標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置和非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置

圖4-2為節(jié)流（差壓）式流量計(jì)的組成示意圖。節(jié)流裝置產(chǎn)生的差壓信號(hào)通過(guò)導(dǎo)壓管

引至差壓計(jì)，經(jīng)差壓計(jì)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)送至顯示儀表。

節(jié)流裝置分為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置和非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置兩大 類(lèi)，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的研究zui充分，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)zui完善，已 經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，只要根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算， 嚴(yán)格遵照加工要求和安裝要求，這樣的節(jié)流裝置不需要 進(jìn)行單獨(dú)標(biāo)定就可以使用。非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置用以解決臟 污和高粘度流體的流量測(cè)量問(wèn)題，尚缺乏足夠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，故沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化。節(jié)流裝置必須滿(mǎn)足下列使用條件和要求，流量方程 式和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)才能采用。

1) 被測(cè)流體應(yīng)充滿(mǎn)管道連續(xù)流動(dòng)。

2) 管道內(nèi)流體的流動(dòng)狀態(tài)是穩(wěn)定的。

3) 被測(cè)流體在通過(guò)節(jié)流裝置時(shí)不發(fā)生相變，即液 體的蒸發(fā)或氣體的液化。

4) 在節(jié)流元件前后各2D長(zhǎng)的一段管道內(nèi)，表面上不能有凸出物或明顯的粗糙不平; 在節(jié)流元件*，節(jié)流元件后5D范圍內(nèi)，必須是直管段。

5) 各種標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置使用管內(nèi)徑Z)的zui小值要符合要求。

1.標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置

全套節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)如圖4-3所示。

目前上規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置有：標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、文丘利管、文丘利噴嘴和長(zhǎng)徑噴嘴，常用的是前三種。它們的結(jié)構(gòu)、尺寸和技術(shù)條件均機(jī)一的標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)和圖表可査閱有關(guān)手冊(cè)或資料，

(1) 標(biāo)準(zhǔn)孔板標(biāo)準(zhǔn)孔板是-塊料有隠的金屬_平板，H孔的人口朝著流體的流動(dòng)方向，并有尖銳的直角邊緣，如圖所示。圓孔直徑d由所選取的差壓計(jì)的量程決 定在大多數(shù)使用場(chǎng)合，jS值為0. 2 ~ 0. 75標(biāo)準(zhǔn)孔板的結(jié)構(gòu)zui簡(jiǎn)單，體積小，加工方便， 成本低，目釀工業(yè)上應(yīng)釀多。但細(xì)髓鎌低，壓力損絲大’而且只賴(lài)于清潔的流體。標(biāo)準(zhǔn)孔板可以采用角接取壓、法蘭取壓和徑距取壓方式。

(2) 標(biāo)準(zhǔn)噴嘴標(biāo)準(zhǔn)噴嘴是由圓弧曲面構(gòu)成的人口收縮部分和與之相接的圓筒形喉部 組成的，當(dāng)肌(m 二 d2/D2 =妒)取值在不同范圍時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)噴嘴的形狀略有不同丄如圖 所示標(biāo)準(zhǔn)噴嘴的形狀適應(yīng)流體收縮的流線(xiàn)型，所以壓力損失較小’測(cè)量精度較。但匕的 結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜f體較大，加工困難，成本較高|然而由于噴嘴的堅(jiān)固性，—般選擇噴嘴用于高速蒸氣流量的測(cè)量。標(biāo)準(zhǔn)噴嘴采用角接取壓法。

(3) 文丘利管文丘利管具有圓錐形的入口收縮段和喇叭形的出口擴(kuò)散段丄如圖4-6 所示。它能使壓力損失顯著地減少，并有較高酬量精度。但加工困難，成本zui高一一般用 在有特殊翻滿(mǎn)麵場(chǎng)合它賺賺續(xù)變化，卿可于臟污流體流

量的測(cè)量，并在大管徑流量測(cè)量方面應(yīng)用較多。

2.非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置

非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)織M常只錄殊獄下麵，它們的估算方法與減節(jié)録®J本相同二

只是所用數(shù)據(jù)不同，這些數(shù)據(jù)可以在有關(guān)手冊(cè)巾査目!1。但非標(biāo)準(zhǔn)流裝置在使用則要進(jìn)行頭際標(biāo)定。圖4-7所示為幾種典型的非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置。

(1) 1/4圓噴嘴如圖4-7a所示，1/4圓噴嘴的開(kāi)孔人口形$狀是半徑為『的1/4圓弧它主要用于低雷諾數(shù)下的流量測(cè)量，雷諾數(shù)范圍為500 ~2-5 Xl°5°

