发布时间:2015/02/11
国内超声波热量表流量传感器的结构改进主要集中在“减压损”,“防堵塞”、“减涡流”和“防结垢”,以适应国内较差供热水质。其次还包括了“提高检测精度”等方面工作。
1.减压损设计
由于在建筑供暖设计中,对用户管道的压力损失基本要求控制在20~30kPa(2~3mH2O)。当热量表压损过大时,降低了供暖管网输送能力,降低供热品质,还对旧管网改造带来困难,因此要求热量表的压力损失不能占整个供暖用户管道水头损失的比例过大,其次压损降低,也能起到“防堵塞”的作用。
与机械式热量表相比,原理上讲:超声波热量表没有活动机械部件,通常压损要小于机械热量表。但是由于户用超声波表一方面管径较小,又要进行缩径,加上反射器的阻挡作用,导致增加阻力,也使压损未见得理想地减小。目前国内有几家企业分别采取了改变反射器形状、尺寸,以及改变反射方式、改变管段结构等设计达到减少压损的目的。
1.1全通径结构
全通径结构指的是流量计管段没有其他部件阻止流体的运动。部分企业采用“V”形反射代替常用的“U”形反射方式,将流量管的圆形改为方形结构,利用流量测量管段管壁或底面作为反射镜面。该结构能有效的降低压力损失,并避免堵塞问题。但同时也带来一些新的问题:
(1)增加了制造成本,由于方形管段需要通过“拉刀”方式加工,与圆管的铸造相比,提高成本约10~20元。
(2)方形管段底面结垢、污泥沉积将影响测量精度。特别是由于在非采暖季,管段内水基本处于静止,污泥沉积在底部,或管壁结垢,导致来年使用时超声波反射衰减,计量精度下降。
(3)方形角容易出现紊流,导致水力流场的不均匀变化,需要大量的实验,对流量进行修正。有些企业一方面进行修正,另一方面在超声波热量表安装时,加长进水管段长度以减小涡流产生的影响。
1.2改进反射器结构
反射器是流量传感器里面主要的阻挡部件,因此很多企业对反射器结构进行改造,尽量减少阻挡水流的横截面积,减少阻力的同时也减少水中絮状物的缠绕。
(1)立柱式反射器。部分企业将流量传感器的超声波反射器改为立柱式结构,减小压损。并采用铆接方式与管壁连接,连接稳固,变形小。
(2)叉臂式片状不锈钢反射器。部分企业借鉴兰吉尔热量表做法,采用叉臂结构反射镜。同时底部采用圆环结构与管壁硬连接,与管体连接更为稳固。
(3)片状不锈钢反射器。部分企业采用与束流板联为一体的片状不锈钢反射器,通过过盈安装固定于测量管段。该方式具有一定的束流功能,可减少紊流,保证测量稳定;且反射体面积较小,可能减小压损并降低始动流量。
2.减涡流设计
由于水流经过阀门或受管径变化等因素影响时,会产生不同程度的涡流,一方面影响超声波信号的正常传输,另一方面使得管道内流态不均匀,从而对测量精度造成一定的影响。因此“供热计量技术规程”中提出,热量表在安装时采取水平或者垂直安装,同时进水和出水直管段长度要达到“前5后2”(也有企业提出小口径表应当“前10后2”,特别是针对小口径户用表),减少进水涡流。
部分企业在结构中提出了“整流片”概念,在流量传感器管道两侧增加如图所示的整流片,减少涡流影响,以提高流量测量精度稳定性。上文所述的“片状不锈钢反射器”也是具有该功能。但是实验发现,整流片适用一定管径范围,对于过小、过大管径都发挥不出作用。
3.防堵塞设计
我国供热水质较差,管路被氧化、锈蚀,水中存在颗粒物与线状杂物等问题普遍存在,为防止水中杂质影响热量表的测量或杂物堵塞流量传感器,“供热计量技术规程”中提出,热量表在安装前必须清洗管道,并安装过滤器。
对于堵塞问题,山东一家企业特别设计了一种具有“防堵塞”功能的超声波热量表,其在流量传感器测量管段的反射镜支架周围设计整流腔,一方面扩大管段内径增大过水面积,可减少堵塞,另外还具有减少介质流动阻力,降低压损,减少管道介质因紊流、扰流及其他不稳定流量时给表计带来的测量误差的问题,提高了热量表的测量稳定性和测量精度。同时该企业将反射镜支架设计成为流线型柱状曲面结构,表面光滑,具有良好的防止线状杂物缠挂堵塞的能力,减少了因线状杂物干扰流场导致的测量误差问题。经试验证明,该种结构有效地减小了压损,对絮状杂物有很好的防堵塞功能。
4.“W”反射设计
由于小口径热量表管径小,超声波声程短,测量误差较大。对此,部分企业的户用超声波热量表在流量计管段上中段增加一个反射镜,采用“W”型超声反射方式代替常见的“U”形反射方式,以延长超声波传播距离,减少测量误差,提高测量精度和可靠性。
但该方法由于反射点增多,信号损失较大,因此需要增大超声波的驱动功率以提高信号强度;同时带来了电源功耗的增大、装配精度要求更高的问题。部分企业采用大容量的锂电池代替原来使用的锂电池。他们认为鉴于大容量的锂电池价格不断下降,该方法是可行的。
5.防结垢设计
从市场超声波热量表来看,为减少反射镜结垢,企业主要集中在对反射镜面采取抛光、镀钨、选用不易附着的高分子合成材料等措施,以减少镜面结垢。
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