V形锥流量计说明书-长沙凌慧仪表科技有限公司

长沙凌慧仪表科技有限公司地址：湖南省长沙市雨花区圭塘体院北路65号电话：[phone]传真：855150181一、概述V形锥流量计是20世纪80年代提出的一种差压式流量计，V形锥流量计是一种新概念的差压式流量计，传统的差压式流量计都是在管道四周节流，流体从管道中心流过，而V形锥流量计打破传统概念，将节流元件—V形锥体，悬挂在管道中心，流体经管道中的锥体压缩后被迫沿管壁流动。这种全新的取压方式更加符合流体学，测量精度和稳定性能较传统差压式流量计有很大的提高。V形锥流量计适用于复杂恶劣的环境及各种介质条件的工艺流程测量，可以测量液体、气体和蒸汽。它具有精度高、性能稳定可靠、使用寿命长等显著特点，广泛应用于石油、化工、冶金、电力、医药、环境以及食品加工等行业。二、工作原理V形锥流量计是一种通过节流取差压以反映流量大小的节流装置。节流件为一个悬挂在管道中央的锥形体，高压P1取自锥体前流体未扰动（即未形成节流，流体未加速）的管壁；低压P2取自后锥体中央，并通过引压管引至管外，其差压△P的平方根与流量成正比。计算方式与孔板、喷嘴等类似。流向锥体P2P1P图1内锥流量传感器结构示意图1、法兰2、高压取压口3、低压取压口4、管道5、V形锥体V形锥流量计的关键部件即节流件为独特的V形圆锥体，与其它差压式流量计相比，是一项突破性创新，克服了其他节流装置的缺点。虽然V形锥差压式流量计的测量原理与其它差压式流量计相似，但几何结构却完全不同，悬挂在管线中心的V形锥体具有独特的整流功能。流体在节流元件的作用下，流场将经过非稳定流→稳定流→恒（常）流的变化过程（如下图所示），因此在节流元件的上游PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建长沙凌慧仪表科技有限公司地址：湖南省长沙市雨花区圭塘体院北路65号电话：[phone]传真：855150182部分满足了差压式流量计测量原理所需要的理想前提条件，从而本质上保证了测量的精度。原管道流场流经V形锥时的流场图2内锥流场分布普通的孔板会引起持续的涡流，产生低频、大幅度的干扰信号，严重影响差压读数的准确性，V形锥流量计包括一个在测量管中同轴安装的尖圆锥体和相应的取压口。该测量管是预先通过精密加工的，在尖圆锥体的两端产生差压。此差压的高压（正压）是在上游流体收缩前的管壁取压口处测得的静压力P1，如图2所示，而低压力（负压）则是在尖圆锥体朝向下游端面，锥体中心轴处所开取压孔处压力P2。该尖圆锥体的顶尖朝向来流，该圆锥体与其尾随面之间是一个尖锐的锐角。此交合面的边缘使得流体在进入下游的低压区之前有一个平滑的过渡区，如图2所示。由于流体不是被迫收缩到管道中心轴线附近，并且也不再是一个阻挡物（节流件）令流体突然改变流动方向，而是利用这种结构新颖的V形锥式节流装置实现了对流体的逐渐朝向管内边壁的收缩（节流），使V形锥式流量计具有了一系列独特的优点。这种流量计在其节流件的下游只会产生高频低幅的喘流（小涡流），因而差压变送器所测量的差压ΔΡ信号是低噪声信号。这样在低压力的取压孔处可以测得灵敏度（分辨率）优于2.5毫米水柱的压力。这就使只用一个差压变送器就获得很宽的量程比（量程比可大于15比1）和很好的重复性，重复性优于±0.1%。V形锥流量计的管道中心处悬挂着一个V形的V形锥体，当流体流经锥体时，锥体节流作用使速度加快，按照能量守恒定律，在流体被加速时管道静压力会降低到一个相应的值，从而使V形锥体下游会形成一个低压带,导致V形锥体上下游形成差压。流体的流量与其流经V形锥体前后所产生的差压的开方成比例关系，这便是封闭管道中能量相互转换的伯努力定理。