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文檔簡介
一、概述(一)
流量的定義和單位流量:指流經(jīng)管道(或設(shè)備)某一截面的流體數(shù)量。隨著工藝要求不同,它的測量又可分為瞬時(shí)流量和累積流量的測量。瞬時(shí)流量:單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)某一截面的流體數(shù)量。它可以分別用體積流量和質(zhì)量流量來表示。體積流量:單位時(shí)間內(nèi)流過某一有效截面的的流體體積,可用Q表示為:Q=VA式中:V—某一有效截面處的平均流速;A—
流體通過的有效截面積。常用的單位為:立方米每小時(shí)(m3/h),升每小時(shí)(l/h)等第四章
流量測量一、概述第四章
流量測量1質(zhì)量流量:單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)某一有效截面的的流體質(zhì)量。常用M表示,若流體的密度是ρ,則體積流量與質(zhì)量流量之間的關(guān)系是:
M=Qρ=VAρ
式中:M—質(zhì)量流量;V、A同前式。常用的單位為:噸每小時(shí)(t/h),千克每小時(shí)(kg/h)等。
流量測量(續(xù))質(zhì)量流量:單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)某一有效截面的的流體質(zhì)量。常用2(二)
流量測量儀表的分類流量測量的方法很多,其測量原理和所采用的儀表結(jié)構(gòu)形式各不相同。目前有許多種流量測量的分類方法,我們僅按其中一種分類方法簡介如下:
(1)速度式流量計(jì)主要是以測量流體在管道內(nèi)的流動(dòng)速度作為測量依據(jù)的測量儀表。例如:差壓式流量計(jì)、電磁流量計(jì)、渦輪流量計(jì)等。
(2)容積式流量計(jì)主要利用流體在單位時(shí)間內(nèi)連續(xù)通過固定容積的數(shù)目作為測量依據(jù)的測量儀表。例如:橢圓齒輪流量計(jì)、腰輪(羅茨)流量計(jì)、刮板流量計(jì)等。流量測量(續(xù))(二)
流量測量儀表的分類流量測量(續(xù))3二、體積流量計(jì)(一)電磁流量計(jì)原理與結(jié)構(gòu)
電磁流量計(jì)的基本原理是基于電磁感應(yīng)定律。導(dǎo)電流體在磁場中作垂直方向流動(dòng)而切割磁力線時(shí),與流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生與流量成比例的感應(yīng)電勢被測介質(zhì)的流量經(jīng)檢測部分變換成感應(yīng)電勢,然后再由轉(zhuǎn)換部分將感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一直流信號進(jìn)行輸出,以便進(jìn)行指示、記錄或與電動(dòng)單元組合儀表配套使用。流量測量(續(xù))二、體積流量計(jì)流量測量(續(xù))4電磁流量計(jì)的基本工作原理圖和外形結(jié)構(gòu)如下:
基本工作原理圖流量測量(續(xù))電磁流量計(jì)的基本工作原理圖和外形結(jié)構(gòu)如下:流量測量(續(xù))5感應(yīng)電勢的方向由右手定則(發(fā)電機(jī)原理)判斷。電磁流量計(jì)(續(xù))大小由下式確定:Ex=CBDV式中:Ex—感應(yīng)電勢,V(伏);B—
磁感應(yīng)強(qiáng)度,T(特斯拉)D—管道直徑,即流體垂直切割磁力線的長度,m(米)V—垂直于磁力線方向的液體流速,m/s(米每秒)C—
單位換算系數(shù)。感應(yīng)電勢的方向由右手定則(發(fā)電機(jī)原理)判斷。電磁流量計(jì)(續(xù))6
由流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩大部分組成。傳感器典型結(jié)構(gòu)示意如圖2,測量管上下裝有激磁線圈,通激磁電流后產(chǎn)生磁場穿過測量管,一對電極裝在測量管內(nèi)壁與液體相接觸,引出感應(yīng)電勢,送到轉(zhuǎn)換器。激磁電流則由轉(zhuǎn)換器提供。電磁流量計(jì)(續(xù))
由流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩大部分組成。傳感器典型結(jié)7感應(yīng)電勢大小由下式確定:式中:Ex—感應(yīng)電勢,V(伏);B—
磁感應(yīng)強(qiáng)度,T(特斯拉)D—管道直徑,即流體垂直切割磁力線的長度,m(米)V—垂直于磁力線方向的液體流速,m/s(米每秒)C—
比例系數(shù),即單位換算系數(shù)。體積流量Q(m3/s)與流速的關(guān)系為:
將此式代入式(1)得:式中:K—儀表常數(shù)=4CB/πD,取決于磁感應(yīng)強(qiáng)度B,管道直徑D的大小。由上式可見感應(yīng)電勢的大小與體積流量之間具有線性關(guān)系,因而儀表具有均勻刻度。電磁流量計(jì)(續(xù))Ex=CBDV(1)感應(yīng)電勢大小由下式確定:電磁流量計(jì)(續(xù))Ex=CBDV8外形結(jié)構(gòu)圖電磁流量計(jì)(續(xù))外形結(jié)構(gòu)圖電磁流量計(jì)(續(xù))9
特點(diǎn)及使用電磁流量計(jì)的測量管內(nèi)光滑無阻,所以壓力損失極小。在采用防腐襯里的條件下,可以測量腐蝕性液體和含有固體顆粒及懸浮物等液體的流體流量。其輸出信號與流量之間的關(guān)系不受液體的物理性質(zhì)(如溫度、壓力、粘度、密度等)變化的影響;流動(dòng)狀態(tài)(如層流、紊流、脈動(dòng)流)對示值影響很小。流量計(jì)口徑從幾毫米至1米以上,精度可達(dá)0.5級。電磁流量計(jì)(續(xù))
特點(diǎn)及使用電磁流量計(jì)(續(xù))10
特點(diǎn)及使用電磁流量計(jì)要求被測液體的電導(dǎo)率不小于5×10-6S/cm,因而不能測量氣體\蒸氣以及石油制品等電導(dǎo)率很小的液體流量。由于感應(yīng)電勢的數(shù)值很小,所以要引入高放大倍數(shù)的放大器,由此而造成測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高,并且很容易受外界電磁場干擾的影響,在使用不當(dāng)時(shí)會(huì)較大地影響儀表的精度。要根據(jù)被測液體的種類、性能、壓力、溫度和腐蝕性等選擇適宜的電極和內(nèi)襯。電磁流量計(jì)(續(xù))
