第七章 节流式流量计(新1)

1、第六章第六章 节流式流量计节流式流量计 节流式流量计是工业上最为广泛使用的一类流量测量仪表。节流式流量计是工业上最为广泛使用的一类流量测量仪表。 工作原理：在管道中放置一节流元件，流体流经节流元件工作原理：在管道中放置一节流元件，流体流经节流元件时发生节流，在节流元件的前后两侧产生压力差（差压）。当时发生节流，在节流元件的前后两侧产生压力差（差压）。当流体、工况、管道、节流件、差压取出方式一定时，管道流量流体、工况、管道、节流件、差压取出方式一定时，管道流量与差压有确定的关系。因此可通过测量差压来测量流量。节流与差压有确定的关系。因此可通过测量差压来测量流量。节流式流量计也称为变压降式流量计。

2、式流量计也称为变压降式流量计。 分类：节流式流量计有标准化和非标准化两类。非标准化分类：节流式流量计有标准化和非标准化两类。非标准化节流装置是非通用仪表，即安装在生产过程中使用着的节流式节流装置是非通用仪表，即安装在生产过程中使用着的节流式流量计仅适用于该地的情况和工况。因此节流式流量计是根据流量计仅适用于该地的情况和工况。因此节流式流量计是根据要求具体设计、安装、使用的。要求具体设计、安装、使用的。 标准节流装置的设计计算要严格遵循标准节流装置设计、标准节流装置的设计计算要严格遵循标准节流装置设计、安装和使用的国家安装和使用的国家“标准标准”( GB( GBT2624T262493)93)或

3、国际或国际“标标准准” (ISO5176(ISO51761) 1) 。按。按“标准标准”进行设计、安装、使用进行设计、安装、使用的标准节流装置，其流量与差压的关系按理论公式标定，的标准节流装置，其流量与差压的关系按理论公式标定，并有统一的基本误差、计算方法，一般不需要进行实验标并有统一的基本误差、计算方法，一般不需要进行实验标定或比对。定或比对。 节流式流量计流量的测量系统由节流装置、差压计或差节流式流量计流量的测量系统由节流装置、差压计或差压变送器、二次显示仪表（动圈表、自动电位差计）等组压变送器、二次显示仪表（动圈表、自动电位差计）等组成。成。 第一节第一节 标准节流装置标准节流装置 一、

4、一、 标准节流装置的组成与类型标准节流装置的组成与类型 标准节流装置由三部分组成：标准节流装置由三部分组成：节流件、取压装置、测量直节流件、取压装置、测量直管段（节流件前管段（节流件前10D10D，后，后5D5D）。 1.1.节流件的结构形式节流件的结构形式（1 1）标准孔板）标准孔板 标准孔板结构简单，标准孔板结构简单，加工方便，价格便宜。加工方便，价格便宜。 它的特征孔径是节流它的特征孔径是节流孔前段圆筒形孔径孔前段圆筒形孔径d d。 标准孔板两侧的压力标准孔板两侧的压力差信号可以采用角接取压、差信号可以采用角接取压、法兰取压和径距取压。法兰取压和径距取压。 （2 2）标准喷嘴）标准喷嘴

5、标准喷嘴有两种结构形式：标准喷嘴有两种结构形式：ISA1932ISA1932喷嘴、长径喷嘴。喷嘴、长径喷嘴。 当当 d d2 2D D3 3时，还应在入口部分切除一部分圆廓形收缩段。其时，还应在入口部分切除一部分圆廓形收缩段。其应切去的长度为应切去的长度为 dl2125225. 025. 075. 02 . 0 (a)高比值高比值(0.250.8)(b)低比值低比值(0.20.5)长径喷嘴长径喷嘴 经典文丘里管经典文丘里管文丘里喷嘴文丘里喷嘴 2.2.取压装置取压装置(1)(1) 角接取压角接取压 分为分为环室取压环室取压和和单独钻孔取压单独钻孔取压, , 上、下侧压力在节流件上、下侧压力在节

