华北电力大学热能工程专业过程参数检测和仪表经典课件第7章节流变压降流量计

第七章节流变压降流量计主要内容

第一节标准节流装置第二节标准节流装置的流量公式第三节标准节流装置的计算第七章节流变压降流量计主要内容1第七章节流变压降流量计1工作原理：1)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，于是在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。3）因此可通过测量差压来测流量。2常用的节流装置：孔板、喷嘴、文丘利管，1/4圆喷嘴等。属于标准节流装置：孔板、喷嘴。3节流变压降流量计的显示：显示仪表为差压计，不过按流量刻度第七章节流变压降流量计1工作原理：2华北电力大学热能工程专业过程参数检测和仪表经典课件第7章节流变压降流量计3华北电力大学热能工程专业过程参数检测和仪表经典课件第7章节流变压降流量计4华北电力大学热能工程专业过程参数检测和仪表经典课件第7章节流变压降流量计5第一节标准节流装置的流量公式一流动情况和流量公式第一节标准节流装置的流量公式一流动情况和流量公式6第一节标准节流装置的流量公式选定两个截面，I—I是节流装置前流体开始受节流装置影响的截面；II-II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p1’、p2’—流体在截面I—I和II—II处的静压力—流体在截面I—I和II—II处的平均流速C1,C2—截面I—I和II—II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ξ—节流件的阻力系数第一节标准节流装置的流量公式选定两个截面，I—I是节流装7第一节标准节流装置的流量公式流动的连续性方程：两式整理得：由于流束在节流装置后的最小收缩面积d’，实际上很难确切地知道它的数值，因此用节流装置开孔的截面积d来表示,故定义称为流束的收缩系数=(d’/d)2,其大小与节流装置的类型和雷诺数有关。孔板＝0.618，喷嘴＝1β=d/D，不可压缩流体ρ1＝ρ2第一节标准节流装置的流量公式流动的连续性方程：8第一节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p1,p2代替p1’,p2’,所以引入取压系数ψ进行修正：因此：又由于：第一节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9第一节标准节流装置的流量公式定义流量系数流出系数

，称速度渐近系数，只与节流件的直径比有关。结论：不可压缩流体的流量公式

第一节标准节流装置的流量公式定义流量系数10第一节标准节流装置的流量公式可压缩流体，将公式中ρ使用节流前的流体密度ρ

1，将可压缩性对流量的影响流速膨胀系数ε来修正(不可压缩流体ε＝1）故流量公式可统一写为：或第一节标准节流装置的流量公式可压缩流体，将公式中ρ使用节11第一节标准节流装置的流量公式体积流量：或第一节标准节流装置的流量公式体积流量：12第二节标准节流装置标准节流装置包括：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1取压方式按照ISO5167-1标准（1989）标准孔板：角接取压，法兰取压标准喷嘴：角接取压第二节标准节流装置标准节流装置包括：节流件，取压装置，节13华北电力大学热能工程专业过程参数检测和仪表经典课件第7章节流变压降流量计14第二节标准节流装置1)开孔直径d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，求其平均值。要求各个单测值与平均值之差在0.05%范围内。2)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，不能有毛刺和可见的反光。一、标准节流件及其取压装置1标准孔板第二节标准节流装置一、标准节流件及其取压装置1标准孔板15第二节标准节流装置4)e的尺寸：0.005D<e<0.02D5)孔板厚度E满足e<E<0.05D6)在各处测得的E值之间的最大差值和各处测得的e值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±10。8）若E小于0.02D,则可以不做成450±150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9）孔板加工过程中，不得使用刮刀和砂布进行修刮和打磨。第二节标准节流装置4)e的尺寸：0.005D<e<0.016第二节标准节流装置2标准喷嘴ISAl932喷嘴的形状由进口端面A、收缩部分第一圆弧面B、第二圆弧面C、圆筒形喉部E和圆筒形出口边缘保护槽F等五部分组成。圆筒形喉部E长度为0.3d,其直径即节流件开口直径d。加工要求：1）d值应是不小于8个单测值的算术平均值，其中4个是在圆筒形喉部始端测得，另4个是在其终端测得，并且是在大致相距450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±0.05%.一、标准节流件及其取压装置第二节标准节流装置2标准喷嘴一、标准节流件及其取压装置17华北电力大学热能工程专业过程参数检测和仪表经典课件第7章节流变压降流量计18第二节标准节流装置2）各段形线之间必须相切，不得有不光滑部分3）当β>2/3,由于此时1.5d已大于管道直径D，必须将喷嘴上游端面切去一部分ΔL，使上游进口部分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。2标准喷嘴一、标准节流件及其取压装置第二节标准节流装置2）各段形线之间必须相切，不得有不光滑19第二节标准节流装置3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。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，也可以钻在法兰之间的夹紧环上。一、标准节流件及其取压装置第二节标准节流装置3角接取压装置一、标准节流件及其取压20第二节标准节流装置4法兰取压装置