特點(diǎn)及使用電磁流量計(jì)(續(xù))11近年來,電磁流量計(jì)已由四線制朝著二線制智能化的方向發(fā)展。采用微處理機(jī)進(jìn)行信號噪聲處理,提高了信噪比,降低了功耗,精度可達(dá)0.5級。電磁流量計(jì)(續(xù))近年來,電磁流量計(jì)已由四線制朝著二線制智能化的12(二)差壓式流量計(jì)1、節(jié)流原理分析
差壓式流量計(jì)是測量流體流經(jīng)節(jié)流裝置所產(chǎn)生的靜壓差來顯示流量大小的一種流量計(jì)。它由節(jié)流裝置(包括節(jié)流件和取壓裝置)、引壓管路和三閥組與差壓計(jì)三部分組成,如圖所示。差壓式流量計(jì)發(fā)展較早,成為工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的管流流量計(jì)。差壓式流量計(jì)的組成體積流量計(jì)(續(xù))(二)差壓式流量計(jì)體積流量計(jì)(續(xù))13
節(jié)流裝置:
節(jié)流裝置是設(shè)置在管道中能使流體產(chǎn)生局部收縮的節(jié)流元件和取壓裝置的總稱。嚴(yán)格地說,只要在管道中安置一個(gè)具有任意形狀開孔截面的阻流體,均可產(chǎn)生節(jié)流現(xiàn)象,并且在阻流體兩側(cè)會(huì)有相應(yīng)的流量與差壓的關(guān)系。但是,這些關(guān)系并不一定都能滿足流量測量的要求,只有差壓與流量之間存在比較穩(wěn)定的關(guān)系,且重復(fù)性又較好的節(jié)流元件才有實(shí)用價(jià)值,常用的節(jié)流元件有同心圓孔板、噴嘴、文丘利管等。以節(jié)流裝置中典型又簡單實(shí)用的同心圓孔板為例來說明節(jié)流裝置的節(jié)流原理。差壓式流量計(jì)(續(xù))節(jié)流裝置:差壓式流量計(jì)(續(xù))14流體在管道截面1以前,以一定的流速V1流動(dòng),管內(nèi)靜壓力為P’1,在接近節(jié)流裝置時(shí),由于遇到節(jié)流元件孔板的阻擋,使靠近管壁處的流體受到阻擋作用最大,因而使一部分動(dòng)壓能轉(zhuǎn)換成靜壓能,則孔板入口端面靠近管壁處的流體靜壓力由P’1升高至P1,并且大于管中心處的壓力,從而在孔板入口端面處產(chǎn)生徑向壓差差壓式流量計(jì)(續(xù))流體在管道截面1以前,以一定的流速V1流動(dòng),管內(nèi)靜壓力15這一徑向壓差將使流體產(chǎn)生徑向附加速度,使得靠近管壁處的流體質(zhì)點(diǎn)的流向與管道中心連線相傾斜,形成了流束的收縮運(yùn)動(dòng)。此時(shí)管中心速度加快,靜壓力減小.差壓式流量計(jì)(續(xù))這一徑向壓差將使流體產(chǎn)生徑向附加速度,使得靠近管16流線分布:在1-1和3-3范圍外流線均勻,在截面2-2處收縮至最小,流速最大。P1>p1’介質(zhì)遇到阻礙擁堵所致P2’<p2因?yàn)閼T性作用,離開孔板后繼續(xù)收縮形成高速低靜壓孔板前后流通截面的突然縮小或擴(kuò)大,使流體流經(jīng)孔板時(shí)還要克服摩擦力,靜壓力不能恢復(fù)到原來的數(shù)值,P3’<p1’,其差值即為節(jié)流裝置引起的壓力損失δp
差壓式流量計(jì)(續(xù))流線分布:在1-1和3-3范圍差壓式流量計(jì)(續(xù))17節(jié)流件入口處的靜壓力大于出口處的靜壓力,則在節(jié)流件前后產(chǎn)生了靜壓差。節(jié)流件前后靜壓差的大小與流量有關(guān)。流量越大,流束的局部收縮和動(dòng)壓能與靜壓能的轉(zhuǎn)換也越顯著,則產(chǎn)生的壓差也越大。我們只要測得節(jié)流件前后的壓差大小,即可得到相應(yīng)流量的大小,這就是節(jié)流裝置測量流量的基本原理。實(shí)際測量時(shí),要準(zhǔn)確地測量管中心截面1和截面2處的壓力P’1是有困難的,因?yàn)镻’2的位置將隨流量(即流速)的不同而變動(dòng),事先無法確定。因此是在節(jié)流件前后的管壁上選擇兩個(gè)固定取壓位置P1、P2,來測量節(jié)流件前后的壓差,即ΔP=P1-P2,而不采用ΔP=P1’-P2’。
差壓式流量計(jì)(續(xù))節(jié)流件入口處的靜壓力大于出口處的靜壓力,則18
2.流量基本方程式流量基本方程式是闡明流量與壓差之間的定量關(guān)系式。它是根據(jù)流體力學(xué)中的伯努力方程和流動(dòng)連續(xù)性方程推導(dǎo)得來的,即
式中:α—流量系數(shù);ε—膨脹校正系數(shù),它與節(jié)流件孔徑與管徑的直徑比、節(jié)流裝置前后壓差及等熵指數(shù)等有關(guān)。不可壓縮流體ε=1,可壓縮流體ε<1;A0—節(jié)流件的開孔截面積,即A0=(π×d2)/4(d為節(jié)流件孔徑);ΔP—節(jié)流裝置前后實(shí)際測得的壓力差;ρ1—節(jié)流裝置前的流體密度。差壓式流量計(jì)(續(xù))2.流量基本方程式差壓式流量計(jì)(續(xù))19
由流量公式可見,流量與差壓的平方根成正比。所以使用該流量計(jì)測量時(shí),若不加平方器,流量標(biāo)尺刻度是非均勻的(稱方根刻度)。起始部分的刻度很密,因此采用差壓式流量計(jì)測量流量時(shí),被測流量值不應(yīng)接近于儀表的下限值,否則將會(huì)加大誤差。一般流量計(jì)均應(yīng)工作在流量標(biāo)尺刻度(即測量范圍)的30%以上。例題:
差壓式流量計(jì)(續(xù))由流量公式可見,流量與差壓的平方根成正比。所以使用該201.
標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件常用的節(jié)流裝置如孔板、噴嘴、文丘里管等進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化,稱為“標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置”。即它們的結(jié)構(gòu)、尺寸和技術(shù)條件都有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),有關(guān)計(jì)算數(shù)據(jù)都經(jīng)過大量的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)而有統(tǒng)一的圖表,需要時(shí)可查閱有關(guān)的手冊或資料。按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)制造的節(jié)流裝置,不必經(jīng)過單獨(dú)標(biāo)定即可投入使用。工業(yè)上最常用的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置是孔板,其次是噴嘴,文丘里管使用較少。差壓式流量計(jì)(續(xù))1.
