标准节流装置课程设计

㈠ 压差流量计工作原理有那些部分组成

压差流量计是一种测定流量的仪器。它是利用流体流经节流装置时所产生的压力差与流量之间存在一定关系的原理，通过测量压差来实现流量测定。节流装置是在管道中安装的一个局部收缩元件，最常用的有孔板、喷嘴和文丘里管。流量Q的计算公式为： 式中：C为流量系数；ε为气体膨胀修正系数；F为节流部的截面积；g为重力加速度；γ为流体密度；P1和P2分别为节流前后的压力。对于不可压缩的气体，可不考虑气体膨胀修正系数，即流量公式为： C和ε一般由实验方法确定。目前，压差流量计的标准化程度已相当高，它的构造、尺寸严格按照规定制作时，则可查出C和ε，无需通过实验方法确定。编辑本段压差式仪表的工作原理 传统的差压式流量（如孔板等）仪表都是属于节流式差压流量仪表。其工作原理都是基于封闭管道中流体质量守恒（连续性方程）和能量守恒（伯努利方程）两个定律。在这里大家首先要重温一下质量守恒（连续性方程）和能量守恒（伯努利方程）这两个定律的实质内容，只有掌握了这两个定律才能懂得压差流量计的工作原理，而且所有的节流式差压流量仪表的原理也就都明白了，下面通过复习一下两个定律来说明塔形流量计（或压差式流量计）的工作原理所说的质量守恒定律（连续性方程）和能量守恒定律（伯努利方程），可以这样去理解：质量守恒：流体在一个封闭的管道中流动，当遇到节流件时，在节流件前后它的质量是不变的，用连续性方程表示为： V1ⅹA1ⅹρ1=V2ⅹA2ⅹρ2（液体为： V1ⅹA1=V2ⅹA2） 能量守恒：用伯努利方程来表示为是指封闭管道中流体的压力和流速有如下的关系： P+1/2V2ρ=常数 对于安装有节流件的管道则有：P1+1/2ⅹ(V1)2ⅹρ1=P2+1/2ⅹ(V2)2ⅹρ2 式中： A1、A2 分别是节流件前后的截面积； V1、V2 分别是A1、A2处的流速； P1、P2 分别是A1、A2处的压力 ρ1、ρ2 分别是A1、A2处的流体密度； 编辑本段差压式流量计(变压降式流量计)种类 差压式流量计由一次装置和二次装置组成．一次装置称流量测量元件，它安装在被测流体的管道中，产生与流量(流速)成比例的压力差，供二次装置进行流量显示。二次装置称显示仪表。它接收测量元件产生的差压信号，并将其转换为相应的流量进行显示．差压流量计的一次装置常为节流装置或动压测定装置(皮托管、均速管等)。二次装置为各种机械式、电子式、组合式差压计配以流量显示仪表．差压计的差压敏感元件多为弹性元件。由于差压和流量呈平方根关系，故流量显示仪表都配有开平方装置，以使流量刻度线性化。多数仪表还设有流量积算装置，以显示累积流量，以便经济核算。这种利用差压测量流量的方法历史悠久，比较成熟，世界各国一般都用在比较重要的场合，约占各种流量测量方式的70％。发电厂主蒸汽、给水、凝结水等的流量测量都采用这种表计。 力学原理：属于此类原理的仪表有利用伯努利定理的差压式、转子式；利用动量定理的冲量式、可动管式；利用牛顿第二定律的直接质量式；利用流体动量原理的靶式；利用角动量定理的涡轮式；利用流体振荡原理的旋涡式、涡街式；利用总静压力差的皮托管式以及容积式和堰、槽式等等。力学原理：属于此类原理的仪表有利用伯努利定理的差压式、转子式；利用动量定理的冲量式、可动管式；利用牛顿第二定律的直接质量式；利用流体动量原理的靶式；利用角动量定理的涡轮式；利用流体振荡原理的旋涡式、涡街式；利用总静压力差的皮托管式以及容积式和堰、槽式等等。 