(2) 錐形人口孔板如圖4-7b所示，錐形入口孔板與標(biāo)準(zhǔn)孔板形狀相似，只是人口為45° 錐角，相當(dāng)于一只倒裝孔板，它主要用于低雷諾數(shù)下流體的測(cè)量，雷諾數(shù)范圍

(3) 圓缺孔板如圖4-7c所示，圓缺孔板主要用于臟污、有氣泡析出或有固體微粒的 液體流量測(cè)量，其開(kāi)孔在管道截面的一側(cè)，為弓形開(kāi)孔。測(cè)量含氣液體時(shí)，其開(kāi)孔位于上部；測(cè)量含固體微粒的液體時(shí)，其開(kāi)孔位于下部，測(cè)量管段一般要水平安裝.

(4) V內(nèi)錐流量計(jì)V內(nèi)錐流量計(jì)是20世紀(jì)80年代提出的一種新型流量計(jì)，它是利用 內(nèi)置V形錐體在流場(chǎng)中引起的節(jié)流效應(yīng)來(lái)測(cè)量流量的，其結(jié)構(gòu)如圖4-7d所示V內(nèi)錐節(jié)流 裝置包括一個(gè)在測(cè)量管中同軸安裝的尖圓錐體和相應(yīng)的取壓口。流體在測(cè)量管中流經(jīng)尖圓錐

體，逐漸節(jié)流收縮到管道內(nèi)壁附近，在錐體兩端產(chǎn)生差壓，差壓的正壓九是在上游流體收 縮前的管壁取壓口處測(cè)得的靜壓力，差壓的負(fù)壓是在圓錐體朝向下游的端面中心所開(kāi)取壓 孔處取得的壓力。這種節(jié)流式流攀計(jì)改變了傳統(tǒng)的節(jié)流布局，從中心節(jié)流改為外環(huán)節(jié)流，與傳 統(tǒng)流量計(jì)相比具有較明顯的優(yōu)點(diǎn)^結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，不截留流體中的夾帶物，耐磨損信號(hào)噪聲 低，可以達(dá)到較高量程比10:1 ~ 14:1安裝直管段要求較短，一般上游只需0~2D，下游只需 3-5D；壓力損失小，僅為孔板的1/2~1/3，與文丘利管相近。目前這種流量計(jì)尚未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn) 化程度，還沒(méi)有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，其流量系數(shù)需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)標(biāo)定得到。

3. 節(jié)流裝置的設(shè)計(jì)和計(jì)算

在實(shí)際的工作中，通常有兩類(lèi)計(jì)算命題，它們都以節(jié)流裝置的流量方程式為依據(jù)。

1) 已知管道內(nèi)徑及現(xiàn)場(chǎng)布置情況，已知流體的性質(zhì)和工作參數(shù)，并給出流量測(cè)量范 圍，要求設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置。為此要進(jìn)行以下幾個(gè)方面的工作：選擇節(jié)流元件的形式，選擇 差壓計(jì)的形式及測(cè)量范圍；計(jì)算確定節(jié)流元件的開(kāi)孔尺寸，提出加工要求；建議節(jié)流元件在 管道上的安裝位置；估算流量的測(cè)量誤差。制造廠(chǎng)家多巳將這個(gè)設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程編制成軟件，用戶(hù)只需提供原始數(shù)據(jù)即可。由于節(jié)流式流量計(jì)經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)期的研究和使用，手冊(cè)數(shù)據(jù)資料齊全，根據(jù)規(guī)定的條件和計(jì)算方法設(shè)計(jì)的節(jié)流裝置可以直接投產(chǎn)使用，不必經(jīng)過(guò)標(biāo)定。

2) 巳知管道內(nèi)徑及節(jié)流元件的開(kāi)孔尺寸、取壓方式、被測(cè)流體參數(shù)等必要條件，要求 根據(jù)所測(cè)得的差壓值計(jì)算流量。這一般是實(shí)驗(yàn)工作的需要，為了準(zhǔn)確地求得流量，需同時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)出流體的溫度、壓力參數(shù)。

4。取壓裝置

標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置規(guī)定了由節(jié)流元件前后引出差壓信號(hào)的取壓方式，上通常采用的取壓方式有三種：角接取壓法、法蘭取壓法和徑距取壓法。

(1)角接取壓法圖4-8中1-1、2-2所示為角接取壓法的兩種結(jié)構(gòu)，適用于孔板和噴嘴，上、下游取壓點(diǎn)分別在節(jié)流元件的前、后端面處，可以采用環(huán)室和夾緊環(huán)（單獨(dú)鉆孔）取壓兩種結(jié)構(gòu)形式。

