一、概述
在管道類(lèi)的流量測量過(guò)程中，管路中液體流速分布不均勻和旋混流的存在，是一些流量計(主要是速度式流量計) 測量精度、運行穩定性差的主要原因，尤其是高爐煤氣流量計，孔板流量計，差壓式流量計和旋進(jìn)旋渦，對此因素對于流量計測量效果的影響*為嚴重，所以現在的旋進(jìn)旋渦流量計都是自帶的整流器，而引起管道 中液體流速不均和旋渦流的原因，是由于流量計上游管路存在諸如管線(xiàn)結構、閥、泵 、接頭不同心或焊接毛邊、墊片突出管路內等其他障礙因素。為了克服管道中存在的 流速分布不均，并消除旋渦流，在上游部分的管道內裝入一束導管組成(或其他元件) 整流器。這是安裝整流器的原因。整流器也是流量計量系統中一個(gè)主要的附屬設備。
傳統的流體整流器經(jīng)長(cháng)期的研究與實(shí)踐已趨于成熟，它一般采用阻隔體分隔流道來(lái)調整管道內的速度分布，以達到整流的目的；這一類(lèi)整流器主要用于實(shí)驗室和流量標定系統。但這種方法易引起污物堵塞和增加阻力損失，所以在工業(yè)管道上很少采用。
高爐煤氣流量計由于其獨特的性能，一直受到人們重視，并己到了廣泛的應用，但仍有兩個(gè)方面的問(wèn)題困擾著(zhù)人們，一是由于儀表上游管道阻流件的干擾，流場(chǎng)發(fā)生畸變，影響旋渦正常撥離。為了克服流場(chǎng)擾動(dòng)，儀表前需要配裝較長(cháng)直管道(一般為15~40倍的工藝管內徑的長(cháng)度)，而在實(shí)際現場(chǎng)是很難滿(mǎn)足的。二是，高爐煤氣流量計主要特點(diǎn)之一是量程寬，一般在10：1左右，應該說(shuō)這樣寬的測量范圍應屬比較優(yōu)良的性能，但在實(shí)際工業(yè)應用中，*大流量遠低于儀表的上限值，*小流量又往往會(huì )低于儀表的下限值，一些儀表經(jīng)常工作在下限流量附近，造成儀表的計量準確度下降，這時(shí)信號較弱，儀表的抗干擾能力也下降。為了測量小流量，人們往往采用內腔形狀為園臺的傳統變徑管，經(jīng)過(guò)縮徑提高測量處的流速。使高爐煤氣流量計工作在正常流速范圍內，但這種變徑方式，結構尺寸大(一般長(cháng)度為工藝管內徑的3~5倍)，同時(shí)，由于流體流經(jīng)變徑管，在變徑處產(chǎn)生大量旋轉流團，增大局部阻力損失，也使流場(chǎng)發(fā)生畸變。所以必須在變徑管與儀表之間加裝大于15倍工藝管內徑長(cháng)度的直管道進(jìn)行整流，且增加了沿程阻力損失(如圖1所示)，這種方法增加施工成本，也給加工、安裝帶來(lái)不便。

縱端面采用特殊形線(xiàn)的變徑整流器(己申報****)，具有整流，提高流速及改變流速分布的多重作用，其結構尺寸小，長(cháng)度僅為工藝管內徑的1/3，可以直接卡裝在儀表的兩端，不僅不需要另外附加直管道，而且可以降低儀表對上游直管道的要求。實(shí)驗表明：儀表上游阻力件為一個(gè)平面內的兩個(gè)90°彎頭 在一般情況下，高爐煤氣流量計上游側應加裝大于20倍管道內徑長(cháng)度的直管道，而高爐煤氣流量計加裝了變徑整流器大大降低了對上游測直管道長(cháng)度的要求，其阻力遠遠小于傳統的變徑管。更主要的是，可使下限流速降為原來(lái)的1/3，量程比提高到15：1以上。
二、原理及分析
*先應該指出，傳統的變徑管可以經(jīng)過(guò)縮徑，并配以較小口徑的流量計來(lái)達到測量小流量的目的，但是這種方法不可能擴大儀表的量程比，因為它并末改變管道的流速分布狀態(tài)。我們知道，高爐煤氣流量計的理論及推導是基于在無(wú)窮大的均勻流場(chǎng)中得到的，而在實(shí)際封閉圓管中，卻是非均勻流場(chǎng)，橫斷面的流速分布是一回轉拋物面，雖然選擇合理的柱型，使柱體兩側弓形面的流速分布均勻，但實(shí)際上，工藝管道上回轉拋物面的流速分布的影響是客觀(guān)存在的。實(shí)驗表明在比較大的流量時(shí)，這個(gè)影響較小，或說(shuō)這個(gè)影響在允許的范圍內；但隨著(zhù)流量的下降，這個(gè)影響越來(lái)越大，從大量標定數據看，儀表常數總是隨著(zhù)流量的減小而增大。這說(shuō)明取樣點(diǎn)的流速與平均流速差異越來(lái)越大。
采用了變徑整流器后（見(jiàn)圖2），由于縮經(jīng)斷面的流速在逐漸增大，在斷面上各點(diǎn)流速的增加是不一樣的，靠近中心流速增加小，而靠近喉徑邊沿處流速增加大。
設整流器進(jìn)口處壓力為P1，平均流速為V1，某點(diǎn)上的速度不均勻度為U1，出口處壓力為P2，平均流速為V2，通過(guò)進(jìn)口處某點(diǎn)同**線(xiàn)，在出口處的速度不均勻度為U2，沿該流線(xiàn)，由伯努利方程得：


