通风机性能检测时流量测试装置的选用原则及.doc

通风机性能检测时流量测试装置的选用原则及通风机性能检测时流量测试装置的选用原则及测试精度对比分析 2009年06月30日通风机性能检测时流量测试装置的选用原则及测试精度对比分析在工业生产过程中，流量的测量对生产的经济性，安全性是十分重要的。对于通风机流量作为其一个重要的工况参数，流量测量对于通风机的性能检测有着重要意义。为了解决不同条件下各种不同测量介质的流量测试，至今已经发展了种类繁多的流量仪表：1、压差式流量计2、浮子式流量计3、容积式流量计4、叶（涡）轮式流量计5、电磁式流量计6、流体振荡式流量计7、超声式流量计8、热式流量计9、科里奥利质量流量计10、明渠（非满管）用流量计。开展流量工作首先要熟悉各种流量测量方法和仪表性能特点，以及被测量对象的流体物性和工况有条件，经比较分析做出正确选择。装上流量仪表读出的流量值，不一定就是准确的流量值。在使用过程中经常出现误差偏大的现象，出现这种现象的原因是多种多样的，如量程选择不对，安装位置不妥，前后直管段前后位置不足等。因为流量测量是包括流量仪表在内的一个测量系统，要求整个测量系统符合规定才能获得期望的测量准确度。通常人们做流量测量前重视对使用仪表的工作原理和性能的了解，而往往忽略对被测流体的流体物性和流动状况的准确掌握，实际上了解这些因素对流量仪表正确测量有着重要意义。流量仪表的安装位置和方向选择亦应给与成分重视，特定的仪表有特定的安装要求。作为流量仪表的一般通则亦应予遵守。流量仪表在使用过程中由于摩擦、腐蚀或粘附结构等的影响会出现性能变化或产生故障，因此，应对流量测量系统作必要维护和管理，流量计的定期校检也是达到准确测量的重要工作，因此要尽享定期在线或离线的校验。通风机性能测试试验方法（试验台）通风机性能测试试验方法（试验台）按总的试验装置类别可以分风管试验和风室试验两大类，按常规来说，压力较高的离心风机，用风管试验台测试;压力较低的轴流风机，用风室试验台测试。按GB/T1236-2000标准分可分为四种试验装置类型，即A型、B型、C型和D型，分类如下：A型:自由进口,自由出口B型:自由进口,管道出口C型:管道进口,自由出口D型:管道进口,管道出口风机性能实验台分为两个主要部分：实验台主体结构（差压式流量传感器）和测控系统按照风机功能又可分为进气试验和出气试验,一般情况下,引风机：进气试验（负压工作）抽风出气口通向大气鼓风机：出气试验（正压工作）送风进气口通向大气对于进气试验来说，流量测量方法分为（1）锥形集流器和（2）圆弧形集流器两种；圆弧形集流器比锥形集流器对于气体压力的损失比较小，气流平稳对于出气试验来说，流量测量方法分为（1）动压管（皮托管）（2）孔板流量计（3）ISO文丘里管（4）多喷嘴流量计一般风管式试验台多采用孔板流量计，孔板流量计的工作原理是流量与差压的平方成正比。与孔板流量计相比，皮托管静压管测量时间长，通常用可移动的支架来固定皮托管，测量时需要人为控制测量点，取多个测试工况点的平均值，所以存在人为因素导致皮托管测量精度不高，可靠性也差。皮托管也可以直接安装在试验风管上，但测量的数据不准风室式试验台多采用多喷嘴流量计；风管试验台是由试验风管组成，一般测量压头较高的离心风机的性能，过渡部分采用锥形连接管；风室试验台是由试验风室和试验管路组成，一般测量压头较低的轴流风机的性能，过渡部分采用法兰连接。风室实验台和风管实验台的比较如下：风室实验台：风压低流量大轴流风机(高比转数) 风管实验台：风压高流量小离心风机(低比转数) 在风管实验台上：如果被测风机本身的压头较小，则在试验中很有可能不能克服风管阻力，使得风机在测试时运行在小流量区，小流量还可以测到，对于大流量，风机可能测不到，因为风管的管网阻力大，风机压力小不能克服风管阻力，无法获得风机在设计流量下的完整性能。