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25.4±0.8mm（1inch)。取压孔开在孔板上下游侧的法兰上．一、标准节流件及其取压装置第二节标准节流装置4法兰取压装置一、标准节流件及其取压21第二节标准节流装置5径距取压：上游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的距离为1D±0.1D，下游侧取压孔的轴线至孔板下游端面的距离为0.5D。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。一、标准节流件及其取压装置第二节标准节流装置5径距取压：一、标准节流件及其取压装22第二节标准节流装置第二节标准节流装置23第二节标准节流装置标准节流装置的适用范围1.适用范围见书183页表7-12.流体条件1）满管流2）单相流3）定常流4）无相变流5）无旋流不应用条件：脉动流、临界流第二节标准节流装置标准节流装置的适用范围24第二节标准节流装置二标准节流装置的管道条件要求在节流件前2~4D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响流速的正常恢复。1节流件前后直管段要求1）节流件直管段长度L1,L2的要求见表：L1,L2的长度取决于节流件上游第一个阻力件形式和节流件的β值，表中所列数值是管道内径D的倍数。如果实际的L1和L2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加±0.5%。第二节标准节流装置二标准节流装置的管道条件25第二节标准节流装置2）实验研究用系统，L1应至少为括号外数值的一倍。3）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β=0.7（不论所用节流件的β为多少）查上表L1数值折半。4）如节流件上游有温度计套管，它与节流件的距离应为5D(3D)(温度计套管直径<=0.03D）或20D(10D)，（温度计套管直径在0.03~0.13D)之间。1节流件前后直管段要求二标准节流装置的管道条件第二节标准节流装置2）实验研究用系统，L1应至少为括号外26第二节标准节流装置5）如果节流件前有大于2：1突然收缩，则除上述要求外，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二标准节流装置的管道条件第二节标准节流装置5）如果节流件前有大于2：1突然收缩，27第二节标准节流装置2节流装置所用管道的条件1）知道节流件前L1长度上的管道内壁的绝对粗糙度Ks，或粗糙度的相对值Ks/D。2)节流件上游10D和下游4D的范围内，管道内壁应没有肉眼可见的凸凹不平,相对粗糙度应在表中所给出的极限内。第二节标准节流装置2节流装置所用管道的条件28第二节标准节流装置3）为了得到精确的D值和满足管道圆度的要求，应在节流件上游0D、0.5D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量四个管道内径，这十二个测量值的算术平均值作为D值，并且平均值与任一单测值的偏差不大了士0.3％。并且在节流件下游端面起的2D长度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3％第二节标准节流装置3）为了得到精确的D值和满足管道圆度的29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C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α和流出系数C仅与β和雷诺数ReD有关，见书上图。1标准孔板的C值及不确定度由方程给出：C=0.5959+0.0312β2.1-0.1840β8+0.0029β2.5(106/ReD)0.75+0.0900L1’β4(1-β4)-1-0.0337L2’β3不确定度δc/C:β<0.6,为0.6%0.6<β<＝0.75为β%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C值及30第三节标准节流装置的流量公式2标准喷嘴的C值及不确定度由方程给出：C=0.9900－0.2262β4.1-（0.00175β2-0.0033β4.15(106/ReD)1.15不确定度δc/C(概率95%):β<0.6,为0.8%β>0.6为(2β-0.4)%第三节标准节流装置的流量公式2标准喷嘴的C值及不确定度31第三节标准节流装置的流量公式3标准节流装置的流速膨胀系数ε及其不确定度流速膨胀系数决定于Δp/p1、β和k值。其中k是被测流体的等熵指数，对于过热蒸汽可近似取k=1.3,对空气取k=1.4。标准节流装置的Δp/p1<0.25即p1/p2>0.75孔板ε由方程给出：ε=1-(0.41+0.35β4)

