华北电力大学热能工程专业过程参数检测和仪表节流变压降流量计.pptx

第七章第七章 节流流变压降流量降流量计主要内容主要内容 v第一节第一节 标准节流装置标准节流装置v第二节第二节 标准节流装置的流量公式标准节流装置的流量公式v第三节第三节 标准节流装置的计算标准节流装置的计算第七章第七章 节流流变压降流量降流量计1 工作原理：工作原理：1)在管道内装入在管道内装入节流件，流束将在流件，流束将在节流件流件处形成形成局部收局部收缩，使流速增大，静，使流速增大，静压力降低力降低，于是在，于是在节流件前后流件前后产生生压力差力差 2)在在节流件一定；流体状流件一定；流体状态一定；管道工况一定；一定；管道工况一定；取取压方式一定的条件下，管道流量与方式一定的条件下，管道流量与节流差流差压流量流量计的差的差压信号有确定的关系。信号有确定的关系。3）因此可通）因此可通过测量差量差压来来测流量。流量。2 常用的常用的节流装置：流装置：孔板、孔板、喷嘴、文丘利管，嘴、文丘利管，1/4圆喷嘴等。属于嘴等。属于标准准节流装置：孔板、流装置：孔板、喷嘴。嘴。3 节流流变压降流量降流量计的的显示：示：显示示仪表表为差差压计，不不过按流量刻度按流量刻度第一第一节 标准准节流装置的流量公式流装置的流量公式一一 流流动情况和流量公式情况和流量公式第一第一节 标准准节流装置的流量公式流装置的流量公式选定两个截面，定两个截面，II是是节流装置前流体开始受流装置前流体开始受节流装置影响的截面；流装置影响的截面；II-II是流束是流束经过节流装置后流装置后收收缩最最厉害的流束截面，由伯努利方程式得害的流束截面，由伯努利方程式得p p1 1、p p2 2流体在截面流体在截面I II I和和IIIIIIII处的静压力处的静压力 流体在截面流体在截面I II I和和IIIIIIII处的平均流速处的平均流速C1,C2 C1,C2 截面截面I II I和和IIIIIIII流速不均匀，用平均流速代替流速不均匀，用平均流速代替中心点流速时计算动能的修正系数中心点流速时计算动能的修正系数 节流件的阻力系数节流件的阻力系数第一第一节 标准准节流装置的流量公式流装置的流量公式流流动的的连续性方程：性方程：两式整理得：两式整理得：由于流束在节流装置后的最小收缩面积由于流束在节流装置后的最小收缩面积d，实际，实际上很难确切地知道它的数值，因此用上很难确切地知道它的数值，因此用节流装置节流装置开孔的截面积开孔的截面积d来表示来表示,故定义故定义 称为流束的收缩称为流束的收缩系数系数=(d/d)2,其大小与节流装置的类型和雷诺数有关。孔板 0.618，喷嘴 1=d/D，不可压缩流体，不可压缩流体1 2第一第一节 标准准节流装置的流量公式流装置的流量公式由于由于实际上是用固定点的取上是用固定点的取压孔的孔的压力力p1,p2代代替替p1,p2,所以引入取所以引入取压系数系数进行修正：行修正：因此：因此：又由于：又由于：第一第一节 标准准节流装置的流量公式流装置的流量公式定定义流量系数流量系数 流出系数流出系数 ，称速度，称速度渐近系数，只近系数，只 与与节流件的直径比有关。流件的直径比有关。结论：不可：不可压缩流体的流量公式流体的流量公式 第一第一节 标准准节流装置的流量公式流装置的流量公式可可压缩流体，将公式中流体，将公式中使用使用节流前的流流前的流体密度体密度 1，将可，将可压缩性性对流量的影响流量的影响流速流速膨膨胀系数系数来修正来修正(不可不可压缩流体流体 1）故流量公式可故流量公式可统一写一写为：或或第一第一节 标准准节流装置的流量公式流装置的流量公式体体积流量：流量：或或第二第二节 标准准节流装置流装置标准准节流流装装置置包包括括：节流流件件，取取压装装置置，节流流件件上上游游侧的的第第一一个个阻阻力力件件，第第二二个个阻阻力力件件，下下游游侧的第一个阻力件，以及它的第一个阻力件，以及它们之之间的直管段。的直管段。