编辑本段新一代差压式仪表－ 塔形（V形锥）流量计 以孔板、喷嘴和文丘里管为代表的差压式流量计（统称标准节流装置） 在流量领域已应用近百年，其优点是已标准化、结构简单牢固、易于加工制 造、价格低廉、通用性强。但是孔板、喷嘴等在测量性能和结构上存在着严重的缺陷，所以近百年来人们从未间断过对它们的研究和改善工作，但是由于先天结构上的缺陷，其本身固有的一些缺点，至今仍然没能得到很好的解决。如：流出系数不稳定、线性差、重复性不好、准确度也不高。孔板入口锐角这个关键部位易磨损、前部易积污、量程比小、压力损失大，特别是十分苛刻的直管段要求在实际使用中很难满足等。为了克服上述这些不足，人们曾研制出1/4圆孔板、锥形入口孔板、圆缺孔板、偏心孔板、楔形孔板、可更换孔板、等诸多的非标准节流件，试图解决这些问题。但是这些节流件同标准孔板一样，大都没有突破“流体中心突然收缩”这个模式，只是或多或少改善了局部某一个问题，并没有从根本上彻底解决所有问题,这种改进工作到了80年代中期才有了突破性的发展： 塔形流量计的出现打破了沿袭近百年的模式结构，使得节流式差压仪表发生了“质的飞跃”。塔形流量计的重大突破在于：变流体在管道中心收缩为管道边壁逐渐收缩，即利用同轴安装在管道中的塔形体（节流件），迫使流体逐渐从中心收缩到管道内边壁而流过塔形体，通过测量塔形体前后的压差来得到流体的流量。正是这个边壁收缩的结构，使得塔形流量计具有了一系列其他差压仪表无法相比的优点，彻底克服了以孔板为代表的传统差压仪表的诸多缺点。经过国外国内十几年应用和大量的测试数据，已充分证明它能在极短的直管段条件下，以更宽的量程比对各种流体（包括脏污、低流速）进行更准确更有效的测量。从此揭开了差压式流量仪表划时代的崭新一页。可以预言，随着人们对它逐渐认识、了解、熟悉和掌握，必将逐渐和完全取代以孔板为代表的传统差压仪表。 塔形流量计国外称为V-CONE,国内的叫法有多种如V形（型）锥、内锥 、环孔流量计、内置文丘里等。尽管名称各异，但原理结构都是一样的。单就节流件来讲，完全是金属件组成，不含任何电子器件。它主要由连接法兰1、测量管2、塔形体6（锥形体）、低压测量管5（兼支架）、正负测压 嘴2、3等组成（详见下图）。 当口径≤DN100时，塔体用负压测量管兼作支撑，口径≥DN150时，要在塔体后部再加支撑管架9，并在支撑管开测量孔8。 当温压一体化型时，需要在后部支撑架前安装测温元件套管10，若采用多参数变送器，则不再需要压力测量点，该变送器差压、压力同时测量并能接受温度信号。 编辑本段发展 流量测量的发展可追溯到古代的水利工程和城市供水系统。古罗马凯撒时代已采用孔板测量居民的饮用水水量。公元前1000年左右古埃及用堰法测量尼罗河的流量。我国著名的都江堰水利工程应用宝瓶口的水位观测水量大小等等。17世纪托里拆利奠定差压式流量计的理论基础，这是流量测量的里程碑。自那以后，18、19世纪流量测量的许多类型仪表的雏形开始形成，如堰、示踪法、皮托管、文丘里管、容积、涡轮及靶式流量计等。20世纪由于过程工业、能量计量、城市公用事业对流量测量的需求急剧增长，才促使仪表迅速发展，微电子技术和计算机技术的飞跃发展极大地推动仪表更新换代，新型流量计如雨后春笋般涌现出来。