塔形流量计讲义

.z...-.可修编-新一代差压式仪表塔形(V锥)流量计编写常勤信**龙口飞龙自动化仪表总公司**飞龙仪器仪表**（分公司）容引言2一塔形（V形锥）流量计结构3二测量原理3三优越的性能6四优越性能的机理分析64.1改善了速度分布64.2极强的抗旋涡流能力84.3只需要极短的直管段94.4锥形节流件不易磨损144.5自清洁功能154.6强大的防堵专利技术164.7节流件计算上比孔板更准确234.8压损小、利于节能204.9生产制造和检定20五V形锥的不足之处24六技术指标24七与其它差压式仪表的对比257.1孔板流量计257.2弯管流量计307.3均速管流量计33八最后的结论35九使用35十计算与选型3810.1需要用户提供的参数3810.2节流件的计算3910.3流量计选型40引言孔板、喷嘴和文丘里管为代表的差压式流量计（统称标准节流装置），作为传统的流量仪表已有近百年的发展应用历史，其优点是已标准化、结构简单牢固、易于加工制造、价格低廉、通用性强。但是孔板、喷嘴等在测量性能和结构上存在着严重的缺陷，所以近百年来人们从未间断过对它们的研究和改善工作，但是由于先天结构上的缺陷，其本身固有的一些缺点，至今仍然没能得到很好的解决。如：流出系数不稳定、线性差、重复性不高从而影响到准确度也不高。孔板入口锐角这个关键部位易磨损、前部易积污、量程比小、压力损失大，特别是十分苛刻的直管段要求在实际使用中很难满足等。为了克服上述这些不足，人们曾研制出1/4圆孔板、锥形入口孔板、圆缺孔板、偏心孔板、楔形孔板、可更换孔板……等诸多的非标准节流件，试图解决这些问题。但是这些节流件同标准孔板一样，大都没有突破"流体中心突然收缩”这个模式，只是或多或少改善了局部*一个问题，并没有从根本上彻底解决所有问题,这种改进工作到了80年代中期才有了突破性的发展：塔形（V形锥）流量计出现打破了沿袭近百年的模式结构，使得节流式差压仪表发生了"质的飞跃”。塔形（V形锥）流量计的重大突破在于：变流体在管道中心突然收缩为管道边壁逐渐收缩，（见图1）。流体在中心节流（收缩）节流件（孔板）孔板中心收缩节流示意图流体在边壁节流（收缩）节流节流件（锥体）（图1）塔形（V形锥）流量计边壁收缩节流示意图即利用同轴安装在管道中的锥形体（节流件），迫使流体逐渐从中心收缩到管道内边壁而流过锥形体，通过测量锥形体前后的压差来得到流体的流量。正是这个边壁收缩的结构，使得塔形（V形锥）流量计具有了一系列其它差压仪表无法相比的优点，彻底克服了以孔板为代表的传统差压仪表的诸多缺点。经过国外国内二十几年应用和大量的测试数据，已充分证明它能在极短的直管段条件下，以更宽的量程比对各种流体（包括脏污、低流速）进行更准确更有效的测量，从此揭开了差压式流量仪表划时代的崭新一页。可以预言，随着人们对它逐渐认识、了解、熟悉和掌握，必将成为差压式流量仪表的主流。一、塔形（V形锥）流量计的结构塔形（V锥）流量计英文为V-CONE,国内的叫法有多种如V形（型）锥、内锥、环孔流量计、内置文丘里等（我公司因具有四项中国专利所以更名为：塔形流量计）。尽管名称各异，但结构与原理基本是一样的。就流量传感部分来讲，完全是金属件组成，不含任何电子器件，其流量传感部分的整体基本结构，（详见图2）。（图2）塔形（V形锥）流量计的结构示意图各部件名称：1：连接法兰，2：测量管体，3：正压接嘴，4：尾部取压型负压接嘴，（4）：管壁取压型负压接嘴，5：负压传导管兼前部支撑，6：锥体，7：负测压口，8：后部支撑。当口径≤DN100时，锥体6用负压测量管5兼作支撑（无后支撑8），当口径≥DN150时，要在锥体后部再加支撑管架8（并在支撑管开一次测压孔7）。当采用温压一体化专利技术时，需要在后部支撑三角架前测量管上安装测温元件套管（图中虚线处）。二、测量原理2．1差压式仪表的工作原理塔形（V形锥）流量计与传统的差压式流量（如孔板等）仪表的工作原理完全相同，都是属于节流式差压流量仪表。其工作原理都是基于封闭管道中流体质量守恒（连续性方程）和能量守恒（伯努利方程）两个定律。所谓质量守恒定律用于差压流量仪表上，是指流体在一个封闭的管道中流经节流件时，流体的质量是不会改变的，也就是说流经前后的质量是相等的。用连续性方程表示为：……（1）如果是液体可以认为密度是不变的，即这样该式变为：……（2）质量守恒告诉我们，流体在管道中流动遇到节流件后，它的质量是不会因为遇到了阻挡而发生改变。遵照这个定律，我们就可以放心地在管道中设置任何形状的节流件来测量流量，也不用担心节流件会对流体的质量有影响。在质量守恒的前提下，我们再利用能量守恒定律来分析差压式流量仪表的工作原理。所谓能量守恒是指是在一个封闭的管道中流动流体的总能量（位能、动能、压能）沿流线守恒，用伯努利方程表达为：（下标1、2表示节流件前、后）由于位置高度变化很小或基本不变（处于水平管道时），故位能可以忽略，这样方程可以简化为：为分析方便假设节流件前、后的密度保持不变，则整个方程就简化为"动能与静压能”之间简单的关系：……（3）根据（3）式我们再来看流体流经节流件前后两个截面处后，压力与流速之间关系的变化，这里以塔形（V形锥）流量计的节流体为例,参见（图3）。在管道截面A2处的流速V2因被节流而加快，根据（3）式可知，为了保持压力与流速间的常数关系，该处的压力P2必然降低，流速V2越大则压力P2就越低，因此压力P2的高低反映了流速V2的大小。而在管道截面A1处的流速V1因没有被节流仍然保持原来的流速，与之对应的压力P1也就不会变化，也仍然保持原来的压力值。P1与P2之间由于有了节流件而产生了压力差ΔP（ΔP＝P1－P2），压力差ΔP与流速（流量）间有确定的数学关系式。因此我们依据这个数学关系式从测得的压力差ΔP中，就可以得到流体的流速（流量）。节流式差压仪表正是基于上述两个定律，在管道内设置了一个节流件，测量其前后的压差并依据确定的流量方程而得到了流量。P1P2V2V1A1A2（图3）图中：A1、A2分别是节流件前、后的截面积；V1、V2分别是A1、A2处的流速；P1、P2分别是A1、A2处的压力；2.2塔形（V形锥）流量计的流量方程对于所有节流式差压仪表来讲，标准节流件的流量方程（4）是普遍适用的。……（4）只是在确定节流件尺寸和具体实现流量方面，各种节流式流量计有*些微小的差别。塔形（V形锥）流量计也属于节流式差压仪表，流量测量也服从（4）式，只是在节流件开孔直径d上塔形（V形锥）流量计采用等效的开孔直径dv(锥形体最大截面圆的直径)代替了d。同时也要采用一个等效取代β即：………（5）由此塔形（V形锥）流量计的实用流量方程为：………（6）………（7）比较（6）、（7）和（4）式实质是相同的，只是把d2用等效的D2.β2代换了。式中：：质量流量、体积流量(、，C:流出系数，βv:等效直径比＝锥形体最大截面圆的直径，D: 测量管直径，ε：气体可膨胀性系数（液体ε＝1），ΔP:差压，ρ：流体工作密度。塔形（V形锥）流量计的可膨胀性系数为：ε＝……(8)式中：ΔP－差压；βv－锥形体的等效直径比；κ－可压缩流体的等熵指数；P1－节流件上游取压孔处的绝对压力（单位与ΔP相同）。通过对上面差压式节流仪表的工作原理简介和流量方程可知，塔形（V形锥）流量计与孔板等流量仪表（标准节流装置）所依据的流量理论和流量方程是完全一样的，因此说塔形（V形锥）流量计在理论是非常成熟的，所不同的是塔形（V形锥）流量计在决定仪表性能的"关键结构上有了突破性的改变”，正是这个改变才使得它彻底克服了传统差压流量仪表的诸多的缺点和不足，并具有了一系列超乎我们想象的优越性能。