LWCB型插入式渦輪流量計(jì)是近兩年我國(guó)出現(xiàn)的一種新型流量計(jì),它是根據(jù)流速一面積測(cè)量原理,利用傳統(tǒng)的渦輪變送器直接測(cè)量大口徑管道水流量。由于它量程比大、壓力損失小、安裝簡(jiǎn)單、維修方便,更重要的是可以不停水進(jìn)行修理和更換渦輪變送器,受到廣大用戶的歡迎。我廠采用這種流量計(jì),安裝在φ600供水總管道上,運(yùn)行情況良好,對(duì)企業(yè)的用水經(jīng)濟(jì)核算和節(jié)能工作起到了一定的作用。
 LWCB型流量計(jì)用于工業(yè)時(shí)間還不長(zhǎng),有不少問題有待探討,本人就這種流量計(jì)的一些基本間題提出一點(diǎn)粗淺看法,望大家指正。
一、原理簡(jiǎn)介：
 LWCB型插入式渦輪流量計(jì)是將一個(gè)內(nèi)徑50mm的渦輪變送器(渦輪頭)插入被測(cè)管(一般是大直徑的)的中心。當(dāng)水充滿管道且水的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是充分發(fā)展的紊流時(shí),由通過渦輪頭的水流量可“推算”出管道的水流量。所謂“推算”不是理論計(jì)算,而是通過液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置將實(shí)際測(cè)定的水流量和渦輪頭輸出的電頻率數(shù)一一對(duì)應(yīng)起來,知道頻率f當(dāng)然也就知道管道里水的流量了。LWCB型流量計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。渦輪頭

圖1LWCB型流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖
是遵循渦輪流量計(jì)規(guī)律的,由渦輪流量計(jì)的特性可知f=kqf—渦輪頭輸出電壓脈沖的頻率(1s/)k—渦輪頭的儀表常數(shù)q—流過渦輪頭的體積流量(m呂/s)。令K為L(zhǎng)WCB型擂入式渦輪流量計(jì)的儀表常數(shù),Q為流過管道的體積流量(m。s/)。因?yàn)閒和Q是線性關(guān)系,所以可用f表示管道的體積流量,即f=KQK和k必然有倍數(shù)關(guān)系,即f=KQ=AkQA二q/Q且A<1。系數(shù)1/A則表示管道的流量(包括渦輪頭的流量)與渦輪頭的流量之比,是個(gè)大

于一的數(shù)?？芍?對(duì)某一管徑，就有一個(gè)1/A數(shù)相對(duì)應(yīng)，這就是L:I渦輪頭的f“推算”管道流量的原理。將儀表常數(shù)K設(shè)置在二次儀表中就可實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)流量顯示和以m'為單位的積算mo  例:某大口徑水管，管道內(nèi)徑600mmf安裝LWCB型流量計(jì)，k=23296 1/m'(由制造廠提供)求K=7小600的玄·133.21–>A:’K==0.007507×23296=.007507174.9對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)圓管，如內(nèi)徑615mm, K值的算法見C1〕。
  二、1/a系數(shù)：
  1/A系數(shù)是LWCB型流量計(jì)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，其與否直接影響到測(cè)量的準(zhǔn)確程度。能否以渦輪頭的流量“推算”管道的流量呢?由流體力學(xué)知:流體在紊流區(qū)經(jīng)充分發(fā)展流動(dòng)后，其流速v的分布可用1/n冪規(guī)律描寫，見圖2。

圖2管內(nèi)流速分布

R。(曾諾數(shù))和。關(guān)系表1
  n和管道內(nèi)壁的粗糙程度也有關(guān)。管道平均流速越大，管道內(nèi)壁越光滑，則n越大。  渦輪頭插入管道中心它所反映的流量是管道中心處小50面積的流量，其流速接近Vm?？墒怯捎跍u輪頭和小36的導(dǎo)桿的存在，是要破壞流體運(yùn)動(dòng)1/n冪規(guī)律的，管道直徑越小則這種破壞作用越明顯。  流體流入渦輪頭推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，這是由于渦輪的出、入口之間存在壓力差的結(jié)果。葉輪可視為一個(gè)阻力件。這樣，穿過小50渦輪頭的實(shí)際流速要比理論流速小一些，流量也要小一些。基于L}I上分析，現(xiàn)將系數(shù)1/A的理論值1/A:和測(cè)定值1/A:作一比較。  1.1/A:的推導(dǎo)  設(shè)管道半徑為R，任意半徑為r，圓柱體!}_的體積流量為Q，則

