弯管流量计的进展及其在工业中的应用与前景

　　由于弯管流量计具有一系列优点,特别是一般节流装置所不具备的优点(如耐高温、磨损少、能用于较脏污和易堵塞的流体、无引起附加阻力损失的节流部件甚至可不要求特别的装置等),因而能解决一般节流装置难以解决的问题,故很久以前就有人研究并开始应用,但直到现在由于技术的进步,加工技术、数字技术、低差压变送器的精度和可靠性的提高以及低成本化,使弯管流量计才得以较大量应用,预计今后会有更广阔的应用前景。

　　1　弯管流量计的进展

　　弯管流量计的进展大致可分为3个阶段。

　　第1阶段,20世纪40年代以前。ИИ库科列夫斯基于1913年正式提出利用弯头内外凹凸面形成的压差测量水流量,认为这种装置除了不引起任何压头损失以外,还不需要另占地方,普通标准铸铁弯头都可用,用于测量水量的弯头可装在任何平面上,由于这些优点,虽然比之标准孔板精度要差,但仍具有巨大的实际意义。30年代美国土木工程师协会ASCE(American Society of Civil Engi-neers)对弯管流量计测量水流量进行系列的试验,包括圆形、方形、矩形对弯头流速分布、压力损失、取压口位置的影响,以及对流量公式、流量系数等的大规模试验(每一流量速度试验超过800点,压力测量在296个点上进行,进行一个试验要48人·小时),其后前苏联ВОДГЕО研究所及列宁格勒公用事业科学研究所[1~2]进行了弯管流量计测量水流量的系列研究,得出下列几点结论:(1)导出了测量水的流量方程(基于伯努利方程);(2)R0/D为0·95~1·5的弯头的流量系数α值接近1,流量系数精度为2%(低于标准孔板的1%,其中R0为弯头的曲率半径,D为弯头平均内径);(3)圆形、方形、矩形弯头的流速分布基本类似;(4)弯头前的直线段不应低于5D,弯头后的直线段不应低于3~5D;(5)用弯头测量水流量的精度约为±5%,包括取压口位置、曲率半径等误差;(6)提出弯径比的测量方法;(7)弯头可以不是90°,其它角度的弯头甚至任何其它可以产生局部阻力的部分都可用作测量水流量。

　　第2阶段,20世纪50~60年代。我国主要研究利用弯头测量气体的流量[3~4],当时的冶金工业部热工控制研究设计院为测量高温且管道直线段距离不足(如测量高炉风口大于1 000℃的热风温度)、温度高、口径大(如烧结废气流量)、方形大截面管道(如除尘管道)等场合的流量,于1957年进行了利用弯头测量流体流量的研究与系列试验,包括在直径为25、50、75mm的标准铸铁弯头圆形管道测量水的流量试验,在直径为50、75、100、150、250、350 mm的标准铸铁弯头、铁板焊接弯头测量气体的流量试验,进行气体流量试验时注入有色气体以观察其流动情况。试验包括采用圆形、方形、矩形的铸铁弯头以及铁板焊接弯头对流速分布、压力损失、取压口位置的影响,并获得了不同流量公式、流量系数、直线段、压力等结果。得出了下列几点结果:(1)导出了利用弯头测量气体的流量方程,包括圆形、方形管道的弯头流量方程;(2)利用弯头测量气体是可能的,具有较好的重现性,测量流量精度约为±2·5%,在逐个标定情况下,精度优于±1·2%,并成功地在工业实际中应用;(3)圆形、方形、矩形弯头对流速分布的影响基本类似;(4)弯头前的直线段不应低于5D,弯头后的直线段不应低于2~3D,直线段不足将产生附加误差;(5)取压口位置不正确将产生附加误差(逐个标定情况下除外);(6)尺寸不标准的弯头、内部粗糙的弯头也可测量气体的流量,也有很好的重现性,但流量系数α和标准弯头的不同,应逐个标定;(7)提出弯径比的实用测量方法;(8)差压比之标准孔板要小,如要增大差压则要增大流速,即把弯头直径缩小,一般不采取。