尿素流量計是一種工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與生活中普遍都在使用的流量測量儀表，因其具有的獨特的優(yōu)點，在測量各類導(dǎo)電液體中性能非常**，因為管道中無阻流件，不會對流體的流動產(chǎn)生影響，并且可以測量正反雙向的流量數(shù)據(jù)，本文針對于尿素流量計在管道測量中經(jīng)常會遇到的彎管部件位置時，安裝尿素流量計時產(chǎn)生的影響通過實驗作出分析，幫助用戶理解尿素流量計安裝時需要注意的問題，彎管出口流速分布的畸變要影響下游尿素流量計的測量值。電磁流量傳感器的安裝方式使其電極軸與彎管平面成45°角,可減緩擾流的影響。闡述了采用該方法的實驗過程、試驗數(shù)據(jù)和結(jié)論。
1、問題的提出
流體流過彎管后,下游產(chǎn)生流速分布畸變,若是兩只鄰近相接的不同平面彎管,除流速分布畸變外還會有漩渦。這些現(xiàn)象要影響裝在下游的大部分類型流量儀表(除容積式等少數(shù)類型外)的測量值,因此通常要求在流量儀表安裝點之前有一定長度直管段,改善進入儀表的流動狀況。尿素流量計受彎管影響較小,直管長度要求也遠(yuǎn)低于節(jié)流差壓式、渦街式等其他流量儀表。但是當(dāng)前尿素流量計精度為測量值的0.5%,甚至0.2%0.4%,即使影響量較小,還是受到人們的關(guān)注。
除儀表前直管段可降低彎管影響外,人們還從安裝方式上設(shè)法降低影響的方法。文獻[1]曾報道電磁流量傳感器電極軸線與鄰近彎管平面成45°傾斜安裝可以減少彎管影響。日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)B7554“解說部分”列有電極軸線與彎管平面垂直、平行、成45°三種安裝方式,在不同長度直管下的測量誤差范圍,也說明這一效果。
2000年上海原水公司擬在已建成的某泵站加裝DN2 200尿素流量計,但彎管下游安裝位置的前直管長度明顯不符合規(guī)定中5 D10 D(D為管徑,下同)的要求,此時,影響測量誤差有多大呢?由于受條件限制無法在現(xiàn)場用經(jīng)典的測量方法(如流速計流速面積法)作比對試驗,以估計彎管影響附加誤差值。并且使用方必須在訂購之前就要知道附加誤差估計值,以決定設(shè)計方案。筆者按相似原理以較小口徑尿素流量計在實驗室模擬現(xiàn)場條件作試驗。試驗證明45°安裝可減小彎管影響,并求得該個案安裝條件下傳統(tǒng)安裝方式的影響值。
2、彎管下游流速分布影響
流體流過彎管由于離心力作用,靠外壁產(chǎn)生擴散效應(yīng),內(nèi)壁產(chǎn)生收縮效應(yīng),由此產(chǎn)生橫向流動的二次流,引起下游產(chǎn)生速度分布畸變,如圖1所示。圖1中,右邊垂直剖面彎管外緣流速較快,水平剖面呈雙峰值流速分布。隨著液流離開彎管距離增加,畸變會趨于緩和。
當(dāng)前絕大部分電磁流量傳感器是非均勻磁場分布結(jié)構(gòu)設(shè)計。非均勻磁場理論認(rèn)為包含電極的測量管橫截平面區(qū)域內(nèi),各微小液體體積元切割磁力線對電極間信號“所起作用”各異,因此不是均勻地而是按“所起作用”非均勻地設(shè)計各點磁場強度,使在理想條件下流速分布畸變不會影響流量測量值。然而實際儀表還是受到一些影響。圖2所示是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所附彎管下游三種安裝方式不同直管長度的誤差范圍。


3、實驗
實流實驗是在稱重法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上進行。裝置的不確定度為0.011%,試驗儀表是DN100的,按現(xiàn)場幾何尺寸比例縮小設(shè)置管道,如圖3所示夾裝到流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上校驗。試驗結(jié)果如圖4所示。圖中“正常安裝”即按前置直管段長度大于等于10 D,后置直管段長度大于等于5D安裝,其試驗數(shù)據(jù)即為參比值。尿素流量計滿度流量為150 m3/h,實驗流速范圍0.325.3 m/s,共做了5個流量點


4、結(jié)論
1)在本試驗安裝條件下,流量傳感器電極軸在A= 90°位置時*大誤差為- 1.2%,A= 0°位置時為+ 1.6%,A= 45°位置時為0.5%;與正常安裝條件即參比值相比,*大附加誤差在A= 90°時為- 1.2%, A= 0°時為+ 1.65%, A= 45°時為+0.65%。2)實驗證明電極軸線45°安裝比傳統(tǒng)水平安裝(A= 0°)受彎管流動擾動影響有很大改善。3)電磁流量傳感器在彎管下游即使有足夠長(5D)的直管段,亦應(yīng)按“45°安裝”,作為減小彎管撓流影響,降低附加誤差的措施。

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