6、流件前后端面处取出。前后端面处取出。(2) (2) 法兰取压装置法兰取压装置 上、下侧压力在连接法兰上距节流件前上、下侧压力在连接法兰上距节流件前后端面后端面25.4mm25.4mm处取出。处取出。 (3) (3) 径距取压径距取压 上、下侧压力在测量管段上距节流件前端面上、下侧压力在测量管段上距节流件前端面 和后处和后处取出。取出。 我国我国GB/T2624GB/T26249393标准中规定的标准节流装置有：标准中规定的标准节流装置有： 角接取压标准孔板、法兰取压标准孔板、角接取压标准孔板、法兰取压标准孔板、D D和和 D D取取 压标准孔板、角接取压标准喷嘴（压标准孔板、角接取压标准喷嘴（

7、ISA1932ISA1932喷嘴）、长喷嘴）、长 径喷嘴（径喷嘴（D D和和 D D取压）、经典文丘里管（入口圆筒段取压）、经典文丘里管（入口圆筒段上取压和喉部取压）、文丘里喷嘴（上游角接取压和喉部取压）。上取压和喉部取压）、文丘里喷嘴（上游角接取压和喉部取压）。 212121 角 接 取 压 标 准 孔 板 的 适 用 范 围 ：角 接 取 压 标 准 孔 板 的 适 用 范 围 ：d d 1 2 . 5 m m 1 2 . 5 m m ，50mm50mmD D1000mm1000mm， 0.20.20.750.75， ReReD D5510103 3（0.20.20.450.45），），

8、ReReD D10104 4（0.450.45）。）。 法兰取压和径距取压标准孔板的适用范围：法兰取压和径距取压标准孔板的适用范围：d d12.5mm12.5mm，50mm50mmD D1000mm1000mm，0.20.20.750.75，ReReD D126012602 2D D（D D：m m）。）。 ISA1932ISA1932喷嘴角接取压装置有单独钻孔和环室取压。喷嘴角接取压装置有单独钻孔和环室取压。 ISA1932ISA1932喷嘴的适用范围：喷嘴的适用范围：50mm50mmD D500mm500mm，0.300.300.800.80，7 710104 4ReReD D10107

9、7（0.300.300.440.44时），时），2 210104 4ReReD D10107 7（0.440.440.800.80时）。时）。 二、适用的流体条件二、适用的流体条件 标准节流装置适用于测量圆形截面管道中的单相、均质标准节流装置适用于测量圆形截面管道中的单相、均质流体，即是可压缩的（气体）或认为不可压缩的（液体）牛流体，即是可压缩的（气体）或认为不可压缩的（液体）牛顿流体顿流体; ; 要求流体充满管道；流体流动是稳定的或随时间缓变的；要求流体充满管道；流体流动是稳定的或随时间缓变的；流动不可以是脉动流和旋转流，流束与管道轴线平行；流动不可以是脉动流和旋转流，流束与管道轴线平行；

10、流体流经节流件前流动应达到充分紊流，在节流件前后一流体流经节流件前流动应达到充分紊流，在节流件前后一定距离内不发生相变或析出杂质；流速小于音速。定距离内不发生相变或析出杂质；流速小于音速。 三、适用的管道条件三、适用的管道条件 1. 1. 管道内表面光滑的判定是应不超过表管道内表面光滑的判定是应不超过表4-14-1、表、表4-24-2给出给出的相对粗糙度上限值。的相对粗糙度上限值。 表表 4-1 4-1 标准孔扳上游管段相对粗糙度（标准孔扳上游管段相对粗糙度（K Kc/c/D D）上限值）上限值 表表 4-2 ISA19324-2 ISA1932喷嘴上游管段相对粗度（喷嘴上游管段相对粗度（K

