差压式流量计教学PPT.ppt

2019/4/6,1,1,差压式流量计,2019/4/6,1,2,差压式流量计是目前工业生产中用来测量气体、液体和蒸汽流量的最常用的一种流量仪表。 据调查统计，在整个工业流量测量领域中，差压式流量计占流量仪表总数的一半以上。其中用得最多的是由节流装置和差压计组成的节流式流量计。,差压式流量计,2019/4/6,1,3,结构分类,1、有可动部件 容积式流量计和部分速度式流量计 2、没有可动部件 差压式流量计和部分速度式流量计 3、没有阻碍流体流动的部件 部分速度式流量计,2019/4/6,1,4,差压式流量计特点,结构简单，安装方便，工作可靠，成本低，又具有一定的准确度。基本能满足工程测量的需要。 研究设计和使用历史悠久，有丰富的、可靠的实验数据，设计加工已经标准化。,2019/4/6,1,5,差压式流量计家族,标准节流式流量计 非标准节流式流量计 均速管流量计 浮子流量计 楔形流量计 弯管流量计 层流流量计 v锥体流量计,2019/4/6,1,6,结构原理,将流体流量转换成差压信号，测量差压并显示流量,2019/4/6,1,7,aga（美国煤气协会）、asme（美国机械工程师协会）、nbs（美国国家标准局）、俄亥俄州立大学，20世纪初开始实验； iso颁布关于孔板和喷嘴的规定iso/r541，1967 ，关于文丘里管的规定iso/r781，1968，合并后，出版了国际标准iso5167-1980， 1989年作了修订， 出版了iso5167-91 新版国际标准iso5167-2003，分一般原理与要求，孔板，喷嘴与文丘里喷嘴，文丘里管四个部分,研究历史,2019/4/6,1,8,iso5167-2003,iso5167最新版本刚出版不久，iso5167-2003 general principle and requirement(iso5167-1) orifice plates (iso5167-2) nozzles and venturi nozzles (iso5167-3) venturi tubes (iso5167-4 ) 修改之处： 孔板安装条件影响 孔板的流出系数c和膨胀系数 孔板的偏心限制 孔板的平面度测试 温度修正 上游管壁粗糙度 脉动影响 喷嘴喉部厚度 文丘里管上游直管长度及表面粗糙度等,2019/4/6,1,9,1、国家标准gb262481和计量检定规程jjg26782，对角接取压、法兰取压的标准孔板和角接取压标准喷嘴作了具体规定； 2、计量检定规程jjg31183，对dd/2取压孔板和长径喷嘴作了规定； 3、检定规程jjg62189，对均速管、1/4圆孔板、锥形入口孔板作了研究； 4、国家标准gb262493，对角接取压、法兰取压和dd/2取压的孔板、喷嘴和文丘里管作了具体规定； 5、检定规程jjg64094，对角接取压、法兰取压和dd/2取压的孔板、喷嘴和文丘里管，1/4圆孔板、锥形入口孔板，偏心孔板，圆缺孔板作了具体规定。,国际标准与检定规程,2019/4/6,1,10,测量原理,2019/4/6,1,11,1、体积流量公式： 2、质量流量公式： 为流量系数， 称为可压缩流体的膨胀性系数,流量公式,2019/4/6,1,12,用流出系数表示时,在si主单位中，k= =1.11072。 按照工程上的习惯，孔径d的单位用mm，流量的单位用m3 / h 或kg / h ，则 k = 3600106 = 0.0039986，一般取 k = 0.004。,2019/4/6,1,13,流量公式,2019/4/6,1,14,系数确定,2019/4/6,1,15,2019/4/6,1,16,标准节流式流量计,标准节流式流量计: 标准节流装置（一次元件，传感器） 差压计（或差压传感器+显示仪表） 差压信号管路（连接件） 标准节流装置: 标准节流件 标准的取压装置 符合要求的节流件前后直管段,2019/4/6,1,17,2019/4/6,1,18,标准节流件,标准孔板 标准喷嘴 长径喷嘴 文丘里管 文丘里喷嘴,2019/4/6,1,19,取压方式,角接取压 法兰取压 d-d/2取压,2019/4/6,1,20,已标准化的标准节流装置,1、角接取压标准孔板； 2、法兰取压标准孔板； 3、dd/2取压标准孔板； 4、角接取压标准喷嘴； 5、dd/2取压长径喷嘴； 6、经典文丘里管； 7、文丘里喷嘴。