流量仪表技术交流

1、 当今能源短缺，国家提倡节能减排政策下，企业能源计量的重要性日益显现。 计量器具的精确度、稳定性、选择合理的计量仪表非常重要。一、新一代差压式仪表一、新一代差压式仪表 - 塔形塔形(V(V形锥）流量计形锥）流量计前 言 以以孔板、喷嘴和文丘里管为代表的差压式流量计（统称标准节流装置）孔板、喷嘴和文丘里管为代表的差压式流量计（统称标准节流装置）在流量领域已应用近百年，其优点是已标准化、结构简单牢固、易于加工制在流量领域已应用近百年，其优点是已标准化、结构简单牢固、易于加工制造、价格低廉、通用性强。造、价格低廉、通用性强。但是孔板、喷嘴等在测量性能和结构上存在但是孔板、喷嘴等在测量性能和结构上存在

2、着不足，着不足，所所以以近百年来人们从未间断过对它们的研究和改善工作，但是近百年来人们从未间断过对它们的研究和改善工作，但是由于由于先天先天结构上结构上决定了，决定了，其本身固有的一些缺点，至今仍然没能得到很好的其本身固有的一些缺点，至今仍然没能得到很好的解决解决。如：流出。如：流出系系数数不稳定、线性差、重复性不好、准确度也不高。孔板不稳定、线性差、重复性不好、准确度也不高。孔板入口锐角入口锐角这个关键这个关键部位部位易易磨损、前部易积污、量程比小、压力损失大，特别是磨损、前部易积污、量程比小、压力损失大，特别是十分十分苛刻的直管段苛刻的直管段要求要求在在实际使用中很难满足等。为了克服上述这

3、些不足，实际使用中很难满足等。为了克服上述这些不足，人们人们曾研制出曾研制出1/41/4圆孔板圆孔板、锥形锥形入口孔板、圆缺孔板、偏心孔板、楔形孔板入口孔板、圆缺孔板、偏心孔板、楔形孔板、可、可更换孔板、等诸多的更换孔板、等诸多的非标非标准准节流件，试图解决这些问题。但是这些节流节流件，试图解决这些问题。但是这些节流件同件同标准孔板一样，标准孔板一样，大都没有大都没有突突破破“流体中心突然收缩流体中心突然收缩”这个模式，这个模式，只是只是或多或少或多或少改善了局部某一个问题，改善了局部某一个问题，并并没有没有从根本上彻底解决所有问题从根本上彻底解决所有问题, ,这种改进这种改进工作到工作到了了

4、8080年代中期才有了年代中期才有了突破性突破性的的发展：发展： 塔形（塔形（V V形锥）流量计形锥）流量计的出现打破了沿袭近百年的模式结构，的出现打破了沿袭近百年的模式结构，孔板节流示意图孔板节流示意图塔体节流示意图塔体节流示意图中心收缩中心收缩边壁收缩边壁收缩 使得节流式差压仪表发生了使得节流式差压仪表发生了“质的飞跃质的飞跃”。塔形流量计的重大突破在于：。塔形流量计的重大突破在于：变流体在管道中心收缩为管道边璧逐渐收缩变流体在管道中心收缩为管道边璧逐渐收缩，既利用同轴安装在管道中的塔，既利用同轴安装在管道中的塔形体（节流件），迫使流体逐渐从中心收缩到管道内边壁而流过塔形体，通形体（节流件

5、），迫使流体逐渐从中心收缩到管道内边壁而流过塔形体，通过测量塔形体前后的压差来得到流体的流量。正是这个边璧收缩的结构，使过测量塔形体前后的压差来得到流体的流量。正是这个边璧收缩的结构，使得塔形流量计具有了一系列其他差压仪表无法相比的优点，彻底克服了以孔得塔形流量计具有了一系列其他差压仪表无法相比的优点，彻底克服了以孔板为代表的传统差压仪表的诸多缺点。板为代表的传统差压仪表的诸多缺点。经过国外国内十几年应用和大量的测经过国外国内十几年应用和大量的测试数据试数据，已充分证明它能在极短的直管段条件下，以更宽的量程比对各种流，已充分证明它能在极短的直管段条件下，以更宽的量程比对各种流体（包括脏污、低流

6、速）进行更准确更有效的测量。从此揭开了差压式流量体（包括脏污、低流速）进行更准确更有效的测量。从此揭开了差压式流量仪表划时代的崭新一页。可以预言，随着人们对它逐渐认识、了解、熟悉和仪表划时代的崭新一页。可以预言，随着人们对它逐渐认识、了解、熟悉和掌握，必将逐渐和完全取代以孔板为代表的传统差压仪表。掌握，必将逐渐和完全取代以孔板为代表的传统差压仪表。 塔形流量计国外称为塔形流量计国外称为V-CONE,V-CONE,国内的叫法有多种如国内的叫法有多种如V V形（型）锥、内锥形（型）锥、内锥 、环孔流量计、内置文丘里等。尽管名称各异，但原理结构都是一样的。单环孔流量计、内置文丘里等。尽管名称各异，但