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建长沙凌慧仪表科技有限公司地址：湖南省长沙市雨花区圭塘体院北路65号电话：[phone]传真：855150183/QKYPSr=Δ•式中Q－流量K－常数，无量纲，因不同流量计而异Y－气体膨胀系数，无量纲，在非压缩介质应用时Y=1P－P1-P2ρ－流体密度对V形锥流量计来说222241DQgCpbb=-其中221dDb=-式中：Q－流量；g－重力加速度；D－管道内径；d－锥体外径；b－直径比，无量纲；C－流出系数；虽然V形锥流量计的流量测量公式与其它差压式流量计测量公式相似，但几何结构则全然不同，悬挂在管道中心的V形锥体，迫使流体中心部分流体包围V形锥体流过，这种几何结构上的安排导致产生了许多传统差压流量计所没有的优点。在一段足够长的管道中，如果其中没有阻挡物，也没有任何干扰，其流体被称为充分发展。如果在管道的截面上取一条直径上的线，在线上每一点处流速都是不同的。粘着管壁处的流体，因与管壁PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建长沙凌慧仪表科技有限公司地址：湖南省长沙市雨花区圭塘体院北路65号电话：[phone]传真：855150184产生摩擦阻碍，速度几乎为零，而管道中心处因无阻碍，所以流速最大。如果有一个V形锥体悬挂在管道中心，它迫使中心处的流速越来越慢，管壁附近的流速逐渐加快，从而达到使流速“均化”的效果，其他差压式流量计的中心处是空的，不能使流速“均化”。这是V形锥流量计的最大优点之一，使得在低流速时仍能产生足够的差压，随着流速的降低，这种作用更加显著。而传统的差压式流量计在此种情况下可能早已不能测量了。传统差压式流量计测量流体时存在着“信号跳跃（signalbounce）”现象。这意味着即使流体流动是稳定的，信号的脉动也依然存在。因为流体在管道中流动，会在节流件的下游形成漩涡，这是涡街流量计的研究对象，但对于差压式流量计而言，节流件下游的漩涡是干扰信号。这种涡街的波动会叠加到差压的负压端，影响测量精度。V形锥能有效改良流速的轮廓分布，使其流速趋于一致，这种改良后的流体绕着V形锥流过，在锥体的下游产生的是高频低幅并成对称分布的小旋涡，而孔板产生的则是低频高幅的大旋涡，在同一时间和相同情况下，孔板负压波动明显大于V形锥。V形锥流量计的信号噪音非常低，它在低流量、低差压的情况下，仍能保持较高的测量精度和稳定性，特别适合于低密度，低流速的气体测量。三、特点1、流量计的自清洁功能流体在管道中流动，因管壁的摩擦，流体在管壁处流速最慢，流体中脏污颗粒沉积在管壁上。当流体接近V形锥时，管道中央流速变慢、管壁附近流速逐渐加快，最后绕过V形锥，没有积垢死角，杂质不会在锥体附近沉积，这一吹扫式设计决定了它在焦炉煤气（Coke-ovenGas）测量中，不会被易粘结的杂质，粘在V形锥附近。如矿物油（Naphtha）、氨基水合物（Ammoniumhydrate）以及焦（Tar）等。2、无苛刻的直管路要求传统差压式流量计的特性是基于理想的流动状态；而实际上这种状况在真实应用中是根本不存在。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建长沙凌慧仪表科技有限公司地址：湖南省长沙市雨花区圭塘体院北路65号电话：[phone]传真：855150185任何管道布置上的变化，如弯头、阀门、缩径、扩径、泵、三通接头等都会破坏充分发展流。一般流量仪表很难在扰动的流动中取得正确测量值，V形锥流量计则克服了这些缺点，实际上锥体本身重新安排了上游的流速分布，这与锥体的形状上位置密切相关。如上游有两个不在同一个平面上的弯头，而且很靠近锥体，V形锥体也能使速度分布平坦和对称，从而确保了测量精度。安装时所要求直管段很短,上游要求0至3D(当流量计安装在阀门的下方时,要求3D),下游要求0至2D，不需要在流量计的上游安装流动调整器。