熱處理設(shè)備中差壓式流量計

熱處理設(shè)備中差壓式流量計(以下簡稱DPF或流量計)常用于淬火水槽、燃?xì)鉅t、燃油爐管道等，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。DPF由一次裝置(檢測件)和二次裝置(差壓轉(zhuǎn)換和流量顯示儀表)組成。通常以檢測件的型式對DPF分類，如孔扳流量計、文丘里管流量計及均速管流量計等。二次裝置為各種機(jī)械、電子、機(jī)電一體式差壓計，差壓變送器和流量顯示及計算儀表，它已發(fā)展為三化(系列化、通用化及標(biāo)準(zhǔn)化)程度很高的種類規(guī)格龐雜的一大類儀表。差壓計既可用于測量流量參數(shù)，也可測量其他參數(shù)(如壓力、物位、密度等)。

　　DPF按其檢測件的作用原理可分為節(jié)流式、動壓頭式、水力阻力式、離心式、動壓增益式和射流式等幾大類，其中以節(jié)流式和動壓頭式應(yīng)用最為廣泛。

　　節(jié)流式DPF的檢測件按其標(biāo)準(zhǔn)化程度分為標(biāo)準(zhǔn)型和非標(biāo)準(zhǔn)型兩大類。所謂標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置是指按照標(biāo)準(zhǔn)文件設(shè)計、制造、安裝和使用，無須經(jīng)實流校準(zhǔn)即可確定其流量值并估算流量測量誤差，非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置是成熟程度較差，尚未列入標(biāo)準(zhǔn)文件中的檢測件。

　　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。現(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，因為只有節(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年代的試驗結(jié)果，今天無論節(jié)流裝置制造技術(shù)，流量試驗設(shè)備及實驗技術(shù)都有巨大的進(jìn)步，重新進(jìn)行系統(tǒng)地試驗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，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研究，歐洲為歐共體實驗計劃(EEC Experimental Program)，美國為API實驗計劃(API Experimental Program)。試驗的目的是用現(xiàn)代最新測試設(shè)備及試驗數(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，十余年來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。可以預(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砑安ＡЧ芨∽恿髁坑?的35％-42％(每年6萬-7萬臺)。