Δp/(kp1)

不确定度δc/C(概率95%):4Δp/p1%标准喷嘴ε由方程给出：见书不确定度δc/C(概率95%):2Δp/p1%

第三节标准节流装置的流量公式3标准节流装置的流速膨胀系数32第三节标准节流装置的流量公式二、标准节流装置的压力损失孔板的压力损失大于喷嘴。β愈小，压力损失愈大。孔板和喷嘴可用孔板可用下式近似第三节标准节流装置的流量公式二、标准节流装置的压力损失33第七章节流变压降流量计主要内容

第一节标准节流装置第二节标准节流装置的流量公式第三节标准节流装置的计算第七章节流变压降流量计主要内容34第七章节流变压降流量计1工作原理：1)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，于是在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。3）因此可通过测量差压来测流量。2常用的节流装置：孔板、喷嘴、文丘利管，1/4圆喷嘴等。属于标准节流装置：孔板、喷嘴。3节流变压降流量计的显示：显示仪表为差压计，不过按流量刻度第七章节流变压降流量计1工作原理：35华北电力大学热能工程专业过程参数检测和仪表经典课件第7章节流变压降流量计36华北电力大学热能工程专业过程参数检测和仪表经典课件第7章节流变压降流量计37华北电力大学热能工程专业过程参数检测和仪表经典课件第7章节流变压降流量计38第一节标准节流装置的流量公式一流动情况和流量公式第一节标准节流装置的流量公式一流动情况和流量公式39第一节标准节流装置的流量公式选定两个截面，I—I是节流装置前流体开始受节流装置影响的截面；II-II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p1’、p2’—流体在截面I—I和II—II处的静压力—流体在截面I—I和II—II处的平均流速C1,C2—截面I—I和II—II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ξ—节流件的阻力系数第一节标准节流装置的流量公式选定两个截面，I—I是节流装40第一节标准节流装置的流量公式流动的连续性方程：两式整理得：由于流束在节流装置后的最小收缩面积d’，实际上很难确切地知道它的数值，因此用节流装置开孔的截面积d来表示,故定义称为流束的收缩系数=(d’/d)2,其大小与节流装置的类型和雷诺数有关。孔板＝0.618，喷嘴＝1β=d/D，不可压缩流体ρ1＝ρ2第一节标准节流装置的流量公式流动的连续性方程：41第一节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p1,p2代替p1’,p2’,所以引入取压系数ψ进行修正：因此：又由于：第一节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42第一节标准节流装置的流量公式定义流量系数流出系数

