摘　要:本文介紹文丘里管的工作原理、結(jié)構(gòu)、技術(shù)性能及優(yōu)缺點(diǎn)。文丘里管(又稱環(huán)形錐管),是新一代差壓式流量測(cè)量?jī)x表,是對(duì)傳統(tǒng)文丘里管做了改型的異型文丘里管,它集經(jīng)典文丘里管、環(huán)形孔板和耐磨孔板計(jì)量性能優(yōu)點(diǎn)于一體,并且在能源計(jì)量工作中已取得良好的使用效果。

　　1　引言

　　差壓式流量計(jì)是目前工業(yè)生產(chǎn)中用來(lái)測(cè)量氣體、液體和蒸汽流?的最常用的一種流?儀表。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì),在整個(gè)工業(yè)流測(cè)量領(lǐng)域中,差壓式流量計(jì)占流量?jī)x表總數(shù)的一半左右。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,安裝方式成本低等一系列優(yōu)點(diǎn),所以由節(jié)流裝置和差壓計(jì)組成的節(jié)流式流?計(jì)在工業(yè)領(lǐng)域中用的最多。但由于傳統(tǒng)的差壓流量計(jì)的流出系數(shù)不穩(wěn)定,線性差,重復(fù)性不好,準(zhǔn)確度因受諸多因素影響也不高,易被磨損,壓損較大,量程比(范圍度)小,現(xiàn)場(chǎng)安裝條件高,要求的直管段過(guò)長(zhǎng)等諸多缺陷,人們對(duì)產(chǎn)生差壓的節(jié)流裝置的優(yōu)化改進(jìn)一直沒(méi)有中斷。這種完善、改進(jìn)工作一直都沒(méi)有停止,并有了很大的飛越,研制出了一些適應(yīng)不同流體的節(jié)流裝置,例如:耐磨孔板、環(huán)形孔板、V型錐式、MPA、文丘里管流量計(jì)等節(jié)流裝置。

　　2　產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

　　(1)測(cè)量管(2)特型芯體(6)前圓錐面(7)圓柱面

　　(3)后支承環(huán)(4)前支承環(huán)(8)后院錐面(9)后支承軸

　　(5)取壓接頭(10)前支承軸

　　文丘里管由圓形測(cè)量管1和置于測(cè)量管的特型芯體2所構(gòu)成(參見圖1和圖2)。特型芯體是一個(gè)與測(cè)量管同軸的旋轉(zhuǎn)體,其母線是一假想管壁為無(wú)限薄的經(jīng)典截尾文丘里管的管壁軸向截面,即旋轉(zhuǎn)體的徑向外表面由前段圓錐面6、中段圓柱面7、尾段圓錐面8三部分構(gòu)成。特型芯體靠其支撐軸9、10和與測(cè)?管同軸的支撐環(huán)3、4定位,用制動(dòng)件壓緊固定(小管徑產(chǎn)品,無(wú)前支撐軸,只用后軸由后支撐軸環(huán)定位固定)。支撐環(huán)是由具有同軸的環(huán)、外環(huán)和將外環(huán)連成一體的3-4個(gè)支撐肋構(gòu)成。在測(cè)量管管壁的特定位置上設(shè)有取壓接頭5(或遠(yuǎn)傳法蘭取壓接口),測(cè)量管兩端是用于和現(xiàn)場(chǎng)工藝管道相連接的標(biāo)準(zhǔn)法蘭。

　　3　結(jié)論

　　文丘里管(又稱環(huán)形綴管),其基本測(cè)量原理與標(biāo)準(zhǔn)孔板相同,即以能量守恒定律-伯努利方程和流動(dòng)連續(xù)性方程為基礎(chǔ)的流量測(cè)量方法。文丘里管由一圓形測(cè)量管和置入測(cè)量管并與測(cè)?管同軸的特型芯體所構(gòu)成。特型芯體的徑向外表面具有與經(jīng)典文丘里管表面相似的幾何廓形,并與測(cè)量管表面之間構(gòu)成一個(gè)異徑環(huán)形過(guò)流縫隙。流體流經(jīng)文丘?管的節(jié)流過(guò)程同流體流經(jīng)經(jīng)典文丘?管、環(huán)形孔板的節(jié)流過(guò)程基本相似。文丘里管的這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn),使之在使用過(guò)程中?存在類似孔板節(jié)流件的銳緣磨蝕與積污問(wèn)題,并能對(duì)節(jié)流前管流體速度分布梯度及可能存在的各種非軸對(duì)稱速度分布進(jìn)?有效的流動(dòng)調(diào)整(整流),從而實(shí)現(xiàn)了高準(zhǔn)確度與高穩(wěn)定性的流量測(cè)量。