三、优越的性能※具有良好的准确度（0.5～1.0%）和重复性(0.1%)；※具有较宽的*围度（10～15:1）；※具有对流体流动状态的整流功能，因此仅需要极短的直管段（前1～3D后0～1D）；※流量计被设计成吹扫型结构，因而具有自清洁功能，通常的脏污流体不会在流量计内附着和积存，因此适合脏污流体的测量；※流量计特有结构所形成的边界层效应，使节流件关键部位不会磨损，因此可以保持几何尺寸长期不变，因此能长期稳定工作而无须标定；※流量计无可动部件（不含任何电子器件）是纯机械体，因此耐高温、耐高压、耐腐蚀及不怕振动；※可测的流体广泛（液体、气体、蒸汽），测量*围宽（微小流量～大流量）适用管径为DN15～DN3000。从适用的介质*围和工艺管径、工艺条件来讲，目前还没有一种流量计能与塔形（V形锥）流量计相比。四、优越性能的机理分析4.1改善了速度分布我们都知道，充满圆管的流体在管道中流动时，由于流体粘性的存在，流体与管壁之间有摩擦力，使得流体的流速沿管半径方向形成一定的梯度。层流状态管道中心部位流速最快，越靠近管壁流速越慢，接触管壁处速度接近于零，整个速度分布呈抛物面状。湍流（或称紊流）状态速度分布在管道中间部分的流体速度分布还比较均匀，但在管壁附近速度梯度比层流大。层流与湍流相互转化的依据取决于雷诺数，同时速度梯度还与管壁粗糙度有关。当流体的流动已经达到充分发展状态时，层流与紊流它的速度分布如下图所示。层流速度分布层流速度分布湍流速度分布（湍流核心区）湍流速度分布（湍流核心区）过渡区（一般将其并入核心区）粘性底层（近壁层流层）（图4）层流与湍流速度分布示意图大多数流量仪表（如传统差压仪表、电磁、涡轮、涡街、单通道超声波等）在测量流量时涉及到流体流速时，都假设流体在管道中流动的流速是均等的，而不去考虑实际上流速分布的影响，这是受其仪表的结构和工作原理限制不得不这样做，因为这种流量仪表无法改变流体在管道中速度分布快慢不均的状态，其结果只能以牺牲测量精度为代价。目前多通道超声波就是为了解决流速不均而开发出来的，它是在管道同一截面上，根据流体流速的梯度分布分层对应设置多对检测探头，分层检测同一截面上不同的流体流速，再通过专用程序求出流体整个截面的流速（流量），以达到尽量复原流体真实的流速分布进而提高测量精度的目的。因此多通道超声波的出现和测量精度的提高，在一定*围内消除了人们以往对超声波测量精度低的印象（但没有解决单通道超声波精度低的问题）。然而由于它的价格实在太高，多数用户还是不敢问津。流体在管道流速不均的情况，在塔形（V形锥）流量计上却很平常的得到了很好解决。由于锥形节流件安装在管道中心，它直接把流体从高速流动的中心部位分开，迫使流体沿着锥形体与管壁间由宽逐渐变窄的狭长环隙通道流动，这样一来迫使中心流速快的流体就向四周流速慢的流体靠拢，并使快慢速度不同的流体混合一起流动。这种快慢均匀混合的结果就是：使原有的速度分布的梯度越来越小，原本流速快慢的差别消失了，速度分布的梯度消失，流体变成了真正的均速流动见（图5）。流体流速被均匀化所带来的好处就是：测量信号真实反映了流体的实际值，从而使得在低流速时节流件前后仍能产生足够的差压，流速越低该作用越加显著，这种低流速的情况下其它差压仪表已经不能产生有效的信号了。快慢混合后均速流动慢流速快流速锥形节流件慢流速（图5）锥体均速示意图4.2极强的抗干扰流能力大家都知道流体流动遇到阻挡物时会在其后部产生"旋涡流”，这就是著名的"卡曼旋涡”现象，涡街流量计就是基于这个原理工作的。同样道理象孔板、锥形体等节流件在管道中也是阻挡物，在其后部除了产生静压力差外必然也会产生旋涡流。然而这个旋涡流对于涡街流量计来讲是有用的信号，对于差压式流量计来讲却是有害的干扰了。这个有害的干扰在节流件下游会产生"信号跳动”现象，它会严重干扰正常信号的测量。经过大量的试验和检测证明：孔板等节流件下游产生的是"高幅度低频率跳动”（图6B），而锥形体下游产生的是"低幅度高频率跳动”（图6A）。从图中可以明显看出，孔板负压端的干扰幅度远远大于塔形（V形锥）流量计。如果定量来分析：二者在*一工况流量下都应该产生1kPa的压差，孔板的高幅干扰波动可达0.5kPa，而塔形仅有0.1kPa的低幅干扰波动。孔板的有效信号有50％被干扰所淹没，塔形仅淹没10％，这说明塔形（V形锥）流量计的信号噪声远远低于孔板，孔板在这种情况下是不能正常工作的，而塔形（V形锥）流量计却可以照常工作。AB（图6）(A)锥体负压端干扰波形（B）孔板负压端干扰波形从上面试验数据得出的图形对比上我们看到了锥形节流件对旋涡流的抑制性能远远强于孔板，同样都是节流件为什么会产生不同的两种结果？下面我们通过对二者工做机理做进一步分析，（见图7）。干扰流干扰流孔板干扰流均指向管壁V锥干扰流相互抵消（图7）锥形与孔板干扰流方向对比图从图7可见，由于孔板是基于中心收缩式节流，流体经过中心孔后是向四周扩展，产生的干扰旋涡流方向均从中心指向四周管壁，它的测压点恰好也在管壁上，因此干扰直接作用在测压点上，对静压的测量会产生较大的干扰。特别是当流量较小时，干扰信号甚至大于测量信号，使测量完全失败。锥形体是基于边壁逐渐收缩方式节流，流体流过边壁与锥形体四周间的环隙后都是由边壁向中心扩展，在整个负压区间产生的干扰旋涡流，方向相反而互相抵消，因此使得整个负压区的旋涡干扰得到了很好的抑制，对静压的测量影响就变得很小了，即使在很小流量状态下，也能得到很高的信噪比，使得测量能正常进行。这就是锥形流量计明显优于其它差压流量仪表原因之一。通过上述分析可知，由于塔形（V形锥）流量计能使流体的流速实现真正的均匀流动（而不是假设的），同时它对差压式仪表所共有的旋涡干扰有独特的抵抗消除功能，从而提高了信噪比，使其测量准确度、分辨率和量程比都得到了很大提高。大家知道孔板的测量精度一般是1.5～2.5％，量程比只有3:1～4:1，而塔形（V形锥）流量计测量精度可达0.5～1.0％，量程比10:1～15:1。因此它除了可测高流速大流量的流体外，完全可以测量低流速、低压力的小流量。在实际生产中常常遇到低压力和低流速流体流量的测量难题，如冶金行业低压力、低流速的各类煤气以及烟道气等，唯有塔形（V形锥）能在流体低流速条件下还能保持较高的测量精度和重复性，正是上述特有的均速作用和极强的抗干扰能力的原因所在。4.3只需要极短的直管段多年来传统差压流量仪表如孔板等所需太长直管段一直是一个老大难问题。从事仪表行业的人们都知道，孔板等传统差压式仪表在上游处必须要加上长长的直管段（约20D到50D)才能正常工作，则加直管段目的是什么呢？实质就是为了使流体流动状态成为充分发展管流，以复现实验室条件下的流动状态。什么是充分发展的管流，简单说就是：流体在管道流动时（假如我们观察的是一个透明的管道并把它分成若干个截面来观察流体的流动），当流体从管道一个截面流到下一个截面时，如果流体流动状态通过各个截面时不再发生变化，则这种流动状态就是充分发展的流动，通称为"充分发展的管流”。如果流体在管道中流动遇到了任何阻挡物（弯头、阀门、管道变径、仪表的测量元件……等等），这种流动状态都会发生变化，变化的程度（偏流、二次流、旋涡流以及幅度）根据不同的阻流件的具体情况而定，但是有一点是确定的，就是流体流动的状态不再是充分发展的管流了。如果要它再恢复充分发展的流动，则还需要经过很长很长的直管段后才能恢复到充分发展的流动。这就是为什么在节流件前要加很长很长直管段的原因。然而孔板等流量仪表这种苛刻的要求常常由于现场条件限制而不能满足，所带来的结果必然是精度降低、误差增大（通常这种误差总是引不起人们的注意）。因此象孔板这类流量计不可能在不满足直管段条件下获得准确测量值。