11、Kc/c/D D）上限值）上限值 2. 2. 节流件前后应有足够长的直管段节流件前后应有足够长的直管段L L 节流件上游阻流件的形式及上下游阻流件的位置将影节流件上游阻流件的形式及上下游阻流件的位置将影响流速分布，节流孔响流速分布，节流孔d d与管道内径与管道内径D D之比之比=d=dD D（直径比（直径比）也将影响流速分布。在节流件前后有足够的直管段，不）也将影响流速分布。在节流件前后有足够的直管段，不然就保证不了测量的精确度。然就保证不了测量的精确度。 最小直管段最小直管段L L由三段长度（由三段长度（l l0 0，l l1 1，l l2 2）组成，）组成，l l1 1是是节流件与上游第一

12、阻流件之间的直管段最小长度，由第一节流件与上游第一阻流件之间的直管段最小长度，由第一阻流件形式和阻流件形式和值决定，按下表查算。值决定，按下表查算。l l0 0是上游第一阻流是上游第一阻流件与上游第二阻流件之间的直管段，由第二阻流件的形式件与上游第二阻流件之间的直管段，由第二阻流件的形式和和=0.7=0.7（无论（无论的实际值为多少）决定，按下表给出值的实际值为多少）决定，按下表给出值的一半计算。的一半计算。l l2 2是节流件到下游阻流件直管段的最小长度，是节流件到下游阻流件直管段的最小长度，无论上游阻流件的形式如何均决定于无论上游阻流件的形式如何均决定于的值，由下表查算。的值，由下表查算。

13、 3. 3. 适用于圆形截面管道适用于圆形截面管道 测量段管道应被流体充满。测量段管道应被流体充满。 节流件及取压装置安装在两圆形直管之间。节流件及取压装置安装在两圆形直管之间。 在所要求的整个直管段长度上，管道截面应该是圆形的，在所要求的整个直管段长度上，管道截面应该是圆形的，没有特殊要求，只是在邻近节流装置附近对管道的圆度有特没有特殊要求，只是在邻近节流装置附近对管道的圆度有特殊要求，这在殊要求，这在“标准标准”中有详细规定。中有详细规定。 对于管道的粗糙度、节流件上游对于管道的粗糙度、节流件上游10D10D、下游、下游5D5D（测量直管（测量直管段），要求满足给出的相对粗糙度上限值，段）

14、，要求满足给出的相对粗糙度上限值，L L的其余部分和的其余部分和L L以远的管道可以是粗糙的。以远的管道可以是粗糙的。 四、压力损失四、压力损失 压力损失与直径比压力损失与直径比和流速（或流量）有关，通过实验可得和流速（或流量）有关，通过实验可得到它们之间的关系。对于角接标准孔板、法兰标准孔板、径距标到它们之间的关系。对于角接标准孔板、法兰标准孔板、径距标准孔板、准孔板、ISA1932ISA1932喷嘴、长径喷嘴等标准节流装置的压力损失可喷嘴、长径喷嘴等标准节流装置的压力损失可以用下式近似计算：以用下式近似计算： 五、标准节流装置的误差五、标准节流装置的误差 按照按照“标准标准”进行节流装置的

15、设计、制造、安装、使用时，进行节流装置的设计、制造、安装、使用时，其其基本误差基本误差是按照是按照“标准标准”中提供的计算公式进行计算的。中提供的计算公式进行计算的。 当设计、制造、安装、使用等环节中有违背当设计、制造、安装、使用等环节中有违背“标准标准”要求要求时，则将由此产生附加误差。时，则将由此产生附加误差。附加误差附加误差的极性与大小或修正系数的极性与大小或修正系数是通过大量实验确定的。是通过大量实验确定的。 pCC242411 第二节第二节 流量公式流量公式 流量公式就是差压和流量之间的关系式。它是通过伯努流量公式就是差压和流量之间的关系式。它是通过伯努利方程和流动连续性方程来推导。