標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件差壓式流量計(jì)(續(xù))21(1)標(biāo)準(zhǔn)孔板
它是一塊具有圓形開孔并與管道同心的圓片狀平板。見圖(a),迎流方向的一側(cè)是一個(gè)具有銳利直角入口邊緣的圓柱部分,順著流向的是一段擴(kuò)大的圓錐體。通??装搴穸菶≤0.1D(D為管道直徑).孔板對流體造成的壓力損失較大,而且一般適用于潔凈流體的測量。
差壓式流量計(jì)(續(xù))(1)標(biāo)準(zhǔn)孔板差壓式流量計(jì)(續(xù))22標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件差壓式流量計(jì)(續(xù))(2)標(biāo)準(zhǔn)噴嘴它是由圓弧收縮部分和圓筒型喉部所組成。見圖(b)。標(biāo)準(zhǔn)噴嘴的測量精度較孔板要高,壓力損失略小于孔板。對帶有污垢的流體介質(zhì)測量較為適宜。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件差壓式流量計(jì)(續(xù))(2)標(biāo)準(zhǔn)噴嘴233、取壓方式由前圖可知,取壓位置不同,在同一節(jié)流件、同一流量下得到的差壓大小是不同的,故流量與差壓之間的關(guān)系也將隨之變化,孔板前后的差壓P1-P2是計(jì)算流量的關(guān)鍵數(shù)據(jù),取壓方法很重要。下面介紹二種取壓方式。差壓式流量計(jì)(續(xù))3、取壓方式差壓式流量計(jì)(續(xù))24(1)
法蘭取壓
在距節(jié)流件前后端面各1英寸(25.4mm)的位置上鉆孔取壓。如圖所示,一般要求在法蘭上鉆孔取壓,上、下游取壓孔直徑相同,應(yīng)滿足b≤0.08D,一般為6~12mm。取壓孔軸線分別與孔板前后端面之間的距離為S=S‘=25.4±0.8mm,且應(yīng)與管道中心線垂直。此種取壓方式僅適用于孔板.例美國采用法蘭取壓.差壓式流量計(jì)(續(xù))(1)
法蘭取壓差壓式流量計(jì)(續(xù))25(2)角接取壓
歐洲、德國等規(guī)定在孔板前后邊緣處取壓,即緊貼節(jié)流件上、下游兩側(cè)端面取壓,稱為角接取壓。適用于孔板和噴嘴兩種節(jié)流裝置。分為環(huán)室取壓和單獨(dú)鉆孔取壓兩種方法。
差壓式流量計(jì)(續(xù))(2)角接取壓差壓式流量計(jì)(續(xù))26環(huán)室取壓:它是在緊貼節(jié)流件上、下游兩側(cè)端面有一道環(huán)形縫隙,流體產(chǎn)生的靜壓經(jīng)縫隙進(jìn)入一個(gè)環(huán)形空間(即環(huán)室),起到一個(gè)勻衡管內(nèi)各個(gè)方向靜壓的作用,然后從該空間的引壓孔取出壓力進(jìn)行測量。如圖上半部分所示。這種方法取壓均勻,測量誤差小,對直管段長度要求較短,但加工和安裝復(fù)雜,一般用于400mm以下管徑的流量測量。前后環(huán)室的厚度分別為S和S‘,它們應(yīng)滿足S≤0.2D和S‘≤0.5D,前后環(huán)室開孔直徑Df應(yīng)相等,并等于管道內(nèi)徑即:Df=D差壓式流量計(jì)(續(xù))環(huán)室取壓:這種方法取壓均勻,測量誤差小,對直管段27環(huán)室角接取壓裝置結(jié)構(gòu)差壓式流量計(jì)(續(xù))單獨(dú)鉆孔:它是在緊靠節(jié)流件兩側(cè)的兩個(gè)夾緊環(huán)(或法蘭)上鉆孔,直接取出壓力進(jìn)行測量。如圖下半部分所示,取壓孔軸線應(yīng)盡可能與管道軸線垂直,與節(jié)流件上、下游端面形成的夾角允許小于或等于3°。一般鉆孔的孔徑在4~10mm之間。這種方法常適用于管徑大于200mm的流量測量。環(huán)室角接取壓裝置結(jié)構(gòu)差壓式流量計(jì)(續(xù))單獨(dú)鉆孔:它是在緊28主要特點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)簡單,工作可靠,使用壽命長,適應(yīng)性強(qiáng),幾乎可測量各種工作狀態(tài)下的單相流體流量。適用于50~1000mm管徑的流體測量,精度可達(dá)1.0級。
不足之處是壓力損失較大;刻度為非線性;某些情況下使用維護(hù)工作量較大。差壓式流量計(jì)是按照給定的操作條件設(shè)計(jì)計(jì)算、加工安裝而成的。如果實(shí)際使用時(shí)被測流體的工作狀態(tài)(溫度、壓力、成分等)與設(shè)計(jì)計(jì)算條件不同,則會(huì)造成較大的測量誤差。此時(shí)如果條件變化較大,則必須按新的工藝條件重新進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算;如果變化較小可根據(jù)流量基本公式加以必要的(主要是密度)修正。差壓式流量計(jì)(續(xù))主要特點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)簡單,工作可靠,使用壽命長,適29
(三)
渦街流量計(jì)
旋渦是自然界里的一種物理現(xiàn)象,渦街流量計(jì)也稱旋渦流量計(jì),是七十年代以來發(fā)展起來的基于流體振蕩原理工作的一種流量計(jì)。1.
原理與結(jié)構(gòu)在流體中垂直于流向插入一根柱狀物體(如圓柱或三角柱等),迫使流體流過柱狀物之后形成兩列平行狀有規(guī)則左右交替出現(xiàn)的、方向相反的卡門渦街旋渦,這兩排平行的渦列稱為卡曼(Karman)渦街,柱狀物體稱為旋渦發(fā)生體,可以根據(jù)旋渦出現(xiàn)的頻率測定流量。如圖所示。體積流量計(jì)(續(xù))(三)
渦街流量計(jì)體積流量計(jì)(續(xù))30(a)圓柱體;(b)等邊三角形柱體渦街流量計(jì)(續(xù))(a)圓柱體;(b)等邊三角形柱體渦街流量計(jì)(續(xù))31實(shí)驗(yàn)證明,當(dāng)渦列間隔h與旋渦之間的距離l滿足下列關(guān)系:
時(shí),卡門渦街才是穩(wěn)定的周期性現(xiàn)象,所產(chǎn)生的單側(cè)旋渦頻率f和流體速度之間存在如下關(guān)系:
式中:V—旋渦發(fā)生體兩側(cè)的流速,m/s(米每秒);d—旋渦發(fā)生體的迎流面最大寬度,m(米);St—斯特羅哈而數(shù)(無量綱。當(dāng)旋渦發(fā)生體幾何形狀確定時(shí),在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)為常數(shù))。流體的平均流速V與卡門渦街的產(chǎn)生頻率f成正比,測得f可求得V,由V可求得被測體積流量。渦街流量計(jì)(續(xù))實(shí)驗(yàn)證明,當(dāng)渦列間隔h與旋渦之間的距離l滿足下列關(guān)系:渦街322.旋渦頻率的檢測流體的平均流速V與卡門渦街的產(chǎn)生頻率f成正比,測得f可求得V。利用旋渦的局部壓力、流速等的變化作用于敏感元件,產(chǎn)生周期性電信號,再經(jīng)過放大整形,得到方波脈沖。渦街流量計(jì)由檢測器、放大器和轉(zhuǎn)換器組成,它可直接以數(shù)字量輸出,也可通過D/A數(shù)字與模擬量轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號的模擬量輸出。旋渦頻率信號/的檢測方法很多,介紹前一種利用旋渦發(fā)生時(shí),發(fā)熱體散熱條件變化引起變化來檢出。
渦街流量計(jì)(續(xù))2.旋渦頻率的檢測渦街流量計(jì)(續(xù))33
采用圓柱檢測器,如圖所示,在其兩側(cè)會(huì)交替地產(chǎn)生旋渦,在其檢測器徑側(cè)開出并列的若干個(gè)導(dǎo)壓孔5,導(dǎo)壓孔與檢測器內(nèi)的空腔6相通,空腔由隔墻3分成兩室,在隔墻中央部分有一小孔,在小孔中裝有被加熱的鉑電阻4。渦街流量計(jì)(續(xù))
采用圓柱檢測器,如圖所示,在其兩側(cè)會(huì)交替地產(chǎn)34當(dāng)圓柱檢測器二側(cè)旋渦形成時(shí),由于產(chǎn)生旋渦一側(cè)的靜壓大于不產(chǎn)生旋渦一側(cè)的靜壓,兩者之間形成壓力差,引起檢測器空腔內(nèi)流體移動(dòng),從而交替地對熱電阻產(chǎn)生冷卻作用,且改變其阻值,由測量給出電信號送至放大器.則檢測器除形成旋渦之外,還同時(shí)將旋渦產(chǎn)生的頻率轉(zhuǎn)變?yōu)闊犭娮柚档淖兓?,并且電阻值的變化與旋渦的頻率相對應(yīng).渦街流量計(jì)(續(xù))當(dāng)圓柱檢測器二側(cè)旋渦形成時(shí),由于產(chǎn)生旋渦一側(cè)的35如果采用三角柱檢測器,如上圖所示,它可以得到更穩(wěn)定更強(qiáng)烈的旋渦.在三角柱迎流面中間對稱地嵌入兩只熱敏電阻2,組成橋路的兩臂,并以恒定電流源提供微弱的電對其進(jìn)行加熱,使其溫度在流體靜止的情況下比被測流體高10oc左右.當(dāng)三角柱檢測器兩側(cè)交替發(fā)生旋渦時(shí),在產(chǎn)生旋渦一側(cè)的熱敏電阻處,由于環(huán)流的作用而使流速減小,導(dǎo)致熱敏電阻的溫度升高,阻值減小,測電橋失去平衡并有電壓輸出.渦街流量計(jì)(續(xù))如果采用三角柱檢測器,如上圖所示,它可以得到36三角柱旋渦流量計(jì)原理方框圖如下,以這兩個(gè)熱敏電阻為電橋的相鄰橋臂,測電橋的對角線上就會(huì)輸出一系列與旋渦發(fā)生頻率相對應(yīng)的電壓脈沖,經(jīng)放大、整形后得到與流量相應(yīng)的脈沖數(shù)字輸出,或用“脈沖-電壓”轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為模擬量輸出,供指示和累計(jì)用.渦街流量計(jì)(續(xù))三角柱旋渦流量計(jì)原理方框圖如下,以這兩個(gè)熱373.