　　4　性能特點(diǎn)

　　與孔板等標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件相比,文丘里的技術(shù)特點(diǎn)集中體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

　　(1)測(cè)量準(zhǔn)確度高,配置高準(zhǔn)確度差壓變送器即可實(shí)現(xiàn)流量的準(zhǔn)確測(cè)量。

　　(2)測(cè)量穩(wěn)定性好,文丘里管節(jié)流部位無(wú)銳緣,也不存在積污條件。因而在使用過(guò)程中流出系數(shù)能長(zhǎng)期保持恒定。

　　(3)測(cè)?范圍度寬,?用二次表軟件修正即可達(dá)20∶1以上。

　　(4)對(duì)介質(zhì)適應(yīng)能力強(qiáng),能測(cè)量高壓、低壓流體,高含濕氣體及各種臟污的流體。

　　(5)適用雷諾數(shù)范圍寬,適用雷諾數(shù)下限低于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流體。

　　在測(cè)試儀下井工程中,殼體所受壓力慢慢增加,當(dāng)下井到一定的深度處于射孔段位,此時(shí)所受的是靜態(tài)均勻壓力;在射孔過(guò)程中,由于壓?陡增,對(duì)殼體的抗壓要求很高,測(cè)取射孔瞬間動(dòng)態(tài)壓力參數(shù)就具有重要意義。

　　測(cè)試儀在3000m深處?kù)o壓是30Mpa,射孔過(guò)程取011S,最大射孔瞬間動(dòng)態(tài)壓力為60MPa,其在射孔過(guò)程中壓?隨時(shí)間變化曲線如圖2所示,利用COS2MOSWorks的非線性分析得出VonMises應(yīng)力分布云圖和應(yīng)變分布云圖,分別如圖3和圖4所示。

　　3　結(jié)論

　　由于石油井下P-T測(cè)試儀外殼材料采用35CrMnSi高強(qiáng)度鋼,它的屈服強(qiáng)度max為1275MPa,而在應(yīng)力分布云圖上最大的應(yīng)力為1166MPa,小于屈服強(qiáng)度,并且最大應(yīng)力max出現(xiàn)在頂絲額螺紋孔,剛好這個(gè)地方是應(yīng)力集中處,端蓋與外筒連接處由于有O型圈,壁較薄弱,在此處應(yīng)力較大,從圖4可以看出,但是應(yīng)力也在700MPa左右,小于s;在應(yīng)變分布云圖上,最大應(yīng)變max為01002952,小于015%。因此,石油井下P-T測(cè)試儀的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全可靠。

　　(6)對(duì)安裝直管段要求低,上游3D,下游1D。能有效避免或減少流量測(cè)量系統(tǒng)的附加測(cè)量不確度。

　　(7)壓損小,測(cè)量差壓的1/5左右,節(jié)約能源。

　　5　文丘里管流量計(jì)的應(yīng)用

　　文丘里管的優(yōu)異技術(shù)性能,對(duì)解決目前公認(rèn)的所謂大流量、低壓力、高含濕氣體的計(jì)量難題和煤氣、非潔凈天然氣等臟污流體的計(jì)量難題,將會(huì)發(fā)揮重要作用;對(duì)于那些目前不得不仍在使用著孔板等傳統(tǒng)差壓式儀表但又非常需要提高測(cè)量精度、改善計(jì)量效果的計(jì)量場(chǎng)合,文丘里管將成其理想的換代產(chǎn)品;文丘里管配之以精密型差壓變送器和智能型二次儀表,能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定、準(zhǔn)確地在線計(jì)量,可以部分地取代振動(dòng)式質(zhì)量計(jì)量計(jì)、氣體超聲流量計(jì)等高價(jià)位流?儀表。此外,文丘里管對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)?具備長(zhǎng)的直管段安裝條件,特殊的高溫、高壓,強(qiáng)腐蝕性和臟污介質(zhì)以及非單相流的測(cè)量等計(jì)量場(chǎng)合也都具有獨(dú)特的計(jì)量?jī)?yōu)勢(shì)。

　　文丘里管產(chǎn)品自開發(fā)以來(lái),已成功地適用于計(jì)量高含濕天然氣,低壓臟污沼氣,焦?fàn)t煤氣,瓦斯氣,水蒸氣、熱水,高溫?zé)崦河偷?實(shí)際應(yīng)用范圍正在迅速擴(kuò)大。

　　目前文丘里管得準(zhǔn)確流出系數(shù)還必須實(shí)流標(biāo)定,這給使用帶來(lái)一定的不便。