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    关于于如何有效提高超声热量表流量测量精度的结构设计

    发表时间:2017-05-04   点击次数:  技术支持:15601403222
          
    本文概述 :
            近年来,随着我国节能减排政策的不断推进与深入,也深刻地影响到我国的供热计量方式的改革,我国是一个能源消耗大国,同时也是一个燃煤国家,传统燃煤在许多供热供暖行业中仍然是主流的燃料来源,对于热量计量的意义有多重要,可以简单通过算一笔帐可以得出,北方冬季供热节省30%的煤炭消耗,那么仅北京一个城市一年就可以节约90万吨左右的标煤,这意味着每年可以减少排放粉尘8970吨、二氧化碳21528吨、二氧化硫12558吨、氮氧化物3588吨。因此说我国按热量计量收费的实施不仅对我国,对世界环境保护也具有重要而深远的意义。

        根据发达国家的经验,采用分户计量收费措施可节约20%-34%的能源。因此,对供热收费体制和采暖系统进行改革,实现按表分户计量收费势在必行。随着改革的进行,对热量表的性能、质量的要求也越来越高。热量表由流量传感器、配对温度传感器和计算器三部分组成,流量传感器为超声波式的热量表称为超声热量表。润中仪表科技有限公司生产的RZ-1158H超声波热量表具有精度较高、对水质要求较低、压力损失小、可靠性好等特点,目前使用为广泛。超声热量表一般采用时差法计算流体的流速,表体结构对流速测量影响很大。如何通过表体结构设计提高流量测量精度,特别是小流量点的测量精度,是超声热量表设计的难题之一。

            小流量点的测量精度和稳定性,是超声波热量表流量测量的难点之一。本文介绍了RZ—1158H系列超声波热量表的流量测量原理,以及三种提高超声波热量表流量测量的表体结构设计:加长表体、缩径、整流器,并分析每种结构设计的特点和适用条件,为超声波热量表的合理选型提供一定理论依据。
     
      1 时差法测量原理
      时差法是利用两个压电换能器相互向对方发射超声波,对方接收并记录时间差,由于声波在流体中顺流传播和逆流传播的速度不同,时间差可以准确反映流体速度。测量原理见图1。

      时差式超声波原理

    2 表体结构设计
      通过时差法测量原理可知,顺流与逆流差值取决于测量管段流体流速。流速越快,差值越大,测量精度越高,小流量的流量测量尤为突出。同时,测量管段的流场稳定,流速分布差异小,则容易进行流速修正。因此,热量表表体结构一般采用以下三种设计,来提高超声热量表的流量测量精度。
      2.1 表体加长
      超声热量表的流量测量量程比一般为50:1或100:1。量程比越大,可检测的小流量越小,计量能力越强。测量精度高、量程比大的超声热量表一般表体都比较长。表体较长的超声热量表,两个换能器之间的超声波声程较长,而且减少了前后连接法兰处安装偏心、垫圈偏心和前后管段内表面粗糙度等对测量管段流场的影响,从而提高了超声热量表流量测量的精度。表1为两种超声热能表的表体长度对比。其中1#为量程比为100:1,计量性能较好的德国制造的超声热量表,2#为量程比为50:1,计量性能一般的国产超声热量表。
      可以看出,流量测量精度高,稳定性好的超声热量表表体较长,是普通热量表的1.5倍左右。制造超声热量表基表的材料一般采用铸铜或不锈钢,表体加长设计在提高测量精度的同时,也增加了生产成本,这也是国产表一般不采用表体加长设计的原因。
      2.2 缩径
      缩径结构在DN40mm到DN100mm的超声波热量表中应用较为普遍。流量测量量程比100:1、200:1的超声热量表,基表一般都采用了缩径结构。表前端经弧形过渡到口径小一些的直管段,表后端经过同样的弧形过渡回到安装口径。如图2所示。缩径提高了测量管段水流速度,并有一定的整流作用,因此提高了测量精度,是小流量的测量精度。例如,某厂家DN100mm的超声热量表,缩径部分仅为DN60mm,管中水流经缩径后,增速3倍左右。缩径结构对小流量点的流量测量非常有效,拓宽了超声热量表的流量测量范围。缩径结构的缺点是增加了管路沿途压力损失。
      2.3 整流器
      DN100mm以下的超声波热量表,还可以采用入口端加整流器的方法,提高流量测量精度。超声热量表采用的表前整流器一般为两种方式:*先种为筛网整流板,类似于水表前端的整流器,二种为十字整流板,见图3。筛网整流板一般用于光管表体超声热量表,而十字整流板一般用于缩径表体的超声热量表。原因在于,筛网整流板的整流效果比十字整流板好,但是对管路的阻力较大,压损较大。因此,对于光管表体超声热量表,可以采用筛网整流板整流;缩径结构的超声热量表,由于缩径有一定整流作用,再采用筛网整流压损过大,一般采用十字导流板整流,压力损失小,并且可以达到较好的整流效果。DN100mm以上超声热量表,前端一般不采用整流器。其原因是大口径超声热量表对小流量点的测量精度要求相对较低,大口径管路的压损要求较高。

      3 结论
      表体加长、缩径、整流器三种表体结构方式可以提高超声波热量表的流量测量精度。本文详细介绍了这三种结构的特点和适用条件。一般采用三种中的若干种组合的方式,应用于DN100mm以下的超声热量表,提高了流量测量精度,尤其是小流量点的测量精度。大量检测数据证明,缩径结构和十字导流板组合的方式,流量稳定性较好,不易被水质杂质堵塞管路,对安装场地的前直管段要求较低。因此,在安装条件较为复杂,或对小流量测量精度要求较高的情况下,建议选择缩径结构、有表前整流器的超声热量表。

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