標准節流裝置課程設計

㈠ 壓差流量計工作原理有那些部分組成

壓差流量計是一種測定流量的儀器。它是利用流體流經節流裝置時所產生的壓力差與流量之間存在一定關系的原理，通過測量壓差來實現流量測定。節流裝置是在管道中安裝的一個局部收縮元件，最常用的有孔板、噴嘴和文丘里管。流量Q的計算公式為： 式中：C為流量系數；ε為氣體膨脹修正系數；F為節流部的截面積；g為重力加速度；γ為流體密度；P1和P2分別為節流前後的壓力。對於不可壓縮的氣體，可不考慮氣體膨脹修正系數，即流量公式為： C和ε一般由實驗方法確定。目前，壓差流量計的標准化程度已相當高，它的構造、尺寸嚴格按照規定製作時，則可查出C和ε，無需通過實驗方法確定。編輯本段壓差式儀表的工作原理 傳統的差壓式流量（如孔板等）儀表都是屬於節流式差壓流量儀表。其工作原理都是基於封閉管道中流體質量守恆（連續性方程）和能量守恆（伯努利方程）兩個定律。在這里大家首先要重溫一下質量守恆（連續性方程）和能量守恆（伯努利方程）這兩個定律的實質內容，只有掌握了這兩個定律才能懂得壓差流量計的工作原理，而且所有的節流式差壓流量儀表的原理也就都明白了，下面通過復習一下兩個定律來說明塔形流量計（或壓差式流量計）的工作原理所說的質量守恆定律（連續性方程）和能量守恆定律（伯努利方程），可以這樣去理解：質量守恆：流體在一個封閉的管道中流動，當遇到節流件時，在節流件前後它的質量是不變的，用連續性方程表示為： V1ⅹA1ⅹρ1=V2ⅹA2ⅹρ2（液體為： V1ⅹA1=V2ⅹA2） 能量守恆：用伯努利方程來表示為是指封閉管道中流體的壓力和流速有如下的關系： P+1/2V2ρ=常數 對於安裝有節流件的管道則有：P1+1/2ⅹ(V1)2ⅹρ1=P2+1/2ⅹ(V2)2ⅹρ2 式中： A1、A2 分別是節流件前後的截面積； V1、V2 分別是A1、A2處的流速； P1、P2 分別是A1、A2處的壓力 ρ1、ρ2 分別是A1、A2處的流體密度； 編輯本段差壓式流量計(變壓降式流量計)種類 差壓式流量計由一次裝置和二次裝置組成．一次裝置稱流量測量元件，它安裝在被測流體的管道中，產生與流量(流速)成比例的壓力差，供二次裝置進行流量顯示。二次裝置稱顯示儀表。它接收測量元件產生的差壓信號，並將其轉換為相應的流量進行顯示．差壓流量計的一次裝置常為節流裝置或動壓測定裝置(皮託管、均速管等)。二次裝置為各種機械式、電子式、組合式差壓計配以流量顯示儀表．差壓計的差壓敏感元件多為彈性元件。由於差壓和流量呈平方根關系，故流量顯示儀表都配有開平方裝置，以使流量刻度線性化。多數儀表還設有流量積算裝置，以顯示累積流量，以便經濟核算。這種利用差壓測量流量的方法歷史悠久，比較成熟，世界各國一般都用在比較重要的場合，約占各種流量測量方式的70％。發電廠主蒸汽、給水、凝結水等的流量測量都採用這種表計。 力學原理：屬於此類原理的儀表有利用伯努利定理的差壓式、轉子式；利用動量定理的沖量式、可動管式；利用牛頓第二定律的直接質量式；利用流體動量原理的靶式；利用角動量定理的渦輪式；利用流體振盪原理的旋渦式、渦街式；利用總靜壓力差的皮託管式以及容積式和堰、槽式等等。