《热工信号处理技术》课件第9章 节流变压降流量计

1、第9章 节流变压降流量计流量计测量原理：在管道中设置节流件，由于流通截面的变化，节流件前后流体的静压力不同，此静压差与流体的流量有关。通过测量静压差来测量流量。流量计由节流装置、压力信号管路、压差计和流量显示器组成。 图中节流装置包括节流件和取压装置。9.1 标准节流装置标准节流装置包括节流件，取压装置，节流件上游侧第一个阻力件、第二个阻力件，下游侧第一个阻力件以及它们之间的直管段。国家标准GB/T2624-2006用安装在圆形截面积管道中的差压装置测量满管流体流量该标准是对GB/T2624-1993的修订，等同采用了ISO5167:2000用安装在圆形截面积管道中的差压装置测量满管流体流量，

2、对差压式流量计提出了许多的修改和新要求。该标准包括以下四个部分： 1）GB/T2624.1-2006用安装在圆形截面积管道中的差压装置测量满管流体流量第1部分：一般原理和要求2）GB/T2624.2-2006用安装在圆形截面积管道中的差压装置测量满管流体流量 第2部分：孔板 3）GB/T2624.3-2006用安装在圆形截面积管道中的差压装置测量满管流体流量第3部分：喷嘴和文丘里喷嘴 4）GB/T2624.4-2006用安装在圆形截面积管道中的差压装置测量满管流体流量 第4部分：文丘里管国际标准ISO5167： 由国 际 标 准 化 组织(ISO)第30技术委员会(ISO/TC30)封闭管道流

3、体流量测量技术委员会制定。在1980年颁布第一部节流装置国际标准IS05167(1980)。 它总结了20世纪70年代以前节流装置试验研究的成果。在IS05167 (1980)正式颁布时即宣布将对标准进行修订，一部标准在颁布之时同时宣布开始修订似乎并无先例。整个80, 90年代国际上对孔板流量计进行大规模的研究试验。IS05167-1 (1991）IS05167: 2003 (E) 2003年正式颁布，它总结了20世纪80, 90年代国际上对标准节流装置试验研究的成果。1 标准节流件1）标准孔板 （1）开孔直径d 孔板加工后需进行实测，作为基本数据。在均匀分布的四个直径处测出四个d，求平均值。

4、任一实测值d与平均值之差小于0.05%。（2）厚度E与e有要求。（3）孔板须与管道轴线垂直安装，偏差不超过1。2）标准喷嘴 标准喷嘴是一个以管道中心线为旋转轴的对称体，由进口端面A，第一、二圆弧曲面c1、c2，圆筒形喉部e，出口保护槽H等五部分组成。 加工要求为：（1）开孔直径d为8个单测算术平均值，与任一单测值之差不超过0.05%；（2）型线A、c1、c2、e之间须相切、光滑；（3）喷嘴厚度E不超过0.1D。2 取压方式取压方式为角接取压，法兰取压。 角接取压方式又分为两种结构：环室取压结构、单独钻孔取压结构。 角接取压： 法兰取压： 标准孔板 角接取压，法兰取压。标准喷嘴 角接取压。3 标

5、准节流装置的一般技术要求1）流体单相、匀质的牛顿流体；可认为是单相的流体；（如，气体中含有2%(质量成分）均匀分布的固体微粒）在通过节流装置时不发生相变或析出杂质。2）管道圆管，管径有一定限制；在节流件前后应有一定长度的直管段；内壁相对粗糙度要符合具体规定，圆度也有要求。3）流动状态流体完全充满管道和节流装置；流速小于音速，流动属于非脉动流；在受到节流件影响前已形成充分发展的流速分布，流线与轴线平行，不得有旋转流。9.2 流量公式1 流动情况2 流量公式假定：定常流动，粘度可忽略。对于一元管流有能量方程： （1） v是截面平均速度；p是静压；是同一截面上的密度。对于截面11、22有能量方程：

6、（2）连续方程： （3） D是管道直径；d是22截面流束直径。 （4）1）不可压缩流体的节流件理论流量计算公式 将const代入（2）式得： （5） （6） 理论质量流量 令d/D，直径比 （7）2）可压缩流体的节流件理论流量计算公式 假定流体状态的变化是绝热变化 （8） 将（8）式代入（1）式得： 与不可压缩流体理论流量计算公式相同的推导可得可压缩流体理论流量计算公式可压缩流体流量理论计算公式： （9） 式（7）、（9）的分析：p1-p2 p2为流束最小截面处的静压 最小截面处会随流量变化；由取压方式得到的是p，与p1-p2不同。d 截面最小处流束直径 对于喷嘴，等于开孔直径； 对于孔板，小

