差压式流量计原理及选型及维护课件.ppt
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1、差压式流量计原理及选型差压式流量计原理及选型江西晨鸣动力车间1 1 1 1、概述:、概述:、概述:、概述:差压式流量计(以下简称DPF)是根据安装于管道中流量检测件产生的差压,已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸以测量流量的仪表。DPF由一次装置(检测件)和二次装置(差压转换和流量显示仪表)组成。通常以检测件的型式对DPF分类,如孔板流量计、文丘里管流量计及均速管流量计等。二次装置为各种机械、电子、机电一体式差压计,差压变送器和流量显示及计算仪表,它已发展为三化(系列化、通用化及标准化)程度很高的类型规格庞杂的一大类仪表。DPF按其检测件的作用原理可分为:节流式、动压头式、水力阻力式、离心式
2、、动压增益式及射流式等几大类,其中以节流式和动压头式应用最为广泛。节节流流式式DPFDPF由由三三部部分分组组成成:节节流流装装置置、差差压压变变送送器器和和流流量量显显示示仪仪。节节流流装装置置按按其其标标准准化化程程度度分分为为标标准准型型和和非非标标准准型型二二大大类类。所所谓谓标标准准节节流流装装置置是是指指只只要要按按照照标标准准文文件件(ISO5167ISO5167或或GB2624GB2624)设设计计、制制造造、安安装装和和使使用用,无无须须经经实实流流校校准准即即可可确确定定其其流流量量值值并并估估算算其其测测量量误误差差。非非标标准准节节流流装装置置是成熟程度较差,尚未列入标
3、准文件的检测件。是成熟程度较差,尚未列入标准文件的检测件。流流量量显显示示仪仪大大致致经经历历四四个个发发展展阶阶段段,即即机机械械运运算算记记录录图图表表式式、模模拟拟运运算算机机械械计计数数式式、简简单单逻逻辑辑运运算算数数显显式式和和程程控控微微处处理理器器运运算算及及多多功功能能数数字字显显示示式式。目目前前内内置置微微处处理理器器的的显显示示仪仪对对流流量量测测量量工工程程问问题题考考虑虑周周到到,功功能能齐齐全全,又又称称流量计算机。流量计算机。我我们们通通常常称称ISO5167ISO5167(或或GB2624GB2624)中中所所列列节节流流装装置置为为标标准准节节流流装装置置,
4、其其它它的的都都称称为为非非标标准准节节流流装装置置。应应该该指指出出,非非标标准准节节流流装装置置不不仅仅是是指指那那些些节节流流装装置置结结构构与与标标准准节节流流装装置置相相异异的的,如如果果标标准准节节流流装装置置偏偏离离标标准准条条件件下下工工作作亦亦应应称称为为非非标标准准节节流流装装置置,如如标标准准孔孔板板在在混混相相流流或或标标准准喷喷 嘴嘴 在在 临临 界界 流流 下下 工工 作作 的的 都都 是是。目目 前前 非非 标标 准准 节节 流流 装装 置置 大大 致致 有有 以以 下下 一一 些些 种种 类类:(1 1)低低雷雷诺诺数数用用:1/41/4圆圆孔孔板板、锥锥形形入
5、入口口孔孔板板、双双重重孔孔板板、双双斜斜孔孔板板、半半圆圆孔孔板板等等;(2 2)脏脏污污介介质质用用:圆圆缺缺孔孔板板、偏偏心心孔孔板板、环环状状孔孔板板、楔楔形形孔孔板板、弯弯头头节节流流件件等等;(3 3)低低压压损损用用:罗罗洛洛斯斯管管、道道尔尔管管、矩矩形形文文丘丘里里管管、通通用用文文丘丘里里管管、双双重重文文丘丘里里喷喷嘴嘴、VasyVasy管管等等;(4 4)小小 管管 径径 用用:小小 于于 50mm50mm节节 流流 件件、整整 体体(内内 藏藏)孔孔 板板 等等;(5 5)端端 头头 节节 流流 装装 置置:端端 头头 孔孔 板板、端端 头头 喷喷 嘴嘴、BordaB