所以风管式试验台测量的风机多为大压头的离心风机风室试验台中一般会配有辅助风机，辅助风机的作用就是用来对试验管路进行抽风，克服由于测试风机部能克服的部分阻力。如果既能测轴流式风机又能测离心式风机，应该用加附加风管的风室试验台流量测试仪表品种类型选择有以下几个原则：(1)根据被测流体性质和流态。系统的工作介质(液压油)是液压能的载体,其功用是进行能量的转换、传递以及冷却和润滑液压元件和系统。如不加特别说明,液压油均被认为是牛顿流体,由于流量仪表对其所适用流体介质的性质有一定要求,所以在选择流量计品种类型时应了解所用液压油的性质,如粘度、密度、比热比、热膨胀系数、压缩性系数、温度、污染度、腐蚀性、导电导热性等。流体的流动状态直接影响流速分布,而流量测量往往与流速分布有关。一般情况下,大多数流量仪表都基于流体阻力理论或漩涡理论,因此需要工作在紊流区;而利用层流热传导性质的流量仪表如热膜(丝)流量计需工作在层流区。对于接触式流量计,检测元件置入流体中,对流体形成阻挡,使流体形成紊流的最小雷诺数下降,即相当于检测元件对流体的阻挡使其提前进入紊流状态,此时不能再以光滑圆管稳定紊流的雷诺数(Re13800)为紊流的界限,而应根据流量检测元件自身的规定来确定能否选用这种流量计类型。(2)考虑流量测量仪表的安装环境条件。几乎所有的流量测量仪表,都要求其安装位置前后有一段长度不一的直管段,因为仪表上游的流动状态须是无漩的、轴对称的不随时间变化的稳定层流或紊流。这样就须确保流量仪表前后有一段等内径的没有流出或汇入流体的直管。也就是说远离阀门、弯头、三通管、异径接头等,具体长度视流量计的不同而异。这就要求我们根据管路配置情况和欲选用的流量计综合考虑,密切注意流量仪表说明书中所规定的该仪表距各种阻力件的距离。(3)根据欲达到的技术要求。对系统的流量,人们感兴趣的一方面是流量仪表显示的平均流量值,它反映了系统的效率与泄漏情况,这时要求测量仪表准确度较高,此时可选用容积式流量计、涡轮流量计、涡街流量计、热膜(丝)流量计等;另一方面对用于液压系统状态监测与故障诊断及用于液压控制系统的流量仪表,往往要求仪表本身可靠性高、灵敏度高、准确度高,而且要求一旦发生故障能迅速排除,这时可考虑选用高质量的差压变送器配节流装置、涡街流量计、超声波流量计等。流量测试仪表规格选择则要据以下要求：被测流体的流量、压力、温度、流程管径及配管情况是选择流量计规格的依据。预选出仪表品种类型后,就要考虑仪表规格是否合乎使用要求,否则必须重新选择。选择流量计时应做到既熟悉使用条件又了解流量仪表性能参数。流量仪表规格一般包括公称通径(口径)、流量范围、公称压力、允许温度范围等。被测流体的最大、最小流量及常用流量决定了所选仪表的流量范围和公称通径(口径)。国内大多数流量仪表的公称通径指仪表的内径,若管道外径、壁厚与仪表口径、流量范围不一致时,应优先按流量选仪表口径,对管路系统采用局部放大或缩小的办法作为过渡;若对现场所测流量的最大值估计不准时应选量程可现场调整的二次仪表或变送器以便随时调整;当实际流量太大时可用两台或多台流量计并联使用,若实际流量太小为保证测量准确度须改选小流量范围仪表。不可忽视的是,仪表允许的压力值是在常温条件下的最高许用压力,如液压系统的散热条件较差温度较高,应选用高一档次的压力规格;仪表说明书中提供的流量范围是确保仪表准确度在规定范围内的范围值,使用时实际流量范围应处于其间且最大流量不大于仪表量程上限的80%,以利于仪表工作可靠,避免计量失误。厂家仪表说明书中准确度数据是在出厂校准条件下测得的,现场使用时,因流体介质温度、压力、安装条件、管段情况等难以完全等同于校准条件,因而流量仪表的准确度会受到影响发生变化,所以选择流量仪表时应把这些条件造成的附加误差考虑在内,尽可能选择附加误差小的流量仪表,同时尽量保证流量仪表规定的使用条件。