7、于开孔直径，会随流量变化。公式推导时没有考虑流体粘性。流体流经节流件时，会产生压力损失。因此，为了使用方便，以d代替d，以p代替p1-p2。需要对公式进行修正，引入流出系数C，或流量系数。不可压缩流体 可压缩流体 规定，取节流件前的流体1； C或取相当于不可压缩流体的值； 误差由（流束膨胀系数）考虑。 流量公式统一写成： 对于不可压缩流体，1。9.3 标准节流装置计算1 计算命题 计算命题根据实际需要主要有两类形式：第一类命题 已知：D，d，取压方式，被测流体参数等必要条件。 要求：根据所测得的差压值计算被测流体的流量。 第二类命题已知：D，被测流体参数和其它必要条件以及预计的流量范围。要求：

8、选择节流件形式和取压方式，确定d； 选择差压计及差压上限； 建议节流件在管道上的布置位置； 计算流量测量误差。 第一类命题又称为校核计算，第二类命题称为设计计算。2 节流装置有关参数的确定1）流量系数，流出系数C ，C是受多种因素综合影响的参数，只能通过大量试验和数据处理得出。，C与节流件形式、开孔直径、取压方式、ReD有关。 在节流件形式及取压方式确定后，可认为 ，C=f(,ReD)。 在某一ReD限值后，可认为，C为常数。，C还与试验管壁的相对粗糙度有关。2）流束膨胀系数 可压缩流体1，不可压缩流体1。标准喷嘴 由于喷嘴曲面的导流作用，认为喷嘴出口处的流束截面直径就等于喷嘴喉部直径，可认为

9、前面推导出的公式比较真实地反映出可压缩流体的情况。 因此，可按前面推导出的公式计算，用pp1-p2代入即可。标准孔板 由试验推导出的公式计算，f(p/p1,k)3) 压力损失 流体流经节流件时，会造成能量损失。能量损失表现为不可恢复的静压力降低，即压力损失。 标准规定 孔板与喷嘴的压力损失计算公式为3 计算 在第二类命题中需确定节流件形式、开孔直径。 在流量公式中 、C与节流件形式、开孔直径、取压方式、ReD有关。 在计算中，需先确定节流件形式。 p 与开孔直径有关。 p的确定则与差压计的量程上限有关，需先确定差压计量程上限。 差压计量程上限与有关，量程上限取值的大小，会影响到的大小。 小的优

10、点：节流件上、下游所需的直管段短；、C开始呈现平稳时的雷诺数低，有利于测量范围的扩大；对管道粗糙度要求较低。 小的缺点：压力损失大；对于测量静压力不大的气体和蒸汽不利。、C与有关，故需采用迭代法进行计算。9.4 标准节流装置的使用范围及测量误差原因1使用范围标准孔板 ReD D/mm d/mm角接取压 0.23-0.45 5000-108 50-1000 12.5 0.45-0.77 10000-108 50-1000 12.5 0.77-0.80 2104-108 50-1000 12.5法兰取压 0.20-0.75 5000-108 50-760 12.5标准喷嘴 ReD D/mm d/m

11、m角接取压 0.3-0.44 7000-107 50-500 0.44-0.8 2104-107 50-500选择节流装置还需考虑如下因素：流体条件：测量易沉淀或有腐蚀性的流体时，宜采用喷嘴。孔板的流量系数受直角入口边缘尖锐度的变化影响比较大。 对于高温和温度急剧变化的适应性，喷嘴较好，孔板较差。管道条件：管道内壁比较粗糙的条件下，宜采用喷嘴。在相同的情况下，光滑管的相对粗糙度允许上限，喷嘴比孔板大。 较粗糙的管道采用孔板时，应考虑法兰取压方式。标准孔板法兰取压时，相对粗糙度允许上限较标准孔板角接取压时高。压力损失：孔板压力损失最大。运行精度：在高参数、大流量的生产线上，通常采用喷嘴。孔板锐角

12、磨损严重，易变形。测量范围：在同一下，喷嘴较孔板d大，故测量范围大。构造：孔板结构简单，加工较易，省料，造价低。2 测量误差原因被测流体工作状态的变化 如温度对d的影响。节流装置安装不正确 孔板中心和管道中心不同心； 管道实际直径和计算时的管径有差别； 导压管路的缺陷。流通截面积的变化 节流件结垢，改变d； 流体的腐蚀作用与冲击作用，使d增大。孙淮清。从IS05167 : 2003 (E)颁布看孔板流量计的发展。工业计量： 2006年增刊1，26.孙淮清。关于我国孔板流量计发展和展望。自动化仪表：2007，增刊，3039.吴小平。差压流量计的发展现状。常州工学院学报，2007，20（4）：4951，70.蔡武昌。流量仪表应用和发展若干动态。自动化仪表：2006，27（7）：17.流量计综述。工业计量，流量增刊。作业1被测流体 水流量 最大值 qmax(kg/h) 6103 常用值 qmch 3.5103 最小值 qmin 2103流体参数 工作压力P1 MPa 16.13（表压） 工作温度 164允许压力损失 p KPa 2.8使用地点平均大气压 Pa 9.81104管道 内径 D20 mm 60 材料 20号钢 新无缝钢管节流装置 形式 标准孔板 孔径 d20 待选压差计 待选管路情况 上游第一阻力件为全开闸阀 求l0，l1，l2 。作业2被测流体 水流量 最大值 q