6、orda管管 等等;(6 6)宽宽 范范 围围 度度 节节 流流 装装 置置:变变 压压 头头 变变 面面 积积 孔孔 板板(线线 性性 孔孔 板板);(7 7)脉脉动动流流节节流流装装置置;(8 8)临临界界流流节节流流装装置置;(9 9)混相流节流装置。混相流节流装置。在在现现场场使使用用的的各各种种需需求求及及工工况况的的复复杂杂标标准准节节流流装装置置往往往往难难以以完完全全满满足足要要求求,非非标标准准节节流流装装置置的的发发展展是是客客观观的的需需要要,它它代代表表了了节节流流装装置置的的发发展展趋趋向向。应应该该指指出出,节节流流式式DPFDPF的的关关键键部部分分-节节流流装装
7、置置目目前前已已发发展展到到几几十十种种,但但是是只只有有极极少少品品种种成成为为标标准准节节流流装装置置,阻阻碍碍非非标标准准型型晋晋升升为为标标准准型型的的原原因因是是试试验验研研究究的的人人力力物物力力的的限限制制,按按照照传传统统试试验验研研究究方方法法要要使使一一种种类类型型节节流流装装置置成成为为标标准准节节流流装装置置一一般般要要经经过过极极漫漫长长的的过过程程。近近年年科科学学技技术术的的进进步步,这这种种局局面面正正在在发发生生变变化化,先先进进的的试试验验研研究究方方法法,如如计计算算机机仿仿真真技技术术、计计算算可可视视化化技技术术等等的的应应用用可可以以加加速速试试验验
8、研研究究的的进进程程,相相信信今今后后会会有有更更多多类类型型节节流流装装置置晋晋升升为为标准型,它将使节流式标准型,它将使节流式DPFDPF更大扩展其使用范围。更大扩展其使用范围。2 2 2 2、工工工工作作作作原原原原理理理理2.1 2.1 基基本本工工作作原原理理充充满满管管道道的的流流体体,当当它它流流经经管管道道内内节节流流件件时时,如如图图1 1所所示示,流流束束将将在在节节流流件件处处形形成成局局部部收收缩缩。因因而而流流速速增增加加,静静压压力力降降低低,于于是是在在节节流流件件前前后后便便产产生生了了压压差差,流流体体流流量量愈愈大大,产产生生的的压压差差愈愈大大,因因而而可
9、可依依据据压压差差来来衡衡量量流流量量的的大大小小。这这种种测测量量方方法法是是以以流流动动连连续续性性方方程程(质质量量守守恒恒定定律律)和和伯伯努努利利方方程程(能能量量守守恒恒定定律律)为为基基础础的的,压压差差大大小小不不仅仅与与流流量量还还与与其其它它许许多多因因素素有有关关,如如节节流流装装置置型型式式、流流体体的的物物理理性性质质(密密度度、粘粘度度等等)以及雷诺数等。以及雷诺数等。图1 节流式差压流量计 2.2 2.2 流量方程流量方程 式式 中中 qm,qm,q-q-分分 别别 为为 质质 量量 流流 量量(kg/skg/s),体体 积积 流流 量量(m3/sm3/s);C-
10、C-流流出出系系数数;-可可膨膨胀胀性性系系数数;-直直径径比比,=d/D=d/D;d-d-工工作作条条件件下下节节流流件件的的孔孔径径,mm;D-D-工工作作条条件件下下上上游游管管道道内内径径,mm;P-P-差差压压,PaPa;1-1-上上游游流流体体密密度度,kg/m3kg/m3。由由上上式式可可见见,流流量量为为C C、d d、PP、(DD)6 6个个参参数数的的函函数数,此此6 6个个参参数数可可分分为为 实实 测测 量量 dd,P,P,(DD)和和 统统 计计 量量(C C,)两两 类类。A A A A 实实实实测测测测量量量量(1 1)d d、DD式式(1 1)中中d d与与流流
11、量量为为平平方方关关系系,其其精精度度对对流流量量总总精精度度影影响响较较大大,误误差差值值一一般般应应控控制制在在0.05%0.05%左左右右,还还应应计计及及工工作作温温度度对对材材料料热热膨膨胀胀的的影影响响。标标准准规规定定管管道道内内径径DD必必须须实实测测,需需在在上上游游管管段段的的几几个个截截面面上上进进行行多多次次测测量量求求其其平平均均值值,误误差差不不应应大大于于0.3%0.3%。除除对对数数值值测测量量精精度度要要求求较较高高外外,还还应应考考虑虑内内径径偏偏差差会会对对节节流流件件上上游游通通道道造造成成不不正正常常节节流流现现象象所所带带来来的的严严重重影影响响。因