特點(diǎn)及使用渦街流量計(jì)可以測量氣體流量,也可以測量液體流量。輸出的頻率信號與被測流體的流量呈線性關(guān)系,且不受被測流體性質(zhì)變化的影響;測量精確度高,約為0.5%~1%;,量程比寬,一般為30∶1~100∶1。結(jié)構(gòu)簡單,安裝、維護(hù)方便。渦街流量計(jì)特別適合測量大口徑、大流量的氣體測量,也適合高壓氣體的測量。渦街流量計(jì)(續(xù))3.
特點(diǎn)及使用渦街流量計(jì)(續(xù))383.
特點(diǎn)及使用由于是速度式測量方法,管道內(nèi)流速分布對測量的準(zhǔn)確性有較大影響,因此旋渦發(fā)生體前面至少要有15D長,后面要有5D長的直管段。對于大口徑管道,要求的直管段更長,一般前面要有30D,后面為10D。流量計(jì)允許安裝在水平或垂直管道上使用,但必須保證管道為滿管流動(dòng)。垂直安裝時(shí)流量計(jì)應(yīng)選在自下而上流動(dòng)的管道上安裝。由于流量計(jì)是以流體振動(dòng)原理工作的,因此安裝地點(diǎn)應(yīng)特別注意避免機(jī)械振動(dòng)。渦街流量計(jì)(續(xù))3.
特點(diǎn)及使用渦街流量計(jì)(續(xù))394、LUCB型插入式渦街流量傳感器
渦街測量頭(即小口徑渦街流量傳感器)是利用“卡門渦街”原理研制而成。在渦街測量頭表體中,垂直的插入一根三角柱即旋渦發(fā)生體,當(dāng)表體中有介質(zhì)流過時(shí),則在三角柱的兩側(cè)交替的產(chǎn)生方向相反、有規(guī)則的卡門渦街,其旋渦的信號頻率是由壓電元件制成檢測頭,檢測出的旋渦的分離頻率與介質(zhì)的流動(dòng)速度成正比。渦街流量計(jì)(續(xù))4、LUCB型插入式渦街流量傳感器渦街流量計(jì)(續(xù))40渦街流量計(jì)(續(xù))LUCB型插入式渦街流量傳感器技術(shù)參數(shù):1、公稱口徑Ф200-Ф2000(mm)2、適用介質(zhì):氣體
液體蒸汽3、可測介質(zhì)溫度:-20℃-150℃;-20℃-250℃4、公稱壓力:1.6MPa;2.5MPa5、精度等級2.5級,1級6、測量范圍液體:常溫水:Vmin=0.4m/s,Vmax=5.2m/s;
氣體(溫度20℃壓力0.1MPa空氣):min=5.5m/s,Vmax=55m/s7、輸出信號:電壓脈沖:低電平≤1V,高電平≥6V,脈沖寬度0.4ms;4-20mA電流信號:
8、供電電源:電壓脈沖輸出時(shí):+12VDC或+24VDC
4-20mA輸出時(shí):+19VDC-+30VDC
渦街流量計(jì)(續(xù))LUCB型插入式渦街流量傳感器技術(shù)參數(shù)41流量測量(續(xù))三、容積式流量計(jì)容積式流量計(jì)是一種使用很早的流量測量儀表,可用來測量各種液體和氣體的體積流量。它是利用某種標(biāo)準(zhǔn)容器的固定容積對被測流體進(jìn)行連續(xù)計(jì)量并進(jìn)行積算的。由于這種類型的流量計(jì)測量的精確度與流體的密度無關(guān),不受流動(dòng)狀態(tài)的影響,因此長期以來被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程的流量測量并作為流量計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)儀表。容積式流量計(jì)具有以下特點(diǎn):測量精確度高,可達(dá)±0.1%~±0.5%;不要求前后直管段長度,特別適合高粘度介質(zhì)測量。但要求被測流體潔凈,否則在流量計(jì)前后應(yīng)加裝過濾器,這樣將造成較大壓損;容積式流量計(jì)在油田各級計(jì)量站、油庫、轉(zhuǎn)油站等處得到廣泛的應(yīng)用。
流量測量(續(xù))三、容積式流量計(jì)42(一)
橢圓齒輪流量計(jì)1.