特别是2003年3月国际标准化组织公布了新修订的ISO5167新标准，其中最主要的一条变化就是对孔板等节流装置上游最小直管段提出了全新的和加长的要求。例如：如果将一个β值＝0.6的孔板安装在单个90°弯头之后，按照旧标准前直管段最小18D，而新标准为42D。如果现场没有则长的位置，又不想降低测量精度，唯一的办法就是加一个流动整流器。因直管段长度不符合要求而造成附加误差的情况几乎到处可见，从下表中可以看出直管段不满足要求对测量的影响有多大，最大达－7.5％，而且误差有负有正，（见表1）。表1孔板上游直管段不足时流出系数变化的百分数上游直管段长度β序号1234567894D0.5-1.4-0.52.9-0.40.2-10.30.50.6-2.3-1.11.7-1.2-0.2-2.40.300.7-3.8-1.80.1-2.1-0.9-4.40.3-0.60.8-5.6-2.6-2.4-3.1-2.2-7.50.3-1.38D0.5-0.32.40-0.2-0.6-0.2-0.70.6-1.4-0.71.4-0.7-0.6-1.3-0.7-1.20.7-2.2-1.20.3-1.3-1.1-2.10.1-1.2-1.70.8-3.2-1.8-1.7-2-1.9-3.10.1-1.8-2.112D0.520-0.2-0.4-0.30.6-0.41.2-0.4-0.4-0.9-0.7-0.80.7-1.4-0.80.3-0.8-0.8-1.3-1.1-1.10.8-2-1.3-1.3-1.3-1.3-1.7-1.5-1.416D0.51.70-0.1-0.2-0.20.61.1-0.3-0.3-0.6-0.40.7-0.50.3-0.5-0.5-0.9-0.70.8-0.3-0.7-1.1-0.8-0.8-1-1阻流件类型序号阻流件类型取压方式序号阻流件类型取压方式1单弯头角接法兰6蝶阀52度开度角接法兰2同平面双弯头角法径7闸阀全开角法径3双弯头无间隔角接法兰8闸阀2／3开度角接法兰4双弯头有间隔角法径9对称节流或扩大角法径5蝶阀全开角接法兰孔板等传统差压仪表所要求的直管段太长，多年来一直是仪表人员最头痛的问题。然而这个难题，在塔形（V形锥）流量计上的到了很好的解决。我们从流量计结构上可以看到，流体遇到锥形体时（实际上未遇到锥体之前就已经受到锥形体的作用力了）被强迫沿着节流件和管道间形成的由宽逐渐变窄的一环形狭长的通道里流动。锥形体斜面与管道内径间的流通间隙，可以等效成一个有效的管束整流器（见图8），这就相当于流体在管束整流器里流动一样（可以形象地比喻为火车站售票窗口前的长栅栏，守规则不守规则的人都要被迫排队），流体在这里被强行规*的在这个通道内流动，各种畸变流动自动被整流矫正为规则的流动，因此几乎不需要直管段也能获得准确的测量值，（见图9）。管束整流器整流管（通道）等效的整流通道（图8）V锥形流量计等效管束整流器的示意图塔形（V形锥）流量计对流体的整流功能是孔板等其它流量仪表无法相比的，正是有了这个特殊的功能，所以它只需极短的直管段甚至不要直管段也能正常工作(注意：当流量计不得不紧靠仪表调节阀后安装时，最好应有3D前直管段)。有了塔形（V形锥）流量计我们再也不用因找不到合适的安装流量计位置而犯难了，也不用担心因直管段问题而影响测量准确度了。上游不规则的速度分布经锥形体整流后变成了规则的速度分布（图9）V形锥流量计对流体整流示意图整流效果的实际测试＊前面我们对塔形（V形锥）流量计特有的对流体进行整流功能进行了机理分析，则下面的实际测试数据更是对这种整流功能最有力的证明，（见下图10）。测试的方法是：先将三种不同β值（覆盖高、中、低*围）的塔形（V形锥）流量计直接安装在一个90°单弯头后，不加任何直管段，测出流出系数C的一组数据。然后再把塔形（V形锥）流量计拆下，改装到距这个弯头后20倍D距离的位置上，测出流出系数C的另一组数据，最后把实际测出的两组流出系数C的数据进行对比并作出曲线图，(图10a)。20D0D直管段20D直管段0.750.3670.65(三种β值)（流出系数）+0.50-0.5（直管段倍数）048121620（图10a先将有三种不同β值（覆盖高、中、低*围）塔形（V形锥）流量计直接安装在两个90°弯头后，不加任何直管段，测出流出系数C的一组数据。然后再把塔形（V形锥）流量计拆下，改装到距这个弯头后100倍D距离的位置上，测出流出系数C的另一组数据,最后把实际测出的两组流出系数C的数据进行对比并作出曲线图，(图10b)。100D0D100D(流出系数)0.750.360.65(三种β值)+1.00-1.0（直管段倍数）0255075100(图10b)两个弯头后0～100距离内流出系数变化曲线图从上面第一个的试验数据可以看出，将塔形（V形锥）流量计安装在一个90度弯头后，无论有直管段（20D）或无直管段（0D），流出系数C的变化都在0.5%的*围内。也就是说，在一个90度弯头后加不加直管段在保证流出系数不确定度0.5%的条件下，对流出系数没有任何影响。这就是塔形（V形锥）流量计具有整流功能的最好说明，也是塔形（V形锥）流量计只需极短的或几乎不需要直管段的原因。从上面第二个的试验数据也可以看出，将塔形（V形锥）流量计安装在两个90度弯头后，无论有直管段（100D）或无直管段（0D），流出系数C的变化都在1.0%的*围内。也就是说，在两个90度弯头后加不加直管段在保证流出系数不确定度1.0%的条件下，对流出系数没有任何影响。这就是塔形（V形锥）流量计具有极强整流功能的又一个最好的说明。＊数据来自美国公司。4.4锥形节流件不易磨损我们都知道，差压式流量仪表的检测部分都是纯机械结构，因此它们的测量精度是靠机械几何尺寸来保证的，下面分析一下节流件尺寸变化对测量的影响。以孔板为例，其上游边缘（通常称为孔板前锐角）就是一个极为重要的几何尺寸（它决定节流件的β值），按照国家标准规定该边缘半径不大于0.0004d（d:孔径）才可以认为是尖锐的，否则测量精度就很难保证。这个0.0004d具体是个什么概念，例如DN250管道使用d=135.36mm的一块孔板，其边缘半径允许误差0.054mm（还不到一根头发丝的直径）。这样严格的尺寸要求即使加工能做到，但在实际使用中能始终保持不变吗？回答是否定的。孔板前部尖锐角易磨损孔板尖锐角易磨损是由它的结构原理（即先天不足）决定的，我们都知道孔板的尖锐角正迎着流体的冲刷面见（图11），这恰恰是最容易被磨损的结构形式。随着流体的不断冲刷，锐角就会逐渐变钝角，如果工作在脏污或高速的场合，磨损必然加快。工作时流体冲刷方向d尖锐角d尖锐角工作时流体冲刷方向（图11）孔板前部锐角易磨损示意图实际上孔板从投入运行的第一天开始，其锐角就开始被磨损，只不过是这个过程人们不易发觉到。随着锐角的一天天磨损，便导致流出系数一天天变大。在流体较脏流速较高的场合，这种变化往往是很惊人的。据有关资料介绍：有人做过专门调查，一个新制造的符合标准要求的孔板，在使用一年时间拆下来检查发现：原来尖锐的边缘已经出现了磨钝，而且要求很严格的前端面积结了一些脏物，经过标定，原来流出系数不确定度由±0.6％变到了1.35％。另据国外专业杂志报导，在流体脏、流速高的现场条件下，发生流出系数增大百分之十几的也不足为奇。流出系数变大的结果就是使流量示值偏低。（实际的流出系数已经变大，然而仪表仍然按照原来小的系数进行计算，必然造成显示值偏低）。由此可见孔板的准确度是使用时间的函数，也就是说越用越不准，因此无论用于贸易计量还是用于过程控制，都会给使用带来影响和隐患。因此非常有必要用更先进的节流件来取代它。