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彎管機出現彎管誤差的原因及處理措施

發布者:張家港市宏晟達機械有限公司 發布時間:2019-4-11 10:52:55 點擊次數:533 關閉
全自動彎管機差壓變送器引起的誤差導出公式可知,主要原因是由于差壓計算時高差的存在,即H≠0引起的。為消除H的存在,即要求彎管傳感器兩個取壓點在同一個水平面內。就是說,原則上可能采用水平布置方案。但是,確實不能采用水平方案時,應該縮短差壓管線的長度和采取在線實時補償方案等措施。

在對熱膨脹引起的曲率半徑比值公式進行討論可知:在L1=L2時,R′和R的偏離長度最小,即要求盡量使彎管兩側的直管長度相等。此外,為減少管線伸長在彎管流量計處應力的集中,可以采取伸長量分流的辦法,即在彎管流量計兩側滿足彎管流量計安裝要求的長度以外分別設置膨脹節或考慮π型安裝方式。

流經彎管的流體由于受到管壁施加的向心力作用而產生向心加速運動,形成整體的空間旋轉流動。(流態表述)流動向心加速運動的強烈程度由流體的向心加速度表征,并且可以通過測量彎管內、外側的流體差壓信號來確定。在確知彎管彎徑比(彎曲程度)和流體介質密度的條件下,測得內、外徑的差壓時即可以通過公式計算流量。

彎管流量計采用90°標準彎管傳感器作為流量傳感器,并通過在傳感器內、外側45°點測取差壓信號進行流量測量(如圖l所示),流體流速通常由下式確定。

V=α[(R/D)×ΔP/ρ1)][1/2]

式中,V為平均流速;α為流速系數;R/D為彎管彎徑比;ρ1為管內流體密度;ΔP為引起流體向心運動的差壓信號。

差壓信號ΔP為:

ΔP=ΔP1-ΔP2

ΔP1=P1-P10,ΔP2=P2-P20,

式中,ΔP1為彎管傳感器45°點外彎側A點流體的壓力增量;ΔP2為彎管傳感器45°點內彎側B點流體的壓力增量;P1為流體以流速V流動時A點的壓力;P10為流體靜止時A點的靜壓力;P2為流體以流速V流動時B點的壓力;P20為流體靜止時B點的靜壓力。

在流體靜止時A、B兩點的靜壓力差(P10-P20)由兩點的高度差H及流體的密度確定。即有:ΔP=P1-P2-ρ1gH

在實際應用中,彎管流量計經常用于熱水管道等其他與設計條件相比存在溫差的環境。由于環境變化,因而測量起來就會有誤差的存在。

下面主要分析一下誤差的產生原因。

1、差壓變送器引起的誤差

在彎管流量計的計算公式中,P為彎管內外壁上取點的差壓信號。目前測量差壓信號ΔP通常采用各種差壓變送器,典型的測量系統如圖2所示。壓力P1由A點取出,壓力P2由B點取出,并分別通過導壓管L1和L2接至差壓變送器G的A′和B′端,A與A′、B與B′的高度差分別為H和H′,差壓變送器直接測量的差壓信號ΔP′為:

ΔP''''=P''''1-P''''2 =(P''''1+H1ρ0g)-(P2+H2ρ0g)

ΔP''''=-ΔP+(ρ0-ρ1)gH

式中,ρ0為導壓管中水的密度,它在常壓下為溫度的函數。在常溫條件下,主管道內水溫和導壓管內的水溫相同,即有相同的密度,即

ρ0=ρ1

在當主管道內水溫高出環境溫度時,由于熱傳導的存在,進而使主管道內水和導壓管內的水密度不同。

實驗證明,導壓管中的水以熱輻射為主要傳導方式,導壓管內水的溫度隨導壓管長度的延長而迅速衰減。當導管長度達到一定長度L0后,導管內水溫和環境溫度相同,即密度在L0以后不在變化,在L0范圍之內,ρ0為溫度的函數,也是長度的函數。

上式表明,由差壓變送器直接測量的差壓信號除含有引起熱水的向心加速運動產生的差壓信號ΔP外,還含有兩取壓點的高度差H和主管道內熱水密度和導壓管內水密度的不同而產生的差壓誤差信號項。

2、熱膨脹引起的曲率誤差

由于彎管本身是一個柔性元件,供熱管道的熱伸長必將向彎管處集中,這樣彎管就會產生彎曲變形,進而造成彎管的曲率半徑和設計時的曲率半徑不同。

進一步了解產生的誤差情況,我們根據實際管網系統(如圖3所示),作如下假設加以計算:(1)忽略彎管抗力,即彎管內力抗拒彎曲變形而使L1和L2段減少的伸長量為0;(2)假設彎管發生形變后仍為圓弧形,與兩側管線仍然相切;(3)L1和L2段管線作為桿件處理,所有變形均為小變形范圍。設L1和L2形變量分別為ΔL1和ΔL2。根據假設的條件可知,L1和L2可以看作分別以A、B為固定點的懸臂梁,因溫度變化而產生的撓度為YC和YD;可得ΔL1=ηL1Δt;ΔL2=η2L2Δt;

式中η為管道材質的線膨脹系數。

由管線的連續性近似有:

YC=ΔL2;YD=ΔL1

由幾何關系,利用材料力學知識可得C、D點的轉角分別為:

θC= PDL12/2EI;θD = PCL22/2EI

C、D點的撓度分別為:

YC=PDL13/3E1;YD=PCL23/3EI

式中:E為鋼材的彈性模量,Pa;I為鋼管橫截面慣性矩,m4;PC和PD為作用于C、D點的集中荷載,N0整理后有:

周長為:L=θR′

考慮彎管因溫度升高引起熱伸長后,其長度為:

由此可見,彎管曲率變化程度的大小與溫差Δt、彎管兩側的管線布置長度相關。
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