工作原理橢圓齒輪流量計(jì)的工作原理如下圖所示。它的測量部分是由一對裝在軸上互相嚙合且旋轉(zhuǎn)的橢圓齒輪及殼體組成。橢圓齒輪與殼體之間形成半月形體積(綠色部分)叫測量室。容積式流量計(jì)(一)
橢圓齒輪流量計(jì)容積式流量計(jì)43當(dāng)流體流過橢圓齒輪流量計(jì)時(shí),由于要克服阻力將會(huì)引起壓力損失,從而使入口側(cè)壓力P1大于出口側(cè)壓力P2,在此壓力差的作用下,將對橢圓齒輪產(chǎn)生作用力矩。在圖(a)所示位置時(shí),由于P1>P2,在P1和P2的作用下所產(chǎn)生的合力矩使A輪順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。這時(shí)A是主動(dòng)輪,B為從動(dòng)輪。當(dāng)轉(zhuǎn)至圖(b)所示的中間位置時(shí),根據(jù)作用力的分析可知,此時(shí)A輪與B輪均為主動(dòng)輪,當(dāng)繼續(xù)轉(zhuǎn)至圖(c)所示位置時(shí),P1和P2作用在A輪上的合力矩為零,作用在B輪上的合力矩使B輪作逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng),把已收入A輪一側(cè)的半月形容積的流體排至出口,并在B輪一側(cè)又收入半月形容積的流體,這時(shí)B為主動(dòng)輪,A為從動(dòng)輪,與圖(a)所示的情況剛好相反。如此往復(fù)循環(huán),A輪和B輪互相交替地由一個(gè)帶動(dòng)另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng),并把被測介質(zhì)以半月形容積為單位一次又一次地由進(jìn)口排至出口。橢圓齒輪流量計(jì)(續(xù))當(dāng)流體流過橢圓齒輪流量計(jì)時(shí),由于要克服阻力將44顯然,上圖所示僅僅表示了橢圓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)1/4周的情況,而其所排出的被測介質(zhì)則為一個(gè)半月形容積。所以,橢圓齒輪每轉(zhuǎn)一周所排出的被測介質(zhì)量為4個(gè)半月形容積。故通過橢圓齒輪流量計(jì)的體積流量Q為:Q=4nV0
式中:n—橢圓齒輪的旋轉(zhuǎn)速度;V0—半月形測量室容積;V0=a—
橢圓齒輪長半軸;b—橢圓齒輪短半軸;H—橢圓齒輪軸向高度(厚度);R—容積式半徑。由上式可知,在橢圓齒輪流量計(jì)的半月形容積V0已定的條件下,只要測出橢圓齒輪的轉(zhuǎn)速n,便可知道被測介質(zhì)流量。橢圓齒輪流量計(jì)(續(xù))顯然,上圖所示僅僅表示了橢圓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)1/4周的情況,而其所排452、橢圓齒輪流量計(jì)的的顯示:橢圓齒輪流量計(jì)的流量信號(即轉(zhuǎn)速n)可以就地顯示和遠(yuǎn)傳。就地顯示是將橢圓齒輪流量計(jì)某個(gè)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)通過一套減速齒輪傳動(dòng)系,傳遞給儀表指針及積算機(jī)構(gòu),指示被測流體的體積流量和累積流量,遠(yuǎn)傳式可采用脈沖信號形式傳送。為了實(shí)現(xiàn)流量信號的遠(yuǎn)距離、集中顯示??梢栽诒眍^上裝上干簧繼電器、光電轉(zhuǎn)換裝置等,將橢圓齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)與轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電脈沖信號的數(shù)量與頻率輸出。橢圓齒輪流量計(jì)(續(xù))2、橢圓齒輪流量計(jì)的的顯示:橢圓齒輪流量計(jì)(續(xù))46橢圓齒輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)通過聯(lián)軸器傳遞到傳動(dòng)齒輪系,在傳動(dòng)輪系后,插入一個(gè)測速孔盤。流量計(jì)每有一單位體積流體累積時(shí),測速孔盤轉(zhuǎn)一周。橢圓齒輪流量計(jì)(續(xù))橢圓齒輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)通過聯(lián)軸器傳遞到傳動(dòng)齒輪系,47橢圓齒輪流量計(jì)(續(xù))如圖所示孔盤上等距開k有個(gè)孔眼。當(dāng)孔盤的孔眼轉(zhuǎn)到燈炮與光電管之間時(shí),光電管導(dǎo)通,電路輸出高電平。而當(dāng)光電管與燈炮介于兩孔眼之間時(shí),光線被擋住,光電管截止,電路輸出低電平。這樣光盤每轉(zhuǎn)過一個(gè)孔就能輸出一個(gè)電脈沖信號。光盤轉(zhuǎn)動(dòng)一周,電路輸出k個(gè)脈沖信號,表示累積一個(gè)單位體積的流體。所以脈沖信號的個(gè)數(shù)與流體總量成正比,脈沖信號的頻率與流體的瞬時(shí)流量成正比,即:f=nk(n是孔盤轉(zhuǎn)速)橢圓齒輪流量計(jì)(續(xù))如圖所示孔盤上等距開k有48孔盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),其上磁鐵隨之轉(zhuǎn)動(dòng),磁鐵靠近干簧繼電器時(shí),干簧繼電器內(nèi)兩電極被磁化后吸合在一起,可以使遠(yuǎn)處二次儀表的電磁計(jì)數(shù)器動(dòng)作一次,以顯示累積流量,并帶動(dòng)機(jī)械計(jì)數(shù)器的末位數(shù)字輪轉(zhuǎn)一字。磁鐵轉(zhuǎn)離時(shí),兩電極又會(huì)在自身彈性力作用下分開,因此,孔盤每轉(zhuǎn)一周,干簧繼電器開、關(guān)一次,即有單位體積的流體流過。光電轉(zhuǎn)換裝置送來的脈沖信號主要來指示瞬時(shí)流量,將脈沖信號整形放大后即可得到正比于信號頻率的模擬電信號。
橢圓齒輪流量計(jì)(續(xù))孔盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),其上磁鐵隨之轉(zhuǎn)動(dòng),磁鐵靠近干簧49(1)由于這種流量計(jì)是齒輪嚙合傳動(dòng),通過的介質(zhì)必須潔凈,否則機(jī)械雜質(zhì)可能會(huì)損傷齒輪,影響測量精度,甚至可能使齒輪卡死,所以一般都應(yīng)與過濾器配套使用。(2)被測流量不能經(jīng)常接近測量上限,否則磨損加大,壽命縮短,一般Qch(正常流量)=50%~80%Qmax(最大流量)。(3)當(dāng)被測介質(zhì)粘度太小或流量太大時(shí),泄漏量突出,會(huì)降低精度。(4)安裝時(shí)應(yīng)使橢圓齒輪的旋轉(zhuǎn)軸呈水平位置(即表頭刻度盤應(yīng)與地面垂直),這樣可以減小齒輪和測量室底盤及蓋板的摩擦,從而減小零件磨損,保證測量精度和使用壽命。如果儀表安裝在垂直管道上,則流量計(jì)應(yīng)裝在旁路管道中,以防雜物落入流量計(jì)內(nèi)。正確的安裝見圖(3-3-11)所示。橢圓齒輪流量計(jì)(續(xù))(1)由于這種流量計(jì)是齒輪嚙合傳動(dòng),通過的介質(zhì)必須潔凈50