此外,选择流量仪表时,除考虑本身价格外还要综合考虑配套仪表、装置等辅助件的价格以及维修周期、费用、校准时间间隔费用等。5结束语流量是液压系统状态信息的丰富载体,是对液压元件及系统进行状态监测与故障诊断的重要参数之一,随着对液压系统可靠性要求的提高,对流量测试仪表的要求也日益提高。事实上,液压流量仪表也正日新月异地发展着,已有类别在结构、材料及工艺上实现革新,更新换代,性能大大提高,同时基于新工作原理的流量仪表不断出现,性能和价格方面都独树一帜,因此务必广泛收集液压流量仪表产品样本、信息,及时了解其发展动态,才能作出最佳选择。当采用不同流量计的误差分析：当选用流量计时，仪表工惺师所具有的任一参数检测仪表的选择宽得乡。估讣目前旦汁至少有100种类型，而且新品种还在价格、管道尺寸、被测流体的特性、检测流体范围）、流量计的测量范围以及所要求的精确度。(一)差压式流量计：1工作状态与设计状态不同引起的测量误差孔板设计时是按照给定的已知条件进行计算的,但实际测量中介质的温度、密度、压力、粘度等参数往往发生变化,实际应用中被测介质温度每变化10,液体的密度变化大致不超过1%。气体在常温附近,温度每变化10时,密度变化约3%,气体在1个大气压时,压力每变化10Pa,密度变化10%,气体测量,温度压力波动时,必须进行温度压力修正。2节流装置安装不正确带来的误差以标准孔板为例,为了确保流量和差压之间的定量关系能够准确实现,节流装置必须按要求正确安装,否则将带来测量误差。(1)孔板方向安装正确,孔板的锐面迎着流体的方向。(2)孔板前端面与管段轴线垂直,允许最大不垂直度不得超过1。(3)在测量精度要求较高的场合,节流件前后直管段建议采用标准直管段再接入主管道,以提高计量准确度。(4)新装管道必须在管道冲洗和扫线后,再安装孔板。以免扫线时损伤孔板锐面,管道内杂物在孔板前后堆积,造成测量误差。(5)孔板安装在管道中之后,必须保证受热时孔板能自由伸缩,防止其变形而影响端面的平面度和对轴线垂直度。(6)孔板的密封垫片尽量薄,设计取定厚度不得大于0?03D,垫片安装后不得突入管道中。3孔板入口边缘磨损造成的测量误差节流装置长期使用后,介质对孔板的冲刷腐蚀都会造成节流装置的几何形状和尺寸的变化。在实际使用中孔板前后一般不安装截止阀,没有副线。孔板安装后很少拆下检验,往往是一套孔板一用就是几年,甚至十几年。孔板边缘的锐角度由于受到冲击、磨损和腐蚀而变钝。在相等的流体经过时所产生的压差p将变小,仪表示值偏低。4引压管路安装不当引起的测量误差引压管路应垂直或倾斜安装,其倾斜度不得小于112;粘度较高的液体,其倾斜度还要加大。引压管路在安装过程中,弯曲处应圆滑,弯曲半径不得小于引压管外径的5倍,引压管对焊时,不应有焊瘤突入和内径错位。测量不同介质,引压管长度不同时,对引压管的内径有不同的要求。表1给出了引压管的长度与内径值。实际应用中,论气体测量、液体测量、蒸汽测量,引压管基本上选用183无缝管。现场引压管沿着管廊铺设,引压管的垂直度和倾斜度很难保证,这些都将带来测量误差。5引压管伴热保温不当造成的误差北方冬季为了保证差压式流量计正常工作,引压管必须伴热保温,防止过热、低沸点的流体汽化造成两根引压管内的介质产生静压不等,带来测量差。安装伴热线时要求距引压管的距离应相等,避免产生密度差而引起附加的测量误差。测量湿气体时,为了防止两根引压管内液体凝结产生静压差,建议引压管内灌隔离液。6引压管路泄漏或堵塞造成的误差要保证引压管畅通,避免引压管堵塞造成测量误差或反应滞后。放空阀、三阀组、腰式法兰、连接件密封性能良好,不能有泄漏。