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1.2 大口徑管路液體流量測量

1    的特點(diǎn)

①     管路口徑大要求壓損越小越好。一般不允許用局部縮徑的方法提高流速。

②     流速一般都很高。新設(shè)計安裝的管路，一般均選擇經(jīng)濟(jì)流速。因為流速太低，勢必增加管路的投資，流速太高，會造成動力損耗大幅度增加，導(dǎo)致運(yùn)行成本上升，都是不經(jīng)濟(jì)的。但有些老管路，由于增產(chǎn)的需要而提高了流速。

③     由于流速較低，流體中的污垢、淤泥等極易在管道內(nèi)壁沉積。作系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)考慮儀表與流體接觸部分的清洗。

④     測量范圍度要求大。有些水管夜間和日間、冬季和夏季流量相差懸殊，多達(dá)10～20倍，有些空調(diào)用水，到一定季節(jié)干脆就停用，因此，這些水的流量計，就要求范圍度特別大。

⑤     防護(hù)等級要求高。大口徑管路大多埋地敷設(shè)，為的是節(jié)省空間，在北方，也是防凍的需要。因此流量傳感器大多被安裝在儀表井內(nèi)管段上。由于雨水、井壁滲漏和管路外漏等原因常常引起井內(nèi)水位上升而淹沒流量傳感器，所以設(shè)計時就應(yīng)估計到這種情況，選用防持續(xù)浸水影響的流量傳感器，例如IP68的防護(hù)等級。

（2） 儀表選型

① 電磁流量計。電磁流量計在大口徑水流量測量中占有極其重要的地位，這是因為該種儀表具有下列特點(diǎn)。

a.       無可動部件，可靠性高，長期穩(wěn)定性好。

b.       無附加阻力。這一點(diǎn)對大口徑流量計有特別重要的意義。

c.       測量度高。典型產(chǎn)品在 1m/s時，度可達(dá)到±0.3％R。

d.       范圍度大。保證度的范圍度一般可達(dá)40∶1，可測范圍可達(dá)200∶1，例如IFM系列產(chǎn)品，在v＝0.06m/s時，基本誤差仍可小于±2％R。

e.       直管段要求相對較低。對于大口徑管路，這一點(diǎn)也很重要。有多種流量計要求前后直管達(dá)到30D，對于管徑1m以上的管路，就意味著須具備30m以上的直管段，這在多數(shù)情況下難以滿足。

f.        有大口徑產(chǎn)品。大提供DN3000的產(chǎn)品，從而能滿足大口徑水流量測量的需要。

g.       品種齊全。有防浸水型IP68產(chǎn)品。

h.       其不足之處是大口徑產(chǎn)品價格高，而且口徑越大價格增長得越快。盡管如此，像水廠、成品水和源水等計量，因牽涉到貿(mào)易結(jié)算，對計量度要求高，還是愿意花較多的錢選用電磁流量計。

②超聲流量計。超聲流量計在大口徑管路的流量測量中占有重要地位，原因如下。

a.       超聲流量計的夾裝式，其價格與口徑無關(guān)，用來測量大口徑管路流量，投資較省。

b.       超聲流量計能得到的測量度同管徑有關(guān),管徑越大，有可能得到的度越高。有的供應(yīng)商能提供帶測量管的多聲道時差式超聲流量計，度zui高可達(dá)0.15級，但價格也相應(yīng)升高。

c.       既可測量導(dǎo)電液體，如水等，也可測量不導(dǎo)電液體。

現(xiàn)在有很多單位添置數(shù)臺攜帶式（時差法）超聲流量計用于現(xiàn)場較大口徑液體流量計比對，一般都收到較好的效果。在DN≥150mm、v≥0.3m/s時，度可達(dá)±2％R。

③插入式流量計。上述電磁流量計用在大口徑管道上，固然很好，但價格較貴，因此，在測量度要求不高的場合，插入式流量計就成為受歡迎的方法。

   插入式流量計的價格只及滿管流量計的幾分之一到十幾分之一，是流量計的一種補(bǔ)充。另外，重量輕，壓損小，易于安裝和維修,是這種流量計的另一優(yōu)點(diǎn)。