2.安裝、使用注意事項(xiàng)橢圓齒輪流量計(jì)(續(xù))2.安裝、使用注意事項(xiàng)橢圓齒輪流量計(jì)(續(xù))51(二)腰輪流量計(jì)又稱“羅茨”流量計(jì),其原理是有齒輪泵演化而來,圖A是齒輪泵剖視圖。圖中O1和O2為兩個(gè)互相嚙合的齒輪,安裝在殼體內(nèi),有外力按箭頭方向驅(qū)動(dòng)時(shí),會(huì)使液體沿點(diǎn)狀空間輸送到出口。內(nèi)燃機(jī)的潤滑油就是用這種齒輪泵供應(yīng)到各個(gè)摩擦面上的。流量測量(續(xù))A齒輪泵工作原理(二)腰輪流量計(jì)流量測量(續(xù))A齒輪泵工作原理52若將齒輪的齒數(shù)減少到兩個(gè),就演化為圖B,為了保證可靠地嚙合,在齒輪軸的一端裝有相互嚙合的普通齒輪,即圖中虛線所示。輸送流體則依靠輪上的兩齒和殼體之間的空間(即圖中畫有小點(diǎn)的空間)推移。兩齒的齒輪斷面是細(xì)腰狀,故有“腰輪’’之稱。腰輪與殼體間的有效空間比齒輪大得多,尤其是軸向尺寸很大時(shí),腰輪實(shí)際上已是斷面為細(xì)腰狀的柱體,其排送流體的能力顯著提高.腰輪流量計(jì)(續(xù))若將齒輪的齒數(shù)減少到兩個(gè),就演化為圖B,為了53把具有一定壓力的氣體自入口導(dǎo)進(jìn)殼內(nèi),則圖a里的O1右下端有向上的推力Pl,而其左下端推力F2較小,故O1將反時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng),經(jīng)端部齒輪使O2順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。這時(shí)O1為主動(dòng)輪,O2為從動(dòng)輪。當(dāng)腰輪O1處于垂直位置時(shí),O2又成為主動(dòng)輪,帶動(dòng)O1旋轉(zhuǎn)。兩輪交替作用就能連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。腰輪每轉(zhuǎn)一周,便有四倍單側(cè)空間的容積輸送到出口。測出腰輪的轉(zhuǎn)數(shù),就可知道累計(jì)總?cè)莘e,其轉(zhuǎn)速即反映瞬時(shí)流量。腰輪流量計(jì)(續(xù))把具有一定壓力的氣體自入口導(dǎo)進(jìn)殼內(nèi),則圖a里54腰輪與殼體間及兩腰輪之間都保持微小間隙0.07~0.15mm,因此,漏泄很小。為了保證被測介質(zhì)不會(huì)沿軸向漏出,采用磁性傳動(dòng)?;蛟谳S上安裝永久磁鐵,殼外裝舌簧管,腰輪每轉(zhuǎn)一周,舌簧管被吸合一次,發(fā)出一個(gè)脈沖信號,這就成了腰輪流量傳感器。再配以頻率轉(zhuǎn)換電路,得到直流電流0~10mA或4~20mA的信號,成為流量變送器。腰輪流量計(jì)可達(dá)到精確度0.2級或0.5級,其接管直徑可大至至150mm,瞬時(shí)流量可達(dá)250m3/h。腰輪流量計(jì)(續(xù))腰輪與殼體間及兩腰輪之間都保持微小間隙0.07~0.155
腰輪流量計(jì)的計(jì)量室容積計(jì)算比較復(fù)雜,可參閱有關(guān)專著。根據(jù)理論分析結(jié)果,通過腰輪流量計(jì)的體積流量可按下式計(jì)算求得Q=60K0D02Hn米3/時(shí)
式中:D0---腰輪長軸直徑,米;H---腰輪轉(zhuǎn)子軸向高度(厚度),米;K0---系數(shù),與腰輪形狀有關(guān);n---腰輪的轉(zhuǎn)數(shù),轉(zhuǎn)/分。
腰輪流量計(jì)(續(xù))腰輪流量計(jì)的計(jì)量室容積計(jì)算比較復(fù)雜,可參閱有56四、轉(zhuǎn)子流量計(jì)工業(yè)生產(chǎn)和科研工作中,經(jīng)常遇到小管徑、低雷諾數(shù)的小流量測量,而上述幾種流量計(jì)對于小管徑、小流量的測量均受到標(biāo)準(zhǔn)化或結(jié)構(gòu)等方面的條件限制,所以對較小管徑的流量測量常采用轉(zhuǎn)子流量計(jì)。它適用的管徑范圍為1~150mm。轉(zhuǎn)子流量計(jì)的主要特點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)簡單,靈敏度高,壓力損失小且恒定,刻度近似線性,價(jià)格便宜,使用維護(hù)簡便等但儀表精度受到被測介質(zhì)密度、粘度、溫度、壓力等因素的影響,其精度一般在2.0級左右,最高可達(dá)1.0級。流量測量(續(xù))四、轉(zhuǎn)子流量計(jì)流量測量(續(xù))57(一)工作原理轉(zhuǎn)子流量計(jì)與前面所講的差壓計(jì)在工作原理上是不同的。差壓式流量計(jì)是在節(jié)流面積(節(jié)流元件的流通面積)不變的條件下,以差壓變化來反映流量的大小。而轉(zhuǎn)子流量計(jì),卻是以壓差不變,利用節(jié)流面積的變化來反映流量的大小,故稱為恒壓差、變節(jié)流面積的流量測量方法。轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要是由一根自上而下擴(kuò)大的垂直錐管和一只隨流體流量大小而可以上、下,移動(dòng)的轉(zhuǎn)子所組成。錐形管的錐度為40′~3°,其材料有玻璃管和金屬管兩種。轉(zhuǎn)子根據(jù)不同的測量范圍及不同介質(zhì)(氣體或液體)可分別采用不同材料制成不同形狀。
轉(zhuǎn)子流量計(jì)(續(xù))(一)工作原理轉(zhuǎn)子流量計(jì)(續(xù))58被測流體沿錐形管由下而上流過轉(zhuǎn)子之間的環(huán)隙時(shí),位于錐形管中的轉(zhuǎn)子受到一個(gè)向上作用力F上,使轉(zhuǎn)子浮起。當(dāng)這個(gè)力正好與浸沒在流體里的轉(zhuǎn)子重力F下(自重減去流體對轉(zhuǎn)子的浮力)平衡時(shí),則作用在轉(zhuǎn)子上的力達(dá)到平衡,轉(zhuǎn)子就停浮在某一高度上。如果被測流體的流量增大,作用在轉(zhuǎn)子上、下的壓差增大,則向上的力F上將隨之增大,因?yàn)檗D(zhuǎn)子在流體中所受的重力F下(自重減浮力)是不變的,則F上>F下,使轉(zhuǎn)子上升,轉(zhuǎn)子在錐形管中位置的升高,造成轉(zhuǎn)子與錐形管間的環(huán)隙增大,即流體的流通面積增大。隨著環(huán)隙的增大,流過此環(huán)隙的流體流速變慢,則轉(zhuǎn)子上、下的壓差減小,因而作用在轉(zhuǎn)子上向上的力也變小。當(dāng)流體作用在轉(zhuǎn)子上的力再次等于轉(zhuǎn)子在流體中的重力(即F上=F下)時(shí),轉(zhuǎn)子又穩(wěn)定在某一個(gè)新的高度上。流量減小時(shí)情況相反。轉(zhuǎn)子流量計(jì)(續(xù))被測流體沿錐形管由下而上流過轉(zhuǎn)子之間的環(huán)隙59轉(zhuǎn)子流量計(jì)(續(xù))這樣,轉(zhuǎn)子在錐形管中的平衡位置的高低與被測介質(zhì)的流量大小相對應(yīng)。如果在錐形管外表沿其高度刻上對應(yīng)的流量值,那么根據(jù)轉(zhuǎn)子平衡位置的高低就可直接讀出流量的大小。這就是轉(zhuǎn)子流量計(jì)測量流量的基本原理。轉(zhuǎn)子流量計(jì)中轉(zhuǎn)子受到的作用力為:F上=(P1-P2)A,F(xiàn)下=Vr(ρr-ρ)g式中P1、P2—轉(zhuǎn)子上下流體的壓力;A---轉(zhuǎn)子的最大截面積;Vr—轉(zhuǎn)子的體積;ρr—轉(zhuǎn)子的密度;ρ—被測流體的密度;g—重力加速度值。轉(zhuǎn)子流量計(jì)(續(xù))這樣,轉(zhuǎn)子在錐形管中的平衡位置的60當(dāng)轉(zhuǎn)子在某一位置平衡時(shí),應(yīng)滿足:(P1-P2)A=Vr(ρr-ρ)g由于在測量過程中,流量計(jì)選定以后,被測流體工作條件不變,Vr、ρr、ρ、A、g均為常數(shù),所以由上式可知,(P1-P2)也是常數(shù)。也就是說,在轉(zhuǎn)子流量計(jì)中,流體的壓降是固定不變的。由式可知:
