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楔形流量計屬于差壓式流量計，20世紀70年代后期我國引進(jìn)了泰勒公司〔Taylor〕生產(chǎn)的楔形流量計，在化工企業(yè)的高粘度液體測量中使用效果令人滿(mǎn)意，美國一家污水處理廠(chǎng)1987～1988年共安裝15臺楔形流量計測量污水流量，投運后儀表運行正常^[2]。我公司近3年內在焦化廠(chǎng)焦油、工業(yè)萘、蒸汽、天然氣、高爐煤氣、焦爐煤氣、水等介質(zhì)的測量中廣泛采用楔形流量計進(jìn)行測量，取得了滿(mǎn)意的效果。

      1 測量原理

      楔形流量計根據伯努利公式，利用流體在流動(dòng)過(guò)程中遵守能量守恒定律，即動(dòng)能和靜壓能之和不變，以流體通過(guò)起節流作用的圓缺楔時(shí)產(chǎn)生壓差的原理而進(jìn)行流量測量。楔形流量孔板由兩塊平板（一般為不銹鋼）制作而成，這兩塊平板在臨界角上焊接在一起，然后插入槽內，差壓引出管在位于楔形片中心兩邊等距離的地方，見(jiàn)圖1。

      當流體流經(jīng)V形節流塊時(shí)，流通面積減少，流速增大，靜壓減小，從而產(chǎn)生靜壓力差。壓差的平方根與流量成正比。測得壓差即可測得管道中的流量。楔形流量計的流量公式為：

                            （1）

      式中：

      q_v 為體積流量，m³/s；
      C  為流出因數；
      ε   為可膨脹系數；
      m  為流通面積與管道截面積之比；
      D  為管道內徑，m；
      Δp為楔形件前后產(chǎn)生的差壓，Pa；
      ρ  為被測流體密度，kg/m³。

      2 楔形流量計的特點(diǎn)

      2.1 楔形流量計的壓損

      由于楔形孔板未標準化，其結構中各生產(chǎn)廠(chǎng)決定，我公司生產(chǎn)的楔形孔板其夾角一般為60°～90°，如果其夾角為0°，即成為圓缺孔板了，夾角越大，產(chǎn)生的靜壓差越小，但壓損也相應增大。楔形孔板的結構在圓缺孔板、噴嘴之間，由于楔形孔板倒三角形，而三角形具有導流作用，流體流動(dòng)時(shí)能使流線(xiàn)圓滑過(guò)渡，與孔板相比，楔形孔板產(chǎn)生的壓損較小。圖2為楔形孔板與噴嘴、孔板產(chǎn)生的力損失比較。

      2.2 楔形流量計的優(yōu)點(diǎn)

      楔形孔板具有圓缺孔板的優(yōu)點(diǎn)，當流體中含有雜質(zhì)或固體物質(zhì)時(shí)，容易從楔形孔板下部流過(guò)，不會(huì )沉積在楔形孔板周?chē)?，也就是說(shuō)楔形孔板具有自清洗作用。

      2.3 適用于低雷諾數R_eD流量測量

      標孔板、文丘里管等不宜在低雷諾數下進(jìn)行測量，標準孔板的流出因數通常在雷諾數4000以上時(shí)趨于穩定，在低雷諾數時(shí)，其流出因數會(huì )隨雷諾數的變化而變化，當雷諾數小1800時(shí)，則流量與差壓之間會(huì )偏離基本的平方根關(guān)系，顯然會(huì )對測量準確度造成較大影響。而楔形孔板是V型節流元件，其流出因數線(xiàn)性好，具有噴嘴入口曲線(xiàn)流暢、無(wú)滯流區的特點(diǎn)，雷諾數對它影響小，當雷諾數小至500時(shí)，楔形流量計的準確度和流出因數的變化不大，雷諾數在400～10000之間進(jìn)行流量測量，其誤差小于3%。

      2.4 安裝使用方便

      與孔板相比，楔形流量計兩端用法蘭與工藝管道連接即可，安裝較方便，同時(shí)其日常維護量較小，運行成本相對較低。

      3 適用范圍

      由于楔形流量計量程比寬，雷諾數適用范圍在300～10⁶之間，因而特別適合于高粘度流體的測量，如化工廠(chǎng)各種高粘度流體以及污水、較臟污的氣體如高爐煤氣、焦爐煤氣的測量，楔形流量計可測量的雷諾數范圍上限可達10⁶，所以也可進(jìn)行蒸汽、天然氣等氣體的測量。

