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技术资料

流量计种类:蒸汽流量的测量

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蒸汽是使用最为广泛的载热工质,是重要的二次能源。蒸汽流量的测量量大面广,对加强管理、公平贸易、节能能源、提高经济效益等方面都有重要意义。蒸汽流量测量方法如果按工作原理细分,可分为直接式质量流量计和推导式(也称间接式)质量流量计两大类。前者直接测量与质量流量成函数关系的额变量求得质量流量;后者用体积流量计和其他变量测量仪表,或两种不同的测量原理流量计组合成的仪表,经计算求得质量流量。

现在人们广泛使用的蒸汽流量计绝大多数仍为推导式。其中,以节流式差压流量计和涡街流量计为核心组成的蒸汽质量流量计是主流,这两种方法有各自的优点和缺点,而且具有良好的互补性。载差压式流量计中,线性孔板以其范围度广、稳定性好的优势占有一定市场分额,除此之外,科利奥里质量流量计、均速管流量计、超声流量计等在蒸汽流量测量中也有应用。

3.1.1用节流式差压流量计测量蒸汽质量流量

节流式差压流量计的一般表达式为[1]

qm= (3.1)

式中qm棗质量流量,kg/s;

C――流出系数;

d――工作条件下节流件的开孔直径,m;

Δp――差压,Pa;

D――管道内径,m。

在式(3.1)中,β和d为常数,C和ε1在一定的流量范围之内也可看作常数,因此式(3.1)可简化为

qm=k (3.2)

从式(3.2)可清楚看出,仪表示值同ρ1密切相关。而蒸汽工况(温度t,压力p)的变化,必然使ρ1产生相应的变化。因此,差压式流量计必须与用以求取蒸汽密度的工况测量仪表配合,并同计算部分一起组成推导式质量流量计,才能保证测量精确度。

过热蒸汽质量流量测量 当流体为过热蒸汽时,取决于流体压力ρ1和流体压力ρ1和流体温度t1。图3.1所示为测量系统。

(2)饱和蒸汽质量流量测量 饱和蒸汽的压力和温度是密切相关的,临界饱和状态的蒸汽从其压力查得的密度同从其温度查得的密度是相等的所以推导式质量流量计测量其流量时,既可采用压力补偿也可采用温度补偿。采用压力补偿时,是利用ρ1=f(ρ1)的关系获得ρ1;采用温度补偿时,是利用ρ1=f(t1)的关系获得ρ1。两种方法中以压力补偿较宜,详见后文3.1.5条分析。

3.1.2用线性孔板差压流量计测量蒸汽质量流量

传统的孔板流量计最大的不足是在被测流量相对于满量程流量较小时,差压信号很小,这一缺点大大影响其范围度和测量精确度。人们针对其不足在传统的孔板式产压流量计基础上开发了可变面积可变压头孔板流量计。因为其输出的差压信号与被测流量之间有线性关系,所以也称能够线性孔板差压流量计。

线性孔板流量计工作原理 线性孔板又称弹性加载可变面积可变压头孔板,其环隙面积随流量大小而自动变化,曲面圆锥形塞子在差压弹簧力的作用下来回移动,环隙变化使输出信号(差压)与流量成线性关系,并大大地扩大范围度,其结构如图3.3所示。

在孔板流量计中,当流体流过开孔面积为A的孔板时,流量q与孔板前后产生的差压之间有如下关系,即

q=K1A

式中 q――流量;

K1――常数;

A――孔板开孔面积;

Δp――差压。

1-稳定装置;2-纺锤形活塞;3-固定孔板;4-排气孔;5-标定和锁定蜗杆装置;6-走纸轴支撑;7-低压侧差压检出接头;8-高张力精密弹簧;9-排水孔;10-高压侧差压检出接头

在如图3.3所示的线性孔板中,与孔板处插入一个纺锤形活塞,又差压引起的活塞-弹簧组件的压缩量(活塞的移动距离)为X,则式(3.4)成立,即

p=K2X (3.4)

式中 K2――弹簧系数。

当活塞向前移动时,流通面积受活塞形状的影响而发生变化,其关系为

A=K3 (3.5)

式中 K3――常数。

由式(3.4)和式(3.5)得

A=K3 (3.6)

将式(3.6)代入式(3.3)得

q=K1K3

=KΔP

式中 K――常数(K=K1K3

①范围度宽。典型得线性孔板差压式流量计可测范围1%~100%FS,保证精确度得范围为5%~100% FS,因此,对于流量变化大得测量对象,一台流量计就可解决。能适应蒸汽、燃油测量得夏季、冬季负荷变化。

②线性差压输出。差压信号与流量成线性关系,被测流量相对于满量程流量较小时,差压信号幅值也较大,有利于提高测量精确度。

③直管段要求低。由于孔板得变面积设计,使其成为在高雷诺数条件下工作得测量机构,可在紧靠弯管、三通下游的部位进行测量(为了保证测量精确度,制造厂还是要求上游直管段≥6倍管径,下游直管段≥3倍管径)。

(3)保证测量精确度的措施 典型的线性孔板流量计GILGLO承诺具有±1%精确度,为了达到这一指标,采取了几项重要措施,其中包括如下几项。

①对线性孔板逐台用水标定

从式(3.4)和(3.5)可知,只要线性孔板中的弹簧线性号,而且活塞被加工成理想形状,使得流通面积A与位移X的1/2次方成线性关系成立,但是,活塞的曲面加工得很理想是困难得,最终不得不用逐台标定得方法来弥补这一不足。

对线性孔板进行逐台标定是以水为介质,不同口径得线性孔板均选择14个标定点,其中流量较小时,标定点排得较密,图3.4所示为一台DN200线性孔板得标定曲线。图中的差压单位为inH2O,(linH2O=249.0889Pa),表3.1所列的是一台DN200的线性孔板的实际标定数据,其中从体积流量换算到质量流量是建立在水的密度p=998.29kg/m3基础上的。


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