4-2 差压式流量计

第四章流量测量及变送冶金仪表培训教材四第二节差压式流量计阮为斌2014.12流体体流过管道中的阻力件时产生的压力差与流量之间有确定关系，通过测量差压值求得液体流量。产生差压的装置有多种型式，相应的有各种不同的差压式流量计，其中使用最广泛的是节流式流量计，其他型式的差压式流量计还有均速管、弯管、靶式流量计、转子流量计等等。第二节差压式流量计第二节差压式流量计一节流式流量计1.节流式流量计测量原理(1)节流的概念节流就是流体在流动中因流通面积变小而受到局部收缩的现象。对于一定形状和尺寸的阻力件，一定的测压位置和前后直管段，在一定的流体参数情况下，阻力件前后的差压与体积流量之间有一定的函数关系。(2)测量原理1-节流元件2-引压管路3-三阀组4-差压计第二节差压式流量计常数m222111qAuAu22221144duDu根据连续性方程(3)流量方程u1、u2--截面1和2上流体的平均流速；ρ1、ρ2--截面1和2上流体的密度；对于不可压缩流体，ρ1=ρ2=ρ；D,d’—截面1和2上流束直径；第二节差压式流量计2222222111upupP1、P2—截面1和2上流体的静压力；u1、u2--截面1和2上流体的平均流速；ρ1、ρ2--截面1和2上流体的密度；对于不可压缩流体，ρ1=ρ2=ρ；常数2222222111upgZupgZ根据伯努利方程第二节差压式流量计21242224/11ppdDdAuqv体积流量方程：21242224/11ppdDdAuqm质量流量方程：第二节差压式流量计以实际采用的某种取压方式所得到的压差△p来替代p1-p2的值，同时引入流出系数C对上式进行修正，得实际流量公式：pdpdCqv24241224pdpdCqm24241224第二节差压式流量计对于可压缩流体，考虑到节流过程中流体密度的变化而引入流束膨胀系数ε进行修正采用节流件前的流体密度ρ，由此流量公式可更一般的表示为：pdqv242pdqm242第二节差压式流量计2.节流装置节流装置就是使管道中流动的流体产生静压力的装置，完整的节流装置由节流元件、取压装置和上下游测量导管3部分组成，有标准节流装置和非标准节流装置两大类。第二节差压式流量计(1)标准截流装置①适用条件流体必须是牛顿流体，在物理学和热力学上是均匀的、单相的，或者可认为是单相的流体；流体必须充满管道和节流装置且连续流动，流经节流件前流动应达到充分紊流，流束平行于管道轴线且无旋转，流经节流件时不发生相变；流动是稳定的或随时间缓变的。第二节差压式流量计②装置组成直管段节流件下游第一阻流件上游第一阻流件上游第二阻流件标准节流装置由标准节流件、标准取压装置和节流件前后直管段（节流件前10D，后5D）三部分组成。第二节差压式流量计③标准截流元件标准孔板标准孔板是一块具有与管道同心圆形开孔的圆板，迎流一侧是有锐利直角入口边缘的圆筒形孔，顺流的出口呈扩散的锥形。第二节差压式流量计E=0.02~0.05De=0.005~0.02Dd=12.5mmmmDmm10005075.02.0第二节差压式流量计第二节差压式流量计标准喷嘴一种以管道轴线为中心线的旋转对称体，主要由入口圆弧收缩部分与出口圆筒形喉部组成。有ISAl932喷嘴和长径喷嘴两种型式第二节差压式流量计第二节差压式流量计文丘里管文丘里管有两种标准型式：经典文丘里管(简称文丘里管)与文丘里喷嘴。第二节差压式流量计第二节差压式流量计第二节差压式流量计a.1/4圆喷嘴b.锥形入口孔板c.圆缺孔板(2)非标准截流装置第二节差压式流量计第二节差压式流量计3.节流装置的取压方式根据节流装置取压口位置可将取压方式分为理论取压、角接取压、法兰取压、径距取压与损失取压五种。第二节差压式流量计(1)角接取压第二节差压式流量计(2)法兰取压第二节差压式流量计角接取压法适用于孔板和喷嘴，比较简便，容易实现环室取压，测量精度较高。