新型节流装置的实验研究

　　0　引言

　　节流流量计是流量测量中使用最多的一种流量计,在冶金领域和炼油厂的使用占80%以上,该类流量计结构和安装简单,有可靠的实验数据^[1]。随着冶金企业设备的大型化,气体输送管道也随之增大,如使用管径大于2 m的煤气输送管^[2];另外,在大型水电和火电企业中,流体输送管路也有大型化的趋势,管径大于1·6m的圆形管道和边长达2~3m的矩形管道也被大量使用^[3-5]。

　　传统的节流计对于大管道、特大管道的流量测量,存在大型的节流装置制造和现场安装难度大、成本高的问题。制造大型节流装置很不现实,而替代产品(如电磁流量计)价格昂贵^[4]。因此,在传统节流装置的基础上,研发出一种新型的插入式节流装置,应用于大管道、特大管道的流量测量。经过实际的使用,取得了良好的效果。

　　1　新型节流装置

　　新型插入式节流装置结构示意图如图1所示。

　　固定法兰上端有引压导管接口,下端与悬臂支架焊接而成,测量管由入口稳流翼,前、后直管段和测量段孔板或喷嘴组成。在实际的测量中,将节流装置插入管道内,采用固定法兰与测量管道上的法兰螺钉压紧连接的方式。

　　新型插入式节流装置流量测量原理示意图如图2所示。

　　在大管道、特大管道中,通过测取喷嘴的前后压差,计算流过直管段和喷嘴的流量,而直管段内的流体与测量管道中的流体具有相似的流场分布,二者的流量之比等于其截面积之比。在对插入式节流装置实流校验的基础上,利用相似原理推测出相似的装置常数,就可以用插入式节流装置对大管道进行流量的间接测量^[1]。

　　2　理论分析与风洞试验

　　在对新型插入式节流装置用相似原理进行分析的基础上,设计、加工制造出样品,对样品进行风洞试验,测取节流装置的压差与流速,验证其流量测量的效果,为进一步完善设计,以及为分析和实际的流量测量提供数据支持。

　　2. 1　相似原理分析

　　节流装置的流量测量是以能量守恒定律和流动连续性方程为基础,对充满管道的流体在经过节流装置时,流束在节流件处形成局部收缩,从而使流速增加,静压力降低,在节流件前后产生了静压力差(压差)。流体的流速越大,在节流件前后产生的压差也越大,通过测量压差来衡量流体通过节流装置时的流量大小^[6-7]。

　　对于理想流体,伯努利方程为

　　式中:g为重力加速度,m /s²;Z为流体的坐标位置,m;p为流体的压力,Pa;u为流体的流速,m /s;ρ为流体的密度,kg/m³.模型流体系统的伯努利方程为