至今，据称已有上百种流量计投向市场，现场使用中许多棘手的难题可望获得解决。 我国开展近代流量测量技术的工作比较晚，早期所需的流量仪表均从国外进口。 流量测量是研究物质量变的科学，质量互变规律是事物联系发展的基本规律，因此其测量对象已不限于传统意义上的管道液体，凡需掌握量变的地方都有流量测量的问题。流量和压力、温度并列为三大检测参数。对于一定的流体，只要知道这三个参数就可计算其具有的能量，在能量转换的测量中必须检测此三个参数。能量转换是一切生产过程和科学实验的基础，因此流量和压力、温度仪表一样得到最广泛的应用。 编辑本段作用领域 压差流量计应用极其广泛，流量测量技术与仪表的应用大致有以下几个领域。 一，工业生产过程 流量仪表是过程自动化仪表与装置中的大类仪表之一，它被广泛适用于冶金、电力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、轻纺、食品、医药、农业、环境保护及人民日常生活等国民经济各个领域，是发展工农业生产，节约能源，改进产品质量，提高经济效益和管理水平的重要工具在国民经济中占有重要的地位。在过程自动化仪表与装置中，流量仪表有两大功用：作为过程自动化控制系统的检测仪表和测量物料数量的总量表。 二，能源计量 能源分为一次能源（煤炭、原油、煤层气、石油气和天然气）、二次能源（电力、焦炭、人工燃气、成品油、液化石油气、蒸汽）及载能工质（压缩空气、氧、氮、氢、水）等。能源计量是科学管理能源，实现节能降耗，提高经济效益的重要手段。流量仪表是能源计量仪表的重要组成部分，水、人工燃气、天然气、蒸汽和油品这些常用的能源都使用着数量极其庞大的流量计，它们是能源管理和经济核算不可缺少的工具。 三，环境保护工程 烟气，废液、污水等的排放严重污染大气和水资源，严重威胁人类生存环境。国家把可持续发展列为国策，环境保护将是21世纪的最大课题。空气和水的污染要得到控制，必须加强管理，而管理的基础是污染量的定量控制。 我国是以煤为主要能源的国家，全国有上百万个烟囱不停地向大气排放烟气。烟气排放控制是根治污染的重要项目，每个烟囱必须是安装烟气分析仪表和流量计，组成连椟排放监视系统。烟气的流量沆量有很大因难，它的难度为烟囱尺寸大且形状不规则，气体组分变化不定，流速范围大，脏污，灰尘，腐蚀，高温，无直管段等。 四，交通运输 有五种方式：铁路公路、航空、水运、和管道运输。其中管道运输虽早已有之，但应用并不普遍。随着环保问题的突出，管道运输的特点引起人们的重视。管道运输必须装备流量计，它是控制、分配和调度的眼睛，亦是安全监没和经济核算的必备工具。 五，生物技术 21世纪将迎来生命科学的世纪，以生物技术为特征的产业将获得迅速发展。生物技术中需监测计量的物质很多，如血液，尿液等。仪表开发的难度极大，品种繁多。 六，科学实验 科学实验需要的流量计不但数量多，且品种极其繁杂。据统计流量计100多种中很大一部分是应科研之需用的，它们并不批量生产，在市面出售，许多科研机构和大企业皆设专门小组研制专用的流量计。 七，海洋气象，江河湖泊 这些领域为敞开流道，一般需检测流速，然后推算流量。流速计和流量计所依据的物理原理及流体力学基础是共通的但是仪表原理及结构以及使用条件有很大差别。