锥形节流件耐磨损塔形（V形锥）流量计与孔板一样同属于节流式流量仪表，它的测量精度也是靠几何尺寸来保证的。则它是否与孔板有着共同的缺点呢？下面来分析一下，见（图12）。dd（图12）锥形节流件耐磨损示意图锥形节流件决定测量精度的几何尺寸也是节流件最大节流圆的直径d与管径D决定的（β）。然而它的节流边缘与孔板却有着本质的不同。孔板的节流锐角在节流件前面直接迎着流体方向，锥形体的节流边缘是处在节流件后面顺着流体方向，而且是一个钝角。当流体进入锥形表体时，流体被迫按照由宽逐渐变窄的流线路径高速流动，加之该路径与管内壁相互作用，一个二次形成的边界层（＊）会沿着锥形体周围的区域被重新分布，该边界层效应（也称附面层效应）会使流体离开节流边缘一个微小的距离（也就说流体与锥形体的节流边缘不接触，不接触何谈磨损），正是这个微小的距离保护了节流边缘不会被磨损，即使高速流动的流体也不会轻易磨损节流边缘。节流边缘不磨损就意味着它的几何尺寸不变，几何尺寸不变就决定了锥形体的β值就能长期保持不变，因此它的测量精度就不会改变，所以塔形（V形锥）流量计投用后不用再标定也能长期稳定工作。塔形（V形锥）流量计的前端支撑件和头部可能会产生一定程度的磨损，但是它对测量性能没有任何影响，只是可能对锥形体在测量管内的牢固程度带来影响，这只要采用坚固的材料来制作或者在前端加固就可以避免。＊关于边界层效应参见清华大学《流体力学》第8章4.5自清洁功能如前面所述，流体在管道中流动靠近管壁处的流速会变慢，这样就会使一些脏污物或颗粒沉积在管壁上，同时如果遇到象孔板那样的节流件，还会在其前方处沉积，并堵塞取压孔，严重影响测量精度。对于塔形（V形锥）流量计会是一种什么情况？从塔形（V形锥）的结构可以看出，当流体进入测量管流过锥形体两侧时，由于管壁与锥形体间的通道由宽逐渐变窄，它迫使流体的流速逐渐加快，当到达测量关键部位时流速最高，从而形成了对管壁、锥形体表面的吹扫冲刷作用，所有的脏污杂物不可能在流速快的位置滞留（如果有脏污杂物的话也只能被吹出测量管，被吹到下游管道），再加上锥形体近似流线的形状，更不存在孔板那样的积垢死角，所以在塔形（V形锥）流量计里不会轻易滞留滞挂脏污的积垢。塔形（V形锥）流量计这一独特的吹扫式设计决定了它具有自清洁功能，因此它可以用来测量脏污流体、湿流体而不容易被堵塞，自清洁功能原理见（图13）所示。流速逐渐加快（脏污物不会在流速快的位置停留）正常流速锥形节流件（图13）V形锥流量计自吹扫功能示意图4.6强大的防堵专利技术上面介绍的塔形（V形锥）流量计自清洁防堵功能，当被测流体太脏或含有大量粉尘颗粒等杂质时，常规的V形锥有时也不能有效的防止取压孔被堵塞。例如冶金行业中高炉、焦炉煤气中有的含大量粉尘、颗粒、焦油、萘等特殊情况，尤其是焦炉煤气中的焦油和萘，在北方冬季低温条件下因变稠而发生粘附、萘结晶而发生固附以及煤气中的水分冷凝冻结等，这些都会造成流量计测压孔堵塞、节流件尺寸改变，严重的甚至造成气体不能在流量计流通的恶劣问题。在国内外都发生过常规V形锥或其它流量仪表测量失败的事例。如***钢铁公司使用国外××公司的常规V形锥测量焦炉煤气流量，因测压通道被焦油、萘等粘附、结晶堵塞而导致测量失败；××钢铁公司使用国内*公司的常规V锥流量计测量焦炉煤气，因萘结晶和水分结冰导致冬季不能正常工作而被迫拆除………。针对上述常规V形锥流量计在特脏流体以及特殊介质测量过程中所发生的问题，我公司在引进国外新技术的基础上，有针对性地成功研制出五项具有中国独立知识产权的专利技术，有效地解决了上述难题。（1）针对焦炉煤气中焦油的粘附，研制出了"具有不粘涂层的V形锥流量计”。（专利号：ZL200620082362.0）其原理是：在节流件表面和测量管内壁喷涂了能有效防止焦油粘附的特殊不粘材料（用实物焦油在不同的温度下进行的试验），其效果是：煤气中含有的焦油碰到节流件表面和测量管内壁后，由于涂层的存在而不易粘着进而迅速被流动的流体吹落和脱离，不会在其表面停留和粘着，从而保证了节流件的几何尺寸不变（差压仪表的测量精度取决于节流件的几何尺寸）、取压孔不被堵塞、流量计测量内壁不粘附焦油，使流量计能长期保持准确测量。（2）针对高炉煤气含大量粉尘、杂质易堵塞等问题，研制出"具有多孔取压的V形锥流量计”。（专利号：ZL200620082364.*）其原理是：改变常规的单孔取压结构为多孔取压结构。流量计水平安装时正、负取压孔依据管径大小各2～4个孔（管），外部取压环为半环；垂直安装时正、负取压孔依据管径大小各3～8个孔（管），外部取压环为整环。这种设计相当于测压孔内径变大加粗，有效地解决了常规V形锥单孔及内径小容易被堵塞的问题，同时我们又对负压一次测压孔进行了独特的改进设计。该项技术能非常有效地防止煤气中含有的大量粉尘、颗粒等脏污杂质，堵塞流量计一次测压孔、变送器的取压孔，从而保证流量计长期不被堵塞而稳定工作。（3）针对焦炉煤气中萘、水分在节流件和测量管内壁结晶、冻结，研制出"具有加热功能的V形锥流量计”。（专利号：ZL200620082363.5）其原理是：针对煤气含有的萘在温度较低时易结晶并坚固附着在节流件和测量管上、煤气中的水分在冬季结冰，造成仪表堵塞、测量失准的问题，我们在流量计上采用了可控加温结构的设计：流量计上设计有2个外接加热蒸汽接口和阀门（进出），用户只要将伴热蒸汽接入即可。通过阀门开度来控制加热温度（温度达到萘的汽化温度即可，也可以接入一支测温铂电阻监测），从而使得煤气中的萘在流过流量计时处于汽化状态（用户也可以在同一个加热口上并接伴热管，对外部取压嘴、流量计外表面进行伴热保温），从而避免了在节流件表面和测量管内壁结晶固附，同时又可以防止在北方条件下煤气中水分在流量计内结冰，保证了仪表能长期正常工作（夏季时可以关闭伴热阀门以利节能）。具有上述专利技术的流量计(水平安装结构型)参见(图14)。对于冶金、煤化工、石化……等行业中*些特殊的工艺状况，如容易堵塞、结晶、冻结等特脏污的气体流量……，凡是其它流量计都不能进行正常测量和长期稳定工作的场合，你都可以使用上述专利技术的塔形（V形锥）流量计，它完全能满足这些场合测量流量的需要，并且能确保准确、稳定、长期正常的工作，因为这些专利技术已经在国内、国外冶金行业得到了极为成功的应用。正、负取压环不粘涂层正正、负取压环不粘涂层正、负取压嘴后部支撑件后部支撑件多孔（正压）、多管（负压）多孔（正压）、多管（负压）低压端（负压）测压口口低压端（负压）测压口口加热管（阀门未画出）加热管（阀门未画出）（图14）具有防堵、防粘附、防结晶功能的流量计结构示意（4）防堵并可自清脏物的低压端测压口（08年新专利7.*）本专利是对塔形（V形锥）流量计节流件低压端测压口的改进，特点是：测压口开在支撑管的圆管等截面的两侧和底部，支撑管的圆管等截面的顶部无测压口。当流量计处于水平位置时（绝大多数流量计均为水平安装），管道内流动的流体夹带的粉尘、颗粒、油类等脏污物体，在重力作用下向下飘落时，由于在支撑管的圆管等截面的顶部没有开口，相当于测压部位在此有一个封盖，因此任何脏污物体不会从顶部进入测量管内；而支撑管的圆管等截面的两侧开口的沿线又与脏物飘落的方向相同，因此使得飘落物进入测压口内的机率大大减少；即使有少量脏物进入测量圆管内，由于在支撑管的圆管等截面底部有开口，使得落入的物体不可能在管内堆积，而经过底部的开口直接落到管道中去，因而底部的开口起到了自动清除脏污物体的作用。由于采用上述技术方案，使得流量计在极其恶劣的条件下也不会出现测压口被堵塞的故障，能确保流量计永久正常工作。结构示意图见下面图：3低压测压口（图1）节流件整体视图1.锥形节流件；2.低压传导兼前支撑管；3.低压端测压口；4.