差压式流量计在流量测量中应用十分广泛,在实际工作中只要正确安装,并认真分析可能产生误差的原因,进行适当修正,就可以保证测量的准确度,满足计量的要求。(二）涡轮流量计：是速度式流量计中的主要种类，它采用多叶片的转子(涡轮)感受流体平均流速，从而推导出流量或总量的仪表。一般它由传感器和显示仪两部分组成，也可做成整体式。涡轮流量计在石油、有机液体、无机液、液化气、天然气和低温流体中获得广泛应用。(l)优点:高精度，在所有流量计中属于最精确的流量计;重复性好，无零点漂移，抗干扰能力好，范围度宽，结构紧凑。(2)缺点:不能长期保持校准特性，流体物性对流量特性有较大影响。当逐个堵塞旋涡发生器的进气道时，由于流量计的有效流通面积逐渐变小，压力损失增大，其流量值越来越小。同时，还可以看出仪表系数越来越大(堵塞5个进气道情况除外)，表明堵塞个别进气道后，旋涡流的旋转频率加快，压电传感器发出的脉冲数增多，流量计的显示值也比实际数值大，从而造成正相对误差越来越大。当堵塞5个进气道，只剩下l个进气道时，由于气流通过这个进气道后不能形成完整的旋涡流，致使旋涡流的旋转频率变慢，造成负相对误差。随着进气道每个叶片磨损程度的加深，气流通过磨损了的进气道后不能形成完整的旋涡流，致使旋涡流的旋转频率逐渐变慢，压电传感器发出的脉冲数减少，流量计的显示值也比实际数值小，造成负相对误差越来越大。当进气道的人日边缘被磨损后，仪表系数和相对误差都发生厂较大的变化，这说明旋涡流的产生主要依靠进气道的日形状。(三）涡街流量计涡街流量计实现流量测量的理论基础是流体力学中著名的“卡门涡街”原理。在流动的流体中放置一根其轴线与流向垂直的非流线性柱形体（如三角柱、圆柱体等），称之为漩涡发生体。当流体沿漩涡发生体绕流时，如两漩涡列之间的距离!和同列的两漩涡之间的距离之比满足L/h=0.281，则会在漩涡发生体下游产生，所示两列不对称但有规律的稳定的交替漩涡列，这就是所谓的卡门涡街。影响涡街流量计测量准确度的主要因素分析：我们知道，任何一种流量计，都有一个重要指标，即测量准确度。流量计测量准确度是指这种流量计的测量结果与被测流体的真值之间的一致程度。追求流量计高测量准确度是生产厂家和使用者共同的目标。截止目前，涡街流量计测量准确度国内最高的为1级，国外为0.75级。涡街稳定的两个条件：第一，两漩涡列之间的距离L和同列的两漩涡之间的距离h之比满足L/h=0.281；第二，圆管内的流体流动状态是在一定的雷诺数范围内，即在典型的层流或紊流分布的情况下，圆管横截面上流速的分布是规律的。这两个条件是否能够在涡街流量计的实际使用中得到满足，这是影响涡街流量计测量准确度的主要因素。为了满足以上涡街稳定的两个条件，首先，第一点，就要求涡街流量计漩涡发生体在设计和制造上，必须具有一些相同的基本要求，如非流线型的截面形状，并且上下相同，左右对称，边界层的分离点是固定的等等；第二点，要求涡街流量计在安装时要选择管道无机械振动，并且总是充满流体的地方，尤其是涡街流量计作为速度式流量测量仪表，更要注意与其两端相连接的直管段长度及内径的影响。因为直管段长度及内径如不符合规定，将会使流体有附加的流速分布畸变、旋流、波动等不稳定因素。对于第一点，是涡街流量计生产厂家考虑的问题；而第二点，则是我们使用者需要注意的地方。对大多数使用者来说，安装涡街流量计，在现场找到一个合适的位置并不太困难。在这个合适的位置，管道无机械振动，并且总是充满流体，直管段长度也能做到符合生产厂家的说明书规定。但是，对直管段内径这一因素人们往往容易忽视，而不加考虑。有两个原因：1.从涡街流量计生产厂家的说明书（尤其是国外厂家的说明书）给定的内容来看，大多数只对直管段长度作出了在不同条件下的具体规定，而对直管段内径大小却说得很模糊，往往只有一句话：直管段内径应尽量与流量仪表公称通径一致，但到底多大