的評定試驗。

   B：渦輪流量計的渦輪葉片形狀設計（直形或螺旋狀）和前后導向架結構設計，對來流旋轉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國際標準提示附錄中規(guī)定了低水平擾流件（立體雙彎管漸擴管組合件）和高水平擾流件（立體雙彎管半閉板組合件）的擾流試驗。

   ③孔板噴嘴等標準節(jié)流裝置結構設計均已標準化，并做了大量各類擾流件的實驗，在國際標準中規(guī)定了標準節(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)技術文件中列出具體要求。蒸汽流量計尚未標準化，各企業(yè)結構設計各異，產品使用說明書應列出典型擾流件的直管段長度下限值；還應制訂行業(yè)標準，規(guī)定作若干典型擾流件的擾流試驗，以檢驗制造廠提出直管段長度下限是否正確。

   ④技術監(jiān)督部門在發(fā)放計量器具許可證前所作的型式試驗中，應包括典型擾流件的擾流試驗項。