V锥流量计在蒸汽测量中可膨胀系数的实验研究.pdf

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1、124化工自动化及仪表第4l卷V锥流量计在蒸汽测量中可膨胀系数的实验研究毕英1许文达1·2张涛2刘伟光2李宝1(1．国家蒸汽流量计量站，山东烟台2删；2．天津大学电气与自动化工程学院，天津300072)摘要利用蒸汽实流检测装置分别在不同工况条件下，开展了L悬臂梁V锥流量计的可膨胀系数占实验测试，实验样机为DⅣ50mm和DⅣl∞mm两种口径，其等效直径比．B有0．55、O．65、0．75这3种规格，建立V锥流量计在蒸汽介质条件下的可膨胀系数拟合方案，利用实验数据拟舍得到了V锥流量计在蒸汽介质条件的可膨胀系数经验拟合公式。实验结果表明：蒸汽介

2、质条件下的拟合公式与空气介质条件的经验拟合公式存在偏差，最大可能会引起5％的计量偏差。关奠词蒸汽流量计量V锥流量计可膨胀系数中圈分类号TH701文献标识码A文章编号1000．3932(2014)02Ⅲ124·04V锥流量计最早由美国的McC删neter在20世纪80年代中期研制生产，后被人们普遍认可并得到了广泛的应用，特别是其相对于孔板等其他差压式流量计，具有压损小、量程比大、前后直管段长度小及抗脏污等优点¨’2o，被广泛应用于蒸汽、管道煤气及天然气等气体介质流量的测量中，具有替代孔板、文丘里管及标准喷嘴等差压式流量计的趋势。随着V锥流量

3、计的应用与推广，其应用于蒸汽及管道煤气等其他气体介质测量中的精度受到了质疑，尤其是V锥流量计可膨胀系数这个气体测量的重要参数的使用，逐渐成为研究人员、生产制造商和用户关心的热点问题。可膨胀系数的研究已成为制约V锥流量计发展的关键因素p一。o国内外对于V锥流量计可膨胀系数的计算进行了大量的研究。1994年，DahlstromMJ的研究表明了内锥流量计的可膨胀系数介于孔板与文丘里管之间；2001年，Pete玛RJW等研究了V-cone类型内锥流量计的可膨胀系数，在英国国家工程实验室(NEL)进行了实验并给出了拟合公式¨1；2008年，徐英等对

4、L悬臂形式的内锥流量计进行实验研究，并得到了相应的拟合公式M-。但是上述对于V锥流量计可膨胀系数的研究均是以空气为测试介质进行的，对于天然气及蒸汽等可压缩气体介质，其计算经验公式是否仍然适用尚缺乏实验验证。因此为了研究蒸汽介质下V锥流量计可膨胀系数的变化规律，笔者借助冷凝称重法蒸汽流量计量标准装置"]，进行蒸汽介质的实验，建立蒸汽介质条件下的V锥流量计可膨胀系数拟合公式，并与上述各经验公式进行对比分析。1V锥流量计可膨胀系数拟合公式数学模型V锥流量计是一种差压式流量计，其结构原理如图l所示，流体自截面l处流到截面2处，在流动过程中满足质量

5、守恒定律与能量守恒定律。l2图1V锥流量计结构原理可用流体的连续性方程和伯努利方程联合求解得到V锥流量计的流量计算公式：口。=—等和2卢2压丽(1)％2万虿了州∥铆⋯式中C——流出系数；D——管道内径；g。——质量流量；收稿日期：2013-12_30(修改稿)第2期毕英等．V锥流量计在蒸汽测量中可膨胀系数的实验研究125口——截面2和截面1流通面积的等效直径比；△p——上游截面1与下游截面2取压口之间的压力差；8——可膨胀系数；p——截面1处的流体密度。由式(1)可知，对空气、蒸汽及天然气等可压缩流体的流量进行测量时，流出系数c和可膨胀系

6、数8是在一起的，无法分开。标准孔板、喷嘴实验研究结果以及前人对V锥流量计可膨胀系数的研究成果表明旧3，V锥流量计的可膨胀系数占与管径和雷诺数无关，在给定流量计和等效直径比的情况下，占取决于等熵指数K和压力比△p，可以用直线方程y=口省+6表示两者的关系，具体公式为：C占=6+n』羔巳(2)印I其中口、6为常数，p。为截面l处的压力。可膨胀系数是用来修正流体的压缩性在流量测量时所引入的偏差。气体体积变化主要由压力差引起，若流量计上游压力不变，随着△p的减小，可膨胀系数s也逐渐趋于1。当压力差为零时，也就是△p／印。=0时，占=1，故C=6。

7、将式(2)两端同除以C得到：占：l+要垒：1+。，垒(3)L印1印l其中o’=口／C。此外研究表明，可膨胀系数占还是等效直径比口的函数，口’可表示为形如下式的关于卢的n次多项式：o’=Z+阳“口，：f+磊n+矿H’其中I

8、}、f、m均为常数。因此，对不同』B值的内锥流量计进行实验，拟合C占与△p／印。的线性关系曲线，进而得到一系列。’值，并按照式(4)进行拟合，综合得到可膨胀系数的计算公式：占：l+(f+蜩“)笪印1(5)s：1+(Z+印“+叩2“)塑掣12蒸汽介质可膨胀系数实验方案2．1实验方法由式(1)可知，利用蒸汽流量标准装置实验能

9、够获得流出系数C和可膨胀系数占的乘积，进而得到以8c为纵坐标，△p／印，为横坐标的拟合图。根据式(5)可膨胀系数模型，在水流量标准装置上进行实验，标定出流出系数G，即可得到可膨胀系数占的拟合公