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新型差压流量仪表的理念、应用与建议

发布日期:2022-10-09 点击率:54

        面对工业现代化的飞速发展,提出了不少新的难题,经典节流装置已无能为力。鉴于此,本文介绍了一些新型节流流量仪表,如:多孔孔板、V锥、环楔等流量仪表,它们都具有一些特点,有别于经典节流装置。本文将介绍它们的运行原理,准确度及所必须的上游直管段长度,智能化------等内容,以帮助于用户正确选用。当前制约这类仪表选用的最大障碍是尚未制定标准,本文对制定标准提出了一些建议,并强调制定标准必须建立在大量可靠的测试数据上,并应认真、科学、严谨地处理这些数据。
一、 绪论
        节流型流量仪表问世已有100多年历史,长期以来,以孔板为代表的经典节流装置(孔板、喷嘴、文丘利),因其结构简单,使用率高,已积累大量的测试数据,且制定了标准,曾在流量仪表中占有70%左右的市场。随着工业的发展,对流量仪表不断提出了许多新的要求,如:直管段长度不足又要求较高准确度,经典节流装置已无法满足。近一、二十年以来涌现出不少新型节流流量仪表,在现场应用条件下,其价格、安装、准确度、永久压损、可靠性、维修等方面均优于经典节流仪表,日益为用户所接受。
        用户在选用这些仪表要了解它已不仅是一个节流元件,而是组成了一个系统,所以,不仅要了解节流元件的基本原理,还需了解系统每一部分的作用以及它们对整个测量结果的影响。仪表准确度是选用的重要因素,在试验室的标定仅仅只是决定仪表性能的必要条件,而非充分条件;也就是说,仪表在使用中性能是否好还要取决选型、安装、以及仪表适应现场的能力。

二、 差压流量仪表的原理
        所有差压流量仪表的原理都是基于柏努利的流体能量转换公式,流动的流体其能量主要表现为位能与动能二种形式。当然还应考虑流体流动过程的损失及可压缩性,如果忽略这二个因素,转换公式将变得十分简单,即可通过测差压来推算流量,其方法主要有以下二种:
其一是节流法,通过节流增加流速,降低压力(位能);
        管道中的流体因节流而加速,因能量守恒促使压力降低,通过测差压可知流速来推算流量大小。当流体通过节流件又回满管时,截面增大流速下降,动能转换为位能,压力将上升。但任何节流件都会造成压力损失,压力不可能恢复到节流前的数值,这个差值就是我们通常所说的永久压损。当然,不同结构的节流件所引起的压力损失是不相同的。
        这类仪表大致有以下三种:
        ① 孔板(同心单孔,偏心、圆缺、多孔---等)
        ② 环形通道(V锥、环形孔板、槽道、内文丘利、梭式----等)
        ③ 文丘利(文丘里管、道尔管、罗洛斯管、环楔----等)
        其二是动压法
        令管道中某点的流动流体完全滞止转换为位能(压力),这个压力包含了流体所有的能量故称为总压(或全压);另外测量不含流体动能与流速无关的静压,通过总静压差推算流速大小。较为典型的仪器是1732年由法国人皮托发明的皮托管。用这种仪器所测的只是流速,须知流量还需了解管道截面面积及管内流速分布,遗憾的是至今还有不少人忽视这二个重要因素。限于篇幅,本文略去讨论这类仪表。
三、主要技术参数
        1、流出系数C,定义为实际流量与理论计算值的差别。C=实际流量/理论流量。
        由于流体都具有黏性,在流动过程中会有摩擦造成损失,这种影响十分复杂。当前人们还无法通过理论方法来估计它的大小,只能假设流体流动过程中没有损失,以简化计算公式。所以,理论计算与实际流量会有差别,可用流出系数C修正,流出系数C只能通过实流标定才可以得到。即或是通过经验公式计算,也必须建立在大量的实验基础上。
        ○1标准化节流件  通过大量的实流校验,可以得到流出系数规律,在一定雷诺数Re范围内,无需标定而可得到流出系数。当前只有经典节流装置可以做到(孔板、喷嘴、文丘里管)。
        ○2流出系数C与Re存在一定的函数关系,这对于应用带来了很大的方便。
        ○3流出系数C与节流件的结构密切有关,结构的压损越大,C值趋于减小。
        如:在相同的β值下,孔板的压损最大,文丘利管压损最小。
        其流出系数C大致为:孔板0.60;V锥0.88;文丘利0.99。
        2、膨胀系数Y
        为简化计算,理论计算式假定流体流动时其密度等于常数,对液体可以认同,而气体则会有很大的差别,必须进行修正。最正确的方法还是通过实流标定。在确定的流量下,改变压力来确定Y的大小。它与输出差压DP及压力P有关,当DP/P小于0.04时,Y值约为0.99以上,可以忽略不计。在高压、高速时,因膨胀系数的影响可使流量误差达30%以上,则必须用Y值修正。
        3、直径比β
        对于不同结构的节流件β值有不同的计算方法,但从本质上讲,应是流动截面的当量直径与管径之比,β值大则节流小,流动顺畅,以下将介绍不同节流件的计算方法。
        4、计算公式
        ○1节流原理的差压流量仪表为:Qm=NCYd2[DPρf ]1/2/[1-β4]1/2
        ○2动压原理差压流量仪表为:Qm=NkYFaD2[Dpρf ]1/2
        上式中:   Qm 质量流量(Kg/h)    N 常数(取决于各参数所用单位)
        C  流出系数     Y 膨胀系数    d 通道面积当量直径
        DP  输出差压     β直径比   k 流量系数    Fa  管材热膨胀系数
        ρf  流体密度(Kg/m3)     D  管道内径
        5、差压流量系统由以下三部分组成:
        ①一次元件  是仪表与流体相接触的部分,为系统的信息源头,仪表通过节流件进行动能与位能的能量转换,或将动能全部滞止测其总、静压,主要包含以下几部分:
        ?按节流原理包括节流件(孔板、内锥、楔形、喷嘴等);上下游直管段及安装法兰;取压孔的位置与形状;流动调整器。
        ?按动压原理包括皮托管式均速管;安装接头,用于在线拆卸的提升机构及截止阀门改善流体流动调整器。
        ②二次元件(变送器),将一次元件输出的差压信号转换为标准的电信号,传至流量计算机读取流量,它包含:差压变送器,压力变送器,温度变送器。
        ③流量计算机  将从一次元件所接受的电信号,通过相关的公式自动计算为流量值,显示其大小并传至调节系统,以控制工况。
        流量值的确定由以上三部分组成,每一部分的误差将合成为整个系统的误差,一般来说,一次元件受现场条件的影响,误差相对较大。


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