在ΔP一定的情況下,流過轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量和轉(zhuǎn)子與錐形管間環(huán)隙面積有關(guān)。由于錐形管自下而上逐漸擴(kuò)大,所以環(huán)隙面積是與轉(zhuǎn)子浮起的高度有關(guān)的。轉(zhuǎn)子流量計(jì)(續(xù))當(dāng)轉(zhuǎn)子在某一位置平衡時(shí),應(yīng)滿足:轉(zhuǎn)子流量計(jì)(61因此,根據(jù)轉(zhuǎn)子浮起的高度就可以判斷被測介質(zhì)的流量大小,可用下式表示:
式中φ—轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量系數(shù),取決于轉(zhuǎn)子形狀和雷諾數(shù),并由試驗(yàn)確定;h—轉(zhuǎn)子所處的高度。將式代入上兩式,可分別得到:可見,測得轉(zhuǎn)子所處的高度h,便可知流量的大小。
轉(zhuǎn)子流量計(jì)(續(xù))因此,根據(jù)轉(zhuǎn)子浮起的高度就可以判斷被測介質(zhì)62轉(zhuǎn)子流量計(jì)(續(xù))
(三)轉(zhuǎn)子流量計(jì)指示值的修正轉(zhuǎn)子流量計(jì)的刻度是單獨(dú)標(biāo)定而得到的。儀表制造廠為了便于成批生產(chǎn),在進(jìn)行流量刻度時(shí),是在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(20℃,0.10133Mpa)下以水或空氣為介質(zhì)進(jìn)行刻度的。即轉(zhuǎn)子流量計(jì)的標(biāo)尺刻度值,對于液體流量測量是代表工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下水的流量值,對于氣體流量測量是代表工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣流量值。所以,在實(shí)際使用時(shí),如果被測介質(zhì)的密度和工業(yè)狀態(tài)不同,必須對流量指示值按照實(shí)際被測介質(zhì)的密度、溫度、壓力等參數(shù)的具體情況進(jìn)行修正。轉(zhuǎn)子流量計(jì)(續(xù))(三)轉(zhuǎn)子流量計(jì)指示值的修正63轉(zhuǎn)子流量計(jì)(續(xù))
1.液體流量的修正測量液體的轉(zhuǎn)子流量計(jì),由于制造廠是在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下用水標(biāo)定的,如果實(shí)際測量時(shí)被測介質(zhì)不是水,則由于密度的不同必須對流量刻度進(jìn)行修正。如果被測介質(zhì)的粘度與水的粘度相差不大(不超過0.03帕斯卡秒),可近似認(rèn)為φ是常數(shù),已知刻度流量Q0,要計(jì)算實(shí)際流體的流量,可用下式進(jìn)行修正:ρr—轉(zhuǎn)子的密度;ρ—被測流體的密度ρw—工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下水的密度KQ為體積流量密度修正系數(shù)。轉(zhuǎn)子流量計(jì)(續(xù))1.液體流量的修正ρr—轉(zhuǎn)子的密64轉(zhuǎn)子流量計(jì)(續(xù))
1.液體流量的修正測量液體的轉(zhuǎn)子流量計(jì),由于制造廠是在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下用水標(biāo)定的,如果實(shí)際測量時(shí)被測介質(zhì)不是水,則由于密度的不同必須對流量刻度進(jìn)行修正。如果被測介質(zhì)的粘度與水的粘度相差不大(不超過0.03帕斯卡秒),可近似認(rèn)為φ是常數(shù),已知刻度流量Q0,要計(jì)算實(shí)際流體的流量,可用下式進(jìn)行修正:ρr—轉(zhuǎn)子的密度;ρ—被測流體的密度ρw—工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下水的密度;KQ--體積流量密度修正系數(shù)轉(zhuǎn)子流量計(jì)(續(xù))1.液體流量的修正ρr—轉(zhuǎn)子的密65轉(zhuǎn)子流量計(jì)(續(xù))
2.氣體流量的修正對于氣體流量的修正,除了被測介質(zhì)的密度不同之外,被測介質(zhì)的工作壓力和溫度的影響也較顯著,因此對密度、工作壓力和溫度均需進(jìn)行修正。測量氣體的轉(zhuǎn)子流量計(jì),制造廠是在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下用空氣標(biāo)定的,對于非空氣介質(zhì)在不同的工作狀態(tài)下測量時(shí),需進(jìn)行修正。
轉(zhuǎn)子流量計(jì)(續(xù))2.氣體流量的修正66轉(zhuǎn)子流量計(jì)(續(xù))
2.氣體流量的修正當(dāng)已知儀表顯示刻度Q0,要計(jì)算實(shí)際流體在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流量時(shí),可按下式修正。式中:Q1—被測介質(zhì)在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(20℃,0.10133Mpa)的體積流量,nm3/h----(標(biāo)準(zhǔn)立方米每小時(shí))ρ1—被測介質(zhì)在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度,Kg/m3;ρ0—空氣在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度(1.2046Kg/m3);P1—被測介質(zhì)的絕對壓力,MPa(兆帕);P0—工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的絕對壓力(0.10133Mpa);T1—被測介質(zhì)的絕對溫度,K(開爾文);T0—工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)的絕對溫度(293K);Q0—用空氣標(biāo)定的刻度流量(nm3/h);Kρ—密度修正系數(shù);KP—壓力修正系數(shù);KT—溫度修正系數(shù);轉(zhuǎn)子流量計(jì)(續(xù))2.氣體流量的修正67轉(zhuǎn)子流量計(jì)(續(xù))
