气体流量标准装置设计和计算

2020/2/121气体流量标准装置设计和计算2020/2/122稳定的流场，检定期间，流速、压力、温度稳定不变；摩擦阻力小，流动损失小；气体含液量小；标准器的稳定系数小；气密性要求；气体装置设计要求2020/2/123技术指标要求试验管道公称直径：DN＝25-300mm流量范围：qV＝20-16000Nm3/h气源压力：p＝0.4-0.6MPa露点：-50℃温度：常温，净化后压缩空气检定对象：DN300以下的各种瞬时或累积气体流量计，如涡轮、涡街、差压式等2020/2/124方案论证原始标准选择pVTt法，Mt法传递标准选择音速文丘里喷嘴气体涡轮流量计容积式流量计（双腰轮）2020/2/125音速文丘里喷嘴工作机理成熟，流出系数稳定；高准确度，重复性好；流量不受下游侧参数影响，仅与上游参数有关；无可动部件；工作参数（流量、压力、温度）无限制；结构紧凑，投资相对较小。2020/2/126重复性好，准确度高，可达±(0.1～0.2)％；灵敏度高，反应迅速；量程比宽，刻度线性；受介质密度、粘度的影响较大，高压下与大气压下的仪表系数有较大差异；有可动部件，需定期检定。气体涡轮流量计2020/2/127确定音速文丘里喷嘴00RTPACqmKKKK)1(21)12(2020/2/128理想空气临界流函数12(1)20.0404151KKKKR＝12(1)20.684731KKKK＝2020/2/129被校流量计消音器DN100DN150DN200DN300DN400TP11P1616T123456789101112131415162344.581012.52550100125250500100012502500m/h3音速文丘里喷嘴TTinout2020/2/1210音速喷嘴标准装置设计依据设计依据：ISO9300：2005MeasurementofgasflowbymeansofcriticalflowVenturinozzleJJG620-1994临界流流量计JJG643-2003标准表法流量标准装置JJG619-2005pVTt法气体流量标准装置2020/2/1211设计技术指标试验管道公称直径：DN＝25-300mm流量范围：qm＝25-19000kg/h滞止压力（绝对）：p＝0.7MPa滞止温度：293K（干燥空气）装置准确度±0.5％2020/2/1212最小标准流量计的最小流量不大于被检流量计的最小流量；所用标准流量计的上限流量之和不小于被检流量计的最大流量；被检流量计的任一流量都可以用单台或多台组合的标准流量计得到；满足上述3条件，设置的标准流量计数最少。标准流量计组合条件2020/2/1213音速喷嘴数量确定：管径范围：DN25、40、50、80、100、150、200、250、DN300九种流量范围：qmin=25kg/h，qmax=19000kg/h第2、第3直至第n个喷嘴的流量，分别使其为2qmin，4qmin，8qmin，…2n-1qmin，n是喷嘴个数。n个喷嘴的流量之和应是最大流量。音速喷嘴工艺设计计算2020/2/1214音速喷嘴数量确定上述可知，音速喷嘴流量系列是一等比级数，公比为2，n项流量之和等于最大流量qmax。所以：1minminminmaxmaxminmaxminmaxmin22(21)21ln(1)ln2nnnqqqqqqqqqqn，2020/2/1215maxmin19000/25760ln(7601)9.5710ln2qqn＝音速喷嘴数量确定2020/2/1216喷嘴喉部直径确定00RTPACqm2000011102225012444287.1293[][]0.995660.684737100.02782mmmmPPqACdCRTRTqRTdqCPq＝＝12(1)20.684731KKKK＝2020/2/121712112212312412512670.02782(25/3600)2.32mm0.02782(50/3600)3.28mm0.02782(100/3600)4.64mm0.02782(200/3600)6.56mm0.02782(400/3600)9.27mm0.02782(800/3600)13.11mm0.02782(1600/3600ddddddd121281291210)18.55mm0.02782(3200/3600)26.22mm0.02782(6400/3600)37.09mm0.02782(12800/3600)52.45mmddd喷嘴喉部直径初步确定2020/2/1218上述结果不是唯一的，完全可以有另外的计算来覆盖技术指标中的流量范围。