法兰取压法适用于标准孔板，结构较简单，容易装配，计算也方便，但精度较角接取压法低些。管径较大时，测量精度较高。(3)特点第二节差压式流量计第二节差压式流量计4.节流装置的其它辅件(1)冷凝器被测流体是蒸汽或湿气体时，在导压管内要积存凝结水。为了使前后导压管内液位高度保持不变或相等，常采用冷凝器。第二节差压式流量计(2)集气器和沉降器当被测介质为液体时，为防止液体中析出的气体进入差压计，引起测量误差，我们常在导压管的最高处放置集气器。集气器上有排气阀，可定期排出积存的气体。为了防止液体中析出的沉淀物堵塞导压管，我们又在导压管的最低处放置沉降器及排污阀，以便定期排除污物。差压计+-第二节差压式流量计(3)隔离器对于高粘度，腐蚀性强，易冻结或易析出固体颗粒的液体，应采用隔离器，将被测流体与差压计隔开。第二节差压式流量计直管段节流件下游第一阻流件上游第一阻流件上游第二阻流件5.节流式流量计安装与使用(1)节流装置的安装Ø节流装置必须安装在直管道上。节流件前后应有足够长的直管段L。第二节差压式流量计第二节差压式流量计Ø节流元件的开孔与管道必须同轴。节流装置前2D以内的管道内径D20′与管道内径的计算值D20的最大偏差要小于规定限度。节流元件在安装之前应保护好开孔边缘的尖锐和表面光洁度。第二节差压式流量计(2)导压管路的安装管道弯曲处应有均匀的圆角严防有磕碰或压扁现象。导压管应垂直或倾斜敷设。两导压管应该尽量靠近、平行敷设。导压管要采取防烘烤、防冻结等措施。全部导压管管路要密封无漏。要根据测量条件加装集气器等装置。第二节差压式流量计液体流量测量时信号管路的敷设方式第二节差压式流量计气体流量测量时信号管路的敷设方式第二节差压式流量计蒸汽流量测量时信号管路的敷设方式第二节差压式流量计(3)差压计的安装差压计的安装要十分注意安装现场的条件。差压计之前要装三阀组（或平衡阀），在投入运行或拆修之前，要先打开平衡阀，再打开或关闭截止阀，可以起到单向过载保护作用。第二节差压式流量计二其它差压流量计1.均速管流量计均速管始于20世纪60年代。它的结构简单，容易加工，成本低廉，不可恢复的压力损失小，大约只相当于节流装置的百分之几；流量传感器是插人式探头，安装简易，可以不断流进行装卸和维护，而且性能稳定。(1)均速管流量计概述第二节差压式流量计均速管流量探头主要有阿纽巴（Annubar）、威力巴（Vrabar）、威尔巴（Wellbar）、德尔塔巴(Deltaflow）、托巴（Torbar）、双D巴等几种。它们的共同特点都是结构简单的插人式探头，适于测量气体、蒸汽和液体的流量，管道内径从十几毫米到几米，使用范围很广。第二节差压式流量计均速管原理是测量管道内流动流体的速度压力—流速，其结构形式多采用菱形,T字形、椭圆形与子弹头形等形式。均速管的开孔位置与数目也各不相同，迎流方向的全压孔（或称高压孔）设在管的前端，开孔数目有2、4、5等个数（即管道半径对应的开孔数目），视管径大小而定。开孔的布置按对数一线性法或对数一契比雪夫法计算。静压孔设在测杆的背部或侧面，开孔数目可有一个或几个，形式多样。第二节差压式流量计是一根沿直径垂直插入管道中的中空金属杆，在迎流面上开有成对的测压孔，测量的是反映平均流速的总压；在背流面的中心处一开有一只静压孔，引出静压。(2)阿牛巴管（Annubar）第二节差压式流量计全压孔检测杆全压均值管静压引压管静压孔(2)阿牛巴管的工作过程第二节差压式流量计)/(12645.0)/(/12645.0232hkgPDFYKqhmPDFYKqrrrmrrrv式中D—管道内径mm；ΔP—压差，kPa；ρ—流体密度,kg/m3；Kr、Yr—均速管流量系数和气体膨胀系数（对液体Yr=1）；Fr—雷诺数修正系数，由实验求得，或由生产厂提供。(3)实用流量公式第二节差压式流量计优点：结构简单，安装维护方便，价格低，压力损失小，适用管径范围宽。