需要說明的是,由式計(jì)算得到的Q1是被測介質(zhì)在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(20℃,0.10133Mpa)下的體積流量,而不是被測介質(zhì)在實(shí)際工作狀態(tài)下的體積流量。這是由于氣體計(jì)量時(shí),一般采用標(biāo)準(zhǔn)立方米計(jì)量,而不用實(shí)際工作狀態(tài)下的體積流量來計(jì)量。同理,在訂購儀表,選擇流量計(jì)量程時(shí),應(yīng)將被測流體在工作狀態(tài)下的流量值換算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下標(biāo)定所用流體的流量值,以便選擇合理的儀表上限值。例題:轉(zhuǎn)子流量計(jì)(續(xù))需要說明的是,由式68轉(zhuǎn)子流量計(jì)(續(xù))LZ系列金屬管浮子流量計(jì)(又稱金屬轉(zhuǎn)子流量計(jì)),具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、適用范圍廣、精度較高、安裝方便等特點(diǎn)。該系列流量計(jì)與玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)比較,具有耐高壓、高溫、安全感強(qiáng)、讀數(shù)簡明等特點(diǎn)。轉(zhuǎn)子流量計(jì)(續(xù))LZ系列金屬管浮子流量計(jì)(又稱金屬轉(zhuǎn)子69轉(zhuǎn)子流量計(jì)(續(xù))玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要用于化工、石油、輕工、醫(yī)藥等各個(gè)部門中,用來測量單相非脈動(dòng)(液體或氣體)流體的流量。主要特點(diǎn):壓力損失小,性能可靠結(jié)構(gòu)簡單,安裝使用方便價(jià)格便宜。轉(zhuǎn)子流量計(jì)(續(xù))玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要用于化工、石油、輕工70一、井下流量計(jì)井下流量計(jì)可用來準(zhǔn)確地測量出油不同層段的產(chǎn)量、水井不同層段的注水量,對于摸清井下狀況,指導(dǎo)油田開發(fā)、生產(chǎn),具有十分重要的意義。一般地,用于測量注水井注水流量的井下流量計(jì),在油田習(xí)慣稱為井下流量計(jì);用于測量油井產(chǎn)液量的井下流量計(jì)稱作井下產(chǎn)量計(jì)。1、浮子式井下流量計(jì)浮子式井下流量計(jì)是從轉(zhuǎn)子式流量計(jì)演化而來的。其區(qū)別是錐形管上細(xì)下粗,與轉(zhuǎn)子流量計(jì)相反。并且,作為節(jié)流元件的轉(zhuǎn)子不再是自由的了,而是與彈簧連結(jié),稱之為浮子。這種流量計(jì)便稱為浮子式井下流量計(jì)。全國各油田使用的浮子式井下流量計(jì)型號很多,如慶106型、慶104型、勝108型、遼76型、江101型、江102型和新疆雙彈簧型等。它們適用的測量條件、測量環(huán)境有所不同,其結(jié)構(gòu)各有差異,但其測量原理基本相同。附:井下流(產(chǎn))量計(jì)一、井下流量計(jì)附:井下流(產(chǎn))量計(jì)71(1)浮子式井下流量計(jì)的工作原理如圖所示:當(dāng)注入地層的注水從進(jìn)液管往下進(jìn)入流量計(jì)、通過流量計(jì)錐管時(shí),沖擊錐管里的浮子。使浮子帶動(dòng)記錄筆向下移動(dòng),同時(shí)拉伸吊裝彈簧。這樣,流體對浮子的向下作用力使浮子下移,而吊裝彈簧被拉伸時(shí)又產(chǎn)生向上的反作用力。當(dāng)流體作用力與彈簧反力相平衡時(shí),浮子及記錄筆就相對穩(wěn)定于某一位置。由于鐘機(jī)帶動(dòng)記錄筒及記錄紙不停地勻速轉(zhuǎn)動(dòng),因而,記錄筆就可在記錄紙上畫出一定高度的臺階狀曲線。曲線的高度表示流量的大小。浮子式井下流量計(jì)(續(xù))(1)浮子式井下流量計(jì)的工作原理浮子式井下流量計(jì)(續(xù))722.慶106型浮子式井下流量計(jì),與偏心配水管柱配套,對注水井進(jìn)行分層注水流量測量,流量計(jì)在配水器上的定位與密封,由與配水器配套的測試密封段來完成,不屬于流量計(jì)的固定組成部分.慶106型浮子式井下流量計(jì)由繩帽、鐘機(jī)系統(tǒng)、記錄裝置、測量部分四部分組成如圖所示.繩帽用來連結(jié)鋼絲,吊掛流量計(jì),鐘機(jī)帶動(dòng)記錄筒勻角速旋轉(zhuǎn).記錄裝置由記錄筒、記錄筆導(dǎo)向管和記錄筆等組成.記錄筆導(dǎo)向管裝在記錄筒內(nèi),下端固定在進(jìn)液管上,一側(cè)開有供記錄筆上下移動(dòng)的豎孔,記錄筆通過豎孔伸出導(dǎo)向臂,壓在記錄筒內(nèi)壁的記錄紙上.測量部分由彈簧、錐管、浮子、記錄筆桿等組成。測量時(shí),浮子帶動(dòng)記錄筆沿豎孔向下運(yùn)動(dòng),記錄筒勻角速旋轉(zhuǎn),記錄筆即可在記錄紙上畫出流量隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線.浮子式井下流量計(jì)(續(xù))2.慶106型浮子式井下流量計(jì),與偏心配水管柱配套,733、注水井分層注水測量注水井注水層的選擇和各層注水流量的控制由分層配水管柱完成,井下流量計(jì)的分層注水流量測量也在配水管柱內(nèi)進(jìn)行。分層配水管柱由油管連結(jié)各層封隔器、配水器組成。偏心配水管柱由油管、封隔器、偏心配水器、撞擊筒、底部單流凡爾(限制管柱外液體流向管柱內(nèi),因而稱為單流凡爾)組成,如圖所示。浮子式井下流量計(jì)(續(xù))3、注水井分層注水測量浮子式井下流量計(jì)(續(xù))74在進(jìn)行分層注水流量測量時(shí),浮子式井下流量計(jì)下接一個(gè)專用測試密封段,一起下入偏心配水器中,靠測試密封段將流量計(jì)定位于配水器上,并將流量計(jì)與配水器間的環(huán)形空間密封,使注水全部通過流量計(jì)。(1)測試密封段測試密封段由定位和密封聚流兩部分組成,如圖所示。密封聚流部分由一個(gè)空心管和一對密封圈組成。密封圈下有三個(gè)長形出液孔。定位部分的定位爪8收攏后可以由頂桿掛7掛住。如果向上推動(dòng)座開帽11,使頂桿9及頂桿掛7上移,頂桿掛則脫開定位爪掛鉤,在彈簧6作用下定位爪自動(dòng)張開,以便在配水器中定位。浮子式井下流量計(jì)(續(xù))在進(jìn)行分層注水流量測量時(shí),浮子式井下流量計(jì)75(2)偏心配水器
偏心配水器由工作筒和堵塞器兩部分組成(見圖)。堵塞器安裝在工作筒一側(cè)的偏心孔里。工作筒主要由工作筒主體、扶正體、導(dǎo)向體、導(dǎo)向體外套及上下接頭組成。主體中心有直徑為46mm的主通道,可以讓流量計(jì)及測試密封段通過。主體一側(cè)有一直徑20mm的偏心孔,供座裝堵塞器用,偏心孔外壁開有寬為12mm的出液孔。注入水通過水嘴進(jìn)入注水層。水嘴可以控制該層注水量的大小。
浮子式井下流量計(jì)(續(xù))(2)偏心配水器浮子式井下流量計(jì)(續(xù))76浮子式井下流量計(jì)(續(xù))浮子式井下流量計(jì)(續(xù))77
(3)分層測量原理測量時(shí),將定位爪收攏的測試密封段接在浮子式井下流量計(jì)錐管下面,從井口下入油管中。下到井底后,井底撞擊筒的撞擊頭推動(dòng)座開帽,使頂桿掛上移,放開定位爪。定位爪在彈簧作用下自
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