，称速度渐近系数，只与节流件的直径比有关。结论：不可压缩流体的流量公式

第一节标准节流装置的流量公式定义流量系数43第一节标准节流装置的流量公式可压缩流体，将公式中ρ使用节流前的流体密度ρ

1，将可压缩性对流量的影响流速膨胀系数ε来修正(不可压缩流体ε＝1）故流量公式可统一写为：或第一节标准节流装置的流量公式可压缩流体，将公式中ρ使用节44第一节标准节流装置的流量公式体积流量：或第一节标准节流装置的流量公式体积流量：45第二节标准节流装置标准节流装置包括：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1取压方式按照ISO5167-1标准（1989）标准孔板：角接取压，法兰取压标准喷嘴：角接取压第二节标准节流装置标准节流装置包括：节流件，取压装置，节46华北电力大学热能工程专业过程参数检测和仪表经典课件第7章节流变压降流量计47第二节标准节流装置1)开孔直径d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，求其平均值。要求各个单测值与平均值之差在0.05%范围内。2)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，不能有毛刺和可见的反光。一、标准节流件及其取压装置1标准孔板第二节标准节流装置一、标准节流件及其取压装置1标准孔板48第二节标准节流装置4)e的尺寸：0.005D<e<0.02D5)孔板厚度E满足e<E<0.05D6)在各处测得的E值之间的最大差值和各处测得的e值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±10。8）若E小于0.02D,则可以不做成450±150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9）孔板加工过程中，不得使用刮刀和砂布进行修刮和打磨。第二节标准节流装置4)e的尺寸：0.005D<e<0.049第二节标准节流装置2标准喷嘴ISAl932喷嘴的形状由进口端面A、收缩部分第一圆弧面B、第二圆弧面C、圆筒形喉部E和圆筒形出口边缘保护槽F等五部分组成。圆筒形喉部E长度为0.3d,其直径即节流件开口直径d。加工要求：1）d值应是不小于8个单测值的算术平均值，其中4个是在圆筒形喉部始端测得，另4个是在其终端测得，并且是在大致相距450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±0.05%.一、标准节流件及其取压装置第二节标准节流装置2标准喷嘴一、标准节流件及其取压装置50华北电力大学热能工程专业过程参数检测和仪表经典课件第7章节流变压降流量计51第二节标准节流装置2）各段形线之间必须相切，不得有不光滑部分3）当β>2/3,由于此时1.5d已大于管道直径D，必须将喷嘴上游端面切去一部分ΔL，使上游进口部分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。2标准喷嘴一、标准节流件及其取压装置第二节标准节流装置2）各段形线之间必须相切，不得有不光滑52第二节标准节流装置3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。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，也可以钻在法兰之间的夹紧环上。一、标准节流件及其取压装置第二节标准节流装置3角接取压装置一、标准节流件及其取压53第二节标准节流装置4法兰取压装置

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25.4±0.8mm（1inch)。取压孔开在孔板上下游侧的法兰上．一、标准节流件及其取压装置第二节标准节流装置4法兰取压装置一、标准节流件及其取压54第二节标准节流装置5径距取压：上游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的距离为1D±0.1D，下游侧取压孔的轴线至孔板下游端面的距离为0.5D。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。一、标准节流件及其取压装置第二节标准节流装置5径距取压：一、标准节流件及其取压装55第二节标准节流装置第二节标准节流装置56第二节标准节流装置标准节流装置的适用范围1.适用范围见书183页表7-12.流体条件1）满管流2）单相流3）定常流4）无相变流5）无旋流不应用条件：脉动流、临界流第二节标准节流装置标准节流装置的适用范围57第二节标准节流装置二标准节流装置的管道条件要求在节流件前2~4D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响流速的正常恢复。1节流件前后直管段要求1）节流件直管段长度L1,L2的要求见表：L1,L2的长度取决于节流件上游第一个阻力件形式和节流件的β值，表中所列数值是管道内径D的倍数。如果实际的L1和L2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加±0.5%。第二节标准节流装置二标准节流装置的管道条件58第二节标准节流装置2）实验研究用系统，L1应至少为括号外数值的一倍。3）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β=0.7（不论所用节流件的β为多少）查上表L1数值折半。4）如节流件上游有温度计套管，它与节流件的距离应为5D(3D)(温度计套管直径<=0.03D）或20D(10D)，（温度计套管直径在0.03~0.13D)之间。1节流件前后直管段要求二标准节流装置的管道条件第二节标准节流装置2）实验研究用系统，L1应至少为括号外59第二节标准节流装置5）如果节流件前有大于2：1突然收缩，则除上述要求外，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二标准节流装置的管道条件第二节标准节流装置5）如果节流件前有大于2：1突然收缩，60第二节标准节流装置2节流装置所用管道的条件1）知道节流件前L1长度上的管道内壁的绝对粗糙度Ks，或粗糙度的相对值Ks/D。2)节流件上游10D和下游4D的范围内，管道内壁应没有肉眼可见的凸凹不平,相对粗糙度应在表中所给出的极限内。第二节标准节流装置2节流装置所用管道的条件61第二节标准节流装置3）为了得到精确的D值和满足管道圆度的要求，应在节流件上游0D、0.5D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量四个管道内径，这十二个测量值的算术平均值作为D值，并且平均值与任一单测值的偏差不大了士0.3％。并且在节流件下游端面起的2D长度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3％第二节标准节流装置3）为