大尺寸气体管道流量校验系统的实验研究

　　0　引言

　　目前,工程的大型化已成为现代工业发展的必然趋势,工程中尺寸大于1m的管道在电力、冶金、石化等行业中应用十分普遍,其流量检测(特别对气体)也已日益迫切[1]。在大口径、大流量气体介质管道的流量测量中,可以采用均速管流量计、插入式涡街流量计、热式质量流量计、超声波流量计和孔板流量计等,其中均速管流量计的应用最多,比如在中国西气东输世纪工程内径为1m的干线管道上,选用了50台美国Emerson公司的均速管流量计,占总量的52%[2]。均速管流量计结构简单、价格低廉,尤其是其不可恢复的阻力损失小(仅为孔板的百分之几)[3],这在能源短缺的今天具有重大意义。

　　毛新业[4-5]、方原柏[6]和B·Dobrowolski[7]等人已对圆形管道内流速分布、均速管流量计检测杆形状、检测孔位置分布等进行了研究。本文用皮托管测量管道内的流速,得到实验段处流速分布近似充分发展湍流;采用涡轮流量计作为标准流量计,在实验段处对均速管流量计进行流量校验,获得其流量系数,调节风机频率改变管道内的流速,观察均速管流量计流量系数的变化,发现流量系数随着雷诺数的增加有上升的趋势;最后得到不同雷诺数的流量系数拟合曲线,在获得流量系数时,若考虑雷诺数的影响,得到的流量值将更精确。

　　1　风机频率和管道内平均流速的关系

　　校验系统结构示意图如图1所示。实验段前后直管段长度各有20D,以保证实验段处流动是充分发展湍流。

　　调节风机频率改变管道中的流量,然后算出平均流速,最后得到管道300mm的雷诺数。实验条件:空气温度为6.6℃,湿度为62.8%RH,此时空气密度约为1.2610kg/。调节斜流风机的频率范围为6~50Hz,标准流量计涡轮读取瞬时流量范围为336.87~2976.54/h,对应管道内平均流速范围为1.32~11.7m/s。频率与管内平均流速关系如图2所示,它们的关系近似直线。

　　2　管道内的速度分布

　　采用皮托管测量管道内的流速分布,调节变频器频率为26Hz,此时管道内平均流速为5.97m/s,分别测量并分析均速管流量计实验段前1D和后2D(D为管道内径)的速度剖面。

　　实验条件:空气温度为9.4℃,湿度为54.3%RH。图3是实验段前后管道内的速度分布,其中front代表实验段前1D的流速分布,back代表实验段后2D的流速分布,y是管道内相对于中心轴线的位移。管道截面某点流速v和y在理论上满足式(1):

　　式中:,是管道中心处的速度(=5.97m/s);指数n与管道内的雷诺数有关。

　　由于皮托管的半径约有2mm,所以图中各坐标y的范围是-148~148mm。口径为300mm且内部平均流速为5.97m/s的空气流动时,管道内的雷诺数为1.2×,由文献[8]可知式(1)中的指数n为7.3。