1前言
在实际的生产过程中,为了有效地进行操作、控制和监督,常常需要检测各种流体的流量。流量检测仪表是发展生产,节约能源,改进产品质量,提高经济效益和管理水平的重要工具,同时也是工业自动化仪表和装置中的重要仪表之一。
在流量检测中有体积流量和质量流量两种方式进行测量。质量流量常常需要被测物的密度来进行检测,而被测物中含有一定的杂质导致测量的正确。所以在这种情况下体积流量的优势就体现出来了。
在体积流量中有一种测量装置———差压式流量计受欢迎。差压式流量计具有结构简单、价格合理、使用方便的优势,成为目前工业生产中应用的一种流量计。
2流量计的分析及改进
2.1差压式流量计
差压式流量计是基于流体的节流原理。它是利用流体流经节流装置时产生的压力差来进行计算测出流量的。在流通管道上设置一个流动阻力件,当流体流经阻力件时将产生压力差,而这个压力差与流体流量之间有确定的一个数值关系,通过测量出这个压力差就可以求得流体流量。
产生差压的装置有许多种,包括节流装置、动压管、均速管、弯管等。在节流装置中常用的:孔板流量计、喷嘴、文丘利管等。这里主要分析板孔型节流装置和运用。
2.2节流式流量计
孔板节流式流量计可用于测量液体、气体或蒸汽的流量。此流量计是应用成熟的差压式流量计,至今在流量仪表中占有重要的地位。
节流式流量计中产生差压的装置称节流装置,其主体是一个局部收缩阻力件,称为节流元件。通过节流元件改变流体流通截面,从而在节流元件前后形成压力差。节流装置分为标准节流装置和非标准节流装置,标准节流装置的研究最为充分,装置型式已经标准化和通用化,只需要根据有关标准进行设计计算,严格按照加工要求和安装要求,这样的节流装置不需要经过单独标定就可以使用。而非标准节流装置用以解决脏污和高黏度流体的流量测量问题,尚缺乏足够的实验数据,因此没有标准化。
节流式流量计的特点是结构简单,无可动部件;可靠性较高;复现性能好;适应性较广,它适用于各种工况下的单相流体,适用的管道直径范围宽,可以配用通用差压计;节流装置已有标准化型式。其主要缺点是安装要求严格;流量计前后要求较长的直管段;测量范围窄,一般范围度为3∶1;压力损失较大;对于较小直径管道测量比较困难,精度不够高。
2.3节流原理与流量方程
首先先容流量计算方程中需要用到的参数及其意义:
ρ—流体密度;
D、A1—管道直径和截面积;
d2、A2—流束最细处(即截面B处)流束直径和截面积;
d、A0—孔板开孔直径和开孔截面积;
P1、P2—孔板前后固定位置处静压力。
管道中流动的流体具有一定的能量,即静压能和动能,并且这两种能量可以相互转化。可以明显看出孔板前后流体的速度和静压力的变化情况。流体在截面A以前,静压力为P11,流速为υ1,当流体靠近孔板时,管壁处的流体此时受到的阻挡最大,使得部分动能转换为了静压能,导致静压力升高,产生靠近管壁流体与管道中心流体间的径向压差,从而使得靠近管壁流体的流向与管道轴线相倾斜,形成了流速收缩运动。由于惯性的作用,流束最细处在孔板后的截面B处,此时流速υ2最大,而静压力P22最小,之后流束渐渐扩大,到截面C处完全复原,流速υ3=υ1.
由于节流装置的存在,流体形成的局部涡流和克服摩擦力,消耗部分能量,所以流体的静压力不能恢复到原来的数值P11,压力损失值为δP=P11-P3.
流量方程的推导:
由于最小流束截面B的位置是不固定的,会随流体性质和直径比β=d/D变化而变化,因此不可能取得最小截面压力,而只能取出固定取压位置处的压力差ΔP=P1-P2,又因为d2,A2无法测量,故用节流元件开孔直径d和开孔面积A0代替。
节流元件的型式、取压方式、节流装置开孔直径、管道直径和流体的流动状态都会影响α。
2.4改善措施与应用领域
由于差压式流量计具有结构简单、价格合理、使用方便的优点,许多人都喜欢使用。但是在现场实际应用中,往往有较大的测量误差,这是由于选型、设计计算、加工制造和维护不当造成的。针对这些状况给出了一些改善措施,提高测量正确度。
2.4.1使用标准孔板
标准孔板的β=d/D在0.2~0.75左右。为了方便计算可取0.5。但是由于标准孔板测量精度低,压力损失大,只用于清洁流体。
2.4.2节流装置的设计和计算。
(1)已知管内直径和现场布置情况,并且已知流体的性质和工作参数,给出流量测量范围,要求设计标准节流装置。这种情况下的设计只要将自己选择的节流型式,测量范围还有节流元件的开孔尺寸等交给厂家。厂家有完整的手册和App,可以按照用户的要求提供。
(2)已知管道内径和节流元件开孔尺寸、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流量。这一般是实验的工作需要,为了更加正确地求得流量,此时需要大家同时正确地测量流体的温度、压力参数。
3结论
在实际生活中差压式流量计的优点明显,现在市场上所使用的流量检测装置大部分都是差压式流量计。孔板节流式流量计作为其中的代表应用广泛。在长期的使用中手册数据资料齐全,对大家而言是十分有利的。大家只要按照标准来确定自己的参数大小。按照计算方便和加工容易的考虑。
开孔尺寸、工作参数等要求。按照这种方法,用户可以自己简单准确计算出自己生产中所需的测量装置;而在实验工作中,要求数据的更加正确和严谨,往往一个数据会保留到小数点后面几位,这样在计算时如果出现平方开根号现象会使得结果更加复杂,导致制作加工难度的上升。如果合理取值后计算结果十分方便,对于计算加工都是有帮助的。这样对于装置可以更加合理,生产力有了更大的提高。
相信在未来孔板节流式流量计会有更大的发展和改善,会有一批节流式流量计的出现投入到更广更深的市场运用中去。
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