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內藏式環型錐體節流裝置概述及原理

Label 發布於:2016-12-05 16:08:48 瀏覽:870【次】

1  概述

內藏式環型錐體節流裝置為我公司專利產品,專利號:(ZL200820222786.1),並已獲得多項專利技術。廣泛應用於冶金、石化、電力行業中各類煤氣、煙氣、空氣、天然氣等低壓力大管徑流量的精確計量。

以孔板、噴嘴、經典文丘裏管等為代表的標準差壓式流量計,應用於流量檢測愈多年。而這些結構類型的流量計由於自身結構上的缺陷,在投運一段時間後,其入口邊緣的尖銳度就開始遭到破壞,從而帶來一些重大缺陷。如:流出係數不穩定、線性差、重複性不高、準確度因受諸多因素的影響也不高、易積汙和易被磨損、壓損較大、量程比小、現場安裝要求條件高、要求前後直管段過長等。

如何改善標準節流裝置在使用過程中的種種缺陷,對此行業內人士對節流裝置的優化改進工作一直沒有中斷過,我公司從事流體力學研究的專業技術人員經過大量的流體力學理論研究和國家重點大型風洞實驗驗證,提出內藏式環型錐體節流裝置理論,它是利用在測量管道中同軸方向安裝的尖圓錐體及相應取壓口。這種結構由於流體不是被迫收縮到管道中心軸線附近,並且也不再是一個阻擋物(節流件),令流體突然改變流動方向,而是利用這種新穎的內藏式環型錐體節流裝置,對流體逐漸朝管道內壁的收縮(節流),使內藏式環型錐體節流裝置具有了一係列獨特的優點。這種流量計在其節流件的下遊隻會產生高頻微幅的喘流(小渦流),因而差壓變送器所測量的差壓(△P)信號是低噪聲信號,這樣在大管徑低壓力的取壓孔處可以測得靈敏度(分辨率)優於2.5mm水柱的壓力。這就使隻用一個差壓變送器就獲得很寬的量程比(量程比大於15:1)和很好的重複性(重複性優於±0.1%)。這種流線性的尖圓錐可使流體很流暢,且其阻力很小,經過尖圓錐導流架後,流場波動幹擾很小,因而壓損可以忽略不計,由於采用等分麵積法和多點多孔取壓,再經大量風洞的實驗驗證,其安裝要求前後直管段大大縮短,一般上遊直管段要求0~3D,下遊要求直管段0~1.5D即可。

而對於介質壓力更低、流量更小、流速更慢的煤氣、煙氣等較贓介質的流量

測量。我公司科研人員又推出在管道壓力、溫度、流量等介質工作狀態不變的情況下,通過提高管道內介質的流速,進而改變管道內流場的分布,使由之前的緩慢流速變成漸快流速。再經大量的風洞實驗驗證,又推出既能產生較大差壓信號,降低壓力損失,又能節省前後安裝直管段,大大提高測量精度的新型差壓式流量計——內藏式環型錐體節流裝置(Z型)專利號:ZL201020105772.9。

2  測量原理

    內藏式環型錐體節流裝置(V型、M型)測量原理

流體經過內藏式環型錐體節流裝置錐體導流架自動整流,在其尖圓錐的喉部,此處流速加劇,成為最大,截麵積處靜壓力最低,測得這個截麵積上的靜壓點,再取其尖圓錐正麵迎著氣流的方向駐點處總壓,因其速度為零,測得等麵積上的總壓為最大值,這兩點形成差壓。再由伯努利方程求出管道內真實流量。同時,可根據流體的流速大小而設計計算尖圓錐的大小,改變差壓量程,保證測量精度,波動幹擾也很小。

    內藏式環型錐體節流裝置(Z型)測量原理

當流體通過內藏式環型錐體節流裝置時,經過前收縮段改變被測介質流速,再通過取壓喉部整流二次抽吸加速作用,再經過後擴散段逐漸恢複壓力損失,測得流經內藏式環型錐體節流裝置的前後取壓接口的動態壓力,形成壓力差,結合流體力學理論和大量風洞實驗,得出數學模型,從而得出管道內介質真實流量。

    內藏式環型錐體節流裝置數學模型

內藏式環型錐體節流裝置與其它差壓式流量計測量的本質原理是一樣的,都遵循封閉管道內流體的連續性方程(質量守恒)和伯努利方程(能量守恒)定律。其數學模型如下:

a、氣體可膨脹性係數ε

如果被測介質是氣體,則必須使用氣體可膨脹係數ε來修正伯努利方程。這是因為在節流件兩端由於壓力變化所造成的氣體密度ρ的變化並不適用於液體。對於氣體必須用ε乘以C(即用ε來修正流出係數C)。對於內藏式環型錐體節流裝置的ε的計算公式如下:

ε=1-(0.649+0.696β4· P/k ·P1

公式中:

   ΔP :一般指在常用流量下,內藏式環型錐體節流裝置的常用差壓;

    β :內藏式環型錐體節流裝置的等效直徑比;

     k :被測介質(可壓縮流體)的等熵指數;

     P1:工況下節流件上遊取壓孔處可壓縮流體的絕對壓力;

    ΔP與P1應取相同的壓力單位。

對於每一個內藏式環型錐體節流裝置,在流量公式中所采用的流出係數C是通過流量標定所獲得的。C的典型數值範圍是0.75~0.85。對氣體或蒸汽介質的可膨脹係數ε可按上式計算。

b、根據流體力學伯努利方程和連續性方程的基本原理及大量的國家重點風洞實驗研究,內藏式環型錐體節流裝置的計算模型(帶壓力、溫度自動補償)可歸納為:

QN = k1u(t)+ k2

QN: 被測氣體的標準體積流量                             單位:Nm³/h

t : 被測氣體溫度                                       單位:℃

P : 被測氣體工作壓力                                   單位:Pa

Ph: 當時當地大氣壓                                     單位:Pa

ΔP : 內藏式環型錐體節流裝置所測差壓                     單位:Pa  

u(t): 氣體動力粘度的溫度修正函數,對某一氣體此函數已固定 單位:Pa·S

 k1: 與工藝管道幾何 結構相關的常數,無量綱

k2: 經風洞實驗後標定係數,無量綱

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