低压兼中心支撑管，5.后支撑架（或管）。向下飘落的粉尘、颗粒等相当于防护盖阻挡了赃物进入脏污物体从下口落入管道（图2）3低压端测压口的剖视图(图2)是(图1)测压口3的剖视图，蓝色表示脏污物体及飘落的路线。（5）可在线清堵多孔取压的塔形流量计（08年新专利9.9）目前多孔取压的塔形（V形锥）流量计，极大地改善了单孔取压易堵塞的弊病，但是有的用户一再提出假设一旦堵了怎么办？为了消除这样的担忧或适应工艺条件极其恶劣的场合，我们开发了可在线清堵的多孔取压的塔形流量计。本新专利提供一种结构简单、使用方便、可以在线清除堵塞物，能确保流量计永久正常工作的可在线清堵的多孔取压的塔形流量计。采用下述技术方案实现：一种可在线清堵的多孔取压的塔形流量计，包括测量管，测量管外部设有正、负取压环腔体，测量管上设有与正、负取压环腔体相通的正取压孔和负取压管，在正、负取压环腔体上设有与正取压孔和负取压管相对应的清堵装置。所述的清堵装置包括清堵接头和螺帽，清堵接头上设有与螺帽相配合的螺纹。所述的清堵接头和螺帽之间设有密封垫片。所述的清堵接头和螺帽之间还可通过锥管螺纹密封。本实用新型通过在多孔取压的塔形（V形锥）流量计基础上，在测量管的正、负取压环腔体上；对应测量管内的若干个正取压孔、负取压管位置，设有若干个清堵接头，该接头上面有一个可拆卸的密封螺帽。在工艺允许的条件下，旋开螺帽即可清除正、负取压孔（管）内堵塞的脏物，完成后再旋紧螺帽流量计即可正常工作。由于采用上述技术方案，解决了一旦多孔也被堵塞的情况下，可以在线清除堵塞物，能确保流量计永久正常工作，且具有结构简单、操作方便等优点。结构示意图见下面：取压接嘴取压接嘴（接变送器）6、7、8可拆卸的清堵接头6、7、8可拆卸的清堵接头44测压孔1测量管2取压环1测量管2取压环（图1）高压端（正压侧）结构（图2）低压端（负压）结构图1、图2中：1测量管；2、3高、低取压环腔体；4高压端测压孔；5低压端测压管；6清堵短管；7清堵密封螺帽；8密封垫片。具有专利技术的塔形（V形锥）流量计应用：出口国外钢铁行业：南非MITTAL（米塔尔）钢铁公司2号焦炉项目高炉、焦炉、混合煤气具有专利2、3的塔形（V形锥）流量计，已经成功用于2006年初出口"南非MITTAL（米塔尔）钢铁公司2号焦炉项目”5套较大口径（DN1800～DN700）流量计上，（从**焦耐**反馈的信息：测量效果用户非常满意）。国内冶金行业已经成功应用上述专利技术的主要用户：**荣成钢铁公司焦炉、高炉、转炉煤气；**西临钢铁公司高炉、焦炉煤气；首钢集团焦炉、混合煤气；天然气、空气、氢气；**钢铁集团焦炉、高炉、混合煤气；蒸汽、空气、氧气等；莱芜钢铁公司焦炉、高炉、混合煤气；宝钢集团梅山钢铁焦炉煤气；**钢铁集团高焦混合炉煤气；攀钢集团高炉、焦炉煤气；**佳华煤化工焦炉煤气；**钢铁集团高焦混合煤气、烧结烟气；**邹平铁雄焦化集团焦炉煤气、焦油、氨水混合液；金牛天铁煤焦化**焦炉、高炉、混合煤气；鄂钢焦炉、高炉、混合煤气；通钢集团**钢铁焦炉、高炉、混合煤气；………………4.7在节流件计算上比孔板更准确塔形（V形锥）流量计的节流件计算比孔板更准确，初听起来好像有点不可思议，因为现在的节流件设计都采用计算机软件来计算，怎么会有准与不准之说？其实这个问题在我们每个人身边都可能发生过，只是没引起我们的注意而已，下面以计算孔板为例来说明这个问题。大家都知道，在设计计算孔板前，用户必须向设计人员提供相关的工艺参数，其中有一项管道内径"D”参数是工艺管道的D参数是设计孔板的一个重要数据，因此标准中对它有严格的规定，要求"在节流件孔板前0～0.5D长度上，至少取3个截面测量出12个直径数据值，然后取其平均值作为管道的D值”来计算孔板。然而这个规定在实际中很难做到，因为大多数情况都是在原有工艺管道上后加流量计，不可能为了测量D值而停车割开管道进行测量。即使新设计的管道，大多数习惯上都是以公称值报给设计部门或生产厂家。我们知道管道的尺寸通常是以公称值来标注，而钢管产品是按统一的外径和不同的壁厚划分系列和生产的。如外径φ219的钢管公称都为DN200，但壁厚从几个毫米到十毫米不等，直径相差几个毫米，同一外径大管径的钢管壁厚可能相差十几毫米，另外即使同一批钢管的内径有时也存在毫米级的误差。如果不区分钢管管壁的差别，都以公称值（或不进行实际测量而以标称内径值）来计算节流件，其结果就是用不准确的D值来计算孔板，可以说是"假值真算”，再高级的计算软件算出来孔板也不会太准确。例如DN200系列的管道，以D=200mm来计算一块孔板，如果计算结果为；流量上限为：Fma*＝20t/h差压为：ΔP=40kPa孔板孔径为：d20=121.99mm。若实际内径为：D=206mm，在差压为40kPa时流量应该是Fma*=19.82t/h，但是仪表显示确为；20t/h，偏高了0.9%。若实际内径为：D=195，在差压为40kPa时流量应为Fma*=20.178t/h，但是仪表显示确为：20t/h，将偏低0.89%。如果计算的D与实际值相差越大，带来的误差就越大。这既怪不得计算者，也不能说用户提供的不准，实际上用孔板测量流量这是很难避免的一个问题。除非用户连前后直管段一同让孔板的生产厂家提供，也许可以避免这个问题。但是这将大大增加仪表的成本，也给运输和安装带来极大的困难。塔形（V形锥）流量计可以控制准确的D值由于塔形（V形锥）流量计与孔板在结构上是不同的，它的节流件与测量管体是一体结构，管体是可控的精密测量管式，具体结构，见（图15）。D内径由生产厂家测量或加工(图15)它是把要求严格的管体与节流件组装焊接在一起，虽然D值的要求也很严格，但是这个工作是由仪表制造厂家来做的。管的内径是在制造厂进行准确测量或者进行机械加工来达到所要求数值，根本不需要用户实际测量或再为管道的D值是否精确而为难。正是由于塔形（V形锥）流量计是把连同测量管的一个整体提供给用户，所以可以把测量管的内径控制得十分精确（毫米小数2位），从而完全避免了象孔板等因为管道内径D值不准而带来设计计算上的误差。4.8压损小、利于节能塔形（V形锥）流量计的结构特点是流线型节流件，采用"逐渐节流方式”工作，完全不同于孔板等传统差压式仪表"突然节流”的工作方式，所以它的压力损失小（约为孔板的1/3～1/2），因此那些"低压力、大流量”流体流量用它来测量所具有的优势是其它流量仪表无法相比的。同时小的压力损失也意味着能耗的降低，非常有利于企业的节能要求(见下面的实例计算)。4.9生产制造和检定塔形（V形锥）流量计在生产制造上，参照国家标准GB/T2624-1993；执行Q/BFL003-2004企业标准和McCrometer公司企业标准。对流量计检定时，完全执行国家JJG640-1994"差压式流量计检定规程”。塔形（V形锥）流量计现在已经获得国际上标准化机构的认可有：加拿大工业部天然气密封管输贸易交接认可；美国机械工程师协会的认可。五、V形锥的不足之处1、由于塔形（V形锥）流量计结构、制造工序等远比孔板等仪表复杂的多，如果需要标定，大口径流量计标定费用也较高，由此增加了制造成本，所以价格高于孔板等流量计。2、由于其结构上的原因，目前只能单方向测量流量，还不能测量双向流量。