如令qmin＝20kg/h，则流量系列为20，40，80，160，320，640，1280，2560，5120，10240这样10个数据。一样可以覆盖到19000kg/h的最大流量。计算得到10个喷嘴的喉部直径为：喷嘴喉部直径初步确定2020/2/121912112212312412512670.02782(20/3600)2.07mm0.02782(40/3600)2.93mm0.02782(80/3600)4.15mm0.02782(160/3600)5.86mm0.02782(320/3600)8.29mm0.02782(640/3600)11.73mm0.02782(1280/3600)ddddddd12128129121016.59mm0.02782(2560/3600)23.46mm0.02782(5120/3600)33.18mm0.02782(10240/3600)46.92mmddd喷嘴喉部直径初步确定2020/2/1220流量分辨力上述计算的一套喷嘴系统，流量的分辨力是最小流量qmin，可以调节到任一最小流量qmin的倍数。为了提高标准装置的流量分辨力，最小流量qmin应尽可能小。为了达到这一目的，喷嘴数量就会增加。2020/2/1221问题：如果想要使音速喷嘴流量标准装置的流量分辨力为1kg/h，上限流量还是19000kg/h，则需要多少喷嘴，它们的喉部直径应该如何设计？2020/2/1222解：maxmin19000/119000ln(190001)14.215ln2qqn＝2020/2/1223令qmin＝1kg/h，则流量系列为1，2，4，8，16，32，64，128，256，512，1024，2048，4096，8192，16382这样15个系列数据。将这些流量值待入计算喉部直径的公式，就可得到15个喷嘴的喉部直径。2020/2/1224注意事项：上述计算是正压法音速喷嘴装置的数据，p0有0.7MPa，流通能力较强；如果是负压法，则流通能力没有这么大，要达到该设计流量，要用更多的喷嘴并联才能完成。2020/2/1225负压法装置流通能力2000011102225012444287.1293[][]0.995660.684731100.0736mmmmPPqACdCRTRTqRTdqCPq＝＝2020/2/1226音速喷嘴的流通能力音速喷嘴的流通能力在理论上讲是无限的实际装置的流量决定于真空泵的容量、喷嘴直径（外形和喉部）以d=100mm计算（一般外形直径为4d-5d）qv=8000m3/h左右真空泵的容量和投入，运行噪音问题目前在建的最大音速喷嘴装置15000m3/h,20只喷嘴并联，最大被校表口径500mm，3台5000m3/h真空泵2020/2/1227得到上述初步确定的喷嘴喉部直径后，可以计算每个喷嘴的喉部雷诺数Red。根据国际标准ISO9300，可以计算每个喷嘴的流出系数CC＝a-bRed-n＝0.9985-3.412Red-0.5根据不同的流出系数复核每个喷嘴的喉部直径。喷嘴喉部直径复核2020/2/1228喷嘴结构设计结构上分圆环喉部喷嘴和圆柱喉部喷嘴2020/2/1229圆环喉部喷嘴dPD4dD2.5d2.5-6Ra：15×10d-6o0.5470.5460.99592.720Re2.110Re3.2100.99853.412Re2.110Re1.410ddCC精加工圆环喉部2020/2/1230圆柱喉部喷嘴dPD4d3-4dRa：15×10d-6o0.2570.99760.1388Re3.510Re1.110dC2020/2/1231圆环喉部喷嘴结构2020/2/1232加工完成的喷嘴，其流出系数最终要在或PVTt法装置或Mt法装置上进行标定才能使用。2020/2/1233音速喷嘴流量装置结构1234567891压缩机，2过滤器，3去湿器，4贮存容器，5、9控制阀，6被校表，7滞止容器，8音速喷嘴，10汇流管，11缓冲罐，正压法10112020/2/123412345681真空泵，2消音器，3被校表，4、7控制阀，5滞止容器，6音速喷嘴，8汇流管，9缓冲罐负压法97音速喷嘴流量装置结构2020/2/1235标准表涡轮流量计，600的涡轮，每米流速大约1000m3/h左右，800的涡轮，每米流速大约1800m3/h左右；容积式流量计，适用于中小流量；文丘里流量计，流量可以设计得很大，对安装场地有较高要求；