一、一、标准准节流件及其取流件及其取压装置装置1 1 取取压方式方式按照按照ISO5167-1ISO5167-1标准（准（19891989）标准孔板：角接取准孔板：角接取压，法，法兰取取压标准准喷嘴：角接取嘴：角接取压第二第二节 标准准节流装置流装置1)开孔直径开孔直径d根据根据计算得到，算得到，测量在上游端量在上游端进行，行，最好是在四个大致相等的角度上最好是在四个大致相等的角度上测量直径，求量直径，求其平均其平均值。要求各个。要求各个单测值与平均与平均值之差在之差在0.05%范范围内。内。2)孔板孔板进口口圆筒形部分筒形部分应与管道同心安装。与管道同心安装。3)孔板孔板进口口边缘应是是严格的直角，不能有毛刺和可格的直角，不能有毛刺和可见的反光。的反光。一、标准节流件及其取压装置一、标准节流件及其取压装置1 1 标准孔板标准孔板第二第二节 标准准节流装置流装置4)e的尺寸：的尺寸：0.005De0.02D5)孔板厚度孔板厚度E满足足 eE2/3,由于此由于此时1.5d已大于管道直径已大于管道直径D，必，必须将将喷嘴上游端面切去一部分嘴上游端面切去一部分L，使上游，使上游进口部口部分最大直径与管道内径相等，以便分最大直径与管道内径相等，以便夹持。持。4）喷嘴在管道上的安装要求与嘴在管道上的安装要求与标准孔板的相同。准孔板的相同。2 标准喷嘴标准喷嘴一、标准节流件及其取压装置一、标准节流件及其取压装置第二第二节 标准准节流装置流装置3 角接取角接取压装置装置 角接取角接取压装置有装置有环室取室取压和和单独独钻孔取孔取压两种。两种。环室取室取压的前后的前后环室在室在节流件的两流件的两边。单独独钻孔取孔取压可以可以钻在法在法兰上，也可以上，也可以钻在法在法兰之之间的的夹紧环上。上。一、标准节流件及其取压装置一、标准节流件及其取压装置第二第二节 标准准节流装置流装置4 法法兰取取压装置装置 法法兰取取压：上下游：上下游侧取取压孔的孔的轴线至孔板上、至孔板上、下游下游侧端面之端面之间的距离均的距离均为25.40.8mm25.40.8mm（1inch)1inch)。取。取压孔开在孔板上下游孔开在孔板上下游侧的法的法兰上上一、标准节流件及其取压装置一、标准节流件及其取压装置第二第二节 标准准节流装置流装置5 5 径距取径距取压：上游上游侧取取压孔的孔的轴线至孔板上游端面的距离至孔板上游端面的距离为1D0.1D1D0.1D，下游，下游侧取取压孔的孔的轴线至孔板下游端至孔板下游端面的距离面的距离为0.5D0.5D。取取压孔必孔必须符合符合单独独钻孔取孔取压的全部要求，取的全部要求，取压孔中心孔中心线必必须与管道中心与管道中心线垂直。垂直。一、标准节流件及其取压装置一、标准节流件及其取压装置第二第二节 标准准节流装置流装置第二第二节 标准准节流装置流装置一一标准准节流装置的适用范流装置的适用范围1.适用范适用范围见书183页表表7-12.流体条件流体条件1）满管流管流2）单相流相流3）定常流）定常流4）无相）无相变流流5）无旋流）无旋流不不应用条件：脉用条件：脉动流、流、临界流界流第二第二节 标准准节流装置流装置二二 标准准节流装置的管道条件流装置的管道条件 要求在要求在节流件前流件前24D处的管道截面上已基本形成的管道截面上已基本形成典型的紊流速度分布，典型的紊流速度分布，节流件下游的阻力件不影流件下游的阻力件不影响流速的正常恢复。响流速的正常恢复。1 节流件前后直管段要求流件前后直管段要求1）节流件直管段流件直管段长度度L1,L2的要求的要求见表：表：L1,L2的的长度取决于度取决于节流件上游第一个阻力件形式和流件上游第一个阻力件形式和节流流件的件的值，表中所列数，表中所列数值是管道内径是管道内径D的倍数。如的倍数。如果果实际的的L1和和 L2 中有一个中有一个为括号内的数括号内的数值，则应对流量流量测量的极限量的极限误差算差算术相加相加0.5%。第二第二节 标准准节流装置流装置2）实验研究用系研究用系统，L1应至少至少为括号外数括号外数值的一的一倍。倍。3）上游第一阻力件与第二阻力件直）上游第一阻力件与第二阻力件直间的直管的直管长度度L0按上游第二阻力件的形式和按上游第二阻力件的形式和=0.7（不（不论所用所用节流件的流件的为多少）多少）查上表上表L1数数值折半。折半。