六、技术指标准确度：±0.5～1.0％重复性：±0.1％量程比：10:1～15:1（20:1时因变送器原因，系统精度将下降）所需直管段：上游1～3D,下游0～1D雷诺数*围：8×103～1×107管道通径：DN15～DN3000公称压力：0～30MPa（还可以更高）介质温度：550应用*围一、气体煤气（特脏的焦炉煤气、高炉煤气、发生炉煤气）天然气，包括含湿量5%以上的天然气各种碳氢化合物气体，各种稀有气体（包括用于过程控制的气体），空气，包括含水，含其它尘埃的空气烟道气二、蒸汽饱和蒸气过热蒸汽三、液体油类，包括原油（在一定的粘度下）水，包括净水、污水各种水溶液，包括盐、碱水溶液七、与其它差压式仪表的对比7.1孔板流量计优点：结构简单、价格便宜、牢固结实、通用性较强；测量的流体比较广泛，也适用于高温高压的流体；适用的管径较宽DN50～DN1000；有相应的国家标准；应用的历史长等。缺点：1)孔板存在着不能避免的："锐角磨损”的问题，使它的测量精度随着使用时间的延长而越来越低（详细见前面所述）。2)孔板的*围度（量程比）太小只有3～4：1、线性差，孔板的这个缺点用于过程控制上基本还可以，因为一般情况下过程控制的流量*围变化不是很大，并且系统对稳定性要求高而对精度的要求不是太严格。然而孔板这些缺点在多数的流量测量特别是用于贸易结算方面，是极其不适合的。我们都知道在通常的流量测量中，流量大小变化的*围大多数都很大，特别是供气、供热计量上，由于用量波动很大，流量上限与下限常常超过20：1，远不止孔板的3～4：1这样小。对于孔板这类流量计，当下限流量进入到雷诺数Re＜1ⅹ104*围内，孔板的流出系数（或流量系数）对雷诺数Re变化是非常敏感的（进入了非线性区）。例如一个β＝0.73的角接取压孔板，假设因流量减小导致Re由5ⅹ104降到Re＝104时，这相当于流量从额定工况下降到20％额定工况下工作，而这时流出系数（或流量系数）将不会保持设计时的数值，其变化会增大2.2％，如此大的负向误差实在令人吃惊。而在实际测量中流量在20％额定负荷下工作是常有的情况，由此可见孔板量程比太小、线性差对流量测量精度的影响是多么大。3)孔板等传统差压仪表对直管段要求太长更是令广大的使用者最感头痛的问题，孔板对直管段的要求大多数是很难满足要求的，所以由此而引起测量误差有时是相当大的（±0.5～±5%）。这个问题在前面已经进行了介绍，这里就不多讲了。4)孔板是不适应在脏污、含湿流体条件下工作的，因为这些会在孔板前面的管道及端面上堆积、附着，严重影响测量准确度。5)关于性／价比的问题一套流量仪表怎样才能为企业创造最大的效益？下面以一个例子来说明。（1）以上我们把孔板与塔形（V形锥）流量计进行了较全面的对比分析，二者性能的优劣大家基本有了初步的认识。但是可能有人要说：塔形（V形锥）流量计要比孔板价格高，还是孔板便宜。这里仅仅只是做了一次性投资的对比，没有计算今后长期运行的效益的对比，是不全面的。这里以一套外供蒸汽的计量仪表为例，年供汽20万吨，110元/吨计算。若用孔板计量，这里仅以因孔板锐角磨损引起的误差比原来增大1.5%计算（负误差）。200,000吨/年×1.5％×110元／吨＝33万元。每年33多万元的损失与投资时多花一点就可以把这33万元找回来相比，应该选用孔板还是选用塔形（V形锥）流量计，答案不是很简单吗？这仅仅是一年的损失，这个误差是随着时间一点点在增大的，几年算下来，百十万元就会无声无息地流失掉了。（2）上面举了引起孔板偏低的一个例子，引起孔板误差增大的因素诸多，其误差有正有负，引起孔板偏高的因素也很多，如上面给出一组已有准确定论的由于直管段不够所带来的误差数据（见前表1），表中凡是负值的，对测量的影响都是使流量偏高。从表中可以看出，仪表最大偏高达到了7.5％，作为蒸汽的用户，可以用上面的计算方法算一下因孔板偏高的因素一年给你带来多大的损失。在下面的列表2中列出了31项引起孔板、喷嘴偏低、偏高的各种因素（摘自《流量测量方法和仪表的选用》）。我们有充分的理由断言：孔板的实际测量偏差，要比孔板计算书给出的误差*围大得多。（表2）表2偏离标准规定要求的影响原因节流装置名称β附加误差值或影响1制造中的问题1.1孔板圆筒喉部太厚标准孔板0.2偏离正确厚度2倍误差-1%1.2孔板厚度太厚角接取压标准孔板﹤0.7偏离正确厚度2倍误差﹤+1%1.3偏离取压口位置角接取压标准孔板﹤0.67偏离角接取压口位置0.05D,误差-1%偏离角接取压口位置0.5D,误差-1.2%喷嘴﹤0.67偏离角接取压口位置0.05D,误差-0.5%偏离角接取压口位置0.5D,误差-2.6%径距取压标准孔板0.7下游取压口偏离下游0.1D,误差-1%下游取压口偏离上游0.1D,误差+1%1.4取压孔尺寸过大法兰取压标准孔板正误差1.5取压孔有毛刺所有节流装置误差从-30%~+30%1.6支座环直径太小角接取压标准孔板喷嘴0.7有10%不一致,误差从-2%~+5%0.75有10%不一致,误差从-6%~+1%1.7支座与法兰间的垫片内孔过小标准孔板和喷嘴误差从-60%~+60%1.8装置位置不同心标准孔板和喷嘴0.8偏心率0.015D,误差-1%~+1%,最大﹤5%1.9进口圆锥角收敛不正确文丘里管用12°角代替15°角,误差+2%1.10进口扩散角不正确文丘里管若不正确影响压力损失1.11圆锥与喉部的半径不正确文丘里管若不正确,高于+1.5%1.12节流件上游面粗糙标准孔板0.5粗糙增加是负误差用水试验ReD=20000d/粗糙度=80,误差-3%用水试验ReD=20000d/粗糙度=620,误差-2%1.13粗糙度超过规定文丘里管正误差2.使用中的问题2.1孔板变形标准孔板不可预见2.2节流件上游有外来沉积物标准孔板负误差,对较高β值,误差增加得多2.3节流件孔径有外来物标准孔板正误差,对较高β值,误差增加得多2.4脉动流所有节流装置通常正误差,误差很大2.5过低管道雷诺数法兰取压标准孔板0.3当ReD=1000,误差-7.5%ReD=250,误差-17%0.6当ReD=1000,误差-19%ReD=250,误差-26%角接或径距取压标准孔板0.3当ReD=1000,误差-2.5%ReD=100,误差-14%0.6当ReD=1000,误差-20%ReD=200,误差-25%3.阻流件后上游直管段太短3.1单个90°弯头所有节流装置误差随取压口面和直管段长度而变3.2同一平面的两个90°弯头角接取压标准孔板0.55直管段长度﹥4D,误差﹤+0.5%0.75直管段长度﹥4D,误差﹤+3%3.3不同平面的三个90°弯头角接取压标准孔板0.75直管段长度﹥4D,误差﹤-5%3.4全开球阀角接取压标准孔板0.55直管段长度﹥4D,误差﹤+1.5%0.75直管段长度﹥8D,误差﹤+5%法兰取压和径距取压标准孔板﹤0.75直管段长度﹥6D,误差﹤+2%3.5渐扩管(在1.8D长度内,由0.5D变到D)角接取压标准孔板0.4无直管段长度,误差-10%0.7无直管段长度,误差-50%3.6渐缩管(在1D长度内,由1.25D变到D)角接取压标准孔板0.4无直管段长度,误差-0.5%至+0.5%0.7无直管段长度,误差+2%3.7温度计套管标准孔板套管直径﹥0.04D和直管段长度﹤15D,误差﹤+2%4.阻流件后下游直管段太短4.1单个90°弯头角接取压标准孔板随取压口面而变4.2同一平面的两个90°弯头角接取压标准孔板0.55直管段长度﹥1D,误差﹤-2%0.75直管段长度﹥1D,误差﹤-3%4.3不同平面的三个90°弯头角接取压标准孔板0.55直管段长度﹥1D,误差﹤-2%0.75直管段长度﹥1D,误差﹤-2.5%4.4全开球阀角接取压标准孔板0.55直管段长度﹥1D,误差﹤-0.5%0.75直管段长度﹥1D,误差﹤-1%4.5节流装置与渐缩管(在1D长度内,由1D变到0.5D)之间无下游直管段长度角接取压标准孔板﹤0.4误差+1%6)能耗比较塔形（V形锥）流量计的压力损失小于孔板，原因在于：一是塔形（V形锥）流量计"边壁逐渐收缩”式的节流工作方式，二是塔形（V形锥）流量计的负压端非常稳定（前面讲述的抗旋涡流能力），所以在正常情况下可以选择最佳β值（较小的锥形体），从而使差压量程在较低的*围内（零点几千帕的量程都可以正常工作）。