1) 環(huán)室。圖4-8中1-1為環(huán)室取壓，上、下游靜壓通過(guò)環(huán)縫傳至環(huán)室，由前、后環(huán)室引出差壓信號(hào)，取得節(jié)流元件 的前、后端面處的平均壓力。

2) 夾緊環(huán)。也稱(chēng)為單獨(dú)鉆孔，如圖4-8中2-2所示，取 壓孔開(kāi)在節(jié)流元件前后的夾緊環(huán)上。單獨(dú)鉆孔取壓裝置結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，制作方便，但取壓不均勻，誤差較大，一般用于>> 200mm,直管段較長(zhǎng)及差壓值較大的情況下。

角接取壓法的特點(diǎn)是易實(shí)現(xiàn)環(huán)室取壓，使取壓均勻，且 縮短了節(jié)流裝置的總長(zhǎng)度，缺點(diǎn)是取壓點(diǎn)在壓力分布曲線(xiàn)zui 陡峭的部分，安裝不對(duì)測(cè)量精度的影響很大。

在'£)>400mm時(shí)，為了取壓均勻，.可采用單獨(dú)鉆孔取壓與環(huán)室取壓相結(jié)合的辦法，在夾緊環(huán)上均勻分布六個(gè)以上鉆孔，再加一個(gè)取壓環(huán)管與各孔相通，這樣可以兼顧兩者的優(yōu)點(diǎn)。

(2)法蘭取壓法上、下游取壓孔開(kāi)在固定節(jié)流元件的法蘭上，分別與節(jié)流元件的前、 后端面距離25. 4mm，如圖4_9所本，適用于標(biāo)準(zhǔn)孔板。此法的法二加工方便，管徑較大時(shí)，測(cè)量精度較高。

(3)徑距取壓法如圖4-9所示，上游取壓孔距離節(jié)流元件前端面下游取壓孔距離 節(jié)流元件后端面ZV2，適用于If準(zhǔn)孔板。在開(kāi)孔截面積比m< 0.54時(shí)，下游0.5Z)處近似于zui小截面，此時(shí)測(cè)量精度高9 

以上各種取壓方式中，取壓孔的大小及各部件的尺寸均有相應(yīng)的規(guī)定，可以査閱有關(guān)手冊(cè)。

1.冷凝器

被測(cè)流體是蒸氣或濕氣體時(shí)，在導(dǎo)壓管內(nèi)要積存凝結(jié)水。為了使前后導(dǎo)壓管內(nèi)液位保持 不變或相等，常采用圖4-10所示的冷凝器。冷凝器下部的兩個(gè)導(dǎo)壓管接差壓計(jì)，兩個(gè)水平 導(dǎo)壓管接節(jié)流裝置。由于兩個(gè)水平導(dǎo)壓管的管口高度一致，多余的液體流人被測(cè)管道中，使 下部的兩個(gè)導(dǎo)壓管液位一致P且穩(wěn)定，從而減少了附加誤差。冷凝器要安裝在垂直導(dǎo)壓管的 zui高處，并具有相同的高度。

2.集氣器和沉降器

當(dāng)被測(cè)介質(zhì)為液體時(shí)，為防止液體中析出的氣體進(jìn)入差 壓計(jì)，引起測(cè)量誤差，常在導(dǎo)壓管的zui高處放置集氣器。集 氣器上有排氣閥，可定期排出積存的氣體=另外為了防止液體中析出的沉淀物堵塞導(dǎo)壓管，又在導(dǎo)壓管的zui低處放置沉 降器及排污閥，以便定期排除沉淀物。

3. 隔離器

對(duì)于高粘度、腐蝕性強(qiáng)、易凍結(jié)或易析出固體顆粒的液 體，應(yīng)采用隔離器，將被測(cè)流體與差壓計(jì)隔開(kāi)。圖4-11所示 為一簡(jiǎn)單的隔離器，其內(nèi)部裝有隔離液，也稱(chēng)為傳壓液體。 當(dāng)被測(cè)介質(zhì)密度大于隔離液時(shí)，上部接差壓計(jì)，下部接節(jié)流 裝置，如圖4-lla所示；當(dāng)被測(cè)介質(zhì)密度小于隔離液時(shí)隔離 器如圖4-llb所示。隔離液一般選擇物理化學(xué)性能穩(wěn)定、不 易溶解其他物質(zhì)、流動(dòng)性好的液體，如硅油等。