过程参数检测及仪表课件第7章 节流变压降流量计

1、第七章第七章 节流变压降流量计节流变压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 节流变压降流量计节流变压降流量计1 工作原理：工作原理： 1)在管道内装入节流件，流束将在节流件处形成在管道内装入节流件，流束将在节流件处形成局部收缩，使流速增大，静压力降低局部收缩，使流速增大，静压力降低，于是在，于是在节流件前后产生压力差节流件前后产生压力差 2) 在节流件一定；流体状态一定；管道工况一在节流件一定；流体状态一定；管道工况一定；取压方式一定的条件下

2、，管道流量与节流定；取压方式一定的条件下，管道流量与节流差压流量计的差压信号有确定的关系。差压流量计的差压信号有确定的关系。 3）因此可通过测量差压来测流量。）因此可通过测量差压来测流量。2 常用的节流装置：常用的节流装置：孔板、喷嘴、文丘利管，孔板、喷嘴、文丘利管，1/4圆喷嘴等。属于标准圆喷嘴等。属于标准节流装置：孔板、喷嘴。节流装置：孔板、喷嘴。3 节流变压降流量计的显示：显示仪表为差压计，节流变压降流量计的显示：显示仪表为差压计，不过按流量刻度不过按流量刻度第一节第一节 标准节流装置的流量公式标准节流装置的流量公式一一 流动情况和流量公式流动情况和流量公式第一节第一节 标准节流装置的流

3、量公式标准节流装置的流量公式选定两个截面，选定两个截面，II是节流装置前流体开始受节是节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是流束经过节流装置是流束经过节流装置后收缩最厉害的流束截面，由伯努利方程式得后收缩最厉害的流束截面，由伯努利方程式得p p1 1、p p2 2流体在截面流体在截面IIII和和IIIIIIII处的静压力处的静压力 流体在截面流体在截面IIII和和IIIIIIII处的平均流速处的平均流速C1,C2 C1,C2 截面截面IIII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

4、的修正系数 节流件的阻力系数节流件的阻力系数222222222221111vvCPvCP21v ,v第一节第一节 标准节流装置的流量公式标准节流装置的流量公式流动的连续性方程：流动的连续性方程：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，实际上很难确切地知道它的数值，因此用际上很难确切地知道它的数值，因此用节流装节流装置开孔的截面积置开孔的截面积d来表示来表示, 故定义故定义 称为流束的收称为流束的收缩系数缩系数 =(d/d)2,其大小与节流装置的类型和雷诺数有关。孔板 ，喷嘴 1=d/D ，不可压缩流体，不可压缩流体1 22221214

5、4vdvD)(2/1211222122ppDdCCv第一节第一节 标准节流装置的流量公式标准节流装置的流量公式由于实际上是用固定点的取压孔的压力由于实际上是用固定点的取压孔的压力p1,p2代代替替p1,p2,所以引入取压系数所以引入取压系数进行修正：进行修正：因此：因此：又由于：又由于：ppppppp212121)pp(CCv21142122222122144vdvdqm)pp(dCCqm2112421224第一节第一节 标准节流装置的流量公式标准节流装置的流量公式定义流量系数定义流量系数 流出系数流出系数 ，称速度渐近系数，只，称速度渐近系数，只 与节流件的直径比有关。与节流件的直径比有关。

6、结论：不可压缩流体的流量公式结论：不可压缩流体的流量公式 4212CCEC41411EpCEdpdqm12122424pCEdpdqv12122424第一节第一节 标准节流装置的流量公式标准节流装置的流量公式可压缩流体，将公式中可压缩流体，将公式中使用节流前的流使用节流前的流体密度体密度 1，将可压缩性对流量的影响，将可压缩性对流量的影响流速流速膨胀系数膨胀系数来修正来修正(不可压缩流体不可压缩流体 1）故流量公式可统一写为：故流量公式可统一写为：或或pDCpdCqm1224124241241pDpdqm122122424第一节第一节 标准节流装置的流量公式标准节流装置的流量公式体积流量：体积

7、流量：或或pDCpdCqv1224124241241pDpdqv122122424第二节第二节 标准节流装置标准节流装置标准节流装置包括：节流件，取压装置，节流标准节流装置包括：节流件，取压装置，节流件上游侧的第一个阻力件，第二个阻力件，下件上游侧的第一个阻力件，第二个阻力件，下游侧的第一个阻力件，以及它们之间的直管段。游侧的第一个阻力件，以及它们之间的直管段。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 取压方式取压方式按照按照ISO5167-1ISO5167-1标准（标准（19891989）标准孔板：角接取压，法兰取压标准孔板：角接取压，法兰取压标准喷嘴：角接取压标准喷嘴：角

