用于脈動(dòng)壓力測(cè)量的彈簧管壓力表的改造
用普通彈簧管壓力表測(cè)量脈動(dòng)壓力造成儀表頻繁損壞乃至造成事故的現(xiàn)象比較常見。“增大阻尼” 是解決上述問題的有效方法之一。本文探討了用尼龍棒或金屬棒等材料制作阻尼器，來改造普通彈簧管壓力表的 具體方法。該方法在某企業(yè)鍋爐進(jìn)水泵上應(yīng)用了 2年，效果很好。
0.引言
某企業(yè)有QXW4. 2- 0.7/ 95/ 70 - AI和 QXW7. 0 -1.0/115/70- A倆個(gè)型號(hào)的供暖鍋爐，并使用了循 環(huán)水泵、脫硫泵等多個(gè)離心泵，為監(jiān)測(cè)泵的工作狀 況，在泵出口均裝有單圈彈簧管壓力表。以循環(huán)水 泵為例，其出口壓力通常在0. 3?0. 4MPa，選用的 是量程為1MPa，1.5級(jí)精度的壓力表，但由于開泵 或用戶負(fù)荷突變等因素，常使泵出口壓力大幅度波 動(dòng)，導(dǎo)致壓力表頻繁損壞。據(jù)調(diào)查，這種現(xiàn)象十分普 遍。一線工作人員采取了關(guān)小壓力表根部閥等多種 方法，但收效不顯著。這個(gè)看似簡單的問題卻長期 影響著鍋爐等具有脈動(dòng)壓力工況的裝置安全運(yùn)行。 本文探討了加阻尼器增大阻尼的方法來解決上述問 題。
1.阻尼器的制作
單圈彈簧管壓力表是由單圈彈簧管、傳動(dòng)放大 機(jī)構(gòu)、指示機(jī)構(gòu)和表殼等4部分組成。
由于被測(cè)介質(zhì)是從接頭處直接進(jìn)入彈簧管中， 儀表動(dòng)作靈敏。所以，當(dāng)被測(cè)壓力為脈動(dòng)狀態(tài)時(shí)，會(huì) 引起表內(nèi)的一系列機(jī)械環(huán)節(jié)大幅度波動(dòng)，造成指示 錯(cuò)誤，甚至儀表損壞，影響壓力監(jiān)測(cè)。
為解決上述問題，考慮到使用阻尼器。通過選 用不同材質(zhì)，加工不同形狀，并進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)，最后 認(rèn)定下述阻尼器最適合。
材料:尼龍棒或金屬棒；
直徑:比壓力表接頭直徑大2mm左右；
長度:可依工況而定，一般為80mm左右。
力口工方法:以安裝在接頭直徑為<22的壓力表 上長為80mm的阻尼器為例。其剖視圖如圖1所 示。在端面A上按等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)位置鉆 三個(gè)直徑約4mm的孔1、、，孔1、深約35mm，孔 3深約60 mm ;在棒的另一端面B上，對(duì)應(yīng)孔1、的 位置鉆相同孔徑的圓孔4、，深約35mm;在距4端 面約20mm處的側(cè)面鉆孔將孔2、溝通，在距4端 面35mm的側(cè)面鉆孔，將1、溝通;同理，在距B端 面20mm的側(cè)面鉆孔，將3、5溝通，在距B端面 35mm的側(cè)面鉆孔，將4、溝通。然后再堵上所有 的側(cè)面孔及孔2、、，再在其兩頭套扣之后，便制成 了簡易的阻尼器。將其安裝在泵出口管線與壓力表 接頭之間即可。
2.原理分析
雷諾(1895」把紊流運(yùn)動(dòng)分拆成時(shí)均流動(dòng)和脈動(dòng) 流動(dòng)的疊加/27。所以’瞬時(shí)流速等于時(shí)均流速與脈 動(dòng)流速的疊加,實(shí)測(cè)平面流動(dòng)的一個(gè)空間點(diǎn)上沿流 動(dòng)方向(x方向」的瞬時(shí)流速ux隨時(shí)間的變化曲線 如圖2所示。
