彎管流量計(jì)在工業(yè)中的應(yīng)用

   1 彎管流量計(jì)的進(jìn)展

      彎管流量計(jì)的進(jìn)展大致可分為3個(gè)階段。

      第1階段，20世紀(jì)40年代以前。ии庫(kù)科列夫斯基于1913年正式提出利用彎頭內(nèi)外凹凸面形成的壓差測(cè)量水流量，認(rèn)為這種裝置除了不引起任何壓頭損失以 外，還不需要另占地方，普通標(biāo)準(zhǔn)鑄鐵彎頭都可用，用于測(cè)量水量的彎頭可裝在任何平面上，由于這些優(yōu)點(diǎn)，雖然比之標(biāo)準(zhǔn)孔板精度要差，但仍具有巨大的實(shí)際意 義。30年代美國(guó)土木工程師協(xié)會(huì)ASCE（American Society of Civil Engineers）對(duì)彎管流量計(jì)測(cè)量水流量進(jìn)行系列的試驗(yàn)，包括圓形、方形、矩形對(duì)彎頭流速分布、壓力損失。取壓口位置的影響，以及對(duì)流量公式、流量系 數(shù)等的大規(guī)模試驗(yàn)（每*量速度試驗(yàn)超過(guò)800點(diǎn)，壓力測(cè)量在296個(gè)點(diǎn)上進(jìn)行，進(jìn)行一個(gè)試驗(yàn)要48人小時(shí)），其后前蘇聯(lián)BOДГEO研究所及列寧格勒公 用事業(yè)科學(xué)研究所^[1-2]進(jìn)行了彎管流量計(jì)測(cè)量水流量的系列研究，得出下列幾點(diǎn)結(jié)論：

      （1）導(dǎo)出了測(cè)量水的流量方程（基于伯努利方程）；
      （2）R₀/D為0.95~1.5 的彎頭的流量系數(shù)α值接近1，流量系數(shù)精度為2%（低于標(biāo)準(zhǔn)孔板的1%，其中R₀為彎頭的曲率半徑，D為彎頭平均內(nèi)徑）；
      （3）圓形、方形、矩形彎頭的流速分布基本類似；
      （4）彎頭前的直線段不應(yīng)低于5D，彎頭后的直線段不應(yīng)低于3～5D；
      （5）用彎頭測(cè)量水流量的精度約為±5%，包括取壓口位置、曲率半徑等誤差；
      （6）提出彎徑比的測(cè)量方法；
      （7）彎頭可以不是90^o，其它角度的彎頭甚至任何其它可以產(chǎn)生局部阻力的部分都可用作測(cè)量水流量。

      第2階段，20世紀(jì)50～60年代。我國(guó)主要研究利用彎頭測(cè)量氣體的流量^[3-4]， 當(dāng)時(shí)的冶金工業(yè)部熱工控制研究設(shè)計(jì)院為測(cè)量高溫且管道直線段距離不足（如測(cè)量高爐風(fēng)口大于1000℃的熱風(fēng)溫度）、溫度高、口徑大（如燒結(jié)廢氣流量）、方 形大截面管道（如除塵管道）等場(chǎng)合的流量，于1957年進(jìn)行了利用彎頭測(cè)量流體流量的研究與系列試驗(yàn)，包括在直徑為25、50、75mm的標(biāo)準(zhǔn)鑄鐵彎頭圓 形管道測(cè)量水的流量試驗(yàn)，在直徑為50、75、100、150、250、350mm的標(biāo)準(zhǔn)鑄鐵彎頭、鐵板焊接彎頭測(cè)量氣體的流量試驗(yàn)，進(jìn)行氣體流量試驗(yàn)時(shí) 注入有色氣體以觀察其流動(dòng)情況。試驗(yàn)包括采用圓形、方形、矩形的鑄鐵彎頭以及鐵板焊接彎頭對(duì)流速分布、壓力損失、取壓口位置的影響，井獲得了不同流量公 式、流量系數(shù)、直線段、壓力等結(jié)果。得出了下列幾點(diǎn)結(jié)果：

      （1）導(dǎo)出了利用彎頭測(cè)量氣體的流量方程，包括圓形、方形管道的彎頭流量方程；
      （2）利用彎頭測(cè)量氣體是可能的，具有較好的重現(xiàn)性，測(cè)量流量精度約為±2.5%，在逐個(gè)標(biāo)定情況下，精度優(yōu)于±1.2%，并成功地在工業(yè)實(shí)際中應(yīng)用；
      （3）圓形、方形、矩形彎頭對(duì)流速分布的影響基本類似；
      （4）彎頭前的直線段不應(yīng)低于5D，彎頭后的直線段不應(yīng)低于2～3D，直線段不足將產(chǎn)生附加誤差；
      （5）取壓口位置不正確將產(chǎn)生附加誤差（逐個(gè)標(biāo)定情況下除外）：
      （6）尺寸不標(biāo)準(zhǔn)的彎頭、內(nèi)部粗糙的彎頭也可測(cè)量氣體的流量，也有很好的重現(xiàn)性，但流量系數(shù)α和標(biāo)準(zhǔn)彎頭的不同，應(yīng)逐個(gè)標(biāo)定；
      （7）提出彎徑比的實(shí)用測(cè)量方法；
      （8）差壓比之標(biāo)準(zhǔn)孔板要小，如要增大差壓則要增大流速，即把彎頭直徑縮小，一般不采取。

      第3階段，20世紀(jì)80年代末開(kāi)始到現(xiàn)在。主要是對(duì)彎管流量計(jì)理論、誤差、應(yīng)用作進(jìn)一步的研究，并進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化與推廣應(yīng)用。如河北理工學(xué)院從1988年開(kāi)始了對(duì)彎管流量計(jì)的研究工作^[5-6]， 在前人研究成果的基礎(chǔ)上，借助現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)、高精度微差壓測(cè)量技術(shù)、現(xiàn)代計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)筑的全新科學(xué)研究平臺(tái)，在國(guó)家重點(diǎn)火 炬項(xiàng)目資助下，經(jīng)過(guò)15年的持續(xù)研究，包括理論和實(shí)驗(yàn)研究、誤差分析、提出彎管流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)及與其它流量計(jì)的比較、彎徑比的測(cè)量方法（高度法、等弦?guī)缀?法、曲率半徑規(guī)法等）等，指出了達(dá)到1.0級(jí)測(cè)量準(zhǔn)確度的彎管流量計(jì)規(guī)模化生產(chǎn)的條件，建立了儀表生產(chǎn)廠并且相繼推出可測(cè)量10余種工業(yè)常用介質(zhì)的彎管流 量計(jì)（包括高精度機(jī)加工的彎管傳感器），在國(guó)內(nèi)26個(gè)省、市推廣使用，目前已推廣5000余臺(tái)，此外還生產(chǎn)成套的彎管流量計(jì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，有力推動(dòng) 了國(guó)家工業(yè)流量計(jì)量的技術(shù)進(jìn)步。