彎管出口流速畸變對(duì)水廠流量計(jì)的影響

摘要：彎管出口流速分布的畸變要影響下游水廠流量計(jì)的測(cè)量值。電磁流量傳感器的安裝方式使其電*軸與彎管平面成45°角，可減緩擾流的影響。闡述了采用該方法的實(shí)驗(yàn)過(guò)程、試驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)論。
1、問(wèn)題的提出
流體流過(guò)彎管后，下游產(chǎn)生流速分布畸變，若是兩只鄰近相接的不同平面彎管，除流速分布畸變外還會(huì)有漩渦。這些現(xiàn)象要影響裝在下游的大部分類(lèi)型流量?jī)x表（除容積式等少數(shù)類(lèi)型外）的測(cè)量值，因此通常要求在流量?jī)x表安裝點(diǎn)之前有一定長(zhǎng)度直管段，改善進(jìn)入儀表的流動(dòng)狀況。水廠流量計(jì)受彎管影響較小，直管長(zhǎng)度要求也遠(yuǎn)低于節(jié)流差壓式、渦街式等其他流量?jī)x表。但是當(dāng)前水廠流量計(jì)精度為測(cè)量值的0.5%，甚至0.2%~0.4%，即使影響量較小，還是受到人們的關(guān)注。
除儀表前直管段可降低彎管影響外，人們還從安裝方式上設(shè)法降低影響的方法。文獻(xiàn)曾報(bào)道電磁流量傳感器電*軸線與鄰近彎管平面成45°傾斜安裝可以減少?gòu)澒苡绊?。日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)B7554“解說(shuō)部分”列有電*軸線與彎管平面垂直、平行、成45°三種安裝方式，在不同長(zhǎng)度直管下的測(cè)量誤差范圍，也說(shuō)明這一效果。
2000年上海原水公司擬在已建成的某泵站加裝DN2200水廠流量計(jì)，但彎管下游安裝位置的前直管長(zhǎng)度明顯不符合規(guī)定中5D~10D（D為管徑，下同）的要求，此時(shí)，影響測(cè)量誤差有多大呢?
由于受條件限制無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)用經(jīng)典的測(cè)量方法（如流速計(jì)流速面積法）作比對(duì)試驗(yàn)，以估計(jì)彎管影響附加誤差值。并且使用方必須在訂購(gòu)之前就要知道附加誤差估計(jì)值，以決定設(shè)計(jì)方案。筆者按相似原理以較小口徑水廠流量計(jì)在實(shí)驗(yàn)室模擬現(xiàn)場(chǎng)條件作試驗(yàn)。試驗(yàn)證明45°安裝可減小彎管影響.并求得該個(gè)案安裝條件下傳統(tǒng)安裝方式的影響值。
2、彎管下游流速分布影響
流體流過(guò)彎管由于離心力作用，靠外壁產(chǎn)生擴(kuò)散效應(yīng)，內(nèi)壁產(chǎn)生收縮效應(yīng)，由此產(chǎn)生橫向流動(dòng)的二次流，引起下游產(chǎn)生速度分布畸變，如圖1所示。圖1中，右邊垂直剖面彎管外緣流速較快，水平剖面呈雙峰值流速分布。隨著液流離開(kāi)彎管距離增加.畸變會(huì)趨于緩和。

當(dāng)前絕大部分電磁流量傳感器是非均勻磁場(chǎng)分布結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。非均勻磁場(chǎng)理論認(rèn)為包含電*的測(cè)量管橫截平面區(qū)域內(nèi)，各微小液體體積元切割磁力線對(duì)電*間信號(hào)“所起作用”各異，因此不是均勻地而是按“所起作用”非均勻地設(shè)計(jì)各點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度，使在理想條件下流速分布畸變不會(huì)影響流量測(cè)量值。然而實(shí)際儀表還是受到一些影響。圖2所示是日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所附彎管下游三種安裝方式不同直管長(zhǎng)度的誤差范圍。

3、實(shí)驗(yàn)
實(shí)流實(shí)驗(yàn)是在上海光華·愛(ài)而美特儀器有限公司稱(chēng)重法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)行。裝置的不確定度為0.011%，試驗(yàn)儀表是DN100的IFM4080K型，按現(xiàn)場(chǎng)幾何尺寸比例縮小設(shè)置管道，如圖3所示夾裝到流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上校驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。圖中“正常安裝”即按前置直管段長(zhǎng)度大于等于10D，后置直管段長(zhǎng)度大于等于5D安裝，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)即為參比值。水廠流量計(jì)滿度流量為150m3/h，實(shí)驗(yàn)流速范圍0.32~5.3m/s，共做了5個(gè)流量點(diǎn)。

4 結(jié)論
1）在本試驗(yàn)安裝條件下，流量傳感器電*軸在A=90°位置時(shí)*大誤差為-1.2%，A=0°位置時(shí)為+1.6%，A=45°位置時(shí)為0.5%；與正常安裝條件即參比值相比，*大附加誤差在A=90°時(shí)為-1.2%，A=0°時(shí)為+1.65%，A=45°時(shí)為+0.65%。
2）實(shí)驗(yàn)證明電*軸線45°安裝比傳統(tǒng)水平安裝（A=0°）受彎管流動(dòng)擾動(dòng)影響有很大改善。
3）電磁流量傳感器在彎管下游即使有足夠長(zhǎng)（5D）的直管段，亦應(yīng)按“45°安裝”，作為減小彎管撓流影響，降低附加誤差的措施。