大管径水流量仪表性能分析

　　1　几种大管径流量仪表的原理和特点

　　1·1　节流差压式流量计

　　这种仪表的测量原理是伯努力方程和流体的连续性方程。利用节流装置前后的差压与平均流量的关系,测得差压值,推算出流量。如图1所示,充满管道的水流经节流装置时(图中为孔板,在多数大管径输水测量中常用文丘利管,如图2)。流束在节流装置处由于流通面积急剧收缩,从而流速增加,水的静压从P1降到P2,利用差压变送器可测得节流装置前后产生的差压ΔP=P1-P2。根据伯努力方程可知,水的流量与差压ΔP的平方根成正比关系,即:

式中M是一个综合比例系数,它与节流装置截面比、水的密度等有关,可由实验求得。

　　如图1所示,管道中水压经节流装置后从P1降到P2,再流过一段后回升到P3,则P1-P3即为流过节流装置的阻力损失,换言之,也就是这种测量过程的能量消耗。节流差压式流量仪表常用孔板、喷嘴、文丘利管,比较来说,孔板的结构最简单、价格低,文丘利管结构最复杂、价格也最贵,喷嘴介于两者中间。在压力损失方面从大到小依次是孔板、喷嘴、文丘利管。孔板和喷嘴安装长度都较短,而文丘利管安装长度很长。这3种节流装置中孔板和喷嘴已有国家标准,可按照工艺参数通过计算确定,不须实流标定。文丘利管可参照相应标准计算,但应实流标定。

　　1·2　电磁流量计

　　本仪表的工作原理是法拉第电磁感应定律。如图3所示,导电液体在管道内流过,穿过垂直于管道的磁场,相当于长度为D的导电体切割磁力线,在与流向和磁力线都垂直的方向就产生感应电动势E,即:

式中B———磁通密度,Gs

　　D———管道内径,cm

　　V———液体平均流速,cm/s

　　则液体的体积流量可用下式表示。

　　从电磁流量计的测量原理可以看出,管道中没有任何阻流元件,所以不会带来压力损失,这是此仪表最显著的优点。电磁流量计还可测量含杂质的固液两相流,也适用于测未经处理的江河原水。电磁流量计须进行实流标定。

　　1·3　插入式涡轮流量计

　　插入式涡轮流量计的原理是测量管道横截面上某一局部流速,乘以该局部流速与平均流速之间的系数和截面积,以求得体积流量。这种仪表有隔离阀,可以在不停水的情况下安装或调换涡轮头。涡轮头位置可以在管道中心,也可插在平均流速区。流速的分布对测量精度影响很大,因此要远离影响流速正态分布的弯头、阀门等,也就是说对安装直管段的要求较高。

　　1·4　插入式涡街流量计

　　插入式涡街流量计是基于卡门涡街原理制成的。流体流经插入到管道中的旋涡发生体时,发生体两侧交替产生旋涡,并产生压力脉动从而使发生体产生交变应力,封装在检测体内的压电膜片在此交变应力的作用下会产生与旋涡频率相同的电信号,产生的电信号经过处理,转换成脉冲信号或标准模拟信号输出,在一定的雷诺数范围内,流量与旋涡的频率成正比。这种仪表也可以不停流拆装,对被测液体的流速有最大(最小)流速的要求,而对大管径输水管道往往是流速太低,因此为了提高流速以满足使用要求,往往需要缩管。另外此种仪表对振动要求比较高。