12、因此此,当当不不是是成成套套供供应应节节流流装装置置时时,在在现现场场临临时时配配管管应应充充分分注注意意这这个个问问题题。(2 2)在在流流量量方方程程中中与与PP处处于于同同等等位位置置,亦亦就就是是说说,当当追追求求差差压压变变送送器器高高精精度度等等级级时时,绝绝不不要要忘忘记记 的的测测量量精精度度亦亦应应与与之之相相匹匹配配。否否则则PP的的提提高高将将会会被被 的的降降低低所所抵抵销销。(3 3)PP差差压压PP的的精精确确测测量量不不应应只只限限于于选选用用一一台台高高精精度度差差压压变变送送器器。实实际际上上差差压压变变送送器器能能否否接接受受到到真真实实的的差差压压值值还还
13、决决定定于于一一系系列列因因素素,其其中中正正确确的的取取压压孔孔及及引引压压管管线线的的制制造造、安安装装及及使使用用是是保保证证获获得得真真实实差差压压值值的的关关键键,这这些些影影响响因因素素很很多多是是难难以以定定量量或定性确定的,只有加强制造及安装的规范化工作才能达到目的。或定性确定的,只有加强制造及安装的规范化工作才能达到目的。B B B B统统统统计计计计量量量量(1 1)C C统统计计量量C C是是无无法法实实测测的的量量(指指按按标标准准设设计计制制造造安安装装,不不经经校校准准投投用用),在在现现场场使使用用时时最最复复杂杂的的情情况况出出现现在在实实际际的的C C值值与与
14、由由标标准准确确定定的的C C值值不不相相符符合合。它它们们的的偏偏离离是是由由设设计计、制制造造、安安装装及及使使用用一一系系列列因因素素造造成成的的。应应该该明明确确,上上述述各各环环节节全全部部严严格格遵遵循循标标准准的的规规定定,其其实实际际值值才才会会与与标标准准确确定定的的值值相相符符合合,现现场场是是难难以以完完全全满满足足这这种种要要求求的的。应应该该指指出出,与与标标准准条条件件的的偏偏离离,有有的的可可定定量量估估算算(可可进进行行修修正正),有有的的只只能能定定性性估估计计(不不确确定定度度的的幅幅度度与与方方向向),但但是是现现实实中中,有有时时不不仅仅一一个个条条件件
15、偏偏离离,这这就就带带来来非非常常复复杂杂的的情情况况,因因为为一一般般资资料料中中只只介介绍绍某某一一条条件件偏偏离离引引起起的的误误差差,如如果果许许多多条条件件同同时时偏偏离离,则则缺缺少少相相关关的的资资料料可可查查。(2 2)可可膨膨胀胀性性系系数数 是是对对流流体体通通过过节节流流件件时时密密度度发发生生变变化化而而引引起起的的流流出出系系数数变变化化的的修修正正,它它的的误误差差由由两两部部分分组组成成:其其一一为为常常用用流流量量下下 的的误误差差,即即标标准准确确定定值值的的误误差差;其其二二为为由由于于流流量量变变化化 值值将将随随之之波波动动带带来来的的误误差差。一一般般
16、在在低低静静压压高高差差压压情情况况,值值有有不不可忽略的误差。当可忽略的误差。当P/0.04P/0.04时,时,的误差可忽略不计。的误差可忽略不计。3 3 3 3、分分分分类类类类差差压压式式流流量量计计的的分分类类原原则则有有如如下下三三种种3.1 3.1 3.1 3.1 按按按按产产产产生生生生差差差差压压压压的的的的作作作作用用用用原原原原理理理理分分分分类类类类(1 1)节节流流式式:依依据据流流体体通通过过节节流流孔孔使使部部分分压压力力能能转转变变为为动动能能以以产产生生差差压压的的原原理理来来工工作作的的,其其检检测测件件称称为为节节流流装装置置,是是差差压压式式流流量量计计的
17、的主主要要品品种种。(2 2)动动压压头头式式:依依据据动动压压转转变变为为静静压压原原理理工工作作,如如均均速速管管流流量量计计。(3 3)离离心心式式:依依据据弯弯曲曲管管或或环环状状管管产产生生离离心心力力原原理理形形成成的的压压差差来来工工作作,如如弯弯管管流流量量计计。(4 4)水水力力阻阻力力式式:依依据据流流体体阻阻力力产产生生的的压压差差原原理理来来工工作作,其其检检测测件件为为毛毛细细管管束束,又又称称层层流流流流量量计计。(5 5)动动压压增增益益式式:依依据据动动压压放放大大原原理理工工作作,如如皮皮托托-文文丘丘里里管管。(6 6)射射流流式式:依依据据流流体体射射流流
