上游单90°弯头对内锥流量计性能的影响

　　内锥流量计自 20 世纪 80 年代问世以来，已成功应用于石油、化工、天然气和多相流等许多流量测量领域.随着内锥流量计的推广，安装条件对内锥流量计的性能影响逐渐成为国内外学者、研究部门、制造商们乃至使用部门讨论与关心的热点问题，特别是使用内锥流量计的具体用户更是对此问题尤为关注[1-3].

　　目前国外普遍认为内锥流量计有较强的抗流态扰动性 能 ，前 后 直 管 段 的 要 求 也 比 标 准 节 流 装 置低[4-6].2004 年至今，天津大学于中伟[7]、吴经纬[8]和杨会峰[9]先后进行了关于内锥量计流出系数、可膨胀系数及湿气测量等方面的研究工作，取得了一些宝贵的经验成果.

　　自 2003 年以来，国内也在积极开展对内锥流量计的推广使用工作，然而生产厂家对量程比、压力损失、精度等关键技术指标乃至安装条件多直接采取美国 McC 公司产品说明书的方式.客观上，由于内锥流量计的结构尚未实现标准化，其前后锥角、节流比、上下游支撑形式及尺寸、取压方式等存在诸多差异，这些不仅会对流出系数、可膨胀系数等关键参数产生影响，同样也会对内锥流量计的安装条件产生影响，因此某些研究机构给出的结论是否具有普适性值得推敲.目前，国内关于内锥流计安装使用条件的实验研究鲜见报道.笔者针对 100,mm 口径的内锥流量计，节流比分别为 0.45、0.55、0.65 和 0.85，开展了基线实验及上游不同直管段长度的单个 90°弯头影响的实验研究，通过实验数据对流出系数相对误差、附加不确定度等指标的分析与评价，给出了上游单个 90°弯头条件下的直管段长度建议.

　　1 实验部分

　　1.1 实验装置

　　本研究是在天津大学流量实验室完成的，为提高实验效率，采用标准表法标定样机.装置流程如图 1所示.泵可连续将水池中的水打入水塔，通过水塔溢流稳压.标准表为精度 0.2%的电磁流量计.根据装置现有能力尽可能拓展了雷诺数范围的上下限，并配套适当的差压变送器.差压变送器采用 3 台横河EJA110A，精度为 0.075%，量程分别为 0.5~10,kPa、1~100,kPa 和 5~500,kPa，每组实验前，利用 EJAHART 协议手操器对变送器的零点及量程进行必要的调整;为提高对 4~20,mA 信号的采样精度，A/D 卡选用了研华 16 位 PCI-1716;计算机用于实现对标准表输出信号及差压变送器输出信号的实时处理.

　　1.2 实验样机设计

　　内径 100,mm 的内锥流量计样机结构设计如图 2所示，包括法兰 1、测量管 2、引压孔 3、悬臂支撑 4 和锥体 5，前后锥角分别为 45°和 120°.

　　样机装配方式及锥体照片如图 3 所示，实验锥体选用 4 个，节流比分别为 0.45、0.55、0.65 和 0.85.中央法兰可将测量管分成前后 2 截，锥体可灵活更换，通过特制精密工装保证锥体与测量管安装的同轴度.