V錐流量計在過熱蒸汽計量中的實際應用

[摘要]標準孔板以其發展技術成熟、標準化程度高、結構簡單等特點在過熱蒸汽流量計量中得到非常廣泛的應用。然而，孔板流量計也存在著一些固有的缺陷，如流出系數不穩定、線性差、重復性不高、準確度受客觀因素制約而無法達到設計要求、量程比小、壓損大等。文章介紹“V”型內錐式差壓流量計的工作原理，進而分析如何利用它解決孔板流量計的這些缺陷，并通過計算實例說明“V”型內錐式流量計在節能方面的優異表現。

1“V”型內錐式流量計的工作原理及特點

從分類學上講，“V”型內錐式流量計和孔板流量計都屬于差壓流量計，遵守能量守恒定律?？装鍖儆谥行耐蝗皇湛s式流量計，而“V”型內錐則屬于邊緣逐漸收縮式。其結構示意圖分別如圖1、圖2所示。

從圖1中可以看出，當流體流過孔板時會形成流體的局部收縮，在孔板下游形成幅度相當大的漩渦，它會使孔板的量程比縮小，差壓信號中的噪聲增大，降低流量計的測量精度，壓損增大。另外，孔板的這種中心突然收縮的節流方式還會帶來其它不良影響：要求的上游直管過長（一般至少20D~50D），孔板前極易積污，孔板入口邊緣極易被磨損從而喪失精度，流出系數不穩定，線性差。

“V”型內錐節流裝置包括一個在測量管中同軸安裝的尖圓錐體和相應的取壓口。該測量管是預先精密加工好的，在尖圓錐體的兩端產生差壓。如圖2所示，p1處為正壓，p2處為負壓。圓錐體的頂尖朝向來流，并且與尾隨面之間是一個尖銳的銳角，從而保證流體在進入下游的低壓區之前有一個平滑的過渡區。由于流體不是被迫收縮到管道中心線附近，并且不再是一個阻擋物（節流件）令流體突然改變流動方向，而是利用這種結構新穎的內錐式節流裝置實現了對流體的逐漸朝向管道內壁的收縮

（節流），使“V”型內錐式流量計具有了一系列獨特的優點。這種流量計在其節流件的下游只會產生高頻低幅的喘流（小渦流），因而差壓變送器所測量的差壓Ap信號是低噪聲信號。這樣在負壓側的取壓孔處就可以測得靈敏度（分辨力）優于24.5Pa（2.5mm水柱）的壓力，從而利用一臺差壓變送器就能夠獲得很寬的量程比（大于15：1）和很好的重復性（優于±0.1%）。

“V”型內錐的安裝方式使得管道中的流體在流經該節流件時會逐漸向管壁收縮，從而實現對節流裝置的自清掃，可以自行清掃液體中的含氣或氣體中的含液以及氣、液中所含的固體顆粒，將它們吹向下游，始終確保無污物在流量計中沉積或堆積。同時，“V”型內錐同軸安裝在管道中，流體與內錐的相互作用使得內錐能矯正已畸變的速度分布，并能很大程度上消除漩渦二次流，起到流動調整器的作用。由于“V”型內錐流量計不受速度分布的影響，所以在安裝過程中可以大大減少上下游直管段長度。

2“V”型內錐式流量計的計算

由于“V”型內錐流量計仍屬于節流式差壓流量計，所以它遵循伯努利方程和流體流動連續性方程?！癡”型內錐流量計與標準孔板流量計的計算方法基本相似。節流式差壓流量計普遍適用的實際流量公式為：

式中：e為被測介質的可膨脹系數，對于液體e=1，對于氣體、蒸汽等可壓縮流體e<1；q、為流體的體積流量，m2/s；qm為流體的體積流量，kg/s；d為工作狀況下節流件的等效開孔直徑，m（對于孔板是開孔直徑，對于“V”錐是等效開孔直徑）；B為等效直徑比，對于孔板，B=d/D，對于“V”型內錐節流裝置，B，=（D2-d2）0.5/D；△p為差壓值，Pa；91為工作狀況下節流件上游處流體的密度，kg/m2；c為流出系數。

對于“V”型內錐流量計的計算公式只需對上面的公式進行修正即可，“V”型內錐流量計的d和B應采用等效的開孔直徑和等效的B，值（d，和B，）。

式中：D為工況下測量管的內徑，m；d，為工況下錐體最大橫截面積處圓的直徑，m；β、為“V”型內錐流量計等效直徑比；液體的可膨脹系數e=1，對于氣體、蒸汽等可壓縮流體e<1，可按照下面公式計算：

式中：△p為內錐前后的常用差壓值，Pa；β為“V”型內錐流量計等效直徑比，即β；k為可壓縮流體的等熵指數；p1為工況下內錐上游取壓處的絕對靜壓，Pa。

由于發展時間較短，“V”型內錐流量計尚未達到很高的標準化程度，所以對于每臺“V”型內錐流量計，如果要求流量計具有優于±0.5%的精確度，流量公式中所采用的流出系數C是應在盡可能接近使用條件的標準裝置上對其進行實流校準。如果要求士1.0%的精確度則只要使用廠家在出廠時的校準結果即可。

3“V”型內錐式流量計和孔板流量計的能耗對比

式中：qkmh為液體或蒸汽的質量流量，kg/h；△p為永久壓損，kPa；7為泵的效率，7=0.8；p1為在流動工況下上游取壓處空氣密度，kg/m³。

那么一年下來孔板比內錐流量計多消耗的能量為441162kW·h，整個事業部98套孔板，如果全部采用“V”型內錐流量計，那么一年下來節能將是一個非常驚人的數字。

4結束語

從上面的分析和計算可以看出“V”型內錐流量計在過熱蒸汽的測量中和標準孔板的計算方法基本相似，但由于“V”型內錐流量計的結構決定了它具有標準孔板流量計無法比擬的優點，在節能降耗方面，“V”型內錐流量計尤其值得大力推廣使用，盡管目前標準化程度不如標準孔板高，但它在流量測量領域中必然會得到廣泛的應用。

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