在大口徑管路流量計中，由于流速普遍較低，泥沙、污垢等容易在儀表表面沉積，因此，插入式流量計常常帶配套球閥，實現(xiàn)在不斷流情況下拆下儀表維護(hù)和檢查，從而提高測量系統(tǒng)的可靠性。

a.插入式流量計的結(jié)構(gòu)。插入式儀表有點(diǎn)流速計型。其中插入式渦街、渦輪、電磁流量傳感器以及皮托管等屬點(diǎn)流速計型。差壓式均速管流量傳感器、熱式均速管流量傳感器等為徑流速型。

  插入式流量表的原理雖多種多樣，但其結(jié)構(gòu)卻大同小異。圖3.73所示為點(diǎn)流速計型結(jié)構(gòu)。圖3.74為徑流速計型結(jié)構(gòu)。

圖3.73點(diǎn)流速計型插入式流量傳感器        圖3.74差壓式均速管流量傳感器

點(diǎn)流速計型傳感器由測量頭、插入桿、插入機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)換器和儀表表體五部分組成。

測量頭：其結(jié)構(gòu)實際上就是一臺流量傳感器，不過這里作為局部流速測量的流速計使用。

插入桿：支撐測量頭的一根支桿。支桿內(nèi)可將測量頭的信號電纜引至儀表表體外部。

插入機(jī)構(gòu)：由連接法蘭、插入桿提升機(jī)構(gòu)及球閥組成?？稍诓粩嗔鞯那闆r下將測量頭由管道內(nèi)提升到表體外，以便檢查維修。

轉(zhuǎn)換器：測量頭信號輸出轉(zhuǎn)換的電子部件。

儀表表體：對于大口徑一般都不帶儀表表體，而是利用工藝管道的一段作為測量管。

差壓式均速管流量傳感器包括檢測件（均速管）、閥、插入機(jī)構(gòu)和取壓裝置等部件。

b.點(diǎn)流速計型工作原理。測量頭插于管道中特定位置（一般為管道軸線或管道平均流速處），測量該局部流速，然后根據(jù)管道內(nèi)流速分布和傳感器的幾何尺寸等推算管道內(nèi)的流量。其流量計算式如下[34]。

  脈沖－頻率型測量頭（渦輪、渦街等）計算式為

                qv=f/K                                   3.102

式中  qv——體積流量，m3/s；

f——流量計的頻率信號，Hz；

K——流量計的儀表系數(shù)，P/m3，K=

K0——測量頭的儀表系數(shù)，P/m；

——流速分布系數(shù)；

——阻塞系數(shù)；

——干擾系數(shù)；

A——儀表表體（測量管道）橫截面面積，m2。

差壓式測量頭（皮托管等）計算式為

      qv=                             （3.103）

令 K＝ ，則

         qv=KA

式中 Kv——測量頭流速儀表系數(shù)；

    ——流體密度，kg/m3；

   ——流量計差壓信號，Pa；

  其余符號同前。

電磁測量頭計算式為

    qv=                                  （3.104）

式中E——測量頭感應(yīng)電動式，V；

  其余符號同上。

 c. 、 、 、A的確定方法

速度分布系數(shù) 的確定。速度分布系數(shù)定義：管道平均流速與測量頭所處位置局部流速的比值。

測量頭插于管道軸線處

－1                （3.105）

式中 ——流速分布系數(shù)；

    ReD——管道雷諾數(shù)；

   D——管道內(nèi)徑，mm；

  ——管壁粗糙度，mm。

測量頭插于管道平均流速處

            ＝1                              （3.106）

管道平均流速處

     y=0.242                          3.107

式中 y——平均流速處至管壁的距離；

    R——管道半徑。

  由式（3.105）可見，流速分布系數(shù) 為管壁相對粗糙與管道雷諾數(shù)的函數(shù)，測量時流量大小的變化將引起 的變化。設(shè) /D＝0.001， ReD從2 104變到3 105， 約變化2.8％；反之，設(shè)管道雷諾數(shù)為3 105，而管道粗糙度從0.001變到0.002，則 約變化1.4％。

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