偏心异径管流量计特性的试验研究

　　一、引　　言

　　在煤矿生产中监测井下主排水泵流量是十分必要的,愈来愈受到重视,井下主排水泵至少三台,排水管共用,吸水管独立。根据煤矿具体情况要求:流量计必须安装在吸水管上;流量计应阻力小、结构简单、安装及使用维护方便。符合上述要求的流量计并不多见,调研表明:井下主排泵入口前均有一段偏心异径管和一定长度的直管段。见图1,且为通用设计。根据流体力学原理:准确确定偏心管的水力特性就能够将其改造成具有实用价值的新型流量计,为此进行了试验研究。

　　二、试验原理

　　试验目的是在模拟现场条件下确定偏心管的阻力系数ζ和流量修正系数K,其定义为

　　由式(9)~(12)知,测得h和Q,即得ζ和K。在试验系统中设置U形管和涡轮流量计分别测量h和Q,试验系统见图1。

　　三、数据记录及处理

　　分别在泵入口有、无整流器的条件下沿Q =0~ Qmax正、反两方向进行试验,数据记录和处理见表1~表4和图2。

　　四、分　　析

　　1·h的分析

　　由表1、2有:当Q=(0~6.375)l/s时h=(-27~315)mm, Q=(0~7)l/s时h=(5.5~341)mm。这表明偏心管中流速在现场流速范围内时,输出信号强,变化幅度大,便于检测和提高分辨率。结合图2可见:h的重复性好、规律性强。因而偏心管作为流量计是可行的。

　　当Q=0时h=-27mm,而在理论上应有h=0,这是由于偏心管距泵入口太近,受泵小流量区入口旋流影响所致。由文献1知:当存在旋流时,过流断面的压强呈二次抛物面分布,壁面处压力升高,因而使得p1增大直至p2-p1<0,缩小了其工作范围。为此在泵入口安装了整流器,当Q=0时h=5mm>0,这与距上游弯头太近有关。但当Re<3×104时,Q-h的规律仍很复杂。

　　2·ζ的分析

　　理论研究表明ζ是偏心管的重要参数,ζ一定则水力特性唯一;且当Re足够大及偏心管前后有足够长的直管段时,ζ为常数。根据文献1把偏心管近似看成同心管时有:

时对偏心异径管流量计特性的影响是有限的。

　　3·K的分析

　　K是流量计的重要特性参数之一,理论研究表明:当Re足够大且偏心管前后有足够长直管段时,K=常数;且由式(12)可见,当ζ较小时K主要取决于偏心管的结构参数。由表3、4知:当Re=(2~14)×104无整流器时,K =0.9188~0.9763,-K =0.9499;有整流器时,K=0.9851~1.0354,-K =1.0149,分别为3.27%、2.94%。这表明K的离散性小,可认为K=常数。且安装整流器有利于改善偏心异径管流量计的特性。

　　当ζ分别为0、0.047、0.1,且未安装整流器时,K分别为0.1、0.9624、0.9248,则分别为5.27%、1.3%、2.21%,这表明当无条件求得-K时应用ζ理论或ζ经验亦可取得较好的结果。