力學原理：屬於此類原理的儀表有利用伯努利定理的差壓式、轉子式；利用動量定理的沖量式、可動管式；利用牛頓第二定律的直接質量式；利用流體動量原理的靶式；利用角動量定理的渦輪式；利用流體振盪原理的旋渦式、渦街式；利用總靜壓力差的皮託管式以及容積式和堰、槽式等等。 編輯本段新一代差壓式儀表－ 塔形（V形錐）流量計 以孔板、噴嘴和文丘里管為代表的差壓式流量計（統稱標准節流裝置） 在流量領域已應用近百年，其優點是已標准化、結構簡單牢固、易於加工制 造、價格低廉、通用性強。但是孔板、噴嘴等在測量性能和結構上存在著嚴重的缺陷，所以近百年來人們從未間斷過對它們的研究和改善工作，但是由於先天結構上的缺陷，其本身固有的一些缺點，至今仍然沒能得到很好的解決。如：流出系數不穩定、線性差、重復性不好、准確度也不高。孔板入口銳角這個關鍵部位易磨損、前部易積污、量程比小、壓力損失大，特別是十分苛刻的直管段要求在實際使用中很難滿足等。為了克服上述這些不足，人們曾研製出1/4圓孔板、錐形入口孔板、圓缺孔板、偏心孔板、楔形孔板、可更換孔板、等諸多的非標准節流件，試圖解決這些問題。但是這些節流件同標准孔板一樣，大都沒有突破「流體中心突然收縮」這個模式，只是或多或少改善了局部某一個問題，並沒有從根本上徹底解決所有問題,這種改進工作到了80年代中期才有了突破性的發展： 塔形流量計的出現打破了沿襲近百年的模式結構，使得節流式差壓儀表發生了「質的飛躍」。塔形流量計的重大突破在於：變流體在管道中心收縮為管道邊壁逐漸收縮，即利用同軸安裝在管道中的塔形體（節流件），迫使流體逐漸從中心收縮到管道內邊壁而流過塔形體，通過測量塔形體前後的壓差來得到流體的流量。正是這個邊壁收縮的結構，使得塔形流量計具有了一系列其他差壓儀表無法相比的優點，徹底克服了以孔板為代表的傳統差壓儀表的諸多缺點。經過國外國內十幾年應用和大量的測試數據，已充分證明它能在極短的直管段條件下，以更寬的量程比對各種流體（包括臟污、低流速）進行更准確更有效的測量。從此揭開了差壓式流量儀表劃時代的嶄新一頁。可以預言，隨著人們對它逐漸認識、了解、熟悉和掌握，必將逐漸和完全取代以孔板為代表的傳統差壓儀表。 塔形流量計國外稱為V-CONE,國內的叫法有多種如V形（型）錐、內錐 、環孔流量計、內置文丘里等。盡管名稱各異，但原理結構都是一樣的。單就節流件來講，完全是金屬件組成，不含任何電子器件。它主要由連接法蘭1、測量管2、塔形體6（錐形體）、低壓測量管5（兼支架）、正負測壓 嘴2、3等組成（詳見下圖）。 當口徑≤DN100時，塔體用負壓測量管兼作支撐，口徑≥DN150時，要在塔體後部再加支撐管架9，並在支撐管開測量孔8。 當溫壓一體化型時，需要在後部支撐架前安裝測溫元件套管10，若採用多參數變送器，則不再需要壓力測量點，該變送器差壓、壓力同時測量並能接受溫度信號。 編輯本段發展 流量測量的發展可追溯到古代的水利工程和城市供水系統。古羅馬凱撒時代已採用孔板測量居民的飲用水水量。公元前1000年左右古埃及用堰法測量尼羅河的流量。我國著名的都江堰水利工程應用寶瓶口的水位觀測水量大小等等。17世紀托里拆利奠定差壓式流量計的理論基礎，這是流量測量的里程碑。自那以後，18、19世紀流量測量的許多類型儀表的雛形開始形成，如堰、示蹤法、皮託管、文丘里管、容積、渦輪及靶式流量計等。