㈡ 节流装置的标准节流装置

使用标准节流装置时，流体的性质和状态必须满足下列条件：
①流体必须充满管道和节流装置，并连续地流经管道．
②流体必须是牛顿流体，即在物理上和热力学上是均匀的、单相的，或者可以认为是单相的，包括混合气体，溶液和分散性粒子小于o．1 m的胶体．在气体中有不大于2%(质量成分)均匀分散的固体微粒，或液体中有不大于5%(体积成分)均匀分散的气泡，也可认为是单相流体．但其密度应取平均密度．
③流体流经节流件时不发生相交．
④流体流量不随时间变化或变化非常缓慢．
⑤流体在流经节流件以前，流束是平行于管道轴线的无旋流。
标准节流装置不适用于动流和临界流的流量测量。

㈢ 标准节流装置进行流量测量时,流体必须满足哪些条件,为什么要求

标准节流装置进行流量测量时，结果准确并且不会出现安全隐患，因此要求满足以下条件。
1、流体必须充满圆管和节流装置，并连续地流经管道。
2、流体必须是牛顿流体，在物理学上和热力等上是均匀的单相的，或者可以认为是单相的，包括混合气体，溶液和分散性粒子小于于0.1um的胶体。
3、标准节流装置不适用于脉动流和临界流的流量测量。
4、流体流经节流件时，不发生相变。
5、流体在流经节流件以前，其流束必须与管道轴线平行，不得有旋转流。标准节流装置不适用脉动流和临界流的流量测量。

㈣ 节流装置有几种类型它的优缺点是什么。介绍一下节流孔板的工作原理。

节流阀是通过改变节流截面或节流长度以控制流体流量的阀门。将节流阀和单向阀并联则可组合成单向节流阀。节流阀和单向节流阀是简易的流量控制阀，在定量泵液压系统中，节流阀和溢流阀配合，可组成三种节流调速系统，即进油路节流调速系统、回油路节流调速系统和旁路节流调速系统。节流阀没有流量负反馈功能，不能补偿由负载变化所造成的速度不稳定，一般仅用于负载变化不大或对速度稳定性要求不高的场合。
对节流阀的性能要求是：
·流量调节范围大，流量一压差变化平滑；
·内泄漏量小，若有外泄漏油口，外泄漏量也要小；
·调节力矩小，动作灵敏。
节流阀(throttle valve)的外形结构与截止阀并无区别，只是它们启闭件的形状有所不同。节流阀的启闭件大多为圆锥流线型，通过它改变通道截面积而达到调节流量和压力。节流阀供在压力降极大的情况下作降低介质压力之用。
介质在节流阀瓣和阀座之间流速很大，以致使这些零件表面很快损坏－即所谓汽蚀现象。为了尽量减少汽蚀影响，阀瓣采用耐汽蚀材料（合金钢制造）并制成顶尖角为140～180的流线型圆锥体，这还能使阀瓣能有较大的开启高度，一般不推荐在小缝隙下节流。
节流阀具有以下特点：
1、构造较简单，便于制造和维修，成本低。
2、调节精度不高，不能作调节使用。
3、密封面易冲蚀，不能作切断介质用。
4、密封性好较差。
节流阀按通道方式可分为直通式和角式两种；按启闭件的形状分，有针形、沟形和窗形三种。节流阀的安装与维护应注意以下事项：
该阀经常需要操作，因此应安装在易于方面便操作的位置上。
安装时要注意介质方向与阀体所标箭头方向保持一致。
节流口堵塞原因：
1、油液中的机械杂质或因氧化析出的胶质、沥青、碳渣等污物堆积在节流缝隙处。
2、由于油液老化或受到挤压后产生带电的极化分子，而节流缝隙的金属表面上存在电位差，故极化分子被吸附到缝隙表面，形成牢固的边界吸附层，吸附层厚度一般为5~8微米，因而影响了节流缝隙的大小。以上堆积、吸附物增长到一定厚度时，会被液流冲刷掉，随后又重新附在阀口上。这样周而复始，就形成了流量的脉动。
3、阀口压差较大时，因阀口温度高，液体受挤压的程度增强，金属表面也更易受摩擦作用而形成电位差，因此压差大时容易产生堵塞现象。
减轻节流口堵塞的措施：
1、选择水力半径大的薄刃节流口。
2、精密过滤并定期更换油液。
3、适当减小节流口前后的压差。
4、采用电位差较小的金属材料、选用抗氧化稳定性好的油液、减小节流口表面粗糙度。
节流阀的应用
由于节流阀的流量不仅取决于节流口面积的大小，还与节流口前后的压差有关，阀的刚度小，故只适用于执行元件负载变化很小且速度稳定性要求不高的场合。
对于执行元件负载变化大及对速度稳定性要求高的节流调速系统，必须对节流阀进行压力补偿来保持节流阀前后压差不变，从而达到流量稳定