7、原理结构都是一样的。单就节流件来讲，完全是金属件组成，不含任何电子器件。它主要由连接法就节流件来讲，完全是金属件组成，不含任何电子器件。它主要由连接法兰兰1 1、测量管、测量管2 2、塔形体、塔形体6 6（锥形体）、低压测量管（锥形体）、低压测量管5 5（兼支架）、正负测压（兼支架）、正负测压嘴嘴2 2、3 3等组成（详见下图）。等组成（详见下图）。 当口径当口径N100N100时，塔体用负压测量管兼作支撑，口径时，塔体用负压测量管兼作支撑，口径DN150DN150时，要在时，要在塔体后部再加支撑管架塔体后部再加支撑管架9 9，并在支撑管开测量孔，并在支撑管开测量孔8 8。 当温压一体化型时，

8、需要在后部支撑架前安装测温元件套管当温压一体化型时，需要在后部支撑架前安装测温元件套管1010，若采用，若采用多参数变送器，则不再需要压力测量点，该变送器差压、压力同时测量并多参数变送器，则不再需要压力测量点，该变送器差压、压力同时测量并能接受温度信号。能接受温度信号。 流量计结构流量计结构 1 1 法兰法兰2 2 测量管体测量管体3 3 正（高压侧）取压嘴正（高压侧）取压嘴4 4 负（低压侧）取压嘴负（低压侧）取压嘴5 5 负压测量管兼前部支撑负压测量管兼前部支撑 件件 6 6 塔体塔体7 7 负压测量口负压测量口8 8 负压测量孔（当有后支负压测量孔（当有后支 撑件时开此孔）撑件时开此孔）

9、9 DN1509 DN150有后部支撑件有后部支撑件 1234568917（图（图1）差压式仪表的工作原理差压式仪表的工作原理 塔形流量计与传统的差压式流量（如孔板等）仪表的工作塔形流量计与传统的差压式流量（如孔板等）仪表的工作原理完全相同，都是属于节流式差压流量仪表。其工作原理都原理完全相同，都是属于节流式差压流量仪表。其工作原理都是基于封闭管道中是基于封闭管道中流体质量守恒流体质量守恒（连续性方程）和（连续性方程）和能量守恒能量守恒（伯努利方程）两个定律。在这里大家首先要重温一下质量守（伯努利方程）两个定律。在这里大家首先要重温一下质量守恒（连续性方程）和能量守恒（伯努利方程）这两个定律的

10、实恒（连续性方程）和能量守恒（伯努利方程）这两个定律的实质内容，只有掌握了这两个定律才能懂得塔形流量计的工作原质内容，只有掌握了这两个定律才能懂得塔形流量计的工作原理，而且所有的节流式差压流量仪表的原理也就都明白了，下理，而且所有的节流式差压流量仪表的原理也就都明白了，下面通过复习一下两个定律来说明塔形流量计（或差压式流量面通过复习一下两个定律来说明塔形流量计（或差压式流量计）的工作原理计）的工作原理V1、1V2、2A1A2P1P2V2、2该处流速该处流速V V2 2快快, ,压力压力P P2 2低低该处流速该处流速V V1 1、压力、压力P P1 1没变化没变化根据伯努利方程：根据伯努利方程

11、：P+1/2P+1/2V V2 2=常数，常数，在截面在截面A A2 2处流速加快，该处的压力必然降处流速加快，该处的压力必然降低，因此低，因此压力压力P P2 2的高低随流速的高低随流速V V2 2的大小而变化。而在截面的大小而变化。而在截面A A1 1处流速处流速V V1 1和压力和压力P P1 1都没都没有变化，只要测出有变化，只要测出P P1 1与与P P2 2的压力差的压力差 P PP1P1P2P2，就可以求出流速（流量）。节流，就可以求出流速（流量）。节流式差压仪表正式基于了连续性方程和伯努利方程，在管道内设置了一个节流件，式差压仪表正式基于了连续性方程和伯努利方程，在管道内设置了

12、一个节流件，测量其前后的压力差而得到了流量。测量其前后的压力差而得到了流量。 （图（图2）为分析方便简化为为分析方便简化为 P+ VP+ V2 2 = =常数常数 具有很好的的准确度和重复性（具有很好的的准确度和重复性（0.50.5、1.01.0）。）。具有较宽的量程比（具有较宽的量程比（10:110:115:1)15:1)。对流体流动有整流功能，能改善流速的分布轮廓，因此只需要对流体流动有整流功能，能改善流速的分布轮廓，因此只需要 极短的直管段。前极短的直管段。前1 13 D 3 D 后后1 D1 D。具有自清洁功能，可以测量较脏污的流体而不堵塞。具有自清洁功能，可以测量较脏污的流体而不堵塞