  由圖1，以厘米為長(zhǎng)度單位，則小50渦輪頭的凈流通面積S=c(2.5>一2×0.12×5=18.43cmE 管道內(nèi)凈流通面積“=7’一5z)一2.5×1.5一2×0.12×5一〔R一(2.5+0.35+1.5)}x3.6二nRz一3.6R+

  2.1、A:值與1/A:值的比較：  廠家用液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置法在中200,小400,小500,小600和小800圓管以平均流速從0.35m/s至3m/s分別實(shí)際測(cè)定了各管的1/A值，測(cè)定結(jié)果(數(shù)據(jù)資料從略)表明。雖然雷諾數(shù)R,。變化較大但任何一次的測(cè)定值1/A的分散性卻不大，與其算術(shù)平均值1/AzC”的相對(duì)誤差***大者不超出2%,因此廠家將LWCB型插入式渦輪流量計(jì)的精度規(guī)定為2.5}Ci〕。  因?yàn)樾?0渦輪頭出、入口之間有差壓，所以通過渦輪頭的流速(或流量)應(yīng)稍小于渦輪頭附近的流速，也稍小于理論流速。若從禍輪頭的f去直接“推算”管道的流量，顯然是偏小了點(diǎn)，為了修正它，應(yīng)將1/A,乘以大于1的系數(shù)。由理論計(jì)算值和已知的測(cè)定值比較來看，本人認(rèn)為乘以1.06比較合適。今由式(2)求各管徑1/A:值，列表如下，相對(duì)誤差為‘1/八“一1.UG不夕比1/A:的百分?jǐn)?shù)，即△%=(1一1,06Az/A,)x100%, I/A:值是L}平均流速為lm/s由公式(2)求得的。這樣選擇流速雖然接近常用流量和n的平均值，但考慮到對(duì)水力粗糙管，此n可能低至5}-4，管道的流量在上、下極限情況下，n也有較大的差別，參考表1,故列表3，可以看到1/A:值的變動(dòng)是較大的，對(duì)較小直徑尤為突出。  表3的說明:n的高限和低限是根據(jù)表1由流速的高限3m/s和低限0.35m/s–ReD–>n求得的。

3.結(jié)論：
 由表2、3可以看到管徑越大，則1/Ai越接近1/A2s其相對(duì)誤差越小，n值越小則相對(duì)誤差越大。這說明:  (1)渦輪頭和導(dǎo)桿對(duì)流體的充分發(fā)展流動(dòng)有破壞作用，可以推知:大于小800的管道其1/A:和1/A:是相差不大的。  由圖2可知.n小則曲線趨向尖，n大則趨向鈍。當(dāng)n在7.2至8.8間，中200管的理論值1/A:的誤差高達(dá)14.700，但根據(jù)測(cè)定，任一1/A值與16.07的相對(duì)誤差小于2%。這是渦輪頭和導(dǎo)桿插入件對(duì)流體的擾亂作用，導(dǎo)致管內(nèi)流速分布不按1/n冪規(guī)律，使流速分布曲線趨向變鈍，從而提高了1/A,值的結(jié)果。  (2)由表3知:當(dāng)n=4或5時(shí).1.06A1值明顯地小于‘/人2值，誤差很大， 原因是圖2的曲線變得更尖的結(jié)果。測(cè)定1/A:是在水力光滑管的條件下作出的。廠礦、企業(yè)的供水管使用多年，內(nèi)壁結(jié)垢很多應(yīng)屬水力粗糙管，雖然插入件有提高1.061/A:的趨勢(shì)，但n過小(如4或5時(shí))能否較好地接近1/A:還需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證明，在這種管道條件下使用LWCB型流量計(jì)其精度能否達(dá)到2.5，似應(yīng)考究。