而孔板因为没有抗旋涡流的能力，它的负压端受旋涡流干扰波动太大，所以差压量程不能选择的太小，正常流量最小也需要数千帕的差压量程。对于差压式仪表来说，差压量程大，压力损失必然增大，压力损失增大也就必然带来较大的能耗。下面举一个实例计算一下，在同样的条件下孔板与V锥耗能比较。先给出几个计算需要的公式：压力损失公式孔板：……（9）V锥：……（10）能耗计算公式(质量单位):……（11）(体积单位）：(12)式中：：永久压力损失；:差压量程（kPa）；：质量流量（kg/h）；：体积流量()：泵的效率一般取0.8；：流体密度（kg/m3）；：节流件贝塔值；：功耗（W）。举例1：*厂饱和蒸汽流量测量，工艺管道DN250()；工作绝压；工作温度℃；密度；最大流量；常用流量；孔板和V锥的参数取同一值即＝0.6。计算结果如下：1)孔板的差压量程上限＝51.3kPa（=30t/h）,常用差压＝22.8kPa（=20t/h）,2)V锥的差压量程上限＝27.199kPa（=30t/h）,常用差压＝11.86kPa（=20t/h）,3)这里以常用流量（20t/h）为准来计算各自的压力损失是多少？孔板的永久压力损失用（9）式计算V锥的永久压力损失用（10）式计算4)能耗的比较：在同样的常用流量下（20t/h）孔板比V锥的永久压力损失大：孔板在常用流量下比V锥多耗能5）孔板比V锥每年多耗费用：按照目前工业平均电能费0.8元／（kW.h），一年按开车300天计算，由于孔板压力损失的增大，仅一套孔板流量计将比V锥流量计每年多花电费：通过例1计算可知,在输送同样流量20t/h蒸汽(且β值相同)条件下，孔板比V锥每小时多耗能10.872kW，全年多支出电费6.262万多。举例2：高炉煤气，管内径：702.4mm,工作压力（G）：12kPa，温度：70℃当地大气压：98.39kPa，工作密度1.0326kg/m3，常用流量25000m3煤气组分含量:CO27.43%,CO15.9%,H21.27%,O20.43%,CH41.31,N253.52%。孔板和V锥取相同的β＝0.6955，计算结果如下：在常用流量25000m3/h孔板的压力损失为：1.894kPaV锥的差压为1.113kPaV锥的压力损失为：0.479kPa在同样的流量下孔板比V锥的永久压力损失大:1.894kPa－0.479kPa＝1.415kPa用上式(12)或(11)计算,每小时多耗能12.283kW/h。按照工业电能费0.8元／（kW.h），每年按开车330天计算，由于孔板压力损失的增大，仅一套孔板流量计将比V锥流量计每年多花电费：0.8(元）×12.283（kW/h）×24（小时）×330（天）＝7.783万元。通过例2计算可知,在输送同样流量25000m3/h高炉煤气(且β通过以上计算可以看出，平时并未引起我们重视的一套小小流量测量，在选用何种类型的仪表上，竟有如此大的潜力（或如此大的浪费没有被发现）可以挖掘。可见V形锥流量计的节能效果是非常显著的。在我国电力能源目前尚供应不够充足的情况下，使用节能的流量仪表不但为企业本身创造了利润，也符合国家倡导的节能减排的产业政策。7.2弯管流量计优点：弯管流量计虽然距今已有90多年的历史，但是只是近十多年来在我国才有了较大发展。其优点是结构简单、制作成本低、无压力损失，可测气体、液体和蒸汽，无可动部件，坚固结实，耐压耐温也较高，用于对*围度要求不高的过程控制上，其精度和稳定性可以满足要求。缺点：关于测量下限、测量准确度及可用性，我提出几点个人看法。1）、在测量气体时厂家资料中讲到："当差压很小时，即处于低流速区（流速为3～5m/s），流量误差较大；当差压增大并接近100Pa后，流速约为7m/s，流量误差减小”。生产厂家在这里明确指出：弯管流量计的流速下限为7m/s，流速低于7m／s则会引起较大误差。这个7m／s是流速的概念，一般用户习惯用瞬时流量m3/h来表示流量，下面我们就用瞬时流量m3/h来说明流速7m／s下限的指标对测量所产生的影响。（1）先熟悉一下流速、流量与管径的关系式(8)导出：(9)式中：流体流速；：流体工作状态下体积流量；：管道直径.这里以DN100和DN200两种管径为例来计算一下，流速是7m／s时对应的流量是：DN100DN200经计算7m／s的流速限制，对测量气体的影响如下：对DN100的管径，当流量低于198m3对DN200的管径，当流量低于791m3（2）这里再以蒸汽为例计算一下，看一看用于蒸汽流量测量时的影响：先给出质量流量与体积流量的计算关系式：(10)式中：：流体质量流量ρ：流体密度：流体体积流量假如饱和蒸气的压力为0.8MPa，密度为4.655kg/m3,动力粘度为0.0156mPa.s，在流速是7m／s时对应的质量流量是：对DN100的管径对DN200的管径经计算7m／s的流速限制，对测量蒸汽流量影响如下：DN100的管径，当流量低于0.92t/h，弯管的误差增大甚至不能测量。DN200的管径，当流量低于3.7t/h，弯管的误差增大甚至不能测量。用户可以依据上述公式和举例再结合自己的实际数据，自行计算出不同参数下由于弯管流量计下限流速的限制而对测量所造成的影响。（3）再计算一下对应的下限雷诺数Re是多少先给出两个常用计算雷诺数的公式--(11)(12)式中μ：为流体动力粘度，其余同上。大家都知道雷诺数在流量仪表中是一个很重要参数，它是衡量很多流量仪表测量*围性能的一个尺度。例如：涡街流量计用下限雷诺数来说明其测量最小流量的能力：雷诺数≥2×104*围为线性测量区（精度保证区）；雷诺数在5000～2×104*围为可测区（精度低于技术指标）；雷诺数＜5000为不可测量区（死区）。其它流量计也都有不同的下限雷诺数要求（限制），这里就不一一列举了。…………由于弯管流量计属于差压式仪表，所以这里把差压式仪表雷诺数与流出系数C的关系图列出进行分析，见图（15）。V锥下限孔板下限弯管DN200下限弯管DN100下限V锥下限孔板下限弯管DN200下限弯管DN100下限差压仪表流出系数C与雷诺数ReD关系的曲线图（15）从相关资料中可以查到：孔板的下限雷诺数指标为10000；见图示V锥的下限雷诺数指标为8000；见图示由于所有弯管流量计的生产厂家都没有给出其下限雷诺数指标（按照相关规定，差压式仪表必须给出适用的雷诺数的*围）。这里只能根据实际参数计算一下（仍以上述参数为例）：依据（11）式计算DN100弯管的下限雷诺数为：(约21万)依据（11）式计算DN200弯管的下限雷诺数为；（约42万）弯管流量计下限雷诺数与其它流量计的比较见图（15）所示。DN100、DN200的弯管下限雷诺数高达21万和42万，这表明弯管只能工作在高雷诺数区域内。而差压式流量仪表的上限雷诺数因受一些因素的限制，一般不超过107。这就充分说明弯管流量计在同样的上限雷诺数的条件下，其较高的下限雷诺数而限制了其测量*围，从（图15）关系图看，也说明了弯管流量计测量*围较窄，测量小流量的能力较差的实际问题。2）、在国际、国内所有的著书立学中（除了弯管的生产厂外），凡是提到弯管流量计时都一致指出它的测量精度太低，如《流量测量节流装置设计手册》中明确指出：在R/D≥1.25,Re＞104时弯管流量计的流出系数相对不确定度为±4％（169页）。对此我们也查了大量的资料，得到的结果是：几乎所有国内、国外的专家、学者在所推荐的弯管流量计在其可以保证测量精度上，都不能为使用者所接受。