,2019/4/6,1,21,前后直管段的要求,2019/4/6,1,22,前后直管段的要求,2019/4/6,1,23,2019/4/6,1,24,标准节流装置适用范围,2019/4/6,1,25,标准节流装置的计算,1、已知管道内径d与节流件孔径d、取压方式、被测流体参数如温度t、压力p、密度、粘度、等熵指数k、管道内壁的粗糙度k / d、材料线膨胀系数d和d 等必要条件，要求根据所测得的差压p计算被测介质的流量。 2、已知管道内径d及管道布置情况、流量范围、被测流体参数如温度t、压力p、密度、粘度、等熵指数k、管道内壁的粗糙度k / d、材料线膨胀系数d和d 等必要条件，要求设计一个标准节流装置，即进行如下工作：选择节流件形式和确定节流件开孔直径d；选择计算差压变送器量程；推荐节流件在管道上的安装位置以及计算流量测量总不确定度。,2019/4/6,1,26,计算依据,2019/4/6,1,27,迭代公式,两类命题都不能根据上两式进行直接计算，而要采用迭代计算方法。 重新组合流量方程，将已知值组合在方程的一边，而将未知值组合在方程的另一边。 确定迭代变量 ，计算差值 迭代公式,2019/4/6,1,28,第一类命题计算步骤,已知管径d、孔径d、差压p、密度和粘度等参数，直径比和可膨胀性系数可以通过已知参数求得。未知的是c和qm c是雷诺数re 的函数，re又是流量qm的函数。,2019/4/6,1,29,具体步骤,1.根据节流件的形式，假设一流出系数 c0 对于孔板，可设 c0 = 0.5961 + 0.0261 2 0.216 8 对于喷嘴，可设 c0 = 0.9900 + 0.2262 4.1 2.计算变量x1 = c0 a1 3.根据x1（qm1）计算雷诺数red ，计算流出系数c1 。差值1 = a1 x1 / c1 4.同理计算出x2和2 ，由迭代公式计算x3 5.如果绝对值 小于等于某一预定精度e时，迭代计算结束，xn就是要求的流量值qm,2019/4/6,1,30,例题,已知：角接取压标准孔板，测水，t=30，p=0.6mpa，d20=100mm，d20=50.47mm，信号差压p=50kpa。 计算d=100.001mm，d=50.4784mm，=0.50478，查=995.65，=0.7975等参数 计算 74368 设 c0 = 0.5961 + 0.0261 2 0.216 8=0.6018,2019/4/6,1,31,x1 （qm1） = c0 a1=44.755t/h 雷诺数 1.987 105 c1=0.6057 x2 （qm2） = c1 a1=45.045t/h red=1.999 105 ， c2=0.6057,2019/4/6,1,32,已知的是管径d、流量qm （也即雷诺数red）、密度和粘度等参数， 直径比、膨胀性系数、流出系数c是未知量 差压p通过差压上限的选择计算，也是已知的 已知量 未知量 x = = a2 /（c ）,第二类命题计算步骤,2019/4/6,1,33,具体步骤,假设一流出系数c0 和0。对于液体，令 = 1 计算变量x1 = a2 /（c0 0） 根据x1计算雷诺数 根据有关公式计算流出系数c1 和可膨胀性系数1 计算差值1 = a2 x1c11 将流出系数c1 和可膨胀性系数1代入变量计算公式，得x2 = a2 /（c1 1）， x3 ，x4 计算 ，计算开孔直径d d 用流量公式验算流量 ，计算流量测量不确定度。