探讨V锥流量计的直管段的长度问题.doc

探讨V锥流量计的直管段的长度问题 探讨V锥流量计的锥体振动问题 探讨V锥流量计的检定及流出系数和可膨胀系数 探讨V锥流量计的自清洗防堵问题 探讨V锥流量计的耐高温问题 探讨V锥流量计的其他问题 探讨V锥流量计的锥体振动问题 V锥流量计热潮好几年了，原先人们提出的置疑有了相当的问题发生；然而，广告仍然继续宣传无试验验证的内容；对此，对照该流量计的广告宣传继续做探讨，希望流量界同行参加讨论，本篇是探讨V锥流量计的锥体振动问题，对我们的意见，如有不妥，请于指正！ V锥流量计的广告和说明书说：“V锥流量计没有活动件，使用寿命长…；可以作标准节流装置的换代产品等”。近来发生过V锥流量计锥体脱落及其支撑杆折断的问题，作为流量计，不仅没有起到测量流量的目的，反而造成了事故，这给对V锥流量计的宣传者和制造者提出了严重的问题。我们在此也对该流量计作一些分析，目的是探讨对该流量计的认识，是对贯彻科学发展观的一些体会。 V锥流量计的主体构件是一个锥体被一个杆件支撑，安装在管道中心受流体绕流，测量锥体形成的压差求得流量的。这是一个典型的悬臂梁一端受集中载荷的振荡环节。如图1示 分析受力情况 选DN200口径流量计，锥体直径120，按给出的公式 计算，β＝0.8。支撑杆直径20；锥角约60度；锥体壁厚3 mm。支撑杆和锥体中心有取压孔。流量计中通水。 计算流量计中的流场。用三维不可压缩稳定流数学模型。 控制方程：连续方程、运动方程、输运方程；以流量计体及锥体和流体接触面为第一类边界条件，以流量计进、出口为第二类边界条件，流速5m/s。计算压力、流速分布，图2是网格图，图3是压力场，显示压力分布及锥体后漩涡。图4同样是压力分布及漩涡。图3、图4是三维CFD计算结果，轴向切片图。图5 是压力沿轴线分布点 图2 V锥网格 图3 V锥压力场 图4 V锥压力场 图5 压力沿轴线分布点 计算结果，V锥前后压差约为60Pa ，作用面积约为0.011m2 ,作用力约为6.6N（不计支撑杆上的受力）。以上计算显示了锥体由于流体绕流产生的集中力，作用在支杆末端；锥体后显示了流体流过锥体时形成的漩涡。 McCrometer公司在V锥的说明书中的表示，如图6、7、8、9 图6 V锥说明书中表示漩涡图 图7 V锥取压图 图8 V锥位置图 图9 V锥后形成的压力波 V锥说明书中对于产生漩涡事实，基本和我们计算的一致。分歧在于说明书中把波动缩小了，得出的结论也偏颇了。他们认为，V锥后产生了小的低幅高频漩涡，对很好的稳定信号没影响。图6中左边文字应该是这个意思。 V锥是否会产生振动?下面进行分析。 V锥的支撑杆是一个悬臂，集中在一端有一个集中载荷，这是一个典型的二次振荡环节。这应该是一个不争的事实。 表征振荡环节的数学模型是 等号左边第一项是锥体的惯性力，第二项是锥体被流体作用的阻尼力，第三项是支杆悬臂的弹性力；等号右端是流体对锥体（悬臂支杆上的集中载荷和分布载荷）的主动作用力。两边取laplace变换，求出该悬臂系统的传递函数。 传递函数是 为方便计算进行简化，得 由根轨迹法判断其稳定性。 图10 悬臂V锥的根轨迹，红点以左是稳定区 图11 图10中右边红点以左的单位阶跃响应由图 11显示，为收敛 图12 图10中红点以左单位脉冲响应由图12显示为收敛 图13 乃氏图，实轴零点（横轴0点）以左稳定，以右不稳定 图14根轨迹右边红点以右为不稳定区,单位阶跃响应发散 图15根轨迹右边红点以右为不稳定区,单位脉冲响应发散 分析 从V锥流量计的结构看，是典型的二次振荡结构；其特点是，在一些情况下是稳定的，其他情况是不稳定的；在不稳定情况下，振动频率和自振频率相似或者相同时会产生共振，上面分析图中的发散表明了这一点。当振动严重时，在一些特定位置发生应力集中，工作时间长时支撑杆发生疲劳，继而断裂。这种会发生断裂的频率范围是多少，在V锥流量计的说明书中没有给出，什么流量下频率是多少，用户无从知晓；如果恰好发生共振是在用户使用的流量下发生了，造成事故的概率是很大的。另外在支撑杆上流体流过时发生“卡门”涡街，有流体诱发振荡产生，这是另一个振荡源；V锥本身受上游来流冲击，即使是稳定流，也会有偶尔的时变加速度产生，也是一个振荡源。这些振动和锥体后漩涡产生的振荡可以构成一个总的振荡。所以在V锥流量计的工作中不可避免的有振荡存在。是V锥悬臂结构存在的严重问题。如上看法是否正确？V锥流量计是否存在振荡，请和流量界同行探讨。