缺点：差压输出小，灵敏度低，量程比小（3：1），很难用于带尘气流的测量。(4)阿牛巴流量计特点第二节差压式流量计(5)阿牛巴流量计实物图形第二节差压式流量计(6)阿牛巴流量计安装与使用工作范围：D=25~2500mm，工作压力=5MPa,工作温度=400℃,雷诺数104,流速要求，气体5m/s,液体0.5m/s，蒸汽9m/s以上。安装要求：其前直管段7-24D，后直管段3-4D应用范围：送、引风矩形风道和大容量机组回热管道等大管径、低参数流体的流量测量第二节差压式流量计第二节差压式流量计转子流量计也是利用节流原理测量流体的流量，但它的差压值基本保持不变，是通过节流面积的变化反映流量的大小，故又称恒压降变截面流量计，也有称作浮子流量计。以浮子在垂直锥形管中随着流量变化而升降，改变它们之间的流通面积来测量体积流量。2.转子流量计(1)转子流量计概述第二节差压式流量计当被测流体自下而上流过流量计时，流体作用于浮子，使浮子受到向上的作用力，作用力大小与浮子上下游两侧的压力差及有效作用面积有关。因此在仪表结构、流体一定的情况下，浮子悬浮的高度就代表了被测流量。(2)转子流量的工作原理第二节差压式流量计(3)转子流量的结构主要由玻璃锥形管、浮子、和支撑结构组成。流量标尺直接刻在锥形管上，由浮子位置高度读出流量值。玻璃管转子流量计的锥形管刻度有流量刻度和百分比刻度两种。①直读式转子流量计罩壳玻璃椎管浮子密封填料连结法兰第二节差压式流量计②远传式转子流量计远传式转子流量计可采用金属锥形管，它的信号远传方式有电动和气动两种类型，测量转换机构将浮子的移动转换为电信号或气信号进行远传及显示。1、2－磁钢；3－杠杆；4－平衡锤；5－阻尼器；6、7、8－连杆机构；9－标尺；10－指针；11、12、13－连杆机构；14－铁心；15－差动变压器第二节差压式流量计(4)转子流量计的特点对上游直管段要求不高，或者说没有上游直管段要求。测量的流量范围较宽，一般为10：1。流量测量元件的输出接近于线性，压损较低。优点缺点差压输出小，灵敏度低，量程比小（3：1），很难用于带尘气流的测量。第二节差压式流量计(5)转子流量计的实物图形玻璃管浮子流量计金属管浮子流量计第二节差压式流量计(6)转子流量计的安装与使用工作环境温度低于60℃，防震、防晒、防雨淋，便于操作。转子流量计应垂直安装在管道上，倾斜不得大于30′，流体必须自下而上通过流量计。流量计前后应有截止阀，并安装旁通管道。仪表投运时，要先开旁路阀，再将前、后截止阀按顺序缓慢开启，投入运行后，关闭旁路阀；仪表停运时，要先开旁路阀，再关截止阀。①安装第二节差压式流量计第二节差压式流量计②使用适用范围：于中小管径、低流速和较低雷诺数的单相液体或气体流体。刻度换算量程调整第二节差压式流量计当稳定的流体通过弯管时，由于改变了流体的方向而产生离心力，在离心力的作用下，沿着弯管中心径向曲率轴线存在压力梯度。弯管内外壁上产生压力差。管内流体流量与压力差的平方根成正比。(1)弯管流量计工作原理RD3.弯管流量计第二节差压式流量计2v122m122qCD(pp)4qCD2(pp)42RCD流出系数：流量系数：与弯管的几何结构尺寸有关(2)弯管流量计流量方程第二节差压式流量计Ø是一种可用于任何工艺管道流量测量的装置。Ø流量传感器安装无附加压力损失，是一种节能产品。Ø直管段要求低（前5D后2D）适用性强，量程比大。Ø具有结构简单，价格低廉、安装方便、耐磨损、免维护等特点。Ø测量精度再现性好，使用寿命与管道同等。(3)弯管流量计特点第二节差压式流量计(4)弯管流量计实物图形第二节差压式流量计(1)靶式流量计工作原理4.靶式流量计在管道中垂直于流动方向安装一圆盘形阻挡件，称之为“靶”。流体经过时，由于受阻将对靶产生作用力，此作用力与流速之间存在一定关系。通过测量靶