3）、弯管流量计要求安装在管道的拐弯处，与防止金属伸缩而造成管道损坏的胀力弯处于同一位置，则管道在冬、夏季节因金属热胀冷缩对弯管的弯径比R/D肯定是有影响的，而弯径比R/D又是决定测量精度极为重要的参数，因此对弯径比R/D应当严格控制，若不能严格对应，则会产生大于5％的误差（厂家资料）。则胀力对弯管的R/D影响到底有多大？目前任何生产厂家都没有相关的分析数据和防*措施。面对流量界关于弯管流量计在测量精度、测量下限、高雷诺数等方面的不同见解和分歧，还有待于广大用户在实践中来检验和判断正确与否。7.3均速管流量计均速管流量计（阿纽巴、××巴……）是在传统的测速毕托管原理上发展而来的，是实现了多点（在直径方向一条线上的多点）同时测量的均速管流量计。近些年国外一些公司在探头的形状和测压孔位置上有了*些改进，在其宣传资料上称测量性能和测量精度上有所提高。优点：结构比较简单、制作成本低、压力损失小，可测水、气体和蒸汽，适用的管径也较大，用于*围度要求不高的过程控制上，其稳定性和精度可以满足要求，最大的优点是可以实现不停车在线安装和维护更换。缺点：它的测量原理决定了精度不会太高。流量变化较大时实际测量精度会远远低于计算值，分析如下：（1）插入杆（节流件）的磨损（导致几何尺寸改变）、迎流面取压孔边缘的磨损等，会导致流量系数发生变化，其结果与孔板相似，测量精度是时间的函数。（2）其工作原理是测量管道中流体平均总压与节流杆背流或下游静压之差，以求得流体的流速再乘以管道截面积而获得流体体积流量。而管道截面积与管道内径D值有关，因此要获得准确流量，必须准确测得D值，而实际情况D值是不容易准确获得的。因为管道内壁的腐蚀、锈蚀、结垢、积污等是不确定的因素，就连用户有时都不能定量确定，流量计生产厂家更是无能为力，这些都会导致实际D值的不准确，由此带来的误差是不能定量确定或修正的。（3）影响插入式流量计测量精度还有速度分布系数、阻塞系数、干扰系数几个因素，这些都与测量管道和实际使用情况有关，而生产厂家对千差万别的用户状况是不可能掌握的，从而导致了这几个因素不能有效确定，由此带来的测量误差无法克服和修正。（4）插入杆（节流件）与管道不能保证完全垂直所带来的误差，也是不能修正和避免。（5）总测压孔插入管道处于管道偏心状态不易控制，从而也会带来测量误差。（6）插入杆（节流件）端头与管壁存有间隙对流量系数带来的误差（若有毫米级的间隙就会导致流量系数偏差4～5%）不能控制和修正，必然影响测量精度。（7）插入杆在高温流体下材料热膨胀导致形变带来的误差同样不能控制和修正。以上这些因素都会较大地影响到测量精度，但是目前还不能准确定量修正这些影响所带来的误差，从而降低了仪表的测量精度。（8）基于测量原理所限对下限流速要求较高，使其测量*围度（量程比）受到影响，这可以从生产厂家提供的资料看出。*××巴流量计厂家资料中限定流量计正常工作所需流体的最低流速：气体：4.5m/s液体：0.6m/s蒸汽：9.7m从上面这些数据可知，它不适合用于低流速的场合（*厂家资料：当雷诺数低至200,000时也可以测量，把处于正常雷诺数*围指标当作优点来宣传，足见其测量下限能力之弱）。用户可以用上面介绍的几个计算公式根据自己使用的实际参数计算一下其下限流量、下限雷诺数的具体数值，就可以得出均速管（××巴）流量计是否能满足实际测量的需要。（举例计算详见"均速管下限计算实例”一文）（9）它最大的缺点是不适合测量脏污等含有杂质的流体，特别是对于冶金行业的高炉、焦炉煤气等脏污流体最好不要使用（除非人工定期抽出节流件进行清洗），否则不但给维护人员带来极大的工作量，也不能保证测量稳定长期进行。有些厂家在资料中宣称的"流量计前部高压区的防堵功能”只是理论上的一个概念，在实际使用中难道几kPa的压力差，就可以阻止流体中夹带的、具有一定惯性的颗粒、焦油突然改变方向而绕行？那些频频发生的××巴因堵塞而拆下清洗的事例又如何解释，因此我们说均速管流量计只能用于流体较干净的介质、而且下限流量较高的场合。八、最后的结论塔形（V形锥）流量计完全适合测量任何气体、液体、蒸汽的场合。如果*些要求有更高的耐用性、坚固和有长期的使用寿命，塔形（V形锥）流量计应该是首选的仪表。从本质上讲塔形（V形锥）流量计是免维护的，因此它不需要进行定期的重新校准。只有在极端的工作条件下时，才有必要对它进行定期检查。同其它任何一次节流装置一样，必须配套使用较高质量的差压变送器以及二次仪表后才能获得整体的优异的系统性能。因此应该按照厂家的要求，定期对差压变送器及二次仪表进行校准。塔形（V形锥）流量计虽然同属于节流式差压流量计，但是它独特的结构、原理使得它不但测量准确度高，而且不存在孔板的磨损与积污问题。流出系数不但可以在现场准确复现，而且可以长期保持不变。再脏的流体也不会在测量管内和锥形体上面积存和堵塞取压孔，因此可以测量煤气等脏污的流体。它的量程比可以做到10：1或15：1甚至20：1（因差压变送器原因系统精度将有所降低）。对安装直管段要求只有1到3D（在调节阀后3D）。它的压损小，可以在低静压、低流速的流体中有效地进行测量。就测量精度而言，它与多声通道超声波、精密气体涡轮、电磁等可属于同一档次的仪表，其次为涡街、旋进旋涡、均速管等。因此在天然气、供热蒸汽、污水等的计量上完全可以用于贸易结算。但就抗脏污能力和工作稳定性而言，唯有塔形（V形锥）流量计性能最佳。塔形（V形锥）流量计可以测低流速（低雷诺数）的特性，是很多流量计不能相比的。塔形（V形锥）流量计是基于非常成熟的原理工作的，它为差压式流量计揭开了崭新的一页。九、使用塔形（V形锥）流量计与孔板等都属于流量的测量部件（或称为传感部件）。对一套流量测量系统而言，还应包括变送仪表、补偿仪表（需要补偿的流体）、显示仪表以及阀门、导压管……等许多辅助部件配合，才能完成测量任务。因此要保证流量测量正常工作，仅仅测量部件的完好和准确是不够的，整个流量系统中每一台仪表、部件都不出问题，才能得到准确的测量数据。除此之外整个测量系统能否正常工作和准确测量，还与流量计安装形式、导压管铺设……等很多因素有关，对于这些辅助部件在测量中所起的作用且不可忽视和小看，哪怕是一个小接头出了问题，都可能使整个测量发生故障或测量不准。对于塔形（V形锥）流量计来说，由于流量计基本是免维护的仪表，因此只要在整套系统各部件的安装过程中，按照相关的规*和要求进行，今后就可以保证整个测量系统在维护量极少的条件下长期稳定地工作。有关塔形（V形锥）流量计的安装、使用、故障判断及处理，由于涉及的内容较多，我公司另外编写了长达八十余页图文并茂、十分详细的《使用说明书》，并随货提供给用户。这里需要提及的一点是，国内众多的V锥生产厂家在提供给用户有关安装、使用的资料中，除了千篇一律寥寥数页的安装图外，更有让用户完全照搬孔板等流量仪表的安装方式。其实我们只要对塔形（V形锥）流量计的结构和现场千变万化的实际情况进行详尽的分析后，就能得到一个结论：在有些场合与介质条件下是可以参照孔板等流量仪表的安装方式的，但是由于塔形（V形锥）流量计的特殊结构，又决定了它在一些场合和介质条件下与孔板是有着完全不同的安装方式，如果一味按照孔板等标准图进行安装，就会造成测量失败的事故。下面是在垂直管道上安装V形锥流量计的简要分析，就可以看出与孔板的不同点：在垂直管道上测量可能含有水分的湿气体（或饱和蒸气）流量时，当流体从下向上流动时，在选型和安装上就与孔板有很大的不同。对于尾部取压结构型，基本是以下三种安装形式，见简化（图16）积液罐积液罐a一体式安装b变送器在上方c变送器在下方积液罐积液罐图16尾部取压结构型在垂直管道