13、。其特殊的形状结构能保证节流件的关键部位不被磨损，因此能其特殊的形状结构能保证节流件的关键部位不被磨损，因此能 长期稳定工作。长期稳定工作。是纯机械体（不含任何电子器件），因此具有耐高温、高压、是纯机械体（不含任何电子器件），因此具有耐高温、高压、 抗振动、防腐等性能。抗振动、防腐等性能。可测量的流体种类广泛（液、气、蒸汽）流量范围宽（从小可测量的流体种类广泛（液、气、蒸汽）流量范围宽（从小 流量大流量）适应的工艺管道极宽（流量大流量）适应的工艺管道极宽（DN20DN20DN3000)DN3000)。 一、较好的准确度、重复性和较宽的量程一、较好的准确度、重复性和较宽的量程 比是如何实现的比是

14、如何实现的 塔形流量计的特点 流体在管道中流动实际上是这样一种状态，当流动已经达到充分发展状态时，它流体在管道中流动实际上是这样一种状态，当流动已经达到充分发展状态时，它的速度分布也是不均匀的，即越靠近管道中心流速越快，在中心达到最快。越靠近管的速度分布也是不均匀的，即越靠近管道中心流速越快，在中心达到最快。越靠近管壁流速越慢，在管壁处接近零。壁流速越慢，在管壁处接近零。 大多数流量仪表在测量流量时涉及到流体流速时，都假设流体在管道中流动的流大多数流量仪表在测量流量时涉及到流体流速时，都假设流体在管道中流动的流速是均等的，而不去考虑实际上流速有快慢的区别，这是受仪表的工作原理限制不得速是均等的

15、，而不去考虑实际上流速有快慢的区别，这是受仪表的工作原理限制不得不这样做，其结果只能以牺牲测量精度为代价（目前多通道超声波就是试图解决流速不这样做，其结果只能以牺牲测量精度为代价（目前多通道超声波就是试图解决流速不均而开发出来的）。不均而开发出来的）。 这种流速不均的情况在塔形流量计上却得到了很好的解决。由于塔形节流件安装这种流速不均的情况在塔形流量计上却得到了很好的解决。由于塔形节流件安装在管道中心，它直接把流体从高速流动的中心部位分开，使流速快的流体分别向四周在管道中心，它直接把流体从高速流动的中心部位分开，使流速快的流体分别向四周流速慢的流体靠拢并拉动它们混合一起流动，这种快慢混合的结果

16、就是：原本流速快流速慢的流体靠拢并拉动它们混合一起流动，这种快慢混合的结果就是：原本流速快慢的差别消失了，流体变成了真正的均匀流动。见图慢的差别消失了，流体变成了真正的均匀流动。见图 慢慢快快慢慢混合均匀流动混合均匀流动改善了速度分布改善了速度分布（图（图3）流速最快流速最快流速较快流速较快流速变慢流速变慢流速为零流速为零流速快慢不一致流速快慢不一致流速快慢一致了流速快慢一致了塔形流量计特有的均速作用示意图塔形流量计特有的均速作用示意图（图（图4） 大家都知道流体流动遇到阻挡物时会产生大家都知道流体流动遇到阻挡物时会产生“旋涡流旋涡流”，这就是著名的，这就是著名的“卡曼卡曼旋涡旋涡”现象，涡街

17、流量计就是基于这个原理工作的。同样道理象孔板、塔形体现象，涡街流量计就是基于这个原理工作的。同样道理象孔板、塔形体等节流件在管道中也是阻挡物，在其后部除了产生静压力差外必然也会产生等节流件在管道中也是阻挡物，在其后部除了产生静压力差外必然也会产生旋涡流。然而这个旋涡流对于涡街来讲是有用的信号，对于节流式差压计来旋涡流。然而这个旋涡流对于涡街来讲是有用的信号，对于节流式差压计来讲却是有害的干扰。讲却是有害的干扰。这个干扰在节流件下游会产生这个干扰在节流件下游会产生“信号跳动信号跳动”现象，它会严现象，它会严重干扰正常信号的测量。重干扰正常信号的测量。经过大量的试验和科学检测证明：孔板等突然节流经

18、过大量的试验和科学检测证明：孔板等突然节流式节流件下游产生的是式节流件下游产生的是“高幅度低频率跳动高幅度低频率跳动”，而塔形件由于在应流和被流面而塔形件由于在应流和被流面都具有一定导流角的设计，对压力场的振荡有很好的衰减作用，因此下游产都具有一定导流角的设计，对压力场的振荡有很好的衰减作用，因此下游产生的是生的是“低幅度高频率跳动低幅度高频率跳动”。（见图。（见图5） 从图中可以明显看出，孔板负压端波动远远大于塔形流量计。如果定量从图中可以明显看出，孔板负压端波动远远大于塔形流量计。如果定量来分析：二者在某一工况流量下都应该产生来分析：二者在某一工况流量下都应该产生1kPa的压差，孔板的高幅干扰的压差，孔板的高幅干扰波动可达波动可达0.5kP，而塔形仅有，而塔形仅有0.1kPa的低幅干扰波动。孔板的有效信号有的低幅干扰波动。孔板的有效信号有50被干扰所淹没，塔形仅淹没被干扰所淹没，塔形仅淹没10，这说明塔形流量计的信号噪声远远低，这说明塔形流量计的信号噪声远远低于孔板，孔板在这种情况下是不能正常工作的，而塔形流却可以照常工作。于孔板