㈤ 标准节流装置设计计算

我们以角接取压标准节流装置为例，说明节流装置的设计计算方法。
1.设计任务书
1)被测介质
过热蒸汽
2)流量范围
qmmax=250t/h
qm=200t/h
qmmin=100t/h
3)工作压力
p=13.34MPa(绝对)
4)工作温度
t=550°C
5)允许压力损失
δp=59kPa
6)管道内径
D20=221mm(实测)
7)管道材料
X20CrMoWV121无缝钢管
8)管路系统布置如图3-16所示。
要求设计一套标准节流装置。
2.设计步骤
(1)求工作状态下各介质参数
查表得工作状态下过热蒸汽的粘度η=31.83´10-6Pa•s，密度ρ=38.3475kg/m3，管道的线膨胀系数λD=12.3´1O-6mm/(mm•°C)，取过热蒸汽的等熵指数k=1.3。
(2)求工作状态下管道直径
D=D20[1+λD(t-20)]
=221[1+12.3´10-6(550-20)]=222.44mm
(3)计算雷诺数ReD
ReD=0.354qm/(Dη)
=0.354´200000/(222.44´31.83´10-6)=107
(4)选取差压上限
考虑到用户对压力损失的要求，拟选用喷嘴，对于标准喷嘴，可根据式(3-33)取
Δpmax=3δp=3´59=177kPa
选用最靠近的差压系列值，取Δpmax=160kPa，对应正常流量下的差压Δp为
Δp=（200/250）2´160=102.4kPa
(5)求不变量A2
(6)设C0=1，ε0=1
(7)据公式
进行迭代计算，从n=3起，Xn用快速弦截法公式
进行计算，精度判别公式为En=δn/A2，假设判别条件为|En|≤5
´
10-10(n=1，2，…)，则Xn；βn；Cn；εn；δn；En的计算结果列于表3-11。
当n=4时，求得的E小于预定精度，因此得
β=β4=0.6922131
C=C4=0.9399332
(10)求d20
设喷嘴材料为1Cr18Ni9Ti，查表得λd=
18.2×10-6，则
(11)确定安装位置
根据β=0.7和管路系统，查表3-1可得
根据实际管路系统情况，可将节流装置安装在任务书中图示位置上。但节流件前直管段长度l1不满足长度要求，在流出系数不确定度上应算术相加±0.5%的附加不确定度O
假设温度，压力的测量不确定度为±1%，则δρ/ρ=±1%。
3.50±%4

㈥ 仪器仪表问题：什么叫节流装置，为什么叫节流装置一般需要配置哪些配件才能使用，特殊的还要配置哪些配

1、什么叫节流装置？
答：节流装置是装在流通管道内的一种限流装置。它包括节流件、取压装置和前后直管段。
2、为什么叫节流装置？
答：顾名思义，节流就是节制流入或流出的意思。在装有节流装置的流通管道内，流束将在节流处形成局部收缩，从而使流速增加，静压力降低，于是在节流件前后产生了静压力差，利用此原理制做节流式（或称差压式）流量计。
3、一般需要配置哪些配件才能使用，特殊的还要配置哪些配？
答：在正常测量时，由于节流装置只是一种“一次装置（或称流量传感器）”，它必须和能测量差压并能显示流量的差压计或差压变送器（也称“二次装置”）配套使用，才能测得管道内流体的流量。
特殊类的测量：如高温蒸汽、气体、腐蚀性介质等，必须安装冷凝罐或隔离罐等装置，以避免介质直接接触差压变送器造成损坏。
蒸汽和气体由于温度压力对流量影响较大，一般需要带温度压力补偿配件；液体温度变化较大的，也需要配温度补偿配件。
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