8、接取压第二节第二节 标准节流装置标准节流装置1)开孔直径开孔直径d根据计算得到，测量在上游端进行，根据计算得到，测量在上游端进行，最好是在四个大致相等的角度上测量直径，求最好是在四个大致相等的角度上测量直径，求其平均值。要求各个单测值与平均值之差在其平均值。要求各个单测值与平均值之差在0.05%范围内。范围内。2)孔板进口圆筒形部分应与管道同心安装。孔板进口圆筒形部分应与管道同心安装。3)孔板进口边缘应是严格的直角，不能有毛刺和孔板进口边缘应是严格的直角，不能有毛刺和可见的反光。可见的反光。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节第二节 标准节流装置标

9、准节流装置4)e的尺寸：的尺寸：5)孔板厚度孔板厚度E满足满足 6)在各处测得的在各处测得的E值之间的最大差值和各处测得的值之间的最大差值和各处测得的e值值之间的最大差值均不得超过之间的最大差值均不得超过0.001D;7)孔板必须与管道轴线垂直安装，其偏差不超过孔板必须与管道轴线垂直安装，其偏差不超过10。8）若）若E小于小于0.02D,则可以不做成则可以不做成450150的圆锥形出的圆锥形出口，这样的孔板用于测量双向流动的流体，但这时口，这样的孔板用于测量双向流动的流体，但这时要求下游端面的表面粗糙度和边缘尖锐度必须与上要求下游端面的表面粗糙度和边缘尖锐度必须与上游端面的相同游端面的相同9）

10、孔板加工过程中，不得使用刮刀和砂布进行修刮）孔板加工过程中，不得使用刮刀和砂布进行修刮和打磨。和打磨。第二节第二节 标准节流装置标准节流装置2 标准喷嘴标准喷嘴 ISAl932喷嘴的形状由进口端面喷嘴的形状由进口端面A、收缩部分第、收缩部分第一圆弧面一圆弧面B、第二圆弧面、第二圆弧面C、圆筒形喉部、圆筒形喉部E和圆和圆筒形出口边缘保护槽筒形出口边缘保护槽F等五部分组成。圆筒形喉等五部分组成。圆筒形喉部部E长度为长度为0.3d,其直径即节流件开口直径其直径即节流件开口直径d。加工要求：加工要求：1）d值应是不小于值应是不小于8个单测值的算术平均值，其中个单测值的算术平均值，其中4个是在圆筒形喉部

11、始端测得，另个是在圆筒形喉部始端测得，另4个是在其终个是在其终端测得，并且是在大致相距端测得，并且是在大致相距450角的位置上测得角的位置上测得的。要求任一单测值与平均值的差值不得超过的。要求任一单测值与平均值的差值不得超过0.05%.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节第二节 标准节流装置标准节流装置2）各段形线之间必须相切，不得有不光滑部分）各段形线之间必须相切，不得有不光滑部分3）当）当2/3,由于此时已大于管道直径由于此时已大于管道直径D，必须将，必须将喷嘴上游端面切去一部分喷嘴上游端面切去一部分L，使上游进口部分，使上游进口部分最大直径与管道内径相等，以便夹持。

12、最大直径与管道内径相等，以便夹持。4）喷嘴在管道上的安装要求与标准孔板的相同。）喷嘴在管道上的安装要求与标准孔板的相同。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节第二节 标准节流装置标准节流装置3 角接取压装置角接取压装置 角接取压装置有环室取压和单独钻孔取压两种。角接取压装置有环室取压和单独钻孔取压两种。 环室取压的前后环室在节流件的两边。环室取压的前后环室在节流件的两边。 单独钻孔取压可以钻在法兰上，也可以钻在法兰单独钻孔取压可以钻在法兰上，也可以钻在法兰之间的夹紧环上。之间的夹紧环上。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节第二节 标

13、准节流装置标准节流装置4 法兰取压装置法兰取压装置 法兰取压：上下游侧取压孔的轴线至孔板上、法兰取压：上下游侧取压孔的轴线至孔板上、下游侧端面之间的距离均为（下游侧端面之间的距离均为（1inch)1inch)。取压孔。取压孔开在孔板上下游侧的法兰上开在孔板上下游侧的法兰上一、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节第二节 标准节流装置标准节流装置5 5 径距取压：径距取压： 上游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的距离为，上游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的距离为，下游侧取压孔的轴线至孔板下游端面的距离为。下游侧取压孔的轴线至孔板下游端面的距离为。 取压孔必须符合单独钻孔取压的全部要求，