由式（6）可見(jiàn)，收縮比對出口處流速均勻度的影響，即對于一定的進(jìn)口速度不均勻度，
出口處的速度不均勻度將縮小n2倍。因此出口處流速趨于均勻，更接近高爐煤氣流量計理論的均勻流場(chǎng)的條件，不僅使漩渦趨于穩定，且提高了儀表的測量范圍。另外，這種變徑整流器，在流體動(dòng)能的轉換過(guò)程中有效的抑制了干擾。
三、實(shí)驗驗正
例1：一臺口徑為40mm的高爐煤氣流量計安裝在φ40的工藝管道上，標定滿(mǎn)足精度1%的量程比為8：1，當安裝在φ50工藝管道上，并在儀表兩側安裝變徑整流器，在15：1的范圍內精度為1.0%。
例2：二臺口徑為50mm和40mm高爐煤氣流量計配裝整流器后，分別安裝在口徑為80mm工藝管道上，進(jìn)行水標定。實(shí)驗數據見(jiàn)表1。

工藝管內徑/整流器喉部直徑（mm）	儀表常數	重復性	非線(xiàn)性	量程	*小流速（米/秒）
80/50	17452	0.05%	0.95%	15:1	0.1
80/40	10197	0.04%	0.78%	15:1	0.16

再將兩臺口徑為φ50mm和φ40mm高爐煤氣流量計配裝整流器后，分別安裝在φ80mm工以管道上，且儀表上游尉為一個(gè)平面內兩個(gè)90°彎頭，變徑整流器前端與*二個(gè)90°彎頭距離為3倍工藝管內徑長(cháng)段，進(jìn)行水標定，工藝圖如圖3，實(shí)驗數據見(jiàn)表2

工藝管內徑/整流器喉部直徑（mm）	儀表常數	重復性	非線(xiàn)性	量程	*小流速（米/秒）
80/50	17266	0.02%	0.9%	16:1	0.1
80/40	10278	0.15%	0.08%	15:1	0.15

