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热网供水流量计安装中如何有效减少弯管对测量的影响

发布时间:2019-08-15   点击次数:次
1、撰文背景
我们知道,几乎所有的流量计在安装时都必须注意到管道直管段的要求,以及弯管对于测量精度的影响。因为当流体流经弯管之后,下游会产生流速分布的畸变。如果两个邻近相邻的不同平面的弯管,不仅流速分布畸变外还有产生漩涡。这些现象要影响装在下游的大部分类型流量仪表(除容积式等少数类型外)的测量值,因此通常要求在流量仪表安装点之前有一定长度直管段,改善进入仪表的流动状况。热网供水流量计受弯管影响较小,直管长度要求也远低于节流差压式、涡街式等其他流量仪表。但是因为热网供水流量计对于测量值的精度要求较高,对于外部安装情况的变化,可能对于测量值也会产生较大的影响,因此有效地改善弯管对于测量影响具有很重要意义。
为了降低弯管对于测量流体的影响,除了增加仪表前直管段之外,用户还可以从安装方式上设法降低影响的方法。文献曾报道电磁流量传感器电极轴线与邻近弯管平面成45°倾斜安装可以减少弯管影响。日本工业标准B7554“解说部分”列有电极轴线与弯管平面垂直、平行、成45°三种安装方式,在不同长度直管下的测量误差范围,也说明这一效果。
2000年上海原水公司拟在已建成的某泵站加装DN2200热网供水流量计,但弯管下游安装位置的前直管长度明显不符合规定中5D10D(D为管径,下同)的要求,此时,影响测量误差有多大呢?由于受条件限制无法在现场用经典的测量方法(如流速计流速面积法)作比对试验,以估计弯管影响附加误差值。并且使用方必须在订购之前就要知道附加误差估计值,以决定设计方案。笔者按相似原理以较小口径热网供水流量计在实验室模拟现场条件作试验。试验证明45°安装可减小弯管影响,并求得该个案安装条件下传统安装方式的影响值。
2、弯管下游流速分布影响
流体流过弯管由于离心力作用,靠外壁产生扩散效应,内壁产生收缩效应,由此产生横向流动的二次流,引起下游产生速度分布畸变,如图1所示。图1中,右边垂直剖面弯管外缘流速较快,水平剖面呈双峰值流速分布。随着液流离开弯管距离增加,畸变会趋于缓和。
当前绝大部分电磁流量传感器是非均匀磁场分布结构设计。非均匀磁场理论认为包含电极的测量管横截平面区域内,各微小液体体积元切割磁力线对电极间信号“所起作用”各异,因此不是均匀地而是按“所起作用”非均匀地设计各点磁场强度,使在理想条件下流速分布畸变不会影响流量测量值。然而实际仪表还是受到一些影响。
图2所示是日本工业标准所附弯管下游三种安装方式不同直管长度的误差范围。

3、实验实流
实验是在上海光华·爱而美特仪器有限公司称重法水流量标准装置上进行。装置的不确定度为0 011%,试验仪表是DN100的IFM4080K型,按现场几何尺寸比例缩小设置管道,如图3所示夹装到流量标准装置上校验。试验结果如图4所示。图中“正常安装”即按前置直管段长度大于等于10D,后置直管段长度大于等于5D安装,其试验数据即为参比值。热网供水流量计满度流量为150m3/h,实验流速范围0 325 3m/s,共做了5个流量点。

图3 安装尺寸和电极位置

图4 各种安装误差

4、结论
1)在本试验安装条件下,流量传感器电极轴在A=90°位置时最大误差为-1 2%,A=0°位置时为+1 6%,A=45°位置时为0 5%;与正常安装条件即参比值相比,最大附加误差在A=90°时为-1 2%,A=0°时为+1 65%,A=45°时为+0 65%。
2)实验证明电极轴线45°安装比传统水平安装(A=0°)受弯管流动扰动影响有很大改善。
3)热网供水流量计的传感器在弯管下游即使有足够长(5D)的直管段,亦应按“45°安装”,作为减小弯管挠流影响,降低附加误差的措施。
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