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  • 差壓式流量計的標準型與非標準型

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    差壓式流量計(以下簡稱DPF或流量計)是根據安裝于管道中流量檢測件產生的差壓、已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來測量流量的儀表。標準型節流式DPF的發展經過漫長的過程,早在20世紀20年代,美國和歐洲即開始進行大規模的節流裝置試驗研究。用得最普遍的節流裝置——孔板和噴嘴開始標準化?,F在標準噴嘴的一種型式ISA l932噴嘴,其幾何形狀就是30年代標準化的,而標準孔板亦曾稱為ISA l932孔板。節流裝置結構形式的標準化有很深遠的意義,因為只有節流裝置結構形式標準化了,才有可能把國際上眾多研究成果匯集到一起,它促進檢測件的理論和實踐向深度和廣度拓展,這是其他流量計所不及的。

            1980年ISO(國際標準化組織)正式通過國際標準ISO 5167,至此流量測量節流裝置第一個國際標準誕生了。ISO 5167總結了幾十年來國際上對為數有限的幾種節流裝置(孔板、噴嘴和文丘里管)的理論與試驗的研究成果,反映了此類檢測件的當代科學與生產的技術水平。但是從ISO 5167正式頒布之日起,它就暴露出許多亟待解決的問題,這些問題主要有以下幾個方面。

    1. ISO 5167試驗數據的陳舊性。ISO 5167中采用的數據大多是30年代的試驗結果,今天無論節流裝置制造技術,流量試驗設備及實驗技術都有巨大的進步,重新進行系統地試驗以獲得更高精確度及更可靠的數據是必要的。進入80年代美國和歐洲都進行大規模的試驗,為修訂ISO 5167打下基礎。
    2. ISO 5167中關于直管段長度規定的問題。在ISO投票通過ISO 5167時,美國投了反對票,其主要原因是對直管段長度的規定有不同意見,這個問題應是ISO 5167修訂的主要問題之一。
    3. ISO 5167中各項規定的科學性問題。影響節流裝置流出系數的因素特別多,主要有孔徑與管徑的比值β、取壓裝置、雷諾數、節流件安裝偏心度、前后阻流件類型及直管段長度、孔板入口邊緣尖銳度、管壁粗糙度、流體流動湍流度等,眾多因素影響錯綜復雜,有的參數難以直接測量,因此標準中有些規定并非科學地確定,而是為了取得一致,不得不人為地確定。著名流量專家斯賓塞(E.A.Spencer)提出一系列應重新檢討的問題,如孔板平直度、同心度、直角邊緣尖銳度、管道粗糙度、上游流速分布及流動調整器的作用等。
    4. 關于節流式DPF測量精確度提高的問題。鑒于節流式DPF在流量計中占有重要地位,提高其測量精確度意義重大。歷次國際學術會議認為必須使流量測量工作者、流體力學與計算機技術工作者緊密合作共同攻關才能解決此問題。

      20世紀80年代美國和歐洲開始進行大規模的孔板流量計試驗研究,歐洲為歐共體實驗計劃(EEC Experimental Program),美國為API實驗計劃(API Experimental Program)。試驗的目的是用現代最新測試設備及試驗數據的統計處理技術進行新一輪的范圍廣泛的試驗研究,為修訂ISO 5167打下技術基礎。1999年ISO發出ISO 5167的修訂稿(ISO/CD 5167-1-4),該文件為委員會草案,它在技術內容與編輯上都有很大改動,是一份全新的標準。本來預定于1999年7月在美國丹佛舉行的ISO/TC30/SC2會議上審查通過為DIS(標準草案),但是會議認為尚有細節問題應再商榷而未能通過。新的ISO 5167標準何時正式頒布尚不得而知。ISO 5167新標準在標準的兩個核心內容皆有實質性變化,一是孔板的流出系數公式,用Reader-Harris/Gallagher計算式(R-G式)代替Stolz計算式,另一為節流裝置上游側直管段長度的規定以及流動調整器的使用等。

      我們通常稱ISO 5167(GB/T2624)中所列節流裝置為標準節流裝置,其他的都稱為非標準節流裝置,應該指出,非標準節流裝置不僅是指那些節流裝置結構與標難節流裝置相異的,如果標準節流裝置在偏離標準條件下工作亦應稱為非標準節流裝置,例如,標準孔板在混相流或標準文丘里噴嘴在臨界流下工作的都是。

      目前非標準節流裝置大致有以下一些種類:

    1. 低雷諾數用 1/4圓孔板,錐形入口孔板,雙重孔板,雙斜孔板,半圓孔板等;
    2. 臟污介質用 圓缺孔板,偏心孔板,環狀孔板,楔形孔板,彎管節流件等;
    3. 低壓損用 羅洛斯管,道爾管,道爾孔板,雙重文丘里噴嘴,通用文丘里管,Vasy管等;
    4. 小管徑用 整體(內藏)孔板;
    5. 端頭節流裝置 端頭孔板,端頭噴嘴,Borda管等;
    6. 寬范圍度節流裝置 彈性加載可變面積可變壓頭流量計(線性孔板);
    7. 毛細管節流件 層流流量計;
    8. 脈動流節流裝置;
    9. 臨界流節流裝置 音速文丘里噴嘴;
    10. 混相流節流裝置。

      節流式DPF現場應用的不斷拓展必然提出發展非標準節流裝置的要求,多年來ISO亦在不斷制訂有關非標準節流裝置的技術文件,在它們不能成為正式標準之前作為技術報告發表??梢灶A見,今后有可能若干較為成熟的非標準節流裝置會晉升為標準型的。20世紀90年代中后期世界范圍內各式DPF銷售量在流量儀表總量中臺數占50%-60%(每年約百萬臺),金額占30%左右。我國銷售臺數約占流量儀表總量(不包括家用燃氣表和家用水表及玻璃管浮子流量計)的35%-42%(每年6萬-7萬臺)。