實(shí)驗結果表明：
1、在管道流速較低時(shí)，采用變徑整流器，使儀表特性總體保持良好狀態(tài)；
2、采用變徑整流器，在儀表上游阻流件形式為一個(gè)平面內2個(gè)90°彎頭，直管道很短（3D）的情況下，儀表常數的偏移在0.7%左右，說(shuō)明整流器具有良好的流動(dòng)調整性能。（與實(shí)驗相同的上游阻流件形式在不裝整流器條件下，儀表上游直管道長(cháng)段為8倍工藝管內徑時(shí)，儀表常數偏移為2.0%?。?br /> 3、在儀表前加裝變徑整流器，投展了儀表的測量范圍。
這與理論分析是相吻合的。
四、阻力計算
設工藝管道直徑為D1, 介質(zhì)的密度為ρ，流速為V1高爐煤氣流量計的壓力損失為?ω1， 整流器壓力損失為?ω3， 總壓力損失為?ω。
?ω1=0.3ρV2 1(Pa)
采用整流器后，儀表口徑為D2，則高爐煤氣流量計處的流速為V2壓損為?ω2。
?ω2=1.3ρV2 2=(V2/V1)2·?ω1=(D1/D2)4·?ω1
整流器的壓損，取決于縮徑比D2/D1，之值一般都在0.8以上，則整流器的壓損：
?ω3=0.12?ω2
所以總的壓損?ω為：?ω=1.12?ω2=1.12（D1/D2）4×1.3ρV2 1（Pa）
例：管徑為D1=100mm的水計量系統，采用高爐煤氣流量計作為流量計量?jì)x表，其*大流速Vmax為1m/s，其*小流速Vmin為0.3m/s，擬采用100/80整流器計算各相關(guān)參數：
縮徑后流速為V2：V2max=(100/80)2×1=1.56m/s
V2min=0.47m/s
?ωmax=1.12(D1/D2)41.3ρV2 1
=1.12(100/80)4×1.3×998×1=3547(Pa)
五、應用舉例
加裝變徑整流器滿(mǎn)管式高爐煤氣流量計已大量用于氣體、水、蒸氣等介質(zhì)的測量，其實(shí)例枚不勝舉，均收到了令人滿(mǎn)意的效果。
更值得一提的是，將變徑整流器與插入式高爐煤氣流量計配套使用(見(jiàn)圖4)，用于大口徑煤氣測量，成功地解決了大口徑煤氣介質(zhì)臟，流速低、流量變化大，允許壓損小等者大難問(wèn)題。
在冶金行業(yè)中，測量大口徑煤氣一般采用孔板流星計，由于其自身的局限性，很難滿(mǎn)足實(shí)際測量要求，其問(wèn)題是：①煤氣中含有粉塵和各種雜質(zhì)，經(jīng)一段時(shí)間運行，大量粉塵堆積在孔板的上游側，各種雜質(zhì)附著(zhù)在測量元件表面，就孔板來(lái)說(shuō)，已無(wú)準確度可言，同時(shí)又經(jīng)常發(fā)生導管堵塞的問(wèn)題。由于生產(chǎn)的連續性，不可能停氣清洗或更換孔板。②由于介質(zhì)
流速低，為獲得較大的差壓，孔板的開(kāi)孔徑一般都比較小，造成壓損大，當流量增大時(shí)，孔
板卻起不了限流作用，遇到此類(lèi)情況，有些企業(yè)不得不拆除孔板來(lái)滿(mǎn)足生產(chǎn)。③普通孔板流量計的量程近為3：1，往往不能滿(mǎn)足實(shí)際工況的需要。
已投入實(shí)際運行的變徑整流器與插入式高爐煤氣流量計所構成煤氣流量計量系統：①變徑整流器入口處為光滑曲線(xiàn)，介質(zhì)流經(jīng)時(shí)，有自清洗的效果，不會(huì )造成粉塵堆積。②變徑處流速提升可滿(mǎn)足插入式渦銜流量計下限流速的要求，且高爐煤氣流量計量程比為10：1，完全滿(mǎn)足煤氣測量范圍的要求。③插入式高爐煤氣流量計可在管道不斷流的情況下拆出測頭進(jìn)行定期或不定期清洗。滿(mǎn)足連續生產(chǎn)的要求。④壓損小，插入式高爐煤氣流量計測頭部分在大口徑管道內的流阻很小可忽略不計，變徑部分的變徑比一般都大于0.7，管道*大流速按25米/秒計算，壓損僅在200Pa以?xún)取?br /> 上述表明，此種方法是解決大口徑煤氣計量的行之有效的方法。
六、結束語(yǔ)
高爐煤氣流量計與變徑整流器配套使用，形成了一種新的流量測量系統，可使流量測量下限為下降（為原來(lái)的1/3），測量范圍擴大(15：1以上)，并可以大大降低儀表對上游直管道長(cháng)度的要求。這對一個(gè)流量計來(lái)講無(wú)疑是一個(gè)不小的進(jìn)步，它拓寬了高爐煤氣流量計的應用范圍，在燃氣、 城市煤氣、水、熱水、蒸汽、油品、奶液、藥液、化工產(chǎn)品(上述介質(zhì)一般要求下限流速低，測量范圍寬)的流量測量中將發(fā)揮突出優(yōu)勢。變徑整流器在工業(yè)用戶(hù)中實(shí)際應用情況還表明，變徑整流器簡(jiǎn)化了儀表安裝工藝，并且大大降低了工程造價(jià)。
變徑整流器研究與應用是流量應用技術(shù)研究的典型實(shí)例，它本身的研究還有待于進(jìn)一步的深入，同時(shí)我們還應進(jìn)一步關(guān)注其它與流量鋇幢相關(guān)的應用技術(shù)研究，充分利利用現有的技術(shù)設備資源，真正解決一些流量測量的難點(diǎn)問(wèn)題。

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