上游单弯头和闸阀对涡街流量计测量性能影响

图5 弯头实验数据从图5和图6中可以看出，当流量在28～150m3/h时，无论是单弯头还是闸阀，实验数据都具有以下特征。

图6 闸阀实验数据（1）在相同后直管段条件下，涡街流量计仪表系数随流量的减小而逐渐增大，但在接近下限流量处会有一突降。从涡街流量计工作特性来分析，出现突降点是不合理的。分析可能造成的原因，小流量时涡街信号微弱不易检测，加之实验装置管道振动等干扰因素，会使涡街流量计输出脉冲信号不稳定，造成丢波或漏检。虽然仪表系数的突降会造成涡街流量计测量性能变差，但从表2的数据可以看出，在前直管段大于等于5D时，测量性能仍可保证，即涡街流量计仍处于正常工作状态。

（2）在相同后直管段条件下，随着前直管段的缩短，涡街流量计平均仪表系数逐渐增大，即曲线逐渐上移。

（3）与基准实验相比，直管段长度改变对小流量造成的影响比大流量时要大，即小流量时仪表系数偏差更大。

（4）当前直管段较长时，后直管段对仪表系数的影响不大；随着前直管段逐渐缩短，后直管段越短造成平均仪表系数的偏差越大（见表2）。

表2 实验数据评价

对于流量小于28m3/h的情况，如图5和图6所示在24m3/h流量点，前直管段越短，仪表系数下降越严重，造成在整个测量范围（24～150m3/h）内仪表系数非线性越严重，即线性度越差。此外，前直管段越短，重复性越差.如表2所示，当流量计上游为单弯头时，只有前直管段为20D时能够满足测量精度要求。当为全开闸阀时，由于仪表系数非线性严重，所讨论的直管段长度均不能满足测量要求。由于在24m3/h时涡街流量计受安装条件影响已显现出较差的测量性能，无法正常工作，因此更低流量点情况在本文不再讨论。

3.3 安装使用建议

表2给出了23组实验的数据记录，并基于第3.1节的评价指标和表3给出的评价方法对数据进行了评价，给出了安装使用涡街流量计的建议.其中“√”表示安装的前后直管段合适；“×”表示安装的前后直管段不合适，上游阻流件对涡街流量计的影响不能忽略。

仅对流量在28～150m3/h情况给出评价结论：根据表3评价方法，如表2所示，对于上游安装单弯头，前直管段分别为2D、3D，后直管段分别为3D、5D共4种情况时，弯头对涡街流量计的测量影响不能忽略；对于上游安装全开闸阀，除了以上4种前后直管段组合情况外，当前直管段为5D，后直管段为3D时，闸阀对涡街流量计的测量影响均不能忽略。

表3 评价方法

4 与国外相关实验数据的比较

将本实验结果与日本国家计量科学研究院Takamto等对涡街流量计安装影响研究的实验结果进行比较，图7所示为涡街流量计在弯头和全开闸阀下游的实验结果，横轴为涡街流量计前直管段长度，以管道直径D为最小单位，纵轴为平均仪表系数的相对误差。

图7 涡街流量计安装条件影响实验数据

1）研究内容不同

Takamto等研究了4种旋涡发生体的涡街流量计在2种安装角度和2个雷诺数下前直管段的影响，图7中所示结果包含了多种因素，是一个综合评价。2个雷诺数分别为3.0×105和7.0×106。

本实验针对一种典型涡街流量计在常规安装角度（水平安装，信号转换器在上方）下不同前后直管段长度组合进行研究，针对性更强.实验雷诺数范围为3.5×104～5.3×105。

2）评价指标不同

Takamto等的研究中只有平均仪表系数的相对误差作为评价指标，且仅给出了相对误差的分布图（图7），没有关注在整个测量范围内仪表系数的特性。

本实验中除关注平均仪表系数相对误差外，还对流量范围内仪表系数的重复性和线性度进行了评价，从图5和图6中可以很直观地看出随流量变化仪表系数的变化规律。

3）结论不同

Takamto等的结论是：当上游存在单弯头阻流件时，涡街流量计所需最短上游直管段长度为13D；当上游存在全开闸阀阻流件时，涡街流量计所需最短上游直管段长度为5D。

本实验研究的结论：当流量在28～150m3/h，涡街流量计上游存在单弯头时，其所需最短上游直管段长度为5D，下游直管段长度为3D；上游存在全开闸阀时，涡街流量计所需最短上游直管段长度为5D，下游直管段长度为5D。当流量小于28m3/h时，涡街流量计仪表系数明显下降，已无法正常工作。这说明，阻流件对小流量测量性能影响严重，若仍想保证测量精度，则需牺牲流量测量范围。

5 结语

通过实流实验定量研究了涡街流量计上游安装单弯头和全开闸阀2种情况时对其测量性能的影响。共进行了包括基准实验在内23组实流实验，雷诺数范围为3.5×104～5.3×105。以平均仪表系数的相对误差、仪表系数的线性度和重复性作为评价指标，最终给出了涡街流量计在2种安装条件下的推荐前后直管段长度：

当雷诺数为1.0×105～5.3×105，单弯头时，前直管段长度需满足至少5D，后直管段长度至少3D；全开闸阀时，前直管段长度需满足至少5D，后直管段长度至少5D，此时阻流件对涡街流量计的测量影响才能忽略。

当雷诺数小于1.0×105时，由于小流量点的仪表系数严重减小，造成整个流量范围内涡街流量计的测量性能变差：单弯头时，只有前直管段为20D时可以保证测量精度；全开闸阀时，前直管段15D已无法满足精度要求。因此当涡街流量计安装在如弯头、闸阀等非理想管道条件时，其在低雷诺数时的测量性能需要特别关注。(end)