1、供气管路工程材料试验研究摘要采用试验测定燃气工程常用管件的局部阻力系数及流量系数，保证燃烧器及其管路系统水力设计的技术性和经济性，具有重要的实际意义。 关键词燃气工程管件;喷嘴;阀门;局部阻力系数;流量系数 Abstract: The determination of common pipe gas engineering test using the local resistance coefficient and flow coefficient, ensure that the burner and the water piping system design technology an
2、d economy, it has important practical significance. Key words: gas engineering pipe; nozzle; valve; local resistance coefficient; flow coefficient 中图分类号:V245.4 文献标识码：A 文章编号： 1 工程背景及研究意义 在燃气工程中，燃烧器前的供气管路系统由一系列管件和管路构成，包括球阀、截止阀、流量计、阻火器等，燃烧器中又有各种类型的燃气喷嘴，这样的管路并不长，通常只有 36m，因此在进行燃烧器及其管路水力计算时，能量损失以局部阻力损失为主。
3、相关的流体力学书籍中给出的局部阻力系数表中，通常并不包含燃气工程常用的流量计、阻火器、喷嘴等管件的局部阻力系数，且相关的水力计算需要这些局部阻力系数才能完成，因此本文试验测定了球阀、截止阀、涡街流量计、阻火器及各种不同结构形式的喷嘴的局部阻力系数。 流量系数是用来表征能量有效利用程度的无量纲系数，用流量系数来进行水力计算方便快捷，因此一并测定了上述管件的流量系数以备查用。 采用试验方法测定了燃气工程常用管件的局部阻力系数和流量系数，并对局部阻力系数的测量精度进行了评估，为燃烧器及其管路系统水力设计计算提供了计算依据。 2 试验系统及原理简介 以压缩空气作为气源， 涡街流量计测量流量，U 型压力
4、计测量压力，试验系统示意图如图 1 所示。 图 1 喷嘴试验装置示意 图 2 喷嘴计算截面示意 试验所测阀门包括球阀、截止阀、涡街流量计、阻火器， 公称直径均为 DN32； 试验所测喷嘴包括 60、90和 120 多孔喷嘴及渐缩形单孔喷嘴，喷嘴外径均为 40，内径均为 28， 其中多孔喷嘴孔径均为 4， 孔数均为 11，单孔渐缩喷嘴孔径 14。 图 1 所示为喷嘴局部阻力系数测定时的试验照片，下面以喷嘴为例，说明喷嘴及阀门的局部阻力系数测定原理。图 2 所示为渐缩形单孔喷嘴，取 1-1 和 2-2 为计算截面，列出 2 截面间的能量方程为： + (1) 式中：喷嘴入口处表压力/Pa；喷嘴出口处
5、表压力/Pa；喷嘴入口处流速/（m/s） ；喷嘴出口处流速/（m/s） ； 气体标况下的密度/（kg/Nm） ；局部阻力系数。 由于喷嘴出口处气体直接排入大气，故=0，代入式（1）可得： () (2) 由喷嘴入口处得 U 型管压力计测量，及由流量方程确定，即： (3) (4) 式中：Q气体积流量/（Nm/s） ；喷嘴入口处截面积/m；喷嘴出口处截面积/m。 Q 由涡街流量计测量，及根据进出口尺寸计算，流量系数 按下式计算： (5) 式中：Q气体积流量/（Nm/s） ；A喷嘴出口截面积/m；P喷嘴入口表压力/Pa；气体标况下的密度（/kg/Nm） 。 3 局部阻力系数及流量系数试验测定结果 从试
6、验结果可知局部阻力系数 和流量系数 随流量的变化趋势几乎为一条直线， 即几乎不随流量的改变而改变，故可用平均局部阻力系数 和平均流量系数 作为水力计算的计算依据。为方便计算查询，将喷嘴与阀门的平均流量系数及平均局部阻力系数汇总于表 1 和表 2 中。4 局部阻力系数测定值精确度评估 以压缩空气作为输送气体，实测管路进出口压力，与按 照测得的局部阻力系数进行计算所得的管路入口压力值进行比较，评估试验测定的局部阻力系数与计算的精确度。按照图 3 所示管路系统，改变流量，对管路进行压力、流量测量，测量记录 10 组数据，管路中包含的管件有球阀、截止阀、涡街流量计、阻火器，因为管路联接法兰之间均有聚四
7、氟乙烯垫片，该垫片内孔孔径小于法兰内孔孔径，相当于在 2 片法兰之间放入一个节流孔板，因此计算局部阻力损失时一并计算在内。实测入口处气体静压很小，故不考虑气体可压缩性的影响，按照密度为常数处理。 图 3 管路系统压力损失试验示意 列出图 3 所示两个 U 型压力计测压孔之间的能量方程，以进口截面为 1-1 截面，出口截面为 2-2 截面，由于出口处管路很短，故出口处得U 型压力计读数为零，取=0。列出 2 计算截面件的能量方程和连续性方程： (6) (7) 式中：管路入口压力/Pa；管路入口流速/（m/s） ；管路出口流速/（m/s） ；L管路长度/m；D管路直径/m；沿程阻力系数；局部阻力系
8、数；管路入口截面积/m；喷嘴出口截面积/m。 沿程阻力系数 用 Haaland 公式1计算，局部阻力系数 按表 2 查取，另外聚四氟乙烯垫片的局部阻力系数按孔板的阻力系数计算，按文献 2 取为 2.5，管路中有 6 片聚四氟乙烯垫片，涡街流量计法兰接口处为石棉垫片，因此局部阻力系数总和为： =2.48+1.33+5.31+2.41+62.5=26.53 （8） 将相关尺寸及实测、计算结果列于表 3 中。 由表 3 可知，计算值较实测值小，不同流量下平均误差为-8.6%，这个精度可以满足工程计算需要。 5 结论 采用试验方法测定燃气工程常用管件的局部阻力系数与流量系数， 并对所测得的局部阻力系数
9、精确度进行了评估， 采用试验所测得的局部阻力系数进行管路系统水力计算，平均误差为-8.6%。造成计算值较小的原因，一方面是管路中有各种难以预料的其他局部阻力损失，例如聚四氟乙烯垫片安装时歪斜，造成实际压力损失增大；另一方面是按照不可压缩处理管路中压缩空气的密度，在大流量下可能造成误差。可在计算值的基础上乘以系数 1.11.2，作为余量。 参考文献 1 王敏. 燃气工程设计施工国家建筑标准设计图集J. 暖通空调. 2005(09) 2 吴灵敏. 阀门在管道安装中的重要性J. 山西建筑. 2008(20) 3 王红霞. 聚乙烯管在燃气工程中的应用J. 工程塑料应用. 2001(09) 4 安装名词术语:第六章管道J. 安装. 2002(02) 5 王春华. 浅谈聚乙烯管在燃气工程中的施工要求J. 制冷与空调. 2010(03) 6 柏茹. 燃气工程材料管理的效能监察 J. 城市公用事业. 2001(03)