20世紀由於過程工業、能量計量、城市公用事業對流量測量的需求急劇增長，才促使儀表迅速發展，微電子技術和計算機技術的飛躍發展極大地推動儀表更新換代，新型流量計如雨後春筍般涌現出來。至今，據稱已有上百種流量計投向市場，現場使用中許多棘手的難題可望獲得解決。 我國開展近代流量測量技術的工作比較晚，早期所需的流量儀表均從國外進口。 流量測量是研究物質量變的科學，質量互變規律是事物聯系發展的基本規律，因此其測量對象已不限於傳統意義上的管道液體，凡需掌握量變的地方都有流量測量的問題。流量和壓力、溫度並列為三大檢測參數。對於一定的流體，只要知道這三個參數就可計算其具有的能量，在能量轉換的測量中必須檢測此三個參數。能量轉換是一切生產過程和科學實驗的基礎，因此流量和壓力、溫度儀表一樣得到最廣泛的應用。 編輯本段作用領域 壓差流量計應用極其廣泛，流量測量技術與儀表的應用大致有以下幾個領域。 一，工業生產過程 流量儀表是過程自動化儀表與裝置中的大類儀表之一，它被廣泛適用於冶金、電力、煤炭、化工、石油、交通、建築、輕紡、食品、醫葯、農業、環境保護及人民日常生活等國民經濟各個領域，是發展工農業生產，節約能源，改進產品質量，提高經濟效益和管理水平的重要工具在國民經濟中佔有重要的地位。在過程自動化儀表與裝置中，流量儀表有兩大功用：作為過程自動化控制系統的檢測儀表和測量物料數量的總量表。 二，能源計量 能源分為一次能源（煤炭、原油、煤層氣、石油氣和天然氣）、二次能源（電力、焦炭、人工燃氣、成品油、液化石油氣、蒸汽）及載能工質（壓縮空氣、氧、氮、氫、水）等。能源計量是科學管理能源，實現節能降耗，提高經濟效益的重要手段。流量儀表是能源計量儀表的重要組成部分，水、人工燃氣、天然氣、蒸汽和油品這些常用的能源都使用著數量極其龐大的流量計，它們是能源管理和經濟核算不可缺少的工具。 三，環境保護工程 煙氣，廢液、污水等的排放嚴重污染大氣和水資源，嚴重威脅人類生存環境。國家把可持續發展列為國策，環境保護將是21世紀的最大課題。空氣和水的污染要得到控制，必須加強管理，而管理的基礎是污染量的定量控制。 我國是以煤為主要能源的國家，全國有上百萬個煙囪不停地向大氣排放煙氣。煙氣排放控制是根治污染的重要項目，每個煙囪必須是安裝煙氣分析儀表和流量計，組成連櫝排放監視系統。煙氣的流量沆量有很大因難，它的難度為煙囪尺寸大且形狀不規則，氣體組分變化不定，流速范圍大，臟污，灰塵，腐蝕，高溫，無直管段等。 四，交通運輸 有五種方式：鐵路公路、航空、水運、和管道運輸。其中管道運輸雖早已有之，但應用並不普遍。隨著環保問題的突出，管道運輸的特點引起人們的重視。管道運輸必須裝備流量計，它是控制、分配和調度的眼睛，亦是安全監沒和經濟核算的必備工具。 五，生物技術 21世紀將迎來生命科學的世紀，以生物技術為特徵的產業將獲得迅速發展。生物技術中需監測計量的物質很多，如血液，尿液等。儀表開發的難度極大，品種繁多。 六，科學實驗 科學實驗需要的流量計不但數量多，且品種極其繁雜。據統計流量計100多種中很大一部分是應科研之需用的，它們並不批量生產，在市面出售，許多科研機構和大企業皆設專門小組研製專用的流量計。 七，海洋氣象，江河湖泊 這些領域為敞開流道，一般需檢測流速，然後推算流量。流速計和流量計所依據的物理原理及流體力學基礎是共通的但是儀表原理及結構以及使用條件有很大差別。