3、耐磨损，长期稳定性好大多数的节流式差压流量计都没有可动部件，因此可以认为它们在机械性能方面是稳定的，然而，虽然标准孔板早已列入国际标准ISO5167和我国国家标准GB2624,但在结构上是有其固有的弱点，它在实际使用中是不耐用的。一块孔板的使用期限可以是十年或更长，但在安装投运后仅4至5个月，其入口边缘的尖锐度就已开始遭到破坏。在使用中，由于流体的磨蚀作用，特别是对于高压、高流速含颗粒的流体以及高温蒸汽等，它的入口边缘将更快地变钝，被磨成圆形入口边缘。其结果是：在相同的流量下，通过孔口后的流体收缩程度减弱，差压不断降低，会形成日益增大的负流量误差。孔板出口处的流束最小截面积在入口被磨蚀后已经增大，如果在此状况下能够标定，自然会发现该孔板的流出系数已经增大，但使用中仍沿用按标准公式计算得出的较小的系数。因此会出现日益增大的负系统误差。孔板是当今各工业部门中使用量最大，应用面最广的一种计量器具，然而它的精确度却是使用时间的函数，即越用越不准。因此有必要用另一种更先进的节流装置来取代孔板。其它节流式流量计也有类似的问题。根据伯努力定理，可以看出如果决定β值的几何形状改变了就会对测量精度有影响，因此对传统的节流式流量计，流体的磨蚀是影响流量计性能的一个问题。V形锥流量计的设计和制造，可以确保它决定β值的边缘不会由于接触流体而被磨损。当流体流入V形锥流量计表体内时，高速的核心流动将被迫按照流线的路径与靠近管内壁的边界层相互作用，于是一个二次形成的边界层会沿着锥体周围的区域被重新分布。其结果就是一个接近于管内平均流速PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建长沙凌慧仪表科技有限公司地址：湖南省长沙市雨花区圭塘体院北路65号电话：[phone]传真：855150186的稳定流，从而可以使流量计按预计的方式工作，正常发挥其性能。在长期使用后，如果在锥体的前端（即头部）产生磨蚀，也不会影响V形锥流量计的性能，而且这里通常都使用坚固的材料来制作或者该处有坚固的支撑结构，由于V形锥流量计的节流缘是钝角，流动时形成边界层，使流体离开了流缘。边界层效应使肮脏流体不能磨损节流缘，其值长期不变。因此无需重复标定，具有长期稳定性。4．信号稳定性好对于其他大多数类型的差压式流量计，负压信号的稳定性是测量过程中的一个关键问题，由阻流件造成的漩涡可能会造成信号的多次反射，影响负压信号的稳定。对于V形锥流量计来说，在其V形锥体的尾部产生的是一种高频率低幅值的漩涡。这种类型的信号会增强差压变送器的性能，使之能测量更小的差压，从而使量程比（范围度）增大。主要是由于此类型的信号并没有被造成误差的噪声所淹没。在压缩机控制的使用场合，如使用V形锥流量计将是理想的。对于V形锥体在其尾部所得的是高频、低幅值的波动信号，如图3（a）所示。对于孔板，所测得的是低频、高幅值的波动信号，如图3（b）这对测量不利。图3（a）V形锥流量计信号图3（b）孔板的信号5、适合湿气的测量其它类型差压式流量计在测量气中带液（不超过10%）的介质时，由于液相在负压区产生大的抖动，会引起负压波动很大；而V形锥流量计则不然，液相会沿着V形锥的管壁流动，不会在节流元件的下游产生大的抖动，特殊设计的专用V形锥体可以减弱被测压力（差压）场中脉动（振荡）的幅值，从而减小差压信号中的噪声，保证了气液两相介质的测量精度。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建长沙凌慧仪表科技有限公司地址：湖南省长沙市雨花区圭塘体院北路65号电话：[phone]传真：8551501876、相对压损小由于没有锐利的缘口，V形锥流量计引起的压力损失是恒定的，且远比孔板的压损小，因为V形锥流量计取压稳定，正常流量情况下2—3Kpa的差压就足够，而孔板则需要16Kpa以上。V形锥推荐的最大差压为4—10Kpa。由于压损小,适用于低静压流体的流量测量场合,