16、利方程和流动连续性方程来推导。 一、不可压缩流体的流量公式一、不可压缩流体的流量公式 流体在管道中发生节流时，管道中各处的流速变化及压流体在管道中发生节流时，管道中各处的流速变化及压力变化情况见图所示。力变化情况见图所示。 对于一定常的流动，在截面对于一定常的流动，在截面A A和截面和截面B B处将满足流体质量处将满足流体质量守恒和能量守恒。在充分紊流的理想情况下，流体流动连守恒和能量守恒。在充分紊流的理想情况下，流体流动连续性方程和伯努利方程为续性方程和伯努利方程为由上两式解方程组，可得由上两式解方程组，可得引入如下几个参数：引入如下几个参数： （收缩系数） （截面比） （取压系数）BAvd

17、vD2/244222212121BBBBAAAvvCpvCpBAABBppDdCCv21222/dd/Dd21ppppBA可写成：可写成：所以，可得质量流量：所以，可得质量流量： 定义流量系数定义流量系数和流出系数和流出系数C C：于是，于是，不可压缩流体的流量公式为不可压缩流体的流量公式为21422ppCCvABB212422/244ppdCCvdqABBm42ABCC41CpdCqm24124pdCqV24124 二、可压缩流体的流量公式二、可压缩流体的流量公式 为方便起见，规定公式中的密度仍使用节流件前的流体为方便起见，规定公式中的密度仍使用节流件前的流体密度密度1 1，和和C C值仍取

18、相当于不可压缩流体时的数值，而把值仍取相当于不可压缩流体时的数值，而把全部的流体可压缩性对流体系数和流出系数的影响用一个流全部的流体可压缩性对流体系数和流出系数的影响用一个流束膨胀系数束膨胀系数来考虑。当流体为不可压缩性流体时，来考虑。当流体为不可压缩性流体时，=1=1。所以流量公式可统一写成：所以流量公式可统一写成：流量公式中各量的单位为：体积流量流量公式中各量的单位为：体积流量q qV Vm m3 3/s/s；质量流量；质量流量q qm mKg/sKg/s；直径；直径d d或或D Dm m；密度；密度1 1kg/mkg/m3 3；差压；差压p pPaPa。pdCqm124241pDCqm1

19、224241124241pdCqV1224241pDCqV流量公式的实用形式流量公式的实用形式: : 流量公式中各量的单位为：体积流量流量公式中各量的单位为：体积流量q qV Vm m3 3/h/h；质量流量；质量流量q qm mKg/hKg/h；直径；直径d d或或D Dmmmm；密度；密度1 1kg/mkg/m3 3；差压；差压p pPaPa。pdCqtm1241004. 0pDCqtm12241004. 01241004. 0pdCqtV12241004. 0pDCqtV 三、标准节流装置的流出系数三、标准节流装置的流出系数C C值及其不确定度值及其不确定度 对于一定形式的标准节流装置，

20、其流量系数对于一定形式的标准节流装置，其流量系数和流出和流出系数系数C C仅与仅与和雷诺数和雷诺数ReReD D有关。当雷诺数大到一定值后，有关。当雷诺数大到一定值后，和和C C就与雷诺数值无关，趋于一定值。就与雷诺数值无关，趋于一定值。 1 1标准孔板的标准孔板的C C值及其不确定度值及其不确定度 只要所使用管道在节流件上游侧只要所使用管道在节流件上游侧10D10D长度内的粗糙度不超长度内的粗糙度不超过前节所列的限值，过前节所列的限值，C C的数值按下列公式计算。在规定条件下，的数值按下列公式计算。在规定条件下，流出系数流出系数C C主要取决于主要取决于ReReD D、，即，即 C C =

21、= f f ( (ReReD D, ,) )。 对于角接取压标准孔板：对于角接取压标准孔板： 对于法兰取压标准孔板：对于法兰取压标准孔板： （D D：mmmm， D D202058.6mm58.6mm）75. 065 . 281 . 2Re100029. 01840. 00321. 05959. 0DCDD3448560. 011286. 275. 065 . 281 . 2Re100029. 01840. 00321. 05959. 0DC （D D：mmmm， D D20 20 58.6mm0.60.6，ccC C = =（2 2-0.4-0.4）。5 . 065 . 0Re1000653