㈡ 節流裝置的標准節流裝置

使用標准節流裝置時，流體的性質和狀態必須滿足下列條件：
①流體必須充滿管道和節流裝置，並連續地流經管道．
②流體必須是牛頓流體，即在物理上和熱力學上是均勻的、單相的，或者可以認為是單相的，包括混合氣體，溶液和分散性粒子小於o．1 m的膠體．在氣體中有不大於2%(質量成分)均勻分散的固體微粒，或液體中有不大於5%(體積成分)均勻分散的氣泡，也可認為是單相流體．但其密度應取平均密度．
③流體流經節流件時不發生相交．
④流體流量不隨時間變化或變化非常緩慢．
⑤流體在流經節流件以前，流束是平行於管道軸線的無旋流。
標准節流裝置不適用於動流和臨界流的流量測量。

㈢ 標准節流裝置進行流量測量時,流體必須滿足哪些條件,為什麼要求

標准節流裝置進行流量測量時，結果准確並且不會出現安全隱患，因此要求滿足以下條件。
1、流體必須充滿圓管和節流裝置，並連續地流經管道。
2、流體必須是牛頓流體，在物理學上和熱力等上是均勻的單相的，或者可以認為是單相的，包括混合氣體，溶液和分散性粒子小於於0.1um的膠體。
3、標准節流裝置不適用於脈動流和臨界流的流量測量。
4、流體流經節流件時，不發生相變。
5、流體在流經節流件以前，其流束必須與管道軸線平行，不得有旋轉流。標准節流裝置不適用脈動流和臨界流的流量測量。

㈣ 節流裝置有幾種類型它的優缺點是什麼。介紹一下節流孔板的工作原理。

節流閥是通過改變節流截面或節流長度以控制流體流量的閥門。將節流閥和單向閥並聯則可組合成單向節流閥。節流閥和單向節流閥是簡易的流量控制閥，在定量泵液壓系統中，節流閥和溢流閥配合，可組成三種節流調速系統，即進油路節流調速系統、回油路節流調速系統和旁路節流調速系統。節流閥沒有流量負反饋功能，不能補償由負載變化所造成的速度不穩定，一般僅用於負載變化不大或對速度穩定性要求不高的場合。
對節流閥的性能要求是：
·流量調節范圍大，流量一壓差變化平滑；
·內泄漏量小，若有外泄漏油口，外泄漏量也要小；
·調節力矩小，動作靈敏。
節流閥(throttle valve)的外形結構與截止閥並無區別，只是它們啟閉件的形狀有所不同。節流閥的啟閉件大多為圓錐流線型，通過它改變通道截面積而達到調節流量和壓力。節流閥供在壓力降極大的情況下作降低介質壓力之用。
介質在節流閥瓣和閥座之間流速很大，以致使這些零件表面很快損壞－即所謂汽蝕現象。為了盡量減少汽蝕影響，閥瓣採用耐汽蝕材料（合金鋼製造）並製成頂尖角為140～180的流線型圓錐體，這還能使閥瓣能有較大的開啟高度，一般不推薦在小縫隙下節流。
節流閥具有以下特點：
1、構造較簡單，便於製造和維修，成本低。
2、調節精度不高，不能作調節使用。
3、密封面易沖蝕，不能作切斷介質用。
4、密封性好較差。
節流閥按通道方式可分為直通式和角式兩種；按啟閉件的形狀分，有針形、溝形和窗形三種。節流閥的安裝與維護應注意以下事項：
該閥經常需要操作，因此應安裝在易於方面便操作的位置上。
安裝時要注意介質方向與閥體所標箭頭方向保持一致。
節流口堵塞原因：
1、油液中的機械雜質或因氧化析出的膠質、瀝青、碳渣等污物堆積在節流縫隙處。
2、由於油液老化或受到擠壓後產生帶電的極化分子，而節流縫隙的金屬表面上存在電位差，故極化分子被吸附到縫隙表面，形成牢固的邊界吸附層，吸附層厚度一般為5~8微米，因而影響了節流縫隙的大小。以上堆積、吸附物增長到一定厚度時，會被液流沖刷掉，隨後又重新附在閥口上。這樣周而復始，就形成了流量的脈動。
3、閥口壓差較大時，因閥口溫度高，液體受擠壓的程度增強，金屬表面也更易受摩擦作用而形成電位差，因此壓差大時容易產生堵塞現象。
減輕節流口堵塞的措施：
1、選擇水力半徑大的薄刃節流口。
2、精密過濾並定期更換油液。
3、適當減小節流口前後的壓差。
4、採用電位差較小的金屬材料、選用抗氧化穩定性好的油液、減小節流口表面粗糙度。
節流閥的應用
由於節流閥的流量不僅取決於節流口面積的大小，還與節流口前後的壓差有關，閥的剛度小，故只適用於執行元件負載變化很小且速度穩定性要求不高的場合。
對於執行元件負載變化大及對速度穩定性要求高的節流調速系統，必須對節流閥進行壓力補償來保持節流閥前後壓差不變，從而達到流量穩定