故有:Ux = Ux + Ux 式中:Ux為瞬時(shí)流速;U X為該點(diǎn)在X方向的脈動(dòng)流 速,隨時(shí)間變化;Ux為該點(diǎn)x方向的時(shí)均流速,從圖 形上看,Ux是T時(shí)段內(nèi)與時(shí)間軸平行的直線AB的縱坐標(biāo)。
紊流中的壓強(qiáng)也可以處理成時(shí)均壓強(qiáng)與脈動(dòng)壓 強(qiáng)的疊加。即:p = p + p'
式中:p為瞬時(shí)壓強(qiáng);p為時(shí)均壓強(qiáng);p為脈動(dòng)壓強(qiáng)。
這種時(shí)均化概念等同于電學(xué)中的交流電可以分 解成靜態(tài)直流和脈動(dòng)交流相疊加的理念。
工業(yè)上的壓力就是物理學(xué)中的壓強(qiáng)。正確安裝的單圈彈簧管壓力表引壓部分應(yīng)與管線內(nèi)表面平 齊,在水栗出口處的壓力表中充滿液體,可以穩(wěn)定指 示出時(shí)均壓強(qiáng)。若有脈動(dòng)壓強(qiáng)存在,表針會(huì)出現(xiàn)一 些波動(dòng)。但如果泵啟動(dòng)或用戶負(fù)荷突變時(shí)，“寄生” 在時(shí)均流基礎(chǔ)上的脈動(dòng)流峰值巨增’脈動(dòng)速度和脈 動(dòng)壓強(qiáng)都很大’沖擊到彈簧管壓力表中’會(huì)使彈簧管 嚴(yán)重形變’指針大幅擺動(dòng)’造成壓力表損壞。
當(dāng)安裝上述阻尼器后’由于流道很細(xì)’流體多呈 層流狀態(tài)’不易波動(dòng)。由于阻尼器中設(shè)計(jì)了 8個(gè)直 角彎道’即使出現(xiàn)很大的脈動(dòng)’也會(huì)使脈動(dòng)流能量大 大損失。
由流體力學(xué)可知,流體在圓直管線中的流動(dòng)阻 力計(jì)算公式0 ]為:
式中:hf為流體在長度為l的一段圓直管線中的流 動(dòng)阻力；A為流體的摩擦系數(shù);1為管線長度為 管線直徑;U2為流體流動(dòng)速度。
流體流經(jīng)直角彎道時(shí)的局部阻力計(jì)算公式為:
式中:hf為流體流經(jīng)一個(gè)直角彎道時(shí)的局部阻力; le為直角彎道的當(dāng)量長度。
如果阻尼器中全部采用直管道’則管道的1/ d = 80mm/4mm = 20。而對(duì)于圖1所示的阻尼器’按 “方角彎頭”來查管徑為4mm時(shí)直角彎道的當(dāng)量長 度約為0. 9m ’粗略計(jì)算一個(gè)直角彎道的1e/ d = 225 ,所以該阻尼器僅8個(gè)直角彎道的總阻力與全部 采用直管道的阻尼器的總阻力之比為：
顯然,。
直角彎道的個(gè)數(shù)越多,流體的流動(dòng)阻力就越大。 此外，由式(1)、⑵可知,對(duì)脈動(dòng)流體,因其脈動(dòng)流速 很大,也導(dǎo)致直管道阻力和直角彎道阻力加大,這樣 會(huì)將脈動(dòng)流速(或脈動(dòng)壓強(qiáng))在進(jìn)入彈簧管之前很快 消耗掉。這樣壓力表測(cè)得的基本上是時(shí)均壓強(qiáng)，比 較平穩(wěn),從而保護(hù)壓力表不受損。
3.結(jié)語
這種阻尼器在該企業(yè)鍋爐的幾個(gè)水泵出口壓力 表上已經(jīng)使用2年,儀表示值正常,工況平穩(wěn),一直 完好無損。而且該阻尼器具有材料選用方便、價(jià)格 低廉、加工簡單等優(yōu)點(diǎn)。目前’雖已有減震壓力表上 市,但其價(jià)格一般在普通壓力表價(jià)格的4倍以上。 使用這種改造后用于脈動(dòng)壓力測(cè)量的彈簧管壓力 表,既保證了鍋爐生產(chǎn)的安全,又為企業(yè)節(jié)約了資 金。
