2024-07-03 服务与支持 浏览 2215
引言
随着我国北方供暖方式的改革，热量表已迅速进入居民家庭。随着节能环保要求的提高，我国正在逐步推广热计量收费，凡使用集中供热设施的城镇新建公共建筑和居民住宅，都必须设计、安装具有分户计量和室温调控功能的采暖系统，现有公共建筑和居民住宅也要进行分户计量改造。目前使用较广的热量表计就是超声波热量表。超声波热量表一般对前后直管段有严格要求，在供热计量改造工程中，由于各种复杂条件的限制，时常有不能满足超声热量表后直管段安装要求的情况发生。本文针对此种情况，设计DN50弯管段，利用大口径热水流量标准装置，测试表后弯管段对两种超声波热量表流量传感器的影响。
1 超声波流量测量原理
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。流量传感器为超声流量计的热量表称为超声热量表。热量表的流量测量准确度直接影响到超声波热量表的计量性能。超声波流量测量一般采用时差法计算流体的流速。时差法的测量原理见图1。
图1 时差法超声波流量测量原理图
1.1 流速方程式
如图1所示，超声波逆流从换能器1到换能器2和返程的传播速度分别为：
（1）
（2）
式（1）减式（2），变换之，得
（3）
式中，L为超声波传播路径长度；X为传播路径的轴向分量；td、tu为从换能器1到换能器2和从换能器2到换能器1的传播时间；c为超声波在静止流体中的传播速度；Vm为流体通过换能器1、2之间声道上平均流速。
1.2 流量方程式
时差法所测量和计算的流速是声道上的线平均流速，而计算流量所需是流通横截面的面平均流速。二者是不同的，差异取决于流速分布状况。因此，必须对流速分布进行补偿。体积流量Q为：
（4）
其中，K为流速分布修正系数，D为管道内径。对于本文试验用的弯管段，主要影响流量测量段的尾流区。
2 检测过程
选取计量性能较为稳定的两种DN50超声波热量表，利用大口径热水流量标准装置，进行表后竖直弯管、水平弯管和直管段的流量测量对比试验。第一种为表长30cm、十字导流片、缩径设计的超声波热量表，第二种为表长20cm、十字导流片、缩径设计的超声波热量表。根据热量表说明书，将相应的温度传感器插入表体，进行超声波声速实时温度修正。图2为表后弯管流量检测试验图。
图2 弯管流量检测试验
采用静态质量法标定，在三种表后管段的条件下，选取0.6m3/h、1.5m3/h、4.5m3/h、15m3/h、25m3/h五个流量点，对超声波热量表进行流量总量检测，计算其示值误差。在检测过程中，调节流量点误差在±5%以内，检测时间为2分钟，每个流量点检测3次，测试结果如下。每个点的检测结果取3次检测的平均值。
表1 第一种超声波热量表流量示值误差
表2 第二种超声波热量表流量示值误差
3 检测结果分析
第一种超声波热量表在三种表后管段情况下，流量计量性能稳定。三种表后管段情况下小流量点的流量差异相对较大，但均在误差限范围内。在每个流量点，表后直管段、水平弯管、竖直弯管的流量示值误差有依次降低的趋势。随着流量点的增大，检测结果差异越小，每个检测流量点的重复性均较好。
第二种超声波热量表与第一种热量表相比，趋势一致。在每个流量点，表后直管段、水平管段、竖直管段的流量示值误差也是依次降低的趋势。区别在于第二种热量表的每个流量点，表后直管段、水平管段、竖直管段的流量检测结果差异比第一种热量表要大，且重复性比第一种超声热量表差一些。
由以上结果可以看出，表后弯管对超声波热量表的流量测量有一定影响。原因在于弯管改变了超声波热量表测量流场的尾流区，从而改变了截面流速分布，而流速分布系数K是针对直管段的修正系数，因此造成了超声波热量表流量测量在三种管段下的差异。
表体结构对超声波热量表的流量测量有重要影响。为了使流场稳定，超声波热量表的表体一般会采用表体加长、缩径、加整流装置等结构方式。但缩径和表前整流装置会增加管道的压力损失。从本文试验可以看出，表体较长的超声波热量表，受尾流影响较小，在三种表后管段的情况下，流量测量结果差异小，重复性较好。
4 结论
本文试验证明，表后弯管会降低超声波热量表流量测量的示值误差，表后竖直弯管的影响比水平弯管的影响大一些。因此，在施工中不能满足后直管段的安装要求时，尽量选择表体较长、带有整流装置的超声波热量表，可以保证热表良好的流量计量性能。