18、撞撞击击产产生生压压差差原原理理工工作作,如如射射流流式式差差压压流流量量计。计。3.2 3.2 3.2 3.2 按按按按结结结结构构构构形形形形式式式式分分分分类类类类(1 1)标标准准孔孔板板;(2 2)标标准准喷喷嘴嘴;(3 3)长长径径喷喷嘴嘴;(4 4)经经典典文文丘丘里里管管;(5 5)文文丘丘里里喷喷嘴嘴;(6 6)锥锥形形入入口口孔孔板板;(7 7)1/41/4圆圆孔孔板板;(8 8)圆圆缺缺孔孔板板;(9 9)偏偏心心孔孔板板;(1010)楔楔形形孔孔板板;(1111)内内藏藏孔孔板板;(1212)线线性性孔孔板板;(1313)环环形形孔孔板板;(1414)道道尔尔管管;(1
19、515)低低压压损损管管;(1616)通通用用文文丘丘里里管管;(1717)矩形文丘里管。)矩形文丘里管。3.3 3.3 3.3 3.3 按按按按用用用用途途途途分分分分类类类类(1 1)标标准准节节流流装装置置;(2 2)低低雷雷诺诺数数节节流流装装置置;(3 3)脏脏污污流流用用节节流流装装置置;(4 4)低低压压损损节节流流装装置置;(5 5)小小管管径径节节流流装装置置;(6 6)宽宽范范围围度度节节流流装装置置;(7 7)临界流节流装置;()临界流节流装置;(8 8)混相流节流装置。)混相流节流装置。4 4 4 4、主主主主要要要要特特特特点点点点(1 1)应应用用最最普普遍遍的的标
20、标准准孔孔板板,结结构构易易于于复复制制,简简单单牢牢固固,性性能能稳稳定定可可靠靠,使使用用期期长长,价价格格低低廉廉;(2 2)应应用用范范围围广广泛泛,至至今今尚尚无无任任何何一一类类流流量量计计可可与与之之比比拟拟,全全部部单单相相流流体体,包包括括液液、气气、蒸蒸汽汽皆皆可可测测量量,部部分分混混相相流流,如如气气固固、气气液液、液液固固等等亦亦可可应应用用,一一般般生生产产过过程程 的的 管管 道道 直直 径径,工工 作作 状状 态态(压压 力力 和和 温温 度度)皆皆 有有 产产 品品;(3 3)检检测测件件与与差差压压显显示示仪仪表表可可分分开开不不同同制制造造厂厂生生产产,便
21、便于于专专业业化化形形成成规规模模经经济济生生产产,它它们们的的结结合合非非常常灵灵活活方方便便;(4 4)检检测测件件,特特别别是是标标准准型型的的,是是全全世世界界通通用用的的,并并得得到到国国际际标标准准化化组组织织和和国国际际法法制制计计量量组组织织的的认认可可。对对标标准准型型检检测测件件进进行行的的试试验验研研究究是是国国际际性性的的,其其它它流流量量计计一一般般仅仅依依靠靠个个别别厂厂家家或或研研究究群群体体进进行行,因因此此其其研研究究广广度度与与深深度度不不可可同同日日而而语语。从从时时间间上上看看,标标准准型型自自2020世世纪纪3030年年代代由由国国际际标标准准化化组组
22、织织确确定定后后再再也也没没有有改改变变,这这样样研研究究资资料料及及生生产产实实 践践 的的 积积 累累 极极 其其 丰丰 富富,它它 涉涉 及及 的的 应应 用用 范范 围围 还还 没没 有有 哪哪 一一 类类 流流 量量 计计 可可 比比 拟拟;(5 5)正正是是由由于于上上述述原原因因,标标准准型型节节流流式式DPFDPF无无须须实实流流校校准准即即可可投投用用,在在流流量量计计中中亦是唯一的;亦是唯一的;(6 6)目目前前在在各各种种类类型型中中以以节节流流式式和和动动压压头头式式应应用用最最多多,节节流流式式检检测测件件达达数数十十种种之之多多,新新品品种种不不断断出出现现,较较成
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