      4 楔形流量計的標定

      4.1 實(shí)流標定

      楔形流量計是非標儀表，出廠(chǎng)時(shí)每臺儀表必須經(jīng)過(guò)實(shí)流標定。我公司生產(chǎn)的楔形流量計采用標準表法、用水作介質(zhì)對每臺儀表進(jìn)行標定。楔形流量計在設計時(shí)選擇的流出因數由于很難準確地測量楔形元件的流通面積，找出等效孔徑，因而大多憑經(jīng)驗先選擇流出因數，只有通過(guò)標定才能計算出實(shí)際的流出因數，確定該臺儀表的誤差，并對原設計的差壓進(jìn)行調整以達到儀表準確度等級的要求。

      4.2 標定及數據處理

      為了保證在儀表使用范圍內的準確性，標定點(diǎn)應選擇在常用流量范圍內，一般選取流量上限的20%、40%、60%、80%、；每一標定點(diǎn)按企業(yè)標準規定，用計算機多次采樣后取其平均值，再求出各標定點(diǎn)的流出因數平均值作為這臺儀表的流出因數。其C值的計算公式如下：

                           （2）

      式中：

      q_m 為質(zhì)量流量，kg/m³；
       ε   為膨脹因數；
      Δp  為楔形件前后產(chǎn)生的差壓，Pa；
      ρ    為被測流體密度，kg/m³；
      m   為流通面積與管道截面積之比；
      D    為管道內徑，m。

      我們對生產(chǎn)的數十臺楔形流量計標定后流出因數進(jìn)行分析，其各種規格的楔形孔板（管徑25～300mm、量程比為1:10）的流出因數十分穩定，其測量誤差均小于1%。80%左右的儀表顯示流量與標準電磁流量計（經(jīng)華東國家計量測試中心、上海市計量測試技術(shù)研究院給出的校準證書(shū)標明，其zui大示值誤差為-0.10% 、-0.12%）的誤差均在±0.5%左右。

      表1列出了q_{m max}=50000kg/h、ΔP_max=44kPa、楔形比β=0.2522的楔形孔板的標定數據。

      表1 楔形流量計標定數據

      按公式（3）計算出每個(gè)檢定點(diǎn)5個(gè)C值的平均值C_I；

                           （3） 

      再計算出5個(gè)檢定點(diǎn)的5個(gè)C_I值的平均值C₀，C₀即為該被檢定楔形流量計的流出因數。標定后的流出因數C₀=0.7245可作為該臺儀表出廠(chǎng)時(shí)確定的流出因數。

       5 楔形流量計的應用

      我公司焦化廠(chǎng)萘油、焦油的測量，過(guò)去采用靶式流量計，使用效果不能令人滿(mǎn)意，用楔形流量計后3年多，數據穩定，維護工作量大為減少，故障率極低，*。

      高爐煤氣發(fā)生量和熱風(fēng)爐用高爐煤氣（管道直徑為Φ1820mm×10mm和Φ1420mm×10mm）均采用楔形流量計進(jìn)行測量，從二年多使用情況來(lái)看，從未發(fā)生取壓管堵塞，數據也十分穩定。

       6 結束語(yǔ)

      的1S05167：2003〔E〕已經(jīng)逐步在國內宜傳、推廣，對冶金廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，現行國標GB/T2624-93中規定的直管段長(cháng)度很多地方都無(wú)法滿(mǎn)足，更長(cháng)的直管段要求更是擺在現行孔板面前的嚴峻課題。除了采用新型儀表V型內錐以外，筆者覺(jué)得，在一些不是作為計量結算十分嚴格的場(chǎng)所，采用一些實(shí)用、可靠的非標儀表也是可以考慮的。其實(shí)標準與非標儀表也是相對的，今天的非標可能明天就成為標準，況且很多設計好的標準節流裝置因現場(chǎng)條件所限就成非標了，而且有些誤差還不好確定，這種情況在工廠(chǎng)的計量中屢見(jiàn)不鮮。楔形流量計我們使用后的體會(huì )就是工作穩定、準確度適中、儀表結構簡(jiǎn)單、能適應多種介質(zhì)的測量、維護量小，在我們公司的使用量逐年遞增。缺點(diǎn)就是必須每臺標定，價(jià)格比孔板略高。