来宝网 2014/5/10点击1091次
第1阶段，20世纪40年代以前。ии库科列夫斯基于1913年正式提出利用弯头内外凹凸面形成的压差测量水流量，认为这种装置除了不引起任何压头损失以外，还不需要另占地方，普通标准铸铁弯头都可用，用于测量水量的弯头可装在任何平面上，由于这些优点，虽然比之标准孔板精度要差，但仍具有巨大的实际意义。30年代美国土木工程师协会ASCE（American Society of Civil Engineers）对弯管流量计测量水流量进行系列的试验，包括圆形、方形、矩形对弯头流速分布、压力损失。取压口位置的影响，以及对流量公式、流量系数等的大规模试验（每一流量速度试验超过800点，压力测量在296个点上进行，进行一个试验要48人小时），其后前苏联BOДГEO研究所及列宁格勒公用事业科学研究所[1-2]进行了弯管流量计测量水流量的系列研究，得出下列几点结论：
（1）导出了测量水的流量方程（基于伯努利方程）；
（2）R0/D为0.95~1.5 的弯头的流量系数α值接近1，流量系数精度为2%（低于标准孔板的1%，其中R0为弯头的曲率半径，D为弯头平均内径）；
（3）圆形、方形、矩形弯头的流速分布基本类似；
（4）弯头前的直线段不应低于5D，弯头后的直线段不应低于3～5D；
（5）用弯头测量水流量的精度约为±5%，包括取压口位置、曲率半径等误差；
（6）提出弯径比的测量方法；
（7）弯头可以不是90o，其它角度的弯头甚至任何其它可以产生局部阻力的部分都可用作测量水流量。
第2阶段，20世纪50～60年代。我国主要研究利用弯头测量气体的流量[3-4]，当时的冶金工业部热工控制研究设计院为测量高温且管道直线段距离不足（如测量高炉风口大于1000℃的热风温度）、温度高、口径大（如烧结废气流量）、方形大截面管道（如除尘管道）等场合的流量，于1957年进行了利用弯头测量流体流量的研究与系列试验，包括在直径为25、50、75mm的标准铸铁弯头圆形管道测量水的流量试验，在直径为50、75、100、150、250、350mm的标准铸铁弯头、铁板焊接弯头测量气体的流量试验，进行气体流量试验时注入有色气体以观察其流动情况。试验包括采用圆形、方形、矩形的铸铁弯头以及铁板焊接弯头对流速分布、压力损失、取压口位置的影响，井获得了不同流量公式、流量系数、直线段、压力等结果。得出了下列几点结果：
（1）导出了利用弯头测量气体的流量方程，包括圆形、方形管道的弯头流量方程；
（2）利用弯头测量气体是可能的，具有较好的重现性，测量流量精度约为±2.5%，在逐个标定情况下，精度优于±1.2%，并成功地在工业实际中应用；
（3）圆形、方形、矩形弯头对流速分布的影响基本类似；
（4）弯头前的直线段不应低于5D，弯头后的直线段不应低于2～3D，直线段不足将产生附加误差；
（5）取压口位置不正确将产生附加误差（逐个标定情况下除外）：
（6）尺寸不标准的弯头、内部粗糙的弯头也可测量气体的流量，也有很好的重现性，但流量系数α和标准弯头的不同，应逐个标定；
（7）提出弯径比的实用测量方法；
（8）差压比之标准孔板要小，如要增大差压则要增大流速，即把弯头直径缩小，一般不采取。
第3阶段，20世纪80年代末开始到现在。主要是对弯管流量计理论、误差、应用作进一步的研究，并进行产业化与推广应用。如河北理工学院从1988年开始了对弯管流量计的研究工作[5-6]，在前人研究成果的基础上，借助现代数控机床加工技术、高精度微差压测量技术、现代计算流体力学技术和现代计算机技术构筑的全新科学研究平台，在国家重点火炬项目资助下，经过15年的持续研究，包括理论和实验研究、误差分析、提出弯管流量计的优点及与其它流量计的比较、弯径比的测量方法（高度法、等弦几何法、曲率半径规法等）等，指出了达到1.0级测量准确度的弯管流量计规模化生产的条件，建立了仪表生产厂并且相继推出可测量10余种工业常用介质的弯管流量计（包括高精度机加工的弯管传感器），在国内26个省、市推广使用，目前已推广5000余台，此外还生产成套的弯管流量计计算机网络监控系统，有力推动了国家工业流量计量的技术进步。