22、. 09965. 0DC 四、标准节流装置的流束膨胀系数四、标准节流装置的流束膨胀系数值及其不确定度值及其不确定度 标准节流装置的形式确定后，其流束膨胀系数标准节流装置的形式确定后，其流束膨胀系数值决定于值决定于p p/ /p p1 1、和和值。其中值。其中是被测流体的等熵指数，对于过热蒸是被测流体的等熵指数，对于过热蒸汽可近似取汽可近似取1.31.3，对空气，对空气=1.4=1.4。 为限制流体可压缩性对流量测量的影响，标准规定节流装置为限制流体可压缩性对流量测量的影响，标准规定节流装置的的p p/ /p p1 10.250.25，即，即p p2 2/ /p p1 10.750.75。 上述

23、三种取压方式的标准孔板的上述三种取压方式的标准孔板的值是由实验确定的，可用值是由实验确定的，可用如下的经验公式计算：如下的经验公式计算： 、p p/ /p p1 1和和是已知且无误差，则标准孔板是已知且无误差，则标准孔板值的百分率值的百分率 不确定度不确定度 （概率（概率9595）为）为4 %4 %。 1435. 041. 01pp1pp 标准喷嘴的流束膨胀系数标准喷嘴的流束膨胀系数值是根据等熵流动过程直值是根据等熵流动过程直接从理论上推导出来的。由于流动过程不可能是等熵过程，接从理论上推导出来的。由于流动过程不可能是等熵过程，所以存在误差，从理论上推导出计算标准喷嘴所以存在误差，从理论上推导

24、出计算标准喷嘴的公式如的公式如下：下：其中其中 标准喷嘴标准喷嘴值的百分率不确定度值的百分率不确定度 =2 %=2 %，置信概率为，置信概率为9595。 5 . 012442111111211pppp1pp第三节第三节 标准节流装置的设计计算标准节流装置的设计计算 关于标准节流装置的计算一般包括有三类命题：关于标准节流装置的计算一般包括有三类命题： 流量计算；流量计算； 标准节流装置的设计计算；标准节流装置的设计计算； 最大差压值的计算（选配差压计问题）。最大差压值的计算（选配差压计问题）。 这三类命题在实际中最常用到的是、类命题。这三类命题在实际中最常用到的是、类命题。 一、流量计算一、流量

25、计算 流量计算的已知条件为：管道直径流量计算的已知条件为：管道直径D D2020、管道材料、管道新、管道材料、管道新旧程度，节流件前后安装阻力件情况，节流件型式、节流旧程度，节流件前后安装阻力件情况，节流件型式、节流孔径孔径d d2020、节流件材料，流体及工作压力、节流件材料，流体及工作压力p p、工作温度、工作温度t t，节，节流装置输出的差压值流装置输出的差压值p p。 要求：计算输出的差压值要求：计算输出的差压值p p对应的流量对应的流量。 思考：计算的步骤是什么？思考：计算的步骤是什么？ 要完成已知条件下的流量计算（求要完成已知条件下的流量计算（求p p对应的流量对应的流量q qm

26、m），），所依据的基本公式是流量公式：所依据的基本公式是流量公式： 从流量公式中可以看出，从流量公式中可以看出，p p、1 1、d d t t 、都是都是直接或间接已知的，而流出系数直接或间接已知的，而流出系数C C= =f f ( (，ReReD D）是未知的）是未知的（认为测量直管段相对粗糙度不超过规定的上限值）。因此（认为测量直管段相对粗糙度不超过规定的上限值）。因此不能用流量公式直接计算出所需计算的流量值。由于已知雷不能用流量公式直接计算出所需计算的流量值。由于已知雷诺数诺数ReReD D的计算公式：的计算公式： 同时同时 C C = = f f ( (，ReReD D） 联联立以上三式，即求解上述代立以上三式，即求解上述代数数方程方程组组，就可以得到，就可以得到问题问题要求要求计计算的流量算的流量q qmm值值。 pdCqtm124241tmDDq4Re （）辅助计算（）辅助计算 根据已知条件，通过查表和相应的计算给出解上述方程组所根据已知条件，通过查表