4）如）如节流件上游有温度流件上游有温度计套管，它与套管，它与节流件的距流件的距离离应为5D(3D)(温度温度计套管直径套管直径=0.03D）或）或20D(10D)，（温度，（温度计套管直径在套管直径在0.03 0.13D)之之间。1 节流件前后直管段要求节流件前后直管段要求二二 标准节流装置的管道条件标准节流装置的管道条件第二第二节 标准准节流装置流装置5）如果）如果节流件前有大于流件前有大于2：1突然收突然收缩，则除上述除上述要求外，要求外，骤缩处距离距离节流件不得小于流件不得小于30D(15D)6）如）如实际使用的使用的节流件上游的阻力件的形式没有流件上游的阻力件的形式没有包括在表内，或要求的三段直管包括在表内，或要求的三段直管长度度(L0、L1、L2)有一个小于括号内的数有一个小于括号内的数值或有两个都在括号或有两个都在括号内外数内外数值之之间，则整套整套节流装置需流装置需单独独标定定1 节流件前后直管段要求节流件前后直管段要求二二 标准节流装置的管道条件标准节流装置的管道条件第二第二节 标准准节流装置流装置2 节流装置所用管道的条件流装置所用管道的条件1）知道）知道节流件前流件前L1长度上的管道内壁的度上的管道内壁的绝对粗糙粗糙度度Ks，或粗糙度的相，或粗糙度的相对值Ks/D。2)节流件上游流件上游10D和下游和下游4D的范的范围内，管道内壁内，管道内壁应没有肉眼可没有肉眼可见的凸凹不平的凸凹不平,相相对粗糙度粗糙度应在表中在表中所所给出的极限内。出的极限内。第二第二节 标准准节流装置流装置3）为了得到精确的了得到精确的D值和和满足管道足管道圆度的要求，度的要求，应在在节流件上游流件上游0D、0.5D及前两者之及前两者之间处取与取与管道管道轴线垂止的三个截面，垂止的三个截面，对每个截面等角距每个截面等角距地地测量四个管道内径，量四个管道内径，这十二个十二个测量量值的算的算术平均平均值作作为D值，并且平均，并且平均值与任一与任一单测值的偏的偏差不大了士差不大了士0.3。并且在。并且在节流件下游端面起的流件下游端面起的2D长度的下游直径段上任何一个直径度的下游直径段上任何一个直径单测值与与上述平均上述平均值的偏差不得大于士的偏差不得大于士3第三第三节标准准节流装置的流量公式流装置的流量公式一、一、标准准节流装置的流出系数流装置的流出系数C值及其不确定度及其不确定度对于一定形式的于一定形式的标准准节流装置，其流量系数流装置，其流量系数和流和流出系数出系数C仅与与和雷和雷诺数数ReD有关，有关，见书上上图。1 标准孔板的准孔板的C值及不确定度及不确定度由方程由方程给出：出：C=0.5959+0.03122.1-0.18408+0.00292.5(106/ReD)0.75+0.0900L14(1-4)-1-0.0337 L23不确定度不确定度c/C:0.6,为0.6%0.60.75 为%第三第三节 标准准节流装置的流量公式流装置的流量公式2标准准喷嘴的嘴的C值及不确定度及不确定度由方程由方程给出：出：C=0.99000.22624.1-（0.001752-0.00334.15(106/ReD)1.15不确定度不确定度c/C(概率概率95%)95%):0.6 为(2-0.4)%第三第三节 标准准节流装置的流量公式流装置的流量公式3标准准节流装置的流速膨流装置的流速膨胀系数系数及其不确定度及其不确定度流速膨流速膨胀系数决定于系数决定于p/p1、和和k值。其中。其中k是被是被测流体的等流体的等熵指数，指数，对于于过热蒸汽可近似取蒸汽可近似取k=1.3,对空气取空气取k=1.4。标准准节流装置的流装置的p/p10.75孔板孔板由方程由方程给出：出：=1-(0.41+0.354)p/(kp1)不确定度不确定度c/C(概率概率95%)95%):4p/p1%标准准喷嘴嘴由方程由方程给出：出：见书不确定度不确定度c/C(概率概率95%)95%):2p/p1%第三第三节 标准准节流装置的流量公式流装置的流量公式二、二、标准准节流装置的流装置的压力力损失失孔板的孔板的压力力损失大于失大于喷嘴。嘴。愈小，愈小，压力力损失愈失愈大。大。孔板和孔板和喷嘴可用嘴可用孔板可用下式近似孔板可用下式近似