發布日期:2022-10-09 點擊率:76
面對工業現代化的飛速發展,提出了不少新的難題,經典節流裝置已無能為力。鑒于此,本文介紹了一些新型節流流量儀表,如:多孔孔板、V錐、環楔等流量儀表,它們都具有一些特點,有別于經典節流裝置。本文將介紹它們的運行原理,準確度及所必須的上游直管段長度,智能化------等內容,以幫助于用戶正確選用。當前制約這類儀表選用的最大障礙是尚未制定標準,本文對制定標準提出了一些建議,并強調制定標準必須建立在大量可靠的測試數據上,并應認真、科學、嚴謹地處理這些數據。 二、 差壓流量儀表的原理
一、 緒論
節流型流量儀表問世已有100多年歷史,長期以來,以孔板為代表的經典節流裝置(孔板、噴嘴、文丘利),因其結構簡單,使用率高,已積累大量的測試數據,且制定了標準,曾在流量儀表中占有70%左右的市場。隨著工業的發展,對流量儀表不斷提出了許多新的要求,如:直管段長度不足又要求較高準確度,經典節流裝置已無法滿足。近一、二十年以來涌現出不少新型節流流量儀表,在現場應用條件下,其價格、安裝、準確度、永久壓損、可靠性、維修等方面均優于經典節流儀表,日益為用戶所接受。
用戶在選用這些儀表要了解它已不僅是一個節流元件,而是組成了一個系統,所以,不僅要了解節流元件的基本原理,還需了解系統每一部分的作用以及它們對整個測量結果的影響。儀表準確度是選用的重要因素,在試驗室的標定僅僅只是決定儀表性能的必要條件,而非充分條件;也就是說,儀表在使用中性能是否好還要取決選型、安裝、以及儀表適應現場的能力。
所有差壓流量儀表的原理都是基于柏努利的流體能量轉換公式,流動的流體其能量主要表現為位能與動能二種形式。當然還應考慮流體流動過程的損失及可壓縮性,如果忽略這二個因素,轉換公式將變得十分簡單,即可通過測差壓來推算流量,其方法主要有以下二種:
其一是節流法,通過節流增加流速,降低壓力(位能);
管道中的流體因節流而加速,因能量守恒促使壓力降低,通過測差壓可知流速來推算流量大小。當流體通過節流件又回滿管時,截面增大流速下降,動能轉換為位能,壓力將上升。但任何節流件都會造成壓力損失,壓力不可能恢復到節流前的數值,這個差值就是我們通常所說的永久壓損。當然,不同結構的節流件所引起的壓力損失是不相同的。
這類儀表大致有以下三種:
① 孔板(同心單孔,偏心、圓缺、多孔---等)
② 環形通道(V錐、環形孔板、槽道、內文丘利、梭式----等)
③ 文丘利(文丘里管、道爾管、羅洛斯管、環楔----等)
其二是動壓法
令管道中某點的流動流體完全滯止轉換為位能(壓力),這個壓力包含了流體所有的能量故稱為總壓(或全壓);另外測量不含流體動能與流速無關的靜壓,通過總靜壓差推算流速大小。較為典型的儀器是1732年由法國人皮托發明的皮托管。用這種儀器所測的只是流速,須知流量還需了解管道截面面積及管內流速分布,遺憾的是至今還有不少人忽視這二個重要因素。限于篇幅,本文略去討論這類儀表。
三、主要技術參數
1、流出系數C,定義為實際流量與理論計算值的差別。C=實際流量/理論流量。
由于流體都具有黏性,在流動過程中會有摩擦造成損失,這種影響十分復雜。當前人們還無法通過理論方法來估計它的大小,只能假設流體流動過程中沒有損失,以簡化計算公式。所以,理論計算與實際流量會有差別,可用流出系數C修正,流出系數C只能通過實流標定才可以得到。即或是通過經驗公式計算,也必須建立在大量的實驗基礎上。
○1標準化節流件 通過大量的實流校驗,可以得到流出系數規律,在一定雷諾數Re范圍內,無需標定而可得到流出系數。當前只有經典節流裝置可以做到(孔板、噴嘴、文丘里管)。
○2流出系數C與Re存在一定的函數關系,這對于應用帶來了很大的方便。
○3流出系數C與節流件的結構密切有關,結構的壓損越大,C值趨于減小。
如:在相同的β值下,孔板的壓損最大,文丘利管壓損最小。
其流出系數C大致為:孔板0.60;V錐0.88;文丘利0.99。
2、膨脹系數Y
為簡化計算,理論計算式假定流體流動時其密度等于常數,對液體可以認同,而氣體則會有很大的差別,必須進行修正。最正確的方法還是通過實流標定。在確定的流量下,改變壓力來確定Y的大小。它與輸出差壓DP及壓力P有關,當DP/P小于0.04時,Y值約為0.99以上,可以忽略不計。在高壓、高速時,因膨脹系數的影響可使流量誤差達30%以上,則必須用Y值修正。
3、直徑比β
對于不同結構的節流件β值有不同的計算方法,但從本質上講,應是流動截面的當量直徑與管徑之比,β值大則節流小,流動順暢,以下將介紹不同節流件的計算方法。
4、計算公式
○1節流原理的差壓流量儀表為:Qm=NCYd2[DPρf ]1/2/[1-β4]1/2
○2動壓原理差壓流量儀表為:Qm=NkYFaD2[Dpρf ]1/2
上式中: Qm 質量流量(Kg/h) N 常數(取決于各參數所用單位)
C 流出系數 Y 膨脹系數 d 通道面積當量直徑
DP 輸出差壓 β直徑比 k 流量系數 Fa 管材熱膨脹系數
ρf 流體密度(Kg/m3) D 管道內徑
5、差壓流量系統由以下三部分組成:
①一次元件 是儀表與流體相接觸的部分,為系統的信息源頭,儀表通過節流件進行動能與位能的能量轉換,或將動能全部滯止測其總、靜壓,主要包含以下幾部分:
?按節流原理包括節流件(孔板、內錐、楔形、噴嘴等);上下游直管段及安裝法蘭;取壓孔的位置與形狀;流動調整器。
?按動壓原理包括皮托管式均速管;安裝接頭,用于在線拆卸的提升機構及截止閥門改善流體流動調整器。
②二次元件(變送器),將一次元件輸出的差壓信號轉換為標準的電信號,傳至流量計算機讀取流量,它包含:差壓變送器,壓力變送器,溫度變送器。
③流量計算機 將從一次元件所接受的電信號,通過相關的公式自動計算為流量值,顯示其大小并傳至調節系統,以控制工況。
流量值的確定由以上三部分組成,每一部分的誤差將合成為整個系統的誤差,一般來說,一次元件受現場條件的影響,誤差相對較大。
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