14、取取压孔必须符合单独钻孔取压的全部要求，取压孔中心线必须与管道中心线垂直。压孔中心线必须与管道中心线垂直。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节第二节 标准节流装置标准节流装置第二节第二节 标准节流装置标准节流装置标准节流装置的适用范围标准节流装置的适用范围1. 适用范围见书适用范围见书183页表页表7-12. 流体条件流体条件1）满管流）满管流2）单相流）单相流3）定常流）定常流4）无相变流）无相变流5）无旋流）无旋流不应用条件：脉动流、临界流不应用条件：脉动流、临界流第二节第二节 标准节流装置标准节流装置二二 标准节流装置的管道条件标准节流装置的管道条件 要求在节流件前

15、要求在节流件前24D处的管道截面上已基本形成处的管道截面上已基本形成典型的紊流速度分布，节流件下游的阻力件不影典型的紊流速度分布，节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节流件前后直管段要求1）节流件直管段长度）节流件直管段长度L1,L2的要求见表：的要求见表： L1, L2的的长度取决于节流件上游第一个阻力件形式和节流长度取决于节流件上游第一个阻力件形式和节流件的件的值，表中所列数值是管道内径值，表中所列数值是管道内径D的倍数。如的倍数。如果实际的果实际的L1和和 L2 中有一个为括号内的数值，则中有一个为括号内的数值，则应对流量测量的极限误差算术相

16、加应对流量测量的极限误差算术相加0.5%。第二节第二节 标准节流装置标准节流装置2）实验研究用系统，）实验研究用系统，L1应至少为括号外数值的一应至少为括号外数值的一倍。倍。3）上游第一阻力件与第二阻力件直间的直管长度）上游第一阻力件与第二阻力件直间的直管长度L0按上游第二阻力件的形式和（不论所用节流按上游第二阻力件的形式和（不论所用节流件的件的为多少）查上表为多少）查上表L1数值折半。数值折半。4）如节流件上游有温度计套管，它与节流件的距）如节流件上游有温度计套管，它与节流件的距离应为离应为5D(3D)(温度计套管直径）或温度计套管直径）或20D(10D)，（温度计套管直径在（温度计套管直径

17、在0.03 0.13D)之间。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节第二节 标准节流装置标准节流装置5）如果节流件前有大于）如果节流件前有大于2：1突然收缩，则除上述突然收缩，则除上述要求外，骤缩处距离节流件不得小于要求外，骤缩处距离节流件不得小于30D(15D)6）如实际使用的节流件上游的阻力件的形式没有）如实际使用的节流件上游的阻力件的形式没有包括在表内，或要求的三段直管长度包括在表内，或要求的三段直管长度(L0、L1、L2)有一个小于括号内的数值或有两个都在括号有一个小于括号内的数值或有两个都在括号内外数值之间，则整套节

18、流装置需单独标定内外数值之间，则整套节流装置需单独标定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节第二节 标准节流装置标准节流装置2 节流装置所用管道的条件节流装置所用管道的条件1）知道节流件前）知道节流件前L1长度上的管道内壁的绝对粗糙长度上的管道内壁的绝对粗糙度度Ks，或粗糙度的相对值，或粗糙度的相对值Ks/D。2)节流件上游节流件上游10D和下游和下游4D的范围内，管道内壁的范围内，管道内壁应没有肉眼可见的凸凹不平应没有肉眼可见的凸凹不平,相对粗糙度应在表相对粗糙度应在表中所给出的极限内。中所给出的极限内。第二节第二节 标准节流装置

19、标准节流装置3）为了得到精确的）为了得到精确的D值和满足管道圆度的要求，值和满足管道圆度的要求，应在节流件上游应在节流件上游0D 、及前两者之间处取与管道、及前两者之间处取与管道轴线垂止的三个截面，对每个截面等角距地测轴线垂止的三个截面，对每个截面等角距地测量四个管道内径，这十二个测量值的算术平均量四个管道内径，这十二个测量值的算术平均值作为值作为D值，并且平均值与任一单测值的偏差不值，并且平均值与任一单测值的偏差不大了士。并且在节流件下游端面起的大了士。并且在节流件下游端面起的2D长度长度的下游直径段上任何一个直径单测值与上述平的下游直径段上任何一个直径单测值与上述平均值的偏差不得大于士均值的偏差不得大于士3第三节标准节流装置的流量公式第三节标准节流装置的流量公式一、标准节流装置的流出系数一、标准节流装置的流出系数C值及其不确定度值及其不确定度对于一定形式的标准节流装置，其流量系数对于一定形式的标准节流装置，其流量系数和流和流出系数出系数C仅与仅与和雷诺数和雷诺数ReD有关，有关，见书上图。见书上图。1 标准孔板的标准孔板的C值及不确定度值及不确定