弯管流量计的应用及前景
主要有两个方面：
（1）一次弯管流量传感器、变送器与二次仪表（数字显示器或计算机）成套应用。这方面例子已很多，如钢铁工业的北台钢铁厂使用了98台弯管流量计用以测量蒸汽、氧气、氮气、煤气、压缩空气、水等的流量，其它如电力、热电、化工也使用许多这样的系统。
（2）特殊场合下的应用。这方面开展得还不多（只有高炉各风口的热风流量等成功应用[4]），主要是在高温（包括用耐火材料作内村的管道）。磨损大、较脏污和易堵塞的难以用普通标准节流装置测量的流体的场合中的应用，或者管径很大（用孔板或文氏管造价太高）、直线段不足、要求压力损失很小（节能）等场合。在钢铁工业如高炉各风口的热风流量、热风总管流量、烧结的废气流量、转炉废气流量、热发生炉煤气流量等。这种场合大都不另设一次弯管流量传感器而利用现有的工艺设备的弯头，此时由于须逐个标定，而必须解决标定问题，特别是需要现场在线标定。其实逐个标定在许多计量问题也不是新问题，如测量固体物料的冲击式靶式流量计、测量高炉焦炭水分的中子水分计都需要现场逐个标定。主要是解决标定方法问题。
对这类非标的弯管流量计的标定方法主要有两种方法：
（1）试验室标定。如日本对测量高炉各风口的热风流量的文氏管就是采用这种方法，我国对使用弯头测量高炉各风口的热风流量也曾使用这种方法。
（2）现场标定。主要是解决标定用的基准仪器问题，常用的有预先标定过的高温流速管（作为测量高炉各风口的热风流量）、阿留巴管（如作为利用弯头测量烧结的废气流量、转炉废气流量、热发生炉煤气流量等）等。这些传感器在上述场合不能长时间使用，但短时使用（即标定时使用）是没有问题的.
此外，目前国内由于要使高炉热风炉操作优化，研究了热风炉燃烧流量设定优化数学模型，但遇到的问题是热风炉操作中必须自动定时换炉，本来热风炉大都设有自动定时换炉系统，但实际上大都没有使用，原因是换炉时在充压过程中会引起热风压力波动，这在高炉不顺行时不允许。因而热风炉燃烧虽已到时，但要请示高炉工长是否允许换炉，得到允许时，才能由操作员半自动换炉，高炉不顺行时就只好等候高炉顺行时才换炉，这样，热风炉燃烧流量设定优化数学模型就无法应用。近来冶金自动化研究设计院及上海金自天正公司研究了热风炉无波动定时换炉问题，并已成功地用于鞍钢11号高炉及新3200m3高炉中，热风压力波动由常规系统的10%降到3%以下。但进一步最好取消换炉时需由冷风流量控制转为冷风压力控制，换炉后再转回冷风流量控制问题（换炉充压过程中，由于冷风流量为进入高炉的风量和充压热风炉的流量，故为保证进入高炉的风量不变而需转为冷风压力控制）。按工艺要求，高炉操作最好是控制热风流量（因为热风炉会漏风，因此冷风流量并不等于热风流量），由于它在热风炉后，就无须换炉时由冷风流量控制转为冷风压力控制，但由于热风温度很高（达1200℃），因此常规的测量方法难以解决，而最简单的方法是利用热风管道的自然弯头来测量热风流量。
综上所述，弯头流量计的应用前景是广阔的，特别是它可以用于其它方法难以解决的场合，并具有良好的节能效果和巨大的经济效益（据计算，一个流量为4000m3/h 的中型热网，当孔板压力损失为30kPa时，仅一台孔板流量计就多耗电9.6万kWh，运行费用为3.22万元。对于流量为10000m3/h的大型热网，额外耗电量高达24万kWh，运行费用8万元，而弯头流量计则没有这些附加损耗或很小）。今后的工作是进一步提高准确度（主要是流量系数问题及其补正方法），采用低成本的高精度传感器加工技术，利用工艺设备现有弯头，解决过去难以测出而工艺必须得知的流量问题。
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