差壓式流量計的標(biāo)準(zhǔn)型與非標(biāo)準(zhǔn)型

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差壓式流量計(以下簡稱DPF或流量計)是根據(jù)安裝于管道中流量檢測件產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)型節(jié)流式DPF的發(fā)展經(jīng)過漫長的過程,早在20世紀(jì)20年代,美國和歐洲即開始進(jìn)行大規(guī)模的節(jié)流裝置試驗(yàn)研究。用得最普遍的節(jié)流裝置——孔板和噴嘴開始標(biāo)準(zhǔn)化?,F(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)噴嘴的一種型式ISA l932噴嘴,其幾何形狀就是30年代標(biāo)準(zhǔn)化的,而標(biāo)準(zhǔn)孔板亦曾稱為ISA l932孔板。節(jié)流裝置結(jié)構(gòu)形式的標(biāo)準(zhǔn)化有很深遠(yuǎn)的意義,因?yàn)橹挥泄?jié)流裝置結(jié)構(gòu)形式標(biāo)準(zhǔn)化了,才有可能把國際上眾多研究成果匯集到一起,它促進(jìn)檢測件的理論和實(shí)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(biāo)準(zhǔn)化組織)正式通過國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 5167,至此流量測量節(jié)流裝置第一個國際標(biāo)準(zhǔn)誕生了。ISO 5167總結(jié)了幾十年來國際上對為數(shù)有限的幾種節(jié)流裝置(孔板、噴嘴和文丘里管)的理論與試驗(yàn)的研究成果,反映了此類檢測件的當(dāng)代科學(xué)與生產(chǎn)的技術(shù)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(yàn)數(shù)據(jù)的陳舊性。ISO 5167中采用的數(shù)據(jù)大多是30年代的試驗(yàn)結(jié)果,今天無論節(jié)流裝置制造技術(shù),流量試驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)技術(shù)都有巨大的進(jìn)步,重新進(jìn)行系統(tǒng)地試驗(yàn)以獲得更高精確度及更可靠的數(shù)據(jù)是必要的。進(jìn)入80年代美國和歐洲都進(jìn)行大規(guī)模的試驗(yàn),為修訂ISO 5167打下基礎(chǔ)。
  2. ISO 5167中關(guān)于直管段長度規(guī)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(guī)定有不同意見,這個問題應(yīng)是ISO 5167修訂的主要問題之一。
  3. ISO 5167中各項(xiàng)規(guī)定的科學(xué)性問題。影響節(jié)流裝置流出系數(shù)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(shù)、節(jié)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(fù)雜,有的參數(shù)難以直接測量,因此標(biāo)準(zhǔn)中有些規(guī)定并非科學(xué)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(yīng)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(diào)整器的作用等。
  4. 關(guān)于節(jié)流式DPF測量精確度提高的問題。鑒于節(jié)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(xué)術(shù)會議認(rèn)為必須使流量測量工作者、流體力學(xué)與計算機(jī)技術(shù)工作者緊密合作共同攻關(guān)才能解決此問題。

  20世紀(jì)80年代美國和歐洲開始進(jìn)行大規(guī)模的孔板流量計試驗(yàn)研究,歐洲為歐共體實(shí)驗(yàn)計劃(EEC Experimental Program),美國為API實(shí)驗(yàn)計劃(API Experimental Program)。試驗(yàn)的目的是用現(xiàn)代最新測試設(shè)備及試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理技術(shù)進(jìn)行新一輪的范圍廣泛的試驗(yàn)研究,為修訂ISO 5167打下技術(shù)基礎(chǔ)。1999年ISO發(fā)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(shù)內(nèi)容與編輯上都有很大改動,是一份全新的標(biāo)準(zhǔn)。本來預(yù)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(biāo)準(zhǔn)草案),但是會議認(rèn)為尚有細(xì)節(jié)問題應(yīng)再商榷而未能通過。新的ISO 5167標(biāo)準(zhǔn)何時正式頒布尚不得而知。ISO 5167新標(biāo)準(zhǔn)在標(biāo)準(zhǔn)的兩個核心內(nèi)容皆有實(shí)質(zhì)性變化,一是孔板的流出系數(shù)公式,用Reader-Harris/Gallagher計算式(R-G式)代替Stolz計算式,另一為節(jié)流裝置上游側(cè)直管段長度的規(guī)定以及流動調(diào)整器的使用等。

  我們通常稱ISO 5167(GB/T2624)中所列節(jié)流裝置為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置,其他的都稱為非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置,應(yīng)該指出,非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置不僅是指那些節(jié)流裝置結(jié)構(gòu)與標(biāo)難節(jié)流裝置相異的,如果標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置在偏離標(biāo)準(zhǔn)條件下工作亦應(yīng)稱為非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置,例如,標(biāo)準(zhǔn)孔板在混相流或標(biāo)準(zhǔn)文丘里噴嘴在臨界流下工作的都是。

  目前非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置大致有以下一些種類:

  1. 低雷諾數(shù)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(zhì)用 圓缺孔板,偏心孔板,環(huán)狀孔板,楔形孔板,彎管節(jié)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(nèi)藏)孔板;
  5. 端頭節(jié)流裝置 端頭孔板,端頭噴嘴,Borda管等;
  6. 寬范圍度節(jié)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(xì)管節(jié)流件 層流流量計;
  8. 脈動流節(jié)流裝置;
  9. 臨界流節(jié)流裝置 音速文丘里噴嘴;
  10. 混相流節(jié)流裝置。

  節(jié)流式DPF現(xiàn)場應(yīng)用的不斷拓展必然提出發(fā)展非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的要求,多年來ISO亦在不斷制訂有關(guān)非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的技術(shù)文件,在它們不能成為正式標(biāo)準(zhǔn)之前作為技術(shù)報告發(fā)表??梢灶A(yù)見,今后有可能若干較為成熟的非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置會晉升為標(biāo)準(zhǔn)型的。20世紀(jì)90年代中后期世界范圍內(nèi)各式DPF銷售量在流量儀表總量中臺數(shù)占50%-60%(每年約百萬臺),金額占30%左右。我國銷售臺數(shù)約占流量儀表總量(不包括家用燃?xì)獗砗图矣盟砑?strong>玻璃管浮子流量計)的35%-42%(每年6萬-7萬臺)。