㈤ 標准節流裝置設計計算

我們以角接取壓標准節流裝置為例，說明節流裝置的設計計算方法。
1.設計任務書
1)被測介質
過熱蒸汽
2)流量范圍
qmmax=250t/h
qm=200t/h
qmmin=100t/h
3)工作壓力
p=13.34MPa(絕對)
4)工作溫度
t=550°C
5)允許壓力損失
δp=59kPa
6)管道內徑
D20=221mm(實測)
7)管道材料
X20CrMoWV121無縫鋼管
8)管路系統布置如圖3-16所示。
要求設計一套標准節流裝置。
2.設計步驟
(1)求工作狀態下各介質參數
查表得工作狀態下過熱蒸汽的粘度η=31.83´10-6Pa•s，密度ρ=38.3475kg/m3，管道的線膨脹系數λD=12.3´1O-6mm/(mm•°C)，取過熱蒸汽的等熵指數k=1.3。
(2)求工作狀態下管道直徑
D=D20[1+λD(t-20)]
=221[1+12.3´10-6(550-20)]=222.44mm
(3)計算雷諾數ReD
ReD=0.354qm/(Dη)
=0.354´200000/(222.44´31.83´10-6)=107
(4)選取差壓上限
考慮到用戶對壓力損失的要求，擬選用噴嘴，對於標准噴嘴，可根據式(3-33)取
Δpmax=3δp=3´59=177kPa
選用最靠近的差壓系列值，取Δpmax=160kPa，對應正常流量下的差壓Δp為
Δp=（200/250）2´160=102.4kPa
(5)求不變數A2
(6)設C0=1，ε0=1
(7)據公式
進行迭代計算，從n=3起，Xn用快速弦截法公式
進行計算，精度判別公式為En=δn/A2，假設判別條件為|En|≤5
´
10-10(n=1，2，…)，則Xn；βn；Cn；εn；δn；En的計算結果列於表3-11。
當n=4時，求得的E小於預定精度，因此得
β=β4=0.6922131
C=C4=0.9399332
(10)求d20
設噴嘴材料為1Cr18Ni9Ti，查表得λd=
18.2×10-6，則
(11)確定安裝位置
根據β=0.7和管路系統，查表3-1可得
根據實際管路系統情況，可將節流裝置安裝在任務書中圖示位置上。但節流件前直管段長度l1不滿足長度要求，在流出系數不確定度上應算術相加±0.5%的附加不確定度O
假設溫度，壓力的測量不確定度為±1%，則δρ/ρ=±1%。
3.50±%4

㈥ 儀器儀表問題：什麼叫節流裝置，為什麼叫節流裝置一般需要配置哪些配件才能使用，特殊的還要配置哪些配

1、什麼叫節流裝置？
答：節流裝置是裝在流通管道內的一種限流裝置。它包括節流件、取壓裝置和前後直管段。
2、為什麼叫節流裝置？
答：顧名思義，節流就是節制流入或流出的意思。在裝有節流裝置的流通管道內，流束將在節流處形成局部收縮，從而使流速增加，靜壓力降低，於是在節流件前後產生了靜壓力差，利用此原理製做節流式（或稱差壓式）流量計。
3、一般需要配置哪些配件才能使用，特殊的還要配置哪些配？
答：在正常測量時，由於節流裝置只是一種「一次裝置（或稱流量感測器）」，它必須和能測量差壓並能顯示流量的差壓計或差壓變送器（也稱「二次裝置」）配套使用，才能測得管道內流體的流量。
特殊類的測量：如高溫蒸汽、氣體、腐蝕性介質等，必須安裝冷凝罐或隔離罐等裝置，以避免介質直接接觸差壓變送器造成損壞。
蒸汽和氣體由於溫度壓力對流量影響較大，一般需要帶溫度壓力補償配件；液體溫度變化較大的，也需要配溫度補償配件。
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