,2019/4/6,1,34,例题,设计任务书 （1）被测介质 过热蒸汽 （2）流量范围 qm max = 250 t / h qm = 200 t / h qm min = 100 t / h （3）工作压力 p = 13.34 mpa（绝对） （4）工作温度 t = 550 c （5）允许压力损失 p = 59 kpa （6）管道内径 d20 = 221 mm（实测） （7）管道材料 x20crmowv121 无缝钢管,2019/4/6,1,35,管路系统布置如图,2019/4/6,1,36,辅助计算,（1）查表得工作状态下过热蒸汽的粘度为 = 31.83106 pas，密度为 = 38.3475 kg / m3 ，管道的线膨胀系数为d = 12.3106 mm / mmc，取过热蒸汽的质量热容比为k = 1.3 。 （2）求工作状态下管道直径 d = d20 1 + d （t 20） = 221 1 + 12.3106 （550 20） = 222.44 mm （3）计算雷诺数red red= 0.354 qm / (d) =0.354200000 / (222.44 31.83106) = 107,2019/4/6,1,37,选取差压上限,考虑到用户对压力损失的要求，拟选用喷嘴 p max = 3 p =359 = 177 kpa，取p max = 160 kpa； 正常流量下的差压p p = (200 / 250)2 160 = 102.4 kpa 求不变量a2,2019/4/6,1,38,迭代计算,设c0 = 1，0 = 1 x n = a2 / (cn1n1 ) n = a2 xncnn 从n = 3 起，xn 用快速弦截法公式,2019/4/6,1,39,迭代计算结果,2019/4/6,1,40,求d: d = d = 222.440.6922131 = 153.975882 (mm) 验算流量 求d20 = 152.505 (mm),2019/4/6,1,41,确定压力损失 根据 = 0.7和管路系统，查表可得直管长 l0 = 10d =2.224 m l1 = 36d = 8.008 m l2 = 7d = 1.557 m,2019/4/6,1,42,节流式流量计的安装与使用,节流件的安装 :垂直度 ，同轴度 取压口位置的安装 液体 气体 蒸汽 差压信号管路的安装,2019/4/6,1,43,测量液体流量时的信号管路,2019/4/6,1,44,测量气体流量时的信号管路,2019/4/6,1,45,测量蒸汽流量时的信号管路,2019/4/6,1,46,非标准节流式流量计,在工程实际应用中，标准节流式流量计远远不能满足使用要求。 在某些特殊场合只能应用非标准节流式流量计。 适用于低雷诺数的流量测量， 适用于脏污介质的流量测量， 低压损节流装置。,2019/4/6,1,47,威力巴流量计,2019/4/6,1,48,2019/4/6,1,49,威力巴仍要注意防堵,当引压管泄漏，探头高压平衡区遭到破坏，杂质中直径较小的颗粒就有可能进入取压孔。 当管道处于停产时，由于分子的布朗运动，颗粒小的杂质有可能进入取压孔。 系统频繁开停机，在高压区形成的瞬间，颗粒小的杂质有可能进入取压孔，日积月累，就有可能造成探头的堵塞。 介质中含有大量的焦油、藻类生物，或者含有纤维状的物质，也有可能造成探头的堵塞。,2019/4/6,1,50,楔形流量计,当被测流体流经传感器时，在楔形件的上下游将产生与流量成一定比例的静压力差，通过测量该压力差可得流量值。 适用于测量高粘度流体以及悬浮液流量测量，还可测量腐蚀性介质，可在很低的管道雷诺数情况下正常工作。,2019/4/6,1,51,楔形流量计结构,2019/4/6,1,52,弯管流量计,是利用流体流过一90度弯头时在弯管内外测产生的压力差来测量流量的差压式流量计 无附加压力损失，可用于测量腐蚀性液体及脏污介质，并且很可靠地用于测量高温、高压介质的流量。但精确度较低。,2019/4/6,1,53,弯管流量计结构,2019/4/6,1,54,层流流量计,是通过测量传感器两端的差压来测量流量的仪表。 用来测量微小流量和高粘度流体的流量。 它必须工作在层流状态下，而且流体粘度应保持基本不变。 层流流量计的输出差压信号与流量成正比。,2019/4/6,1,55,流速分布,层流流动时，为抛物线规律分布 湍流流动时，为指数曲线规律分布,2019/4/6,1